（國(guó)網(wǎng)湖南省電力公司常德供電分公司，湖南常德市，415000） 鐘 顯 胡洪武 帥 勇 謝程亮

壓力釋放閥作為大型油浸式電力變壓器的重要元部件,一般裝設(shè)在變壓器油箱頂蓋上部。當(dāng)變壓器內(nèi)部故障或某種原因是油箱壓力升高，達(dá)壓力釋放閥開啟值時(shí)，壓力釋放閥會(huì)在2ms內(nèi)迅速開啟噴油，使得油膨脹和分解產(chǎn)生的不正常壓力得以及時(shí)釋放，以免損壞油箱甚至造成更大的事故。當(dāng)壓力降至關(guān)閉值時(shí)，壓力釋放閥能可靠關(guān)閉，使得油箱維持正壓，有效抵觸了外部空氣、水分及其他雜志侵入油箱[1-3]。此外，壓力釋放還通過(guò)非電量保護(hù)發(fā)動(dòng)作告警信號(hào)，其正確動(dòng)作與否直接關(guān)系變電系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

以高溫天氣下某一220kV變電站為例，介紹其中一臺(tái)主變高溫重載運(yùn)行情況下，因油箱內(nèi)壓力過(guò)高，導(dǎo)致壓力釋放閥動(dòng)作噴油現(xiàn)象。且發(fā)現(xiàn)此時(shí)儲(chǔ)油柜內(nèi)充滿油，油位計(jì)呈現(xiàn)假油位。

1 膠囊式儲(chǔ)油柜結(jié)構(gòu)以及原理

膠囊式儲(chǔ)油柜的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，其工作原理與油位計(jì)指示原理介紹如下。

圖1 膠囊式儲(chǔ)油柜基本結(jié)構(gòu)

1.1 工作原理

膠囊式儲(chǔ)油柜的工作原理是：儲(chǔ)油柜內(nèi)裝有一個(gè)耐油橡膠氣囊，膠囊內(nèi)氣室通過(guò)呼吸器與大氣連通。正常運(yùn)行時(shí)，氣囊浮在油面上。當(dāng)變壓器油溫升高膨脹時(shí)，油枕內(nèi)油面上升，壓擠膠囊向外排氣。反之，油溫降低油面下降時(shí)，膠囊從外面吸氣脹大，自動(dòng)平衡膠囊內(nèi)外兩側(cè)壓力。可見，通過(guò)膠囊可以跟隨變壓器油的溫度變化靈活補(bǔ)償油箱內(nèi)壓力差，有效防止油的絕緣老化。

1.2 油位計(jì)工作原理

目前，對(duì)于膠囊式儲(chǔ)油柜的油位廣泛采用浮球指針式油位計(jì)來(lái)顯示，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

它以浮球?yàn)閭鞲性?，浮球漂浮在油面上緊貼膠囊下壁，隨油面上升下降而發(fā)生上下位移，再通過(guò)連桿、齒輪、磁耦合器等傳動(dòng)元件，將儲(chǔ)油柜的油位用指針在表盤上指示出來(lái)。表盤上有極限報(bào)警紅區(qū)，為現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員指示出危險(xiǎn)區(qū)域；還通過(guò)報(bào)警開關(guān)輸出信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高、低油位遠(yuǎn)距離報(bào)警監(jiān)測(cè)。

圖2 浮球指針式油位計(jì)基本結(jié)構(gòu)

2 事件經(jīng)過(guò)

某一220kV變電站有兩臺(tái)主變，其中2號(hào)主變型號(hào)為SFSZ10-180000/220，儲(chǔ)油柜為膠囊式，整體油重為54t，油位計(jì)為浮指式油位計(jì)，可通過(guò)儀表刻度盤觀察油位；壓力釋放閥裝備兩個(gè)，其型號(hào)為YSF8-55/130KJT，噴油口徑φ130mm，開啟壓力55±5kPa。

某一天，2號(hào)主變將近滿負(fù)荷運(yùn)行，在某一時(shí)刻2號(hào)主變的一只壓力釋放閥突然動(dòng)作噴油，控制室發(fā)報(bào)警信號(hào)。險(xiǎn)情發(fā)生后，運(yùn)維人員立即采用應(yīng)急預(yù)案，對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行放油處理。當(dāng)時(shí)氣溫約為37℃，油溫溫度顯示為75℃，隨后立即組織人員對(duì)此次故障開展檢查試驗(yàn)分析。

