0引言

電力變壓器作為電能轉(zhuǎn)換的核心設(shè)備,在電網(wǎng)中起到電壓轉(zhuǎn)換、電能分配的作用。電力變壓器結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

在電力變壓器運行過程中,電力負(fù)荷的變化會導(dǎo)致電流發(fā)生變化,電流流過線圈,根據(jù)焦耳定律,可以判斷電力變壓器線圈所產(chǎn)生的熱量,線圈產(chǎn)生的熱量通過變壓器油進行消散。當(dāng)熱量發(fā)生變化時,油的體積也會因熱脹冷縮隨之變化,此時儲油柜通過內(nèi)部膠囊或波紋管等部件的變化適應(yīng)油體積的變化,使變壓器內(nèi)部壓強與外界保持一致,來保證變壓器的穩(wěn)定運行。如果沒有儲油柜,變壓器本體內(nèi)油箱必須留有一定的空間來緩沖油的體積變化。當(dāng)油體積減少,油面隨之降低,有可能露出導(dǎo)電部分,不利于導(dǎo)電部分的絕緣,也不利于油的散熱。因此,合理選取儲油柜至關(guān)重要,關(guān)系到設(shè)備乃至電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。

1儲油柜的發(fā)展歷程

目前運用的儲油柜是通過第一代敞開式儲油柜改進而來。第一代產(chǎn)品是在變壓器中簡單加裝了一個儲油柜,儲油柜頂部連接呼吸器。這種儲油柜中的變壓器油直接與空氣接觸,容易導(dǎo)致油的快速老化,不利于變壓器的健康穩(wěn)定運行。因此,針對該缺點,在變壓器內(nèi)加裝橡膠薄壁膠囊,膠囊緊緊貼附在油面上,使變壓器油與空氣隔絕,從而防止油的氧化。在初期,膠囊式儲油柜得到快速發(fā)展和使用,但是膠囊長期處于油內(nèi),受到膠囊材料的限制,膠囊會出現(xiàn)老化、破損等問題,于是金屬波紋管式儲油柜應(yīng)運而生。金屬波紋管式儲油柜借鑒了互感器膨脹器的原理,早先出現(xiàn)的為波紋管立式內(nèi)油結(jié)構(gòu)的儲油柜,借鑒膠囊外形,而后又演變?yōu)椴y管臥式結(jié)構(gòu)^[1—2]。但由于水平伸縮的波紋芯體受力較為復(fù)雜,結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造要求高,產(chǎn)品可靠性不如立式工作的儲油柜穩(wěn)定,因此波紋管立式內(nèi)油儲油柜后又得到廣泛采用。但如果采用耐壓能力差的波紋芯體裝油,對于大容量變壓器,存在漏油和破損失控的巨大風(fēng)險,同時多芯體結(jié)構(gòu)占據(jù)較大無效空間,難以滿足現(xiàn)有變壓器套管之間的絕緣距離,因此波紋管立式外油儲油柜誕生,彌補了現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的諸多不足,成為結(jié)構(gòu)理想的第三代波紋儲油柜^[3—5]。

2儲油柜的特點

2.1膠囊式儲油柜

膠囊式儲油柜結(jié)構(gòu)如圖2所示,其是在儲油柜頂部加裝了一個橡膠膠囊,通常是由丁腈橡膠和尼龍加強布構(gòu)成。膠囊頂部通過呼吸器與外部連通,當(dāng)變壓器油的體積發(fā)生變化時,膠囊通過呼吸器向大氣吸氣或放氣,膠囊的最大變化量為儲油柜的最大油容積。因此,在變壓器正常運行時,膠囊長期處于壓縮狀態(tài)。外置油位計通過磁耦合與內(nèi)部浮桿、浮球結(jié)合,隨著浮球的升降,油位計示數(shù)發(fā)生變化。

