变压器储油柜的结构发展与应用

2014-09-22赵新丽

电气技术 2014年8期

龙光赵新丽

（保定天威集团，河北保定 071056）

在大型油浸式变压器中，储油柜是对变压器油存储、补充和保护的组件。一般安装在变压器油箱顶部，与变压器油箱相连，用以补偿变压器油箱和冷却系统中的油随温度变化而膨胀、收缩产生的容积变化；另一个重要作用是使保护变压器中的油，防止油受潮和氧化，从而有效的提高变压器内部绝缘的强度，对于变压器的正常、安全、稳定的运行，起着极其重要的保护作用。

1 储油柜的结构介绍及种类

储油柜可以分为敞开式和密封式两种，其中密封式按内部结构分为胶囊式储油柜、隔膜式储油柜、波纹管式储油柜三种。波纹管式储油柜根据油与波纹管的相对关系分为内油式和外油式两种。

1.1 敞开式储油柜

敞开式储油柜如图1所示，主要由柜体、主油箱管路、注放油管路、吸湿器管路和油位计等部件组成。油通过吸湿器与大气相通，能满足变压器油随温度的变化而引起的体积膨胀和收缩，通过吸湿器可将储油柜中空气水分吸收，从而起到保护油的作用。敞开式储油柜内的变压器油经过吸湿器管路与大气相通，吸湿器可以吸收潮气和灰尘过滤进入储油柜的空气。敞开式储油柜结构简单、制造成本低、不易损坏且易于维护，但不能完全阻断变压器油与大气的接触，不能防止变压器油的氧化变质，对潮气的阻断也不充分。目前 35kV以上变压器已不采用。对于大容量的变压器，仅在为有载开关配套提供的储油柜使用。有载开关的储油柜经常与变压器主体储油柜焊成一体，不仅外绝缘距离小且外型美观。

1.2 胶囊式储油柜

胶囊式储油柜如图2所示，主要由柜体、胶囊、集气盒（集气盒上有主油箱管路、注放油管路、排气管路、排污油管路等部件）、吸湿器管路、油位计等部件组成。是在敞开式储油柜的基础上，在储油柜柜体内安装了一个耐油尼龙复合橡胶的橡胶囊，囊内通过呼吸管及吸湿器与大气相通，使得储油柜内的压力与大气相同。胶囊外和油接触，当变压器油箱中油由于体积膨胀或收缩而导致储油柜油面上升或下降时，胶囊向外排气或自行吸气以平衡胶囊内外侧压力，起到呼吸作用。该种储油柜用胶囊作密封件将变压器油与大气隔离，并且随变压器温度变化及时对油进行补偿；胶囊一般悬挂在柜体上，呼吸较灵活，通气阻力小。储油柜上的油位表可采用磁力指针式油位计、压力式油位计来显示的，当油位达到设定的最高或最低位置时，油位计通过报警开关能及时准确地报警并将信号远传。

胶囊式储油柜初步实现了绝缘油与空气的隔离，很大程度上减少了绝缘油吸收潮气和氧化，有效的缓解了油质变化对变压器的影响。过去胶囊式储油柜存在胶囊由于机械强度不够产生破裂漏油不易被发现，胶囊破裂或尺寸过大发生皱折时还会造成储油柜喷油或假油位，胶囊使用年限短等缺点。但近年来通过技术的进步，胶囊的寿命在不断的提高，先进计算手段使得胶囊的尺寸与柜体配合的更合理；随着变压器监测和诊断技术的发展，使得对储油柜胶囊的状态进行时时监控变成可能，工作人员可在监控室内时时看到胶囊的状态；这些使得胶囊式储油柜在电力系统中得到广泛应用。