3 檢查試驗(yàn)內(nèi)容

（1）檢查瓦斯、差動(dòng)、復(fù)合電壓閉鎖過(guò)流等保護(hù)均未動(dòng)作，對(duì)上述保護(hù)定值核對(duì)，均為正確。

（2）油樣化驗(yàn)。提取變壓器油樣進(jìn)行化驗(yàn)，結(jié)果顯示油色譜分析正常，同時(shí)未提取到瓦斯氣體，由此判斷變壓器內(nèi)部沒有發(fā)生發(fā)電現(xiàn)象。

（3）校驗(yàn)壓力釋放閥開啟壓力為55kPa，關(guān)閉壓力為29.5kPa，結(jié)果合格。

（4）檢查與其聯(lián)絡(luò)上級(jí)變電站未發(fā)異常信號(hào)，說(shuō)明該主變噴油未達(dá)到主變非電氣量保護(hù)動(dòng)作值，主變保護(hù)未拒動(dòng)。

（5）對(duì)2號(hào)主變的油循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行檢查，主變油循環(huán)上的閥門均為正常開啟狀態(tài)。

（6）放油前對(duì)儲(chǔ)油柜呼吸器進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)油柜呼吸器有呼吸，且呼氣的氣泡較小。

（7）放油前檢查發(fā)現(xiàn)油位計(jì)指示油位在7.5（油位計(jì)刻度最大指示10），發(fā)生噴油則懷疑儲(chǔ)油柜油位過(guò)高。當(dāng)對(duì)儲(chǔ)油柜進(jìn)行紅外圖像測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，圖像中顯示儲(chǔ)油柜充滿油，此時(shí)油位計(jì)應(yīng)為滿油位指示，從而判斷出油位計(jì)指示為假油位。

4 原因分析

4.1 壓力釋放閥動(dòng)作原因

變壓器壓力釋放閥動(dòng)作主要有以下原因：

（1）當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生繞組故障或近區(qū)短路，使得變壓器急劇膨脹，油箱內(nèi)壓力快速升高導(dǎo)致壓力釋放閥動(dòng)作開啟。

（2）當(dāng)變壓器呼吸系統(tǒng)堵塞、運(yùn)行溫度過(guò)高等故障，油的膨脹時(shí)間不夠?qū)е聣毫υ龃蟆Ａ硪环矫媸?，?chǔ)油柜內(nèi)油充滿，體積隨溫度變化的變壓器油無(wú)處膨脹，直接導(dǎo)致內(nèi)部壓力升高。

（3）壓力釋放閥開啟值偏低。

（4）變壓器補(bǔ)充油時(shí)操作不當(dāng)。

針對(duì)文中2號(hào)變壓器噴油可能的原因，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的檢查、試驗(yàn)內(nèi)容，可以判斷為是該變器運(yùn)行溫度過(guò)高，在儲(chǔ)油柜內(nèi)已經(jīng)是充滿油的情況下，體積隨溫度變化的變壓器油無(wú)處膨脹，直接導(dǎo)致內(nèi)部壓力升高。同時(shí)，油位計(jì)無(wú)法直觀的指示實(shí)際油位，呈現(xiàn)假油位，直接導(dǎo)致變壓器運(yùn)行巡視人員忽視高油位現(xiàn)象。

對(duì)2號(hào)變壓器油箱內(nèi)油溫達(dá)75℃，在高溫重載下，持續(xù)的溫升、油的膨脹導(dǎo)致內(nèi)部壓力變大。尤其是變壓器油充滿儲(chǔ)油柜后，變壓器油無(wú)膨脹空間，一方面使得膠囊緊貼儲(chǔ)油柜呼吸道孔，在變壓器呼吸系統(tǒng)通暢的情況下，變壓器呼吸系統(tǒng)雖有呼吸，但屬非正常呼吸，呼吸量?jī)H表現(xiàn)為膠囊中的殘留氣體在呼吸通道中的流動(dòng)；另一方面，當(dāng)壓力升至壓力釋放閥動(dòng)作啟動(dòng)值，滿足動(dòng)作條件時(shí)，壓力釋放閥發(fā)生動(dòng)作噴油。

4.2 油位計(jì)假油位原因

當(dāng)油位計(jì)刻度表出現(xiàn)與儲(chǔ)油柜內(nèi)油面高度不一致的油位故障時(shí)，即表現(xiàn)為假油位。對(duì)于膠囊式儲(chǔ)油柜、浮指式油位計(jì)，其產(chǎn)生假油位的原因主要有∶

