气体继电器在储油柜胶囊破损监测的应用

苏 文，黄道均，王志鹍，刘 流，过 羿，王 锰

(国网安徽省电力公司检修公司，安徽 合肥 230000)

气体继电器在储油柜胶囊破损监测的应用

苏 文，黄道均，王志鹍，刘 流，过 羿，王 锰

(国网安徽省电力公司检修公司，安徽 合肥 230000)

介绍了利用气体继电器监测变压器储油柜胶囊破损、漏油的原理；结合某500 kV变电站主变C相呼吸器油封杯溢油现象，最终确定胶囊出现微小破损的实例，说明了气体继电器在变压器运行状态监测中的价值，为胶囊破损、漏气监测提供了参考依据。

气体继电器；储油柜胶囊；呼吸器油封杯；溢油；破损

0 引言

作为变压器的重要部件之一，储油柜在保证本体内变压器油处于正常压力并且充满状态、减少变压器油与空气的接触面、减缓油的劣化速度等方面发挥着重要作用。常用的储油柜分为普通型和密封型2种。随着变压器技术的发展，基于密封储油柜改进与外界空气完全隔离的密封型胶囊储油柜受到了广泛关注与使用，效果很好。胶囊式储油柜的胶囊隔绝变压器油和外界空气接触，通过自身体积变化来反映变压器本体油面高低。如果胶囊出现破损，变压器油进入胶囊与大气直接接触，长期运行后，会加速变压器油劣化，危及变压器的安全运行。

现提出利用气体继电器监测胶囊的破损情况，并结合呼吸器油杯溢油现象进行分析，确定了胶囊存在漏气情况，并利用泡沫原理进行漏点定位，对密封型储油柜胶囊破损监测提供了参考。

1 储油柜与吸湿器结构

1.1 储油柜

储油柜与变压器本体连通，位置高于变压器箱盖。变压器温度变化导致变压器油体积发生变化，油位相应上升或下降，储油柜可容纳或对本体补充变压器油。现场使用较多的是密封型胶囊式储油柜，其结构如图1所示。胶囊内部与大气相通，当温度升高时油面上升，胶囊中的气体通过与吸湿器相通的连管排出，胶囊缩小；反之，油面下降，胶囊通过吸湿器吸入空气，体积增大。

图1 胶囊式储油柜结构

1.2 吸湿器

吸湿器是一个圆形容器，上端通过联管接到变压器的储油柜上，下端有孔与大气相通。吸湿器主体为玻璃管，内部盛有变色硅胶(或活性氧化铝)作为干燥剂。吸湿器下部带有油杯(盛油器)，作为空气进口处的过滤装置。当变压器油体积由于变压器负载或环境温度变化而发生胀缩时，储油柜胶囊内的气体将通过吸湿器来排气或吸气。

2 胶囊破损监测

2.1 监测方法

国外学者对储油柜胶囊破损与漏气监测方法进行了研究，取得了较多成果，如意大利学者研发的CPR系列专用继电器，巴西学者设计的基于MBR传感器与保护继电器组合的装置，前者在日本和欧洲应用广泛，后者在其本国或委内瑞拉得到一定应用，但因某些原因均未在我国得到广泛应用。

国内对胶囊式储油柜破损的监测方法有：MBR传感器配置保护继电器法；CPR专用继电器法以及气体继电器法。

(1)MBR传感器配置保护继电器法由一个安装在胶囊内部的特殊传感器(具有LED发光功能)和安装在就地控制箱内的保护继电器组成。胶囊破损时，特殊传感器中的LED发射光被变压器油吸收、发散，导致耦合电路失衡，发出报警信号。该方法可靠性高，但结构复杂、成本太高。

(2)CPR专用继电器法采用意大利生产的CPR继电器，安装于储油柜上部。胶囊破损时，空气进入储油柜，汇集至CPR继电器；当空气达到一定容积时，浮子滚动，发出报警信号。该方法结构简单、可靠性高，缺点是成本高、对储油柜与阀门密封要求较高。

