一种变压器自动取气装置的设计

王明钦 刘 瑞 张宝山 郭美荣 张洪东 刘洪波

（1.国网临沂供电公司 2.山东电工运检工程有限公司 3.沈阳新工电气有限公司）

0 引言

随着国民经济的飞速发展，对电力负荷的需求也越来越高，需要时刻关注电力设备的安全运行确保电力需求的满足。电力变压器是发、输、变、配电系统中的重要设备之一，它的性能、质量直接关系到电力系统运行的可靠性和运营效益，其中变压器的故障在很大程度上制约着电力系统的正常运行，对故障的分析尤为重要。对变压器的外部故障诊断，可以通过外观检测进行分析判断。对其内部故障诊断，需要通过分析绝缘油中溶解气体来判断，而在整个分析过程中，气体的准确分析在一定程度上决定了变压器内部故障判断的正确性，所以对气体的分析提出一定的高要求。

传统的检测方式，采用取油的策略，不能直接提取所含气体量，需要通过对绝缘油的提取，从中分析油中特征气体的含量，而这种策略，需要留出一定的时间进行取油，这样会造成部分气体再次回到油中，导致气体分析不准确，而此种取气设备可以实现自动控制排气取样和人工远程控制排气取样，实现油样和气样的双重提取，同时保障人员的生命安全，且进一步提高检测的准确性。

经研究，目前国内对于变压器油中取气的方法部分学者有从基于顶空取气的角度来入手分析变压油的脱气装置［1］；也有从色谱检测器现阶段存在的稳定性、脱气单元气密性、脱气单元设计工艺、出峰值数据读取算法等问题入手分析变压器油溶解气体监测装置［2］；还有的从影响取样精度的因素入手分析，并将单片机技术应用到取样装置的研究中［3］；本文基于对国内当前取气装置的研究、油气分离器装置的研究、变压器故障诊断等文献的阅读［4－10］，以及结合实际情况，综合分析，研制变压器自动取气装置。

1 结构设计

1.1 总体概述

变压器自动排气取样器（以下简称“取样器”），为油浸变压器上使用的一种自动控制排气取样和人工远程控制排气取样的专用装置。它通过导管与气体继电器连接，实现对气体的自动控制排放和人工远程控制排放，并在排放完毕后保留100ml气样，在实现非人工现场作业排放气体的同时，也为化验员提供一种操作简单和不受时间约束的取气样方式，保障作业人员的安全。

该取样器如下图所示，主要由导管、油气分导器、中间继电器、端子排、电磁阀、排油测试按钮、角通式排气阀、直通式排油阀、气样保留瓶、油封盒、油封卡装机构、箱体、透视盖和翻盖等部分及相关零件组成。连接气体继电器的气体报警信号，可以实现气体的自动控制排放，连接控制按钮可以实现人工远程控制排放。

图 整体结构图

1.2 结构设计参数（见表1～表3）

表1 磁簧开关额定容量

表3 中间继电器

适应地区：一般地区和湿热带地区。

环境温度：－40～45℃。

表2 电磁阀

取气量：＜100ml。

密封性能：承受气压试验0.2MPa无渗漏。

2 工作原理

正常运行中气体继电器充满变压器油，油气分导器的下部也充满变压器油，分导器下部的常闭磁簧开关处于导通状态，中间继电器电源控制回路在接通中。当气体继电器内气体聚积量大于250ml并发出气体报警后，中间继电器的线圈启动回路接通，电磁阀开启，变压器油经排放软管排出。当导管内变压器油排放完毕，气体进入油气分导器内，常闭式磁簧开关切断中间继电器的电源回路，电磁阀关闭并停止排油。

2.1 油气分导原理

油气分导的主要原理是重力沉降分离和碰撞分离。沉降分离是利用两种介质的密度差，把液滴从气体中沉降下来［11］。油气分导排放原理是将分段导出的油和气，通过分导器的控制，经不同的路径排出，气体的排放控制是通过对油的排放控制实现的，油的排放指令来自气体继电器的气体报警信号或控制按钮。