膠囊式儲油柜的優(yōu)點是安裝簡單便捷,更換方便,通過四個掛鉤即可安裝;適用性強,從低電壓等級到高電壓等級都適用。其缺點是由于膠囊始終與油接觸,橡膠制品容易老化;如果儲油柜焊接部位有毛刺,膠囊容易破損,在膠囊與掛鉤連接處膠囊受力較大,也容易產(chǎn)生破損;膠囊儲油柜還有一個突出的缺點是容易出現(xiàn)假油位,如儲油柜安裝過程中柜內(nèi)空氣沒排干凈,導(dǎo)致儲油柜內(nèi)有空氣存在,這部分空氣熱脹冷縮會導(dǎo)致油位計出現(xiàn)假油位,當(dāng)呼吸器堵塞、油位計的浮桿和浮球出現(xiàn)損壞時,也會出現(xiàn)假油位^[6—7]。電力變壓器處于運行過程中,出現(xiàn)假油位時,運維人員不易發(fā)現(xiàn)此類缺陷,而該隱患長期存在,不利于電網(wǎng)的穩(wěn)定運行。因此,在變壓器壽命周期中需多次檢修、維護膠囊式儲油柜,更換其零部件。

2.2波紋管內(nèi)油儲油柜

波紋管式儲油柜通過采用金屬波紋管作為容積補償元件和隔離密封元件,適應(yīng)油容積的變化,防止變壓器油氧化^[8],它解決了膠囊式儲油柜易堵塞、凝露、出現(xiàn)假油位和膠囊易破損等缺陷問題。金屬波紋管內(nèi)油儲油柜的變壓器油處于波紋管內(nèi)部,由波紋管與外部空氣形成隔絕,以保證變壓器油的潔凈[9]。金屬波紋管內(nèi)油儲油柜結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示,是由金屬軟管、波紋芯體、油位指示等組成,膨脹節(jié)的頂部密封良好,底部有與變壓器本體相連的管道,上密封板和排氣管相連接,當(dāng)油溫發(fā)生變化時,通過波紋管的伸縮來實現(xiàn)油體積變化的補償。金屬波紋管內(nèi)油儲油柜的優(yōu)點是油位指示準(zhǔn)確可靠,密封良好。但是,內(nèi)油式儲油柜對工藝要求較高,而且遇到滲漏油時,處理過程復(fù)雜。

2.3波紋管外油儲油柜應(yīng)用及改進

波紋管外油儲油柜分為波紋管臥式和立式兩種,金屬波紋管儲油柜發(fā)展初期曾采用臥式外油結(jié)構(gòu),但隨著運行年限的增長,缺點也日益突出,主要是水平伸縮受力復(fù)雜、需導(dǎo)向、伸縮不均勻、焊縫易疲勞開裂等[10] 。改進的立式外油結(jié)構(gòu)如圖4所示,波紋芯體上掛式結(jié)構(gòu)確保了波紋芯體在油中 自然垂直,伸縮均勻穩(wěn)定,無須任何導(dǎo)向扶正機構(gòu),工作狀態(tài)優(yōu)于臥式和內(nèi)油式;儲油柜耐壓能力提升,無滲漏油風(fēng)險,波紋氣囊內(nèi)滲油可以通過導(dǎo)管清晰指示,優(yōu)于膠囊漏油隱患無法指示的設(shè)計;波紋芯體為內(nèi)散熱式設(shè)計,無凝露,工作狀態(tài)良好;油位計采用直接磁耦合外掛式,精度高且與絕緣油可靠隔離。

3儲油柜的選取

3.1 芯體結(jié)構(gòu)

儲油柜芯體按結(jié)構(gòu)分為單芯體和多芯體,單芯體結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是空間利用率高,補償能力強,消除了無效空間,相同外形尺寸比多芯體增加30%以上補償空間,特別適用于設(shè)置在高低壓套管之間的儲油柜,外形尺寸不影響絕緣距離。單芯體結(jié)構(gòu)的另一個優(yōu)點是可以減少30%~50%焊縫,大大提升了儲油柜的密封可靠性,單芯體的波紋伸縮剛性比多芯體小30%~50%,但不影響變壓器壓力釋放閥和氣體繼電器參數(shù)設(shè)定,適用于小型變壓器。外油立式結(jié)構(gòu)通常采用單芯體結(jié)構(gòu)。多芯體儲油柜可以增大儲油柜的儲油量,相比單芯體儲油量可以增大20%~30%,而且可以增加儲油柜油的流動性,適用于大型變壓器。