（1）主變呼吸系統(tǒng)呼吸通道堵塞，膠囊內(nèi)空氣不能隨油位升高而排出，會(huì)造成油位計(jì)油位不正常。

（2）膠囊老化破損、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀、連桿卡澀脫落、指針磁耦合性能異常、浮球破裂、伸縮桿彎曲或扯斷，也是易導(dǎo)致油位異常的常見原因。

（3）注油工藝存在缺陷，當(dāng)采用壓縮空氣法或抽真空法，排氣不充分或排氣后未擰緊排氣塞，會(huì)導(dǎo)致油箱內(nèi)有大量氣體，當(dāng)溫度升高到一定值，內(nèi)部氣體也會(huì)使油位非正常變化。

（4）當(dāng)儲(chǔ)油柜內(nèi)油位較高的情況下，由于膠囊自身質(zhì)量、儲(chǔ)油柜內(nèi)掛點(diǎn)過(guò)少等原因，易發(fā)生下垂的膠囊正好落在油位計(jì)浮球或連桿上，造成油位計(jì)無(wú)法正確顯示油位，如圖3所示。

圖3 浮球受膠囊自重、膠囊掛點(diǎn)影響油位指示

結(jié)合變電站巡視內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)2號(hào)變壓器在低溫低負(fù)荷條件下，參照現(xiàn)場(chǎng)油溫-油位曲線表，油位計(jì)可正確顯示油位。但當(dāng)高溫重載下，儲(chǔ)油柜內(nèi)油位過(guò)高時(shí)，由于受膠囊自重的影響，油位計(jì)浮球位于膠囊下方，此時(shí)油位計(jì)顯示油位與油溫-油位曲線表出現(xiàn)偏差，無(wú)法正確、可靠的表征儲(chǔ)油柜油位，呈現(xiàn)出假油位。

5 故障處理

針對(duì)上述問題，運(yùn)維人員立即將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況向調(diào)度、設(shè)備運(yùn)維管理單位進(jìn)行匯報(bào)，并及時(shí)聯(lián)系檢修人員給予處理，檢修人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行噴油故障勘查后，進(jìn)行變壓器放油處理。

（1）將濾油機(jī)放油管接至事先準(zhǔn)備好的儲(chǔ)油柜放油。

（2）通過(guò)放油0.5噸后，檢查儲(chǔ)油柜運(yùn)行功能正常，放油后油位計(jì)指示油位在6的位置，與當(dāng)天的環(huán)境溫度相符，其紅外圖像顯示如圖4所示。

圖4 儲(chǔ)油柜油位紅外圖像顯示

（3）對(duì)該變電站2號(hào)變壓器油取油樣分析，檢測(cè)數(shù)據(jù)正常。

6 防范措施

根據(jù)該變電站2號(hào)主變出現(xiàn)噴油、油位計(jì)假油位現(xiàn)象，可以看到，儲(chǔ)油柜呼吸系統(tǒng)是否正常、儲(chǔ)油柜油位的合理識(shí)別直接影響到變壓器的正確運(yùn)行與否。為了準(zhǔn)確檢測(cè)變壓器油位，有效識(shí)別故障前期其潛伏故障或隱患，避免變壓器因油位高而引發(fā)設(shè)備不安全，下面從儲(chǔ)油柜呼吸器維護(hù)與巡視、儲(chǔ)油柜油位是否正常的巡視診斷來(lái)進(jìn)行探討。

6.1 儲(chǔ)油柜呼吸系統(tǒng)維護(hù)與巡視診斷

目前變壓器普遍使用的是傳統(tǒng)型呼吸器，當(dāng)前主要是運(yùn)維人員利用肉眼觀察硅膠顆粒的變色來(lái)判斷吸濕能力的好壞。

（1）工作中加強(qiáng)對(duì)變壓器呼吸系統(tǒng)的巡查。正因?yàn)楹粑魇亲儔浩髋c外界溝通的唯一通道，起著吸濕、平衡壓力的作用。在主變運(yùn)行時(shí)，呼吸器油封杯中應(yīng)有冒泡現(xiàn)象，油溫低時(shí)表現(xiàn)為吸氣，氣泡變化不明顯；油溫高時(shí)表現(xiàn)為呼氣，氣泡變化明顯。