此时气体经角通式排气阀、气样保留瓶和油封盒及排放软管排出。

气体排放完毕后，变压器油重新进入油气分导器内，气体排放口关闭，变压器油停止补入，但有100ml气体被封存在气样保留瓶中。

2.2 气样留存原理

气样保留瓶总成由气样保留瓶、气体排放头和排气推杆组成，气样保留瓶在安装时，上下两端的自封阀处于压缩开启状态，气体可以流通；当气样保留瓶被取下后，两端自封阀阀杆向外弹出，将气体封存在气样保留瓶内；气样保留瓶取下后安装气样排放头和排气推杆可取出气样。

3 功能实现

3.1 自动控制排放部分

1）电源220V接端子排1～2点。

2）气体继电器气体报警信号X1接端子排3～4点，实现气体自动控制排放，当用于智能变压器和无人值守机站使用时，必须使用X1信号控制。

3.2 人工远程控制排放部分

1）如遇技术壁垒无法实现自动控制排放，可将电源220V接端子排1～2点，按钮K接端子排3～4点，实现气体的人工远程控制排放；

2）控制按钮必须选常闭式接通恢复按钮；

3）按钮的设置地可选在主控室的气体报警器的面板上，但按钮控制回路要受气体报警信号控制，防止在无气体时误操作产生排油现象；

4）人工远程控制按钮的设置为取样器之外的设计范畴，本公司只提供技术路径和方法，实际应用中还可衍生出其他控制排放方法，如自动控制与人工远程控制的双重控制排放等，仅供参考。

3.3 排油测试部分

用以检验控制排放系统是否正常，“开启”按一下即开始排油，“关闭”按一下即排油停止。

3.4 导管部分

1）将导管7的M8丝头拧入气体继电器排气接口；

2）将导管沿变压器侧壁由高向低走向固定，不许升高和盘圈；

3）锯掉多余导管，倒钝内外锐角，清理内孔残渣，插入分导器上接头9内不小于30mm，再拧紧螺帽固定；

4）运行中角通式排气阀12开启，直通式排油阀17关闭，排气软管插入排油软管的三通接头上将残液经一个路径排放。

3.5 气样的提取部分

1）当气体排放完毕后要取走气样时，将油封盒20的手柄下拉15mm向右 （或左）转约30度卡固；

2）将气样保留瓶15下移，使上接头与角通式排气阀接口脱离，斜置并继续下移取出。气样保留瓶被取下后，上下自动密封阀将瓶内气样密封；

3）取气前在气样保留瓶的上下密封阀处，分别拧上气体排放头29和排气推杆30，锁紧螺母19退出螺纹旋合状态，推动排气推杆即可排出气样；

4）气样保留瓶的安装与退卸的程序相反，但必须将活塞拉至取气瓶手柄端，拧锁紧螺母19固定，拧下气体排放头29和排气推杆30后安装。

4 注意事项

1）导管可以对气体平行导引输送，禁止上行坡度和盘圈固定，当平行走向距离大于2m时，建议在硬管内穿过架设并固定。

2）在保证导管规范架设固定情况下，气体可以完成远距离输送排放，建议取样器设置在高压禁区之外使用。

3）导管接头和分导器上接头的密封，由两个0形胶圈插接密封实现，安装中如有损坏或丢失，将盒内备品换上即可。

4）套装在气样保留瓶上口和油封盒上口处的胶圈为易损件，用户使用备品自行更换。

5）在取样器的箱体26底部有备装预留孔Ⅰ和Ⅱ二组，适合传统导气盒（取气盒）安装替换，更换时应取下气样保留瓶找到相应点位，拧下密封螺钉即可安装固定。

5 结束语

自动取气装置的研制和应用，一方面解决变压器直接提取气样的需求，另一方面也为分析变压器故障提供了另一层面的直接研究，在确保人员安全的情况下，对变压器进行分析，为变压器的正常运行提供保障。