吳應(yīng)華

（國網(wǎng)滁州供電公司，安徽 滁州 239000）

變壓器在電能傳輸過程中擔(dān)負著轉(zhuǎn)換電壓等級和傳輸電能的角色，變壓器油在變壓器運行過程中起著絕緣和冷卻的作用。當負荷發(fā)生變化或者外界環(huán)境溫度發(fā)生變化時，變壓器油會發(fā)生熱脹冷縮的效應(yīng)，此時變壓器油枕就擔(dān)負著為變壓器油提供熱脹冷縮空間的作用[1，2]。

1 油枕的結(jié)構(gòu)形式分類

目前，變壓器油枕按照材料分為膠囊式和金屬波紋管式兩種，金屬波紋管式油枕按照變壓器油的儲存位置可分為內(nèi)油式和外油式兩種。

1.1 膠囊式油枕

膠囊式油枕是過去老式變壓器常用的油枕結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 膠囊式油枕結(jié)構(gòu)示意圖

膠囊式油枕外形有圓柱形和橢圓形兩種，內(nèi)部的膠囊浮在油面上方，膠囊內(nèi)部通過管道與呼吸器接通，當變壓器負荷或者環(huán)境溫度變化時，變壓器通過膠囊的伸縮和外界進行氣體交換完成呼吸過程。膠囊式油枕在變壓器上的應(yīng)用時間已經(jīng)很長，對于膠囊的優(yōu)缺點也較為清楚。膠囊式油枕的造價比較便宜，但是在實際運行過程中出現(xiàn)了很多膠囊老化與油枕內(nèi)壁粘連缺陷或者膠囊破裂事故，尤其是運行時間較長的變壓器，膠囊老化現(xiàn)象嚴重，且呼吸器管道經(jīng)常發(fā)生堵塞，造成負壓現(xiàn)象或者噴油現(xiàn)象，在特殊運行工況下可能會造成嚴重后果。

1.2 外油式金屬膨脹管油枕

外油式金屬膨脹管油枕改善了傳統(tǒng)的膠囊式油枕的老化和破裂的缺點，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 外油式金屬膨脹管油枕結(jié)構(gòu)示意圖

外油式金屬膨脹管油枕外形通常為圓柱形，內(nèi)部材質(zhì)采用不銹鋼材料，工作原理與膠囊式油枕相似，變壓器油在膨脹管的外部，內(nèi)部空腔通過管道與吸濕器連接，通過金屬膨脹管的伸縮和外界進行氣體交換完成呼吸過程。然而，由于外油式金屬膨脹管采用橫向伸縮，這對于膨脹管外的軌道滑輪的材質(zhì)提出了很高的要求，不僅需要非金屬材質(zhì)，而且需要具有非常良好的耐磨性。然而，在實際運行中發(fā)現(xiàn)，外油式金屬膨脹管油枕經(jīng)常發(fā)生導(dǎo)致假油位發(fā)生，并且運行時間較長后還會發(fā)生油流速繼電器報警的現(xiàn)象，拆解后發(fā)現(xiàn)均是由于金屬膨脹管與外殼發(fā)生摩擦導(dǎo)致滾輪磨損，引起了卡澀現(xiàn)象的發(fā)生，從而導(dǎo)致了上述缺陷。由此可見，外油式金屬膨脹管油枕除了材質(zhì)方面比膠囊式油枕表現(xiàn)更優(yōu)秀以外，在其他方面并沒有特別突出的優(yōu)點，甚至更容易造成假油位現(xiàn)象。

1.3 內(nèi)油式金屬膨脹管油枕

內(nèi)油式是相對外油式而言的，結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 內(nèi)油式金屬膨脹管油枕

內(nèi)部采用不銹鋼材質(zhì)，變壓器油位于金屬膨脹管的內(nèi)部，金屬膨脹管外部直接與空氣相連通，無需加裝吸濕裝置，金屬膨脹管的運動方向為縱向運動，變壓器油熱脹冷縮的過程均在金屬膨脹管內(nèi)部完成，并且通過壓力平衡板在金屬膨脹管上方給予其一定的壓力，減少金屬膨脹管發(fā)生卡澀的概率，金屬膨脹管本身的重力也可以減少卡澀現(xiàn)象的概率?，F(xiàn)階段，內(nèi)油式金屬膨脹管油枕的內(nèi)部通常分成三個膨脹管，即使有一個金屬膨脹管發(fā)生卡澀，仍有另外兩個可以伸縮，進一步減少金屬膨脹管卡澀給變壓器帶來的危害。

1.4 三種形式的油枕優(yōu)缺點總結(jié)

以上三種結(jié)構(gòu)的油枕的優(yōu)缺點，如表1所示

2 外油式金屬膨脹管油枕假油位故障典型原因分析

膠囊式油枕在老式變壓器中仍有部分應(yīng)用，但都在陸續(xù)進行改造，內(nèi)油式金屬膨脹管油枕由于相對于其他結(jié)構(gòu)形式的油枕具有較多的優(yōu)點已經(jīng)被廣泛使用?，F(xiàn)階段，仍然有很多外油式金屬膨脹管油枕的變壓器將長期處于運行狀態(tài)，因此，在運行過程中，不免會發(fā)生假油位事件，一種原因是注油排氣方式不正確，導(dǎo)致油枕中存在殘留氣體，堆積在油枕上端，致使油位指示偏高；一種是外油式金屬膨脹管油枕本身結(jié)構(gòu)特性影響造成的假油位。

（1）變壓器在補油和排氣過程中方式不正確。變壓器本體注油工作完成以后，應(yīng)在油枕的注油口處進行補油，此時補油速度應(yīng)放慢，當油位指針到達當前溫度對應(yīng)的相應(yīng)位置以后，關(guān)緊呼吸閥門。保持油位不變，然后繼續(xù)注油，將氣體從油枕排氣口趕出，待排氣口有油柱狀流出時，關(guān)閉排氣閥門。靜置規(guī)定的時間后，再次打開油枕排氣口，繼續(xù)緩慢注油，直至油再次從排氣口流出，并呈現(xiàn)油柱狀后停止注油，關(guān)閉排氣口閥門，打開呼吸口完成補油。不按此步驟進行補油排氣，則油枕中就會存在殘留氣體，堆積在油枕上端，致使油位指示偏高。

（2）外油式膨脹管油枕本身結(jié)構(gòu)特性影響。變壓器在運行過程中，受外界環(huán)境溫度、本身負載變化等因素影響，變壓器的本體溫度隨之波動，油面出現(xiàn)上升或者下降。當變壓器本體溫度降低時，油枕中油面便開始下降補償本體油位，同時膨脹管開始向左運動拉伸，但油面的降低方向與膨脹管運動方向成90°，油面降低時，油枕上端先形成真空區(qū)，受真空吸力以及膨脹管本身重量的影響，膨脹管頂部先開始向左運動直至出現(xiàn)傾斜，此時若存在輕微卡澀或者膨脹管呼吸不暢，油位繼續(xù)下降，膨脹管頂部繼續(xù)向左運動，當真空的吸力，與油面的推力達到平衡時就會出現(xiàn)假油位，如圖4所示。

圖4 外油式金屬膨脹管油枕本身結(jié)構(gòu)特性造成的假油位形成過程

3 結(jié)束語

通過本文的比較分析，內(nèi)油式金屬膨脹管油枕的優(yōu)勢非常明顯，應(yīng)該成為今后新上變壓器在油枕選型時重點考慮的結(jié)構(gòu)類型。