主变压器油枕油位异常的分析及处理

1 电站简介

杂木寺水电站位于天祝藏族自治县与凉州区境内的杂木河干流上，电站安装2台单机容量为9MW和1台5MW的立轴混流式水轮发电机组，发电机组出线额定电压10.5kV，采用三机一变扩大单元出线，经一台31.5MVA三相油浸自冷式主变压器升压至110kV送出。

该水电站110kV主变压器油枕型式采用外油式波纹管储油柜，油枕内原配套为磁翻板式油位计，并设油位过高过低输出节点，波纹管与大气相通，无呼吸器（吸湿器），油枕油位指示通过固定在波纹管活动端的连杆连接磁翻板来间接指示。

2 现象及问题

该110kV主变压器已投运近十年之久，在2017年主汛期较大负荷运行时，环境温度及负荷相同的情况下，油枕油位显示较同工况下异常偏高。2018年度春检处理后效果甚微，在2018年汛期大负荷运行时油枕油位计指示将近满格，监控系统“主变压器油位过高”报警，但主变压器上层油温及绕组温度均在正常范围内。主变压器油枕油位异常偏高且原因不明，给三台发电机组、主变压器及送出线路安全稳定运行均带来严重威胁。

3 油枕油位异常原因分析

影响主变压器油温的因素有负荷的变化、环境温度和冷却装置运行状况等，如果油温的变化是正常的，而油枕油位计不变化或变化异常，则说明油位是假的。

运行中出现假油位的原因可能有：（1）油枕内波纹管与外界大气相通的呼吸管堵塞，导致波纹管内部压力与外界大气压不平衡，波纹管不能正常伸展或压缩，造成油位指示偏高或偏低。（2）取自油枕顶部的排气管及阀门密封不严，外界空气进入油枕油腔，由于该油枕型式为“外油式”，空气进入油枕后使油枕油腔产生一定的气体空间，从而压缩波纹管，油位计指示上升，此时形成的“假油位”比实际油位偏高。（3）波纹管轨道卡涩，当变压器油体积随温度升高或降低变化时，波纹管不能跟随油的体积变化而伸缩，不能指示正确油位，显示异常。（4）波纹管本体破裂，当波纹管本体有裂纹等老化痕迹时，油枕内的变压器油便进入波纹管芯体，也有一定空气通过波纹管进入油枕油腔，此时波纹管与油枕内的油便不能完全隔绝，变压器油体积变化时，波纹管不能正常收缩或伸展，从而造成“假油位”现象，油位显示异常。（5）油位计自身卡涩引起的油枕油位指示异常。

4 油枕油位异常处理及改进方法

针对造成油枕油位异常可能出现的各种原因，2018年春检过程中，主变压器停电后油温降至环境温度，变压器油的体积相应的减小，此时油枕油位计指示随之下降，而油位计指示下降的过程是伴随着油枕内波纹管的伸展过程，可以说明波纹管轨道和磁翻板油位计自身并无卡涩，在对油枕呼吸管检查后管道也无任何堵塞，由此可以明确排除呼吸管堵塞、波纹管轨道卡涩及油位计自身卡涩三个因素。

检查油枕注（排）油管路连接处和阀门均无渗漏，检查油枕排气管阀门发现有轻微渗油痕迹，此时可以初步判断为排气管阀门密封不严导致了油枕“假油位”（油位异常偏高）的可能。对此宜采用“充气排油”及更换阀门和密封的方法来处理。

图1 波纹管式储油柜结构简图

图2 油位报警信号接线示意图

处理时，应先将重瓦斯保护由“跳闸”改为“发信”。

（1）打开油枕排气管阀门，此时排气管有含气体的变压器油排出，则证明排气管密封不严使外界空气进入油枕油腔内。（2）更换油枕排气管与油枕本体连接处密封，更换油枕排气管阀门及密封，将原配套的截止阀更换为不锈钢高压球阀，提高阀门密封性能。（3）打开油枕呼吸管阀门，使之与外接气体（压缩空气或氮气）管路连接。（4）根据油枕油位-油温关系图明确当时变压器油温对应的油位指示数值。（5）缓慢向呼吸管充入压缩空气或氮气，充气压力不应大于0.03MPa，此时油枕排气管会有含气体的油溢出。（6）待油枕排气管稳定溢出不含气体的油流，油位计指示对应为变压器当时油温下的油位时，关闭排气管阀门并停止充气。观察油位指示，其刻度值应与变压器当时的油温相符且误差小于1/4刻度格。