3.2儲油柜耐正壓能力和耐負(fù)壓能力

儲油柜是變壓器油箱的一部分,應(yīng)滿足變壓器設(shè)計相關(guān)規(guī)范,其耐壓能力至少應(yīng)滿足壓力釋放閥的動作壓力(通常50~70 kpa),并在變壓器整體靜壓密封試驗時參與測試,而不應(yīng)該隔離。同時,對于有全真空注油要求的變壓器,儲油柜耐負(fù)壓能力也要達(dá)到真空注油要求。

3.3 運行維護要求

在日常維護過程中,為了方便運維人員快速發(fā)現(xiàn)儲油柜的缺陷,波紋管立式外油結(jié)構(gòu)儲油柜可以設(shè)置簡單可靠的滲漏指示,將氣囊下部漏油引到儲油柜油箱下部的透明油盒中,一旦發(fā)生漏油,運維人員巡視中可以及時發(fā)現(xiàn)。膠囊式儲油柜發(fā)生滲漏或破損時,往往第一時間不能發(fā)現(xiàn),這也是膠囊式儲油柜的一大弊端。波紋管立式外油儲油柜還可以設(shè)置滲漏油檢測裝置,通過紅外檢測或超聲波技術(shù)監(jiān)測透明油盒,采集盒內(nèi)油溫的變化發(fā)出報警信號。

3.4 運輸要求

波紋管儲油柜是全焊密封結(jié)構(gòu),在運輸時通常會在儲油柜內(nèi)注入干燥空氣,運輸過程中保持微正壓。但是儲油腔內(nèi)充氣壓固定芯體方式常常會因壓縮空氣水分產(chǎn)生內(nèi)壁凝露,這給后續(xù)注油帶來了很大風(fēng)險。對于500 kv大型變壓器,抽真空時要求真空壓力值不大于133 pa,以保持內(nèi)部的干燥和清潔。對于遠(yuǎn)距離運輸以及顛簸路況運輸,建議采用儲油腔抽負(fù)壓和呼吸腔充正壓0.03 Mpa雙保險運輸。而膠囊式儲油柜的膠囊是單獨包裝運輸,更為方便。

3.5 運行環(huán)境

膠囊式儲油柜一般適用于—25~40℃的戶外環(huán)境,適用范圍比較廣。但對于極寒、極潮天氣、多塵天氣等需格外注意,極寒天氣會影響膠囊的伸縮性,潮氣和沙塵會增加呼吸器的維護次數(shù),若有潮氣和沙塵進入將大大影響膠囊的使用壽命。金屬波紋管儲油柜耐極端天氣能力突出,在極端天氣時也能保持好伸縮性,能夠正確顯示油位,密封性良好。目前,立式外油儲油柜已大量應(yīng)用于各電壓等級變壓器,特別是高電壓和大容量變壓器,金屬波紋管立式外油儲油柜更是優(yōu)先選擇的對象。

4結(jié)束語

本文通過對常見儲油柜的特點進行詳細(xì)分析,指出了改進后的金屬波紋管立式外油儲油柜的優(yōu)異性能。通過對芯體結(jié)構(gòu)、耐壓能力、運輸要求、運行環(huán)境等方面的分析,探討了儲油柜的選取要求,變電站中電力變壓器儲油柜的選取應(yīng)根據(jù)具體情況,綜合考慮多方面因素的影響。今后,還可以進一步探索研制技術(shù)更加先進、性能更為優(yōu)異的儲油柜,以不斷提升變壓器的運行質(zhì)量,從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

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《機電信息》2025年第14期第5篇