变压器外油式金属膨胀管油枕故障原因分析

2019-07-29吴应华

中国金属通报 2019年4期

吴应华

（国网滁州供电公司，安徽滁州 239000）

变压器在电能传输过程中担负着转换电压等级和传输电能的角色，变压器油在变压器运行过程中起着绝缘和冷却的作用。当负荷发生变化或者外界环境温度发生变化时，变压器油会发生热胀冷缩的效应，此时变压器油枕就担负着为变压器油提供热胀冷缩空间的作用[1，2]。

1 油枕的结构形式分类

目前，变压器油枕按照材料分为胶囊式和金属波纹管式两种，金属波纹管式油枕按照变压器油的储存位置可分为内油式和外油式两种。

1.1 胶囊式油枕

胶囊式油枕是过去老式变压器常用的油枕结构，结构如图1所示。

图1 胶囊式油枕结构示意图

胶囊式油枕外形有圆柱形和椭圆形两种，内部的胶囊浮在油面上方，胶囊内部通过管道与呼吸器接通，当变压器负荷或者环境温度变化时，变压器通过胶囊的伸缩和外界进行气体交换完成呼吸过程。胶囊式油枕在变压器上的应用时间已经很长，对于胶囊的优缺点也较为清楚。胶囊式油枕的造价比较便宜，但是在实际运行过程中出现了很多胶囊老化与油枕内壁粘连缺陷或者胶囊破裂事故，尤其是运行时间较长的变压器，胶囊老化现象严重，且呼吸器管道经常发生堵塞，造成负压现象或者喷油现象，在特殊运行工况下可能会造成严重后果。

1.2 外油式金属膨胀管油枕

外油式金属膨胀管油枕改善了传统的胶囊式油枕的老化和破裂的缺点，结构如图2所示。

图2 外油式金属膨胀管油枕结构示意图

外油式金属膨胀管油枕外形通常为圆柱形，内部材质采用不锈钢材料，工作原理与胶囊式油枕相似，变压器油在膨胀管的外部，内部空腔通过管道与吸湿器连接，通过金属膨胀管的伸缩和外界进行气体交换完成呼吸过程。然而，由于外油式金属膨胀管采用横向伸缩，这对于膨胀管外的轨道滑轮的材质提出了很高的要求，不仅需要非金属材质，而且需要具有非常良好的耐磨性。然而，在实际运行中发现，外油式金属膨胀管油枕经常发生导致假油位发生，并且运行时间较长后还会发生油流速继电器报警的现象，拆解后发现均是由于金属膨胀管与外壳发生摩擦导致滚轮磨损，引起了卡涩现象的发生，从而导致了上述缺陷。由此可见，外油式金属膨胀管油枕除了材质方面比胶囊式油枕表现更优秀以外，在其他方面并没有特别突出的优点，甚至更容易造成假油位现象。

1.3 内油式金属膨胀管油枕

内油式是相对外油式而言的，结构图如图3所示。

图3 内油式金属膨胀管油枕

内部采用不锈钢材质，变压器油位于金属膨胀管的内部，金属膨胀管外部直接与空气相连通，无需加装吸湿装置，金属膨胀管的运动方向为纵向运动，变压器油热胀冷缩的过程均在金属膨胀管内部完成，并且通过压力平衡板在金属膨胀管上方给予其一定的压力，减少金属膨胀管发生卡涩的概率，金属膨胀管本身的重力也可以减少卡涩现象的概率。现阶段，内油式金属膨胀管油枕的内部通常分成三个膨胀管，即使有一个金属膨胀管发生卡涩，仍有另外两个可以伸缩，进一步减少金属膨胀管卡涩给变压器带来的危害。

1.4 三种形式的油枕优缺点总结

以上三种结构的油枕的优缺点，如表1所示

2 外油式金属膨胀管油枕假油位故障典型原因分析

胶囊式油枕在老式变压器中仍有部分应用，但都在陆续进行改造，内油式金属膨胀管油枕由于相对于其他结构形式的油枕具有较多的优点已经被广泛使用。现阶段，仍然有很多外油式金属膨胀管油枕的变压器将长期处于运行状态，因此，在运行过程中，不免会发生假油位事件，一种原因是注油排气方式不正确，导致油枕中存在残留气体，堆积在油枕上端，致使油位指示偏高；一种是外油式金属膨胀管油枕本身结构特性影响造成的假油位。

（1）变压器在补油和排气过程中方式不正确。变压器本体注油工作完成以后，应在油枕的注油口处进行补油，此时补油速度应放慢，当油位指针到达当前温度对应的相应位置以后，关紧呼吸阀门。保持油位不变，然后继续注油，将气体从油枕排气口赶出，待排气口有油柱状流出时，关闭排气阀门。静置规定的时间后，再次打开油枕排气口，继续缓慢注油，直至油再次从排气口流出，并呈现油柱状后停止注油，关闭排气口阀门，打开呼吸口完成补油。不按此步骤进行补油排气，则油枕中就会存在残留气体，堆积在油枕上端，致使油位指示偏高。

（2）外油式膨胀管油枕本身结构特性影响。变压器在运行过程中，受外界环境温度、本身负载变化等因素影响，变压器的本体温度随之波动，油面出现上升或者下降。当变压器本体温度降低时，油枕中油面便开始下降补偿本体油位，同时膨胀管开始向左运动拉伸，但油面的降低方向与膨胀管运动方向成90°，油面降低时，油枕上端先形成真空区，受真空吸力以及膨胀管本身重量的影响，膨胀管顶部先开始向左运动直至出现倾斜，此时若存在轻微卡涩或者膨胀管呼吸不畅，油位继续下降，膨胀管顶部继续向左运动，当真空的吸力，与油面的推力达到平衡时就会出现假油位，如图4所示。