图2 胶囊式储油柜结构示意图

1.3 隔膜式储油柜

隔膜式储油柜如图3所示，主要由上节柜体、下节柜体、隔膜、集气盒（集气盒上有主油箱管路、注放油管路、排气管路、排污油管路等部件）、吸湿器管路、油位计等部件组成。此种结构储油柜利用上节柜体和下节柜体之间的隔膜作为密封件隔离变压器油和大气，胶囊与隔膜的作用和材质均相同，只是结构不同，前者为囊状，后者为片状。由于储油的上节柜体和下节柜体之间的密封面很大而且为矩形，不易制作而且密封面的平面度也不易保证，容易造成渗漏油；储油柜的油位计一般采用伸缩杆式，易产生变形，如果伸缩杆伸缩不灵活还会造成油位计指示不准确，易产生假油位；该储油柜注油时需打开上节柜体上的手孔通过隔膜上的排气软管把变压器油中的气体排出，操作比较麻烦。鉴于以上原因，隔膜式储油柜的使用越来越少。

图3 隔膜式储油柜结构示意图

1.4 波纹储油柜

波纹储油柜采用先进的不锈钢波纹管补偿技术，用波纹管代替传统储油柜中的胶囊，实现变压器绝缘油体积补偿并与外界隔离，防止吸湿氧化绝缘油。油温度升高体积膨胀时，波纹管被压缩，移向固定端，反之波纹管回收缩；当油位过高或过低时，会通过油位计产生报警信号。

外油式金属波纹储油柜如图4所示，主要由柜体、金属波纹膨胀器、拉带式油位计、主油箱管路、注放油管路、排污油管路、排气管路、吸湿器管路等部件组成。该储油柜以金属波纹膨胀器为密封件，波纹膨胀器的外面是变压器油，波纹膨胀器的内腔通过吸湿器与大气相通。当储油柜内的变压器油的体积增大或减小时，波纹膨胀器就收缩或膨胀以调节储油柜的容积并保证储油柜内的压力与大气相同。不锈钢薄板制成的金属波纹膨胀器与橡胶材质的胶囊或隔膜相比具有抗老化的优点，相关标准规定金属波纹膨胀器机械寿命应不低于10000次，但是也存在伸缩不如胶囊或隔膜灵活的缺点，使得油容积调节不太灵活。而且该种储油柜的成本较高。由于外油式金属波纹储油柜的波纹管在储油柜内做横向运动的，在运行中波纹管受重力或储油柜不圆等因素的影响，容易发生卡滞，造成假油位，严重的还会出现冒油现象。

图4 外油式金属波纹储油柜结构示意图

内油式金属波纹储油柜如图5所示，主要由外壳、金属波纹膨胀器、油位计、主油箱管路、注放油管路、排气管路等部件组成。该种储油柜以金属波纹膨胀器为密封件，波纹膨胀器的里面是变压器油，外面是大气。波纹膨胀器随着变压器油体积的增减而胀缩并保证储油柜内的压力与大气相同。它与外油式金属膨胀储油柜的原理差不多，只是变压器油在金属波纹膨胀器的内部，另外，该种储油柜的外壳没有密封，所以不能安装吸湿器，减少了变压器的维护。内油式金属波纹储油柜的外壳易生锈，在高盐雾地区选用需慎重。另外其最大的缺点是一旦波纹管发生损坏漏油，变压器就要立即退出运行更换储油柜，影响供电的安全性。

图5 内油式金属波纹储油柜结构示意图

2 不同类型储油柜的特性及对比

由于开放式和隔膜式储油柜目前应用很少，所以本小节主要针对胶囊式和波纹式储油柜进行介绍。

2.1 胶囊式储油柜的特性

胶囊式储油柜的橡胶材料是多层丁晴橡胶，约0.6mm厚。变压器在运行中，储油柜的橡胶虽然起到了变压器油与空气完全隔离的作用，但胶囊在运行过程中发生运动，会由于其机械强度不够而造成破裂，导致漏油。长期运行中，传统胶囊式储油柜维护工作量大，也暴露出许多缺点：第一，是由于与空气连通，受环境和温差等因素影响，胶囊容易老化而龟裂破损，使得外界的水和雨水易侵入油中，使油发生氧化；第二，吸湿器硅胶受空气湿度影响大，需及时维护更换，否则受潮失效或者安装不当，将造成变压器油与空气隔绝性降低，油介损增大、绝缘强度下降；第三，油位计中的油和变压器本体相通，长期受日照影响，油位计中的油容易被氧化，直接影响储油柜中油的品质，污染变压器本体的油质，还存在假油位等现象。基于以上存在的渗漏问题、结构问题，为保证供电的安全性和可靠性，减少运行维护成本，胶囊式储油柜的结构还需不断完善。

