充氮气油浸式变压器取油样技术探讨

2018-03-21吴鑫杰

综合智慧能源 2018年2期

吴鑫杰

(宁波宝新不锈钢有限公司，浙江宁波 315800)

0 前言

油浸式变压器由于散热好、损耗小、容量大、成本低等优点，已成为电网中应用最广泛的电力变压器[1-2]。在油浸式变压器长期运行过程中，内部的绝缘系统(如绝缘材料和矿物绝缘油)受到温度、氧气、水分等众多因素的影响而逐渐老化，产生氢气、甲烷、乙炔、乙烯、乙烷、一氧化碳、二氧化碳等气体[3-5]，严重时会影响变压器正常工作，大大缩短使用寿命。

因此，分析变压器油中溶解气体对尽早发现变压器内部的潜伏性故障具有很重要的意义。为判断油浸式变压器的内部工作情况，需要定期取一定量的变压器油(即取油样)进行耐压试验、理化分析和气相色谱分析等。

油浸式变压器内部一般不充氮气，其取油样技术(即常规的取油样技术)也比较成熟。可是对内部充氮气的油浸式变压器取油样技术介绍却很少，几乎没有。如果采用常规的取油样技术，很容易出现空气倒吸进入充氮气油浸式变压器内部，而油样无法取出的现象，长时间后会加速绝缘材料老化，缩短其使用寿命。

1 充氮气油浸式变压器

充氮气油浸式变压器与不充氮气油浸式变压器的工作原理、内部结构、参数性能基本相同，一般都由油箱、变压器器身和辅助设备3部分组成。油箱是油浸式变压器的外壳，变压器器身置于油箱内，箱内灌满变压器油。

不充氮气油浸式变压器一般配有储油柜(又称油枕)，储油柜位于变压器油箱上方。储油柜的作用就是保证油箱内始终充满变压器油，减小油面与空气的接触面，从而减缓变压器油和绝缘材料的老化。

在充氮气油浸式变压器的油箱顶部充满一层干燥的、纯度极高的氮气。由于氮气是惰性气体，且它的膨胀系数比变压器油的膨胀系数大，因此确保了油箱内的变压器油与空气的隔离，起到储油柜的效果。与不充氮气油浸式变压器相比，充氮气油浸式变压器隔离空气的效果更好，尤其是基本杜绝了外部湿度对其内部绝缘系统的影响。

变压器油有几个作用：绝缘作用，主要是隔绝空气，避免部件因与空气接触受潮而引起的绝缘能力降低；保护铁心和绕组组件，延缓空气中氧气对绝缘材料的侵蚀；散热作用，及时把铁心产生的热量通过热循环散发到变压器外面；消弧作用，消除变压器转换开关切换时产生的电弧。

运行中的变压器发生外部故障时，操作人员可以直接观察到。但当变压器内部发生故障如过热、放电时，变压器油和固体绝缘会加速分解出氢气、乙炔、一氧化碳等气体，这些气体基本都溶解在变压器油中。由于变压器气体继电器动作需要有一个气体积累过程，这时直接分析已经溶解在油中的特征气体，将有助于检测出早期故障。

工程经验证明，变压器油中气体各种成分含量的多少和故障的性质及程度直接相关。因此在变压器运行过程中，定期取油样测量溶解于变压器油中的气体组织成分和含量，对于及早发现油浸式变压器内部存在的潜伏性故障有非常重要的意义。

2 常规的取油样技术

常规的取油样技术很成熟，适用于不充氮气油浸式变压器取油样，操作过程如：选择天气晴好、温度较高、湿度较低的日子；用干净的布擦拭变压器底部油样管出口端；慢慢打开变压器底部放油阀管回路的放油阀，变压器油就会从油样管出口缓缓喷射出来；用油样瓶接住适量的变压器油，冲洗瓶子两次；用油样瓶接取规定容量的变压器油；关闭放油阀，做好油样瓶密封工作和现场清理，本次取油样结束。

3 存在问题及解决方案

充氮气油浸式变压器的油箱顶部充有氮气，当外部气温变化、变压器负荷改变、内部氮气量减少时，充氮气油浸式变压器内部压力会发生变化，可能出现正压，也可能出现负压。

因此，在充氮气油浸式变压器取油样时，经常会出现这样的情况：慢慢地打开阀门，变压器油没有流出来，反而听到有空气倒吸“哧哧”的声音。当吸入变压器内部的空气数量累积较多后，就会加速内部绝缘系统的老化，缩短变压器使用寿命。

为了解决这个问题，减少外部空气倒吸进入充氮气油浸式变压器内部，对充氮气油浸式变压器的放油管回路进行全面的改造。在原有的放油管回路基础上增加了一套压力测量和氮气补充系统，由三通、压力表、截止阀、氮气阀和氮气瓶组成，改造前后的结构示意如图1所示。

图1 放油管回路对比示意

4 新的取油样技术

通过对充氮气油浸式变压器放油管回路的改造，目的是要实现充氮气油浸式变压器取样管氮气隔离正压取油样，具体取油样操作过程如下。

(1)选择天气晴好或湿度小的干燥天气，采样时要严防沙尘等杂物侵入。

(2)放油阀处于关闭状态，打开截止阀，打开氮气阀，打开氮气瓶放气30 s，进行管路吹扫。关闭截止阀，让压力表处于正压状态，关闭氮气阀。

(3)打开放油阀，30 s后查看压力表的情况。若压力表处于负压状态，一般建议本次不取油样，待环境气温升高后再取油样。关闭放油阀，打开截止阀，打开氮气阀，放气30 s后，关闭氮气瓶，关闭氮气阀，关闭截止阀。特殊情况一定需要取油样时，打开氮气阀，往变压器内部补充氮气，直到压力表显示正压为止，关闭氮气阀。

(4)若压力表处于正压状态，打开截止阀，放出适量变压器底部积存的污油，并擦净截止阀，再用变压器油冲洗干净。

(5)用变压器油将油样瓶冲洗两次，并将瓶塞洗净后，方可灌瓶。

(6)将油样灌入样瓶后，应立即将瓶塞盖好，并用石蜡封严瓶口，以防受潮。

(7)取样结束后，关闭放油阀，打开截止阀，打开氮气阀，放气30 s后，关闭氮气瓶，关闭氮气阀，关闭截止阀。

(8)油样瓶启瓶时，室温应接近取油样时的温度，否则油样会受潮，影响试验结果。