（2）對(duì)呼吸器硅膠進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。在硅膠變色超過(guò)2/3時(shí)就應(yīng)當(dāng)對(duì)變壓器呼吸器硅膠進(jìn)行更換，同時(shí)還應(yīng)將油封杯的油進(jìn)行更換、呼吸器進(jìn)行清潔處理。

（3）正常運(yùn)行情況下，從硅膠的變色識(shí)別呼吸通道是否漏氣。呼吸器的硅膠應(yīng)從下至上逐漸變色，如果出現(xiàn)上層硅膠變色情況，則可判斷為呼吸器上層密封不嚴(yán)實(shí)導(dǎo)致漏氣，進(jìn)入變壓器呼吸系統(tǒng)的氣體未進(jìn)行吸濕處理。

（4）防止硅膠浸油、硅膠顆粒太小、安裝時(shí)聯(lián)管管路中異物未清除、吸濕器密封膠墊未拆除等因素，導(dǎo)致呼吸管路堵塞直接影響內(nèi)部壓力升高產(chǎn)生假油位。

6.2 儲(chǔ)油柜油位巡視診斷

上述綜合分析可知，產(chǎn)生假油位的原因主要集中在膠囊老化故障、浮指式油位計(jì)故障、變壓器呼吸器不暢通、儲(chǔ)油柜內(nèi)膠囊自量壓迫油位計(jì)等方面，進(jìn)而干擾了運(yùn)維人員對(duì)變壓器油量的判斷?，F(xiàn)場(chǎng)則表現(xiàn)為，變壓器油溫-油位曲線在高溫重載下與實(shí)際油位偏差、不對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致缺乏參考指導(dǎo)意義。

針對(duì)文中因高溫重載、儲(chǔ)油柜滿油下的假油位問題，下面從變壓器的運(yùn)行與檢修兩種狀態(tài)進(jìn)行討論。

6.2.1 變壓器運(yùn)行時(shí)儲(chǔ)油柜油位的巡視診斷

當(dāng)變壓器處于運(yùn)行階段時(shí)，除利用油位計(jì)、油溫-油位曲線對(duì)油位進(jìn)行判別外，還可利用儲(chǔ)油柜內(nèi)的油面溫度差，通過(guò)紅外檢測(cè)圖像的溫度分布分析，可以判別儲(chǔ)油柜內(nèi)實(shí)際油位。

正因?yàn)榧t外圖像上明顯的溫度分界線，一方面在負(fù)荷較輕時(shí)校驗(yàn)油位計(jì)油位指示是否正確，與油溫——油位曲線是否相符；二是高溫重載下儲(chǔ)油柜出現(xiàn)假油位時(shí)，采用該測(cè)試方法找到油位計(jì)實(shí)際偏差，幫助運(yùn)維人員巡檢時(shí)更好的識(shí)別油位，防止油位誤判而構(gòu)成變壓器運(yùn)行隱患；三是參照原有的油溫-油位曲線，根據(jù)油位偏差大小修正適應(yīng)于該變壓器的油溫-油位曲線，進(jìn)而得到油位過(guò)高的油溫預(yù)警值。其分析與處理流程如圖5所示。

值得注意的是，對(duì)紅外圖像所顯示油位線的準(zhǔn)確提取應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)∶

（1）紅外圖像的拍攝。在變電站紅外巡檢中選擇視角盡量正對(duì)儲(chǔ)油柜，保證所獲取的紅外圖像形狀偏差不大。

（2）紅外圖像邊緣化處理。對(duì)紅外圖像的邊緣點(diǎn)進(jìn)行擬合，辨識(shí)出儲(chǔ)油柜的位置與形狀。

（3）油面檢測(cè)。通過(guò)在儲(chǔ)油柜輪廓內(nèi)設(shè)置多條縱向測(cè)溫線，在各條測(cè)溫線上變化最大的點(diǎn)作為有油與無(wú)油的分界點(diǎn)。

圖5 油位過(guò)高的油溫分析與處理流程

（4）油位線的形成。將得到的多個(gè)測(cè)溫分界點(diǎn)進(jìn)行處理，去除偏移較大的點(diǎn)，并將其他點(diǎn)連接起來(lái)，即得到有油與無(wú)油的分界線。