至此，“充气排油”及更换阀门及密封工作即告结束。检查各连接处有无渗漏，另油枕呼吸管阀门应保持常开；注（排）油管、排气管阀门应关闭。

经此处理后，主变压器在2018年夏季大负荷运行时随即再次出现油枕油位异常偏高情况，且在油枕油位计内出现10cm的渗漏油。此时可以断定导致“假油位”的根本原因为油枕内部波纹管破裂，而对此相应的处理办法只有更换油枕。在新油枕的选型方面与原厂家沟通，确定新油枕型式为波纹管外油式储油柜（图1）。油枕油位计选用“磁控拉带式”油位计（图1），带有刻度的金属拉带的伸缩端与波纹储油柜的活动端连接，在固定架的上部和下部分别设有磁保持开关，在金属拉带上设有两个磁块，分别与储油柜的最高油位刻度、最低油位刻度相对应。金属拉带伸缩端与波纹储油柜的活动端同步移动，实现油位刻度的变化。当到达最高油位和最低油位时，金属拉带上的磁块触动固定架上的磁保持开关，实现持续报警（图2）。集油位显示及报警装置于一体。新油枕更换完成后对油枕的注油工作：（1）确定油位：按照油位-油温关系图中查出当时变压器油温对应的油位指示数值（即设定值），然后打开排气管阀门和呼吸管阀门，向呼吸管充气，此时油位指示刻度逐渐变小，当油位指示达到要求设定的值时，关闭呼吸管阀门，定位工作完成。（2）注油：在呼吸管阀门关闭，排气管阀门打开的状态下，从注油口注入相同规格且混油试验合格的变压器油，直至从排气管中稳定溢出不含气体的油流后，停止注油同时关闭排气口、打开呼吸口，此时油位指示数值会略有升高，属正常现象。（3）排气：注油后静止12小时以上，再对油枕进行“充气排油”处理，检查各部无问题后主变压器即可投入运行。

5 结束语

新油枕选型采用波纹管外油式储油柜，采用先进的波纹管补偿技术，以不锈钢波纹管取代以往储油柜中的橡胶隔膜或橡胶囊，实现对变压器油的体积补偿并使其与外界空气完全隔绝。因波纹管周围充满高于环境温度的变压器油，使波纹管内无法产生凝露现象，取消吸湿器。实现真正意义上的免维护，大大降低了运维人员运行维护工作量。油枕油位计采用磁控拉带式油位计，集油位显示及报警装置于一体，节省空间，油位显示较磁翻板式油位计准确、结构简单、安全可靠。

对于主变压器油枕油位异常这类缺陷，必须要防患于未然，参考主变压器上层油温变化情况及油温-油位关系图来判断油枕油位是否为真实油位。若是由于油温异常升高、漏油等因素导致的油枕油位异常，应针对主变压器内部或外部故障来着手处理，内部故障必须引起高度重视，油位随着油温异常升高，轻者导致主变压器重瓦斯等保护动作、发电机组及线路跳闸，重则主变压器爆炸引起火灾，连带损坏发电机组、开关站和送出线路，造成一系列不可估量的损失。主变压器油温变化正常且无渗漏油等情况下，出现油位异常现象即“假油位”，此文中以杂木寺水电站主变压器油枕油位异常偏高的处理过程为例，逐步分析排除可能导致油枕油位异常偏高的各项因素，找出根本原因进行彻底处理和改进工作。从后期主变压器汛期大负荷运行角度出发，油枕油位异常的分析处理、油枕更换工作，大大降低了发电机组、主变压器、开关站及送出线路安全稳定运行的风险，减少后期主变压器维护工作量及维护成本费用，客观方面也创造和产生了相应的经济效益！