(3)国内使用较多的是气体继电器法，将气体继电器安装于储油柜与变压器联管上，胶囊通过法兰和联管与吸湿器相连。变压器正常运行时，气体继电器充满油，浮子浮起，储油柜内除胶囊外没有空气，只是充满变压器油。当胶囊破损时，变压器油进入胶囊，很有可能将本体与储油柜连接的通道堵塞。这样，储油柜的油无法进入变压器本体。在本体油位下降后，瓦斯继电器中少油或者无油后动作。该方法成本低、熟悉方便，缺点是对气体继电器与阀门的密封要求较高。

2.2 气体继电器报警与呼吸器油杯溢油

2.2.1 气体继电器报警

2014-06-15，某500kV变电站2号主变C相气体继电器油面降低，开口杯降低到一定位置，其内部磁铁使干簧触点闭合，接通信号电路，发出报警信号。在对变压器油位复测后，未见变压器油本体或冷却器系统漏油。同时排除变压器油温降低引起的油体积缩小却未能得到油枕补偿(油枕油位原来偏低)等情况。对变压器取油样，未见异常，排除变压器内部故障产生气体。继续观察发现，气体继电器上部聚集较多空气，判断此为气体继电器发出报警信号的原因。气体继电器信号报警后，按运行规程，立即对变压器进行检查，记录气体继电器内部气体量，并取气样及油样做色谱分析。因气体继电器内的气体无色、无臭且不可燃，色谱分析判断为空气，变压器可继续运行。同时对二次回路故障或变压器内部故障进行逐一排查，未见异常。经初步分析，排除变压器内部故障、二次回路故障引起轻瓦斯动作报警的可能，而是变压器储油柜内部胶囊存在破损，致使变压器油进入胶囊，导致油面下降引起轻瓦斯动作报警的几率最大。

2.2.2 油封杯溢油现象

6月16日，2号主变负荷为30万kW，变压器油温在(47±0.5)℃，A，B相呼吸器呼吸缓慢，油封杯内油位始终保持在油杯1/3位置。C相呼吸器呼吸剧烈，油封杯油位较高，基本充满，如图2所示。

图2 呼吸器油封杯

6月18日，2号主变负荷为16.7万kW，A，B，C三相油温基本一致，A，B，C三相散热器均在自动投入位置，三相风扇未启动。C相绕组温度为56.4℃，油温为54.2℃，C相呼吸器油封杯出现溢油现象。

2.2.3 原因分析

由于C相呼吸器呼吸剧烈，说明主变呼吸系统不畅通。另外，C相油封杯中的油位比A，B相高，可推断C相油封杯中多出的油是从吸湿器管接头处阶段性溢出的，其可能原因如下。

(1)如呼吸系统正常，管道密封良好，胶囊无破损，则推测油封杯中溢出的油来自投运前。如果投运前溢油，在变压器注入绝缘油时，绝缘油会进入胶囊。外界温度升高时，储油柜油温升高，胶囊体积减小，油会从胶囊中溢出。然而，在夏季时，该情况并没有发生，因此这种情况不可能存在。

(2)如呼吸系统正常，管道密封良好，胶囊破损，在一定情况下，当油枕中油位高于破损点时，油枕中的油会向胶囊内渗漏。当油枕油位低于破损点时，空气进入储油柜内部，汇集到气体继电器中，内部油位下降，浮子落下，发出报警信号。同时，胶囊中少量油可能因为压力原因倒吸入呼吸器管道中，并从油封杯中溢出。如果是这种情况，长时间运行后，油枕中油位和胶囊中油位红外测温可能有分界点，可以利用红外测温确定。同时在这种情况下，随着负荷的增大和环境温度的升高，会发生同样的溢油事件。