（5）油位的計(jì)算。由于視角偏差的原因，圖像中的儲(chǔ)油柜斷面一般為橢圓形，通過(guò)油面分界線分割的圖形歸算至圓形斷面中，所得油面垂直線的高度即為油位高度。

6.2.2 變壓器檢修時(shí)儲(chǔ)油柜油位的診斷

（1）檢修中檢查吸濕器是否存在堵塞，油杯內(nèi)是否正常，過(guò)少過(guò)多都不利于正常工作，檢查硅膠有無(wú)失效和浸油現(xiàn)象，浸油的硅膠應(yīng)立即更換，更換硅膠的顆粒不宜過(guò)小，檢查吸濕器膠墊是否拆除。

（2）對(duì)儲(chǔ)油柜內(nèi)的膠囊進(jìn)行檢查，查看是否出現(xiàn)絕緣油，若發(fā)現(xiàn)膠囊老化、破裂應(yīng)進(jìn)行更換。

（3）若假油位是由于膠囊自重壓在浮球表面造成，將膠囊用木棒攤平使之浮在油的表面時(shí)，觀察油位計(jì)的指示是否恢復(fù)正常；若未恢復(fù)正常則考慮油位計(jì)故障進(jìn)行處理。

（4）檢查儲(chǔ)油柜放氣塞密封是否良好，若發(fā)現(xiàn)密封損壞應(yīng)進(jìn)行更換處理。

6.3 其他措施

針對(duì)文中的非故障原因?qū)е录儆臀滑F(xiàn)象，還需要從變壓器的設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等方面展開分析。

（1）變壓器儲(chǔ)油柜設(shè)計(jì)容量過(guò)小是影響變壓器絕緣油體積調(diào)節(jié)的直接原因。一般現(xiàn)場(chǎng)主變的安裝均按照油溫-油位曲線表進(jìn)行注油，如在夏季高溫重負(fù)荷下，油溫變化較大，儲(chǔ)油柜的設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)容量不夠?qū)⒅苯佑绊懼髯兊恼＿\(yùn)行。

（2）對(duì)于膠囊式儲(chǔ)油柜在安裝過(guò)程中，由于儲(chǔ)油柜內(nèi)膠囊掛點(diǎn)較少或者其下垂部分落在浮球（連桿）上時(shí)，使得浮球上升受阻（或者長(zhǎng)時(shí)間壓力作用使得連桿變形），油位計(jì)無(wú)法準(zhǔn)確指示油位。

（3）發(fā)現(xiàn)呼吸器中的硅膠變色后，應(yīng)立即進(jìn)行更換處理，油封杯也應(yīng)采用透明的，以方便運(yùn)維人員對(duì)呼吸裝置進(jìn)行檢查，以保證正常運(yùn)行。

（4）在高溫重載下，一方面檢查散熱裝置是否正常，同時(shí)也應(yīng)增加巡視次數(shù)，加大隱患排查力度，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)上報(bào)并采取有效措施；另一方面應(yīng)合理安排檢修時(shí)間，避免高負(fù)荷期間進(jìn)行，確保電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。

（5）應(yīng)充分利用紅外圖像檢測(cè)手段幫助排除“假油位”的干擾，正確判斷出實(shí)際油位的位置。

（6）為保證變壓器正常呼吸系統(tǒng)、油位的正常，對(duì)于運(yùn)維人員而言，一方面應(yīng)了解設(shè)備的各個(gè)部件、原理，嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程，對(duì)新安裝設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的檢測(cè)、試驗(yàn)和驗(yàn)收；另一方面運(yùn)維人員應(yīng)及時(shí)對(duì)膠囊式儲(chǔ)油柜的假油位進(jìn)行故障原因分析、故障部位判斷和處理。

7 結(jié)束語(yǔ)

變壓器呼吸器、儲(chǔ)油柜油位檢查是設(shè)備日常巡視維護(hù)的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)一起220kV變壓器壓力釋放閥噴油、油位計(jì)假油位故障的綜合分析，找出了發(fā)生故障的真正原因。并從中可以看到呼吸器與油位的巡檢看似簡(jiǎn)單，但實(shí)際發(fā)生故障后將易導(dǎo)致變壓器壓力釋放閥噴油，故運(yùn)維人員應(yīng)加強(qiáng)日常巡視、早發(fā)現(xiàn)、早治理，并提出了相應(yīng)的防范措施，為防止類似問題發(fā)生，以期為變壓器的健康穩(wěn)定運(yùn)行提供參考價(jià)值。