2.2 外油式波纹储油柜的特性

优点是采用超柔性不锈钢波纹管作为容积补偿元件，波纹管在极限位置时刚性反力≤0.005MPa，可完全隔绝空气与变压器绝缘油的接触，延长绝缘油使用寿命。储油柜直接储油，有效容积大，可实现较大储存油量。使用寿命可达30年，实现与变压器等寿命。无轨道型导向机构，高强度树脂导轮与内壁大间隙自由调整，波纹管移动不受障碍。内壁为散热面，不具备凝露条件，无凝露产生，不需呼吸器，实现免维护。

缺点是储油柜中的波纹管，要求每个波纹管单元的伸缩刚性必须一致，不然会导致波纹体不均匀变形或突然变形，势必会影响气体继电器、压力释放阀的正确动作。波纹管焊接面多，对钢材柔性要求高，需防止渗漏现象。注油时操作容易出错，储油柜安装注油时排气不当或安装后排气管口密封不严有空气进入后，储油柜将出现假油位；如没有打开储油柜的呼吸器，压力释放阀可能会动作跳闸，压力释放阀不动作则可能损坏变压器。

2.3 内油式波纹储油柜的特性

优点是储油柜波纹管内与油接触，用不锈钢材料做体积补偿组件，全密封，不受空气和水的污染，根本上解决了渗漏油的问题。采用不锈钢材料做体积补偿组件，工作寿命长、灵敏度高，实现免维护，有效地减少了电力系统不必要的停电和运行维护费用。油位计指针安装在波纹管上面，波纹管随着变压器油温的变化而上下移动，指针也随其升高或降低，油位指示直观准确无假油位。实现油位信号远传，根据用户需要可配置多功能油位信号远传装置，可实现远程计算机监控。储存油量大，安装方便，注油简便，容易操作。

缺点是储油柜中的波纹管，要求每个波纹管单元的伸缩刚性必须一致，不然会导致波纹体不均匀变形或突然变形，势必会影响气体继电器、压力释放阀的正确动作。波纹管的储油量必须按标准和变压器实际油量设计，必须按标准和变压器实际油量加足，防止在冬季造成储油柜无油或上浮子误动。为防止波纹失稳需装设导轨及导向轮，一定时间后容易容易产生腐蚀卡涩。波纹管的内波纹壁来回的运动时靠导向滚轮进行动作的。在运行较长时间后，由于诸如机械磨损等不可预知的原因，极易造成导向滚轮卡涩，则势必会影响气体继电器、压力释放阀的正确动作。而且其油位的指示是拉带式的，易造成卡涩，使油位显示不精确。外表面可散热，表面不凝露，但散发的热量可导致外壳内表面凝露，运行一段时间后外壳内壁会因热空气凝露产生腐蚀。因此，内油式波纹储油柜的外壳要求选用不锈钢材料，避免后期维护二次更换。

2.4 两种类型储油柜性能对比（见表1）

表1

3 储油柜选用及注意事项

储油柜的选用首先应在结构上满足用户的需要，即确定储油柜的结构（胶囊式、波纹式）；其次考虑变压器的总油重（变压器总油重应包括油箱、冷却系统和储油柜中的油）；第三确定变压器所在的环境条件（一般地区、湿热地区、寒冷地区）；第四根据总油重和环境温度确定储油柜的容积，储油柜的容积应满足变压器在允许工作的温度范围内实现变压器油最大补偿的需要；即在最小油位时油面线可见，在最大油位时储油柜内的油不能溢出。第五确定储油柜的主要配件如油表、胶囊、阀门等。由于同一个油量的储油柜它的直径和长度两个尺寸上变化，最后可以根据变压器布置空间的要求，或变压器整体协调美观的需要，确定储油柜的内壁直径。

储油柜的补偿容积的计算主要考虑总油重和变压器运行的环境温度，由于不同的环境温度对油有不同的补偿范围，储油柜内变压器油的补偿容积可根据下式计算。