(3)变压器呼吸系统异常，不存在胶囊破损情况，与油枕连接的真空阀存在微漏。理论上，油枕内、胶囊外的空间里是充满绝缘油的。如果呼吸管道和油枕之间的真空阀没有关紧或存在微渗和微漏的情况，由于压力的不同，油会向呼吸系统渗漏。油枕连接的真空阀微漏的绝缘油在胶囊向外排气时，在气流的作用下，会向呼吸管道排出。在呼吸管道内，由于空气压力的不同，形成一定油柱(没有形成油柱前，有少量的油溢入油杯，使油杯中的油位上升)，堵塞呼吸管道，可能会造成缺陷中描述的阶段性“剧烈呼吸”。6月18日下午发生的溢油现象就是因为呼吸管道内部压力不断增大，造成绝缘油下移而导致的。如果是这种情况，短期内油封杯中的油位还会慢慢上升，长时间后条件符合的情况下，还会发生油杯溢油现象；但缺陷是短期内溢油现象，因此该情况不可能。

综上所述，确定变压器储油柜呼吸系统正常，管道密封良好，胶囊破损，变压器油进入胶囊，导致油面下降，引起轻瓦斯动作报警。同时，变压器油温度升高，使油进入呼吸器管道，出现溢油现象。因此，必须及时进行胶囊更换。

3 胶囊更换与检漏

3.1 胶囊更换

对新胶囊进行打气检查，检查胶囊无泄漏、损伤，0.02MPa压力下持续30min无明显失压，如图3所示。

连接好管路，确保密封性良好，进行储油柜排油、新胶囊更换。拆除旧胶囊后发现胶囊内部有大量变压器油，认为胶囊破损或密封不严。油枕排油完成后现场检查，怀疑油枕进油后造成油位计浮球移动受阻，更换新胶囊后缺陷消除，正常发油位异常信号。

图3 新胶囊充气检漏

3.2 泡沫法检漏

对更换下来的储油柜胶囊充气至一定压力并将其固定，清除胶囊表面油污，用手轻贴其表面，感受是否有风。利用泡沫法检漏时，将肥皂泡沫覆洒在胶囊表面，泡沫越多越好，使其表面全部湿润，观察是否存在气孔，最终在胶囊中间位置找到了泄漏点。

4 结论

介绍了气体继电器在全密封胶囊储油柜胶囊破损监测中的应用情况；结合呼吸器油封杯溢油现象，预测胶囊存在泄漏点，更换旧胶囊并确定了泄漏点位置。综上所述，此方法成本低，操作简单，为胶囊破损、漏气监测提供了重要的参考依据。

1郭清海．变压器检修[M]．北京：中国电力出版社，2005.

2丁在兴．胶囊式储油柜的结构改进及其安装调试[J]．变压器，2004，41(7)：46.

3孙建平．几种储油柜运行情况的比较[J]．变压器，2003，40(9)：33-35.

4席风沛，矣钦建．胶囊式储油柜吸湿器喷油事故分析[J].变压器．2012，49(5)：87-88.

5司林杰，高伟廷，刘海滨．变压器胶囊式储油柜破损的监测方法[J]．变压器，2014，51(1)：43-44.

6黄衍臻．一台220kV主变压器胶囊式储油柜油位异常原因分析及防范措施[J]．变压器，2010，47(1)：72-74.

2017-01-02；

2017-03-22。

苏文 (1987—)，男，助理工程师，主要从事 1000kV 及500kV变电一次设备检修维护工作，email:suwen0706@163.com。

黄道均(1986—)，男，助理工程师，主要从事1000kV及500kV变电一次设备检修维护工作。

王志鹍(1969—)，男，助理工程师，主要从事1000kV及500kV变电一次设备检修维护工作。

刘流 (1988—)，男，助理工程师，主要从事 1000kV 及500kV变电一次设备检修维护工作。

过羿 (1989—)，男，助理工程师，主要从事 1000kV 及500kV变电一次设备检修维护工作。

王锰 (1988—)，男，助理工程师，主要从事 1000kV 及500kV变电一次设备检修维护工作。