大型变压器胶囊式储油柜和隔膜式储油柜对比研究

孙京阳,王 南,于在明,唐 红,白钦与

(1.长春市恒涛热电有限公司，吉林 长春 130001;2.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006; 3.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

大型变压器运行过程中，由于受到环境温度和运行负荷的影响，油温存在大幅变化，变压器内的大量绝缘油会随着温度的变化出现热胀冷缩，因此储油柜是调节变压器内油量的重要组成设备。胶囊式储油柜和隔膜式储油柜均具有结构简单、易维护等优点，通过储油柜内的橡胶胶囊或橡胶隔膜与箱壁连接形成的密闭空间隔绝外界空气，通过橡胶胶囊或橡胶隔膜伸缩实现绝缘油油压与大气压的平衡。运行时如出现密封失效，则会引起各类变压器运行故障[1-5]。为此，本文统计了近5年胶囊式储油柜和隔膜式储油柜的故障案例,通过对案例的整理和分析,对两者的运行安全可靠性进行了对比研究。

1 储油柜故障案例

1.1 隔膜式储油柜故障案例

经过统计，某省公司近5年来隔膜式储油柜故障案例仅1起。

案例1：2017年1月，某220 kV变电站2号主变压器出现油位指示为零，经停电检查发现是因为储油柜隔膜破裂后自然下沉所导致。

1.2 胶囊式储油柜故障案例

经过统计，某省公司近5年来胶囊式储油柜故障案例4起。

案例1：2017年1月，某500 kV变电站2号主变压器箱体因上盖持续渗漏油，补油过程发现油位计显示无变化，排油检查发现胶囊一端接缝处有破损，位于胶囊端部接缝处，见图1。

图1 胶囊破损部位(案例1)

案例2：2017年6月，某换流站011B换流变油位低于当时的油温曲线，打开储油柜呼吸器连管处法兰检查发现，胶囊内有绝缘油，确定为胶囊破损。排油检查发现胶囊存在2处破损，分别位于中上部和固定法兰接触部位外沿，见图2。

图2 胶囊破损部位(案例2)

案例3：2017年6月，某500 kV变电站2号电抗器本体呼吸器硅胶罐底绝缘油外流，打开储油柜呼吸器连管处法兰检查发现，胶囊内充满绝缘油，胶囊上浮，确认胶囊破损。排油检查发现胶囊存在2处破损，分别位于顶部中间位置和固定法兰接触部位外沿，见图3。

图3 胶囊破损部位(案例3)

案例4：2019年7月，某220 kV变电站本体呼吸器漏油，当日16时，巡视人员发现绝缘油充满呼吸器硅胶罐，从硅胶罐底部大量外流，形成油流，当日18时，呼吸器停止向外漏油。停电检查发现胶囊破裂，破裂位置在胶囊上下半球接缝处，见图4。

图4 胶囊破损部位(案例4)

同时,为更全面调查胶囊式储油柜破损部位，还统计了近5年其他省份胶囊式储油柜故障案例，共计4起。

案例5：2015年6月，某换流站Y/D-B换流变压器本体呼吸器硅胶罐底有绝缘油外流，形成油流。打开储油柜呼吸器连管处法兰检查发现胶囊内存在绝缘油，确认胶囊已破损。取出胶囊检查发现存在1处破损，位于胶囊右端端面上，见图5。

图5 胶囊破损部位(案例5)

案例6：2015年6月，某换流站极1B相换流变压器于当日15时投入运行，当日18时30分，巡视人员发现该换流变压器本体呼吸器硅胶罐底绝缘油大量外流，形成油流。停电检查发现胶囊存在2处破裂点，分别位于油位计浮球上方和胶囊右端挂点处，见图6和图7。

图6 呼吸器漏油部位(案例6)

图7 胶囊破损部位(案例6)

案例7： 2018年11月，某换流站01B换流变压器本体重瓦斯动作，三相开关跳闸。现场检查换流变压器油位为10.9%，符合当时油温曲线，无漏油现象。通过放油阀取油样时无绝缘油流出，进行补油操作时，油位计显示无变化，存在假油位现象。排油检查发现胶囊破损，破损位于胶囊中部，胶囊下沉至储油柜底部，与本体连通管端部对应位置有明显压痕，见图8。

图8 胶囊破损部位(案例7)

案例8：2019年2月，对某换流站极1C相换流变压器储油柜胶囊泄漏告警缺陷进行检查，取出胶囊后采用注水加压法测试，发现胶囊存在7处渗漏点，其中4处位于胶囊两端，2处位于侧面，1处位于法兰处，见图9。

图9 胶囊破损部位(案例8)

2 胶囊式储油柜和隔膜式储油柜对比分析

经统计，近5年本省发生隔膜式储油柜故障案例仅1起，而胶囊式储油柜故障案例有4起，故障数量远多于隔膜式储油柜。对此本文就胶囊式储油柜故障率较高的问题进行深入分析。

2.1 胶囊式储油柜和隔膜式储油柜结构

胶囊式储油柜胶囊多为圆柱形，在呼吸器连管法兰处进行固定，胶囊与油位计连杆间存在一浮球，浮球与连杆相连接，靠自身浮力与胶囊底部紧密接触[6-10]，见图10。

图10 胶囊式储油柜结构

双密封形式的隔膜式储油柜，上下箱体间使用密封垫进行第一道密封，隔绝外界的空气和水分进入储油柜箱体内，储油柜内隔膜周边固定于下半圆柜沿下方，采用密封垫压紧，作为储油柜的第二道密封。

双密封在油柜右端板上侧装有一磁针式油位表，当隔膜上下移动时，通过固定在隔膜上的支架，和可以自由伸缩的油位表连杆，以及传动齿轮、磁偶等机构，将变压器油位用指针在刻度盘上指示出来。不同于胶囊式储油柜在油位表连杆端头采用浮球形式抵住胶囊下方，隔膜式储油柜油位表连杆与隔膜直接连接，胶囊式储油柜的浮球为塑料材质，存在破损风险，故障案例6即为浮球破损后戳破胶囊的情况。

此外双密封隔膜式储油柜的隔膜采用独立密封，密封胶条固定于法兰下方凹槽内，油箱上盖与下盖间使用第二道密封固定。在隔膜安装完成后可进行密封性试验检测，大幅提高运行可靠性[11-13]。隔膜式储油柜结构见图11。

图11 隔膜式储油柜结构

2.2 运行故障主要影响因素

通过分析研究，在运行过程中以下几个方面对胶囊式和双密封隔膜式储油柜存在较大影响。

a.橡胶材料的使用

储油柜故障案例大多数为储油柜内橡胶材料破损导致，橡胶材料相比于其他不锈钢部件更易破损，因此橡胶材料的使用成为了储油柜整体密封性最薄弱的部位。对于相同容积的储油柜，胶囊所需橡胶材料面积远大于隔膜，因此胶囊式储油柜运行可靠性比隔膜式储油柜差。

b.胶囊的磨损

对胶囊破损部位进行统计，共计破损部位17处，其中破损部位位于胶囊两端面共7处，位于浮球上方对应部位的共1处，其他破损部位共9处，两端面破损概率为41%。胶囊式储油柜破损部位统计见图12。

图12 胶囊式储油柜破损部位统计

通过图12可见，胶囊的破损点集中于胶囊两端，胶囊两端因存在接缝而表面不平整，当储油柜箱壁两侧存在焊接、毛刺等不平整时，运行过程中两者不断摩擦及钩住拉扯等问题，最终出现破损。而隔膜四周均有固定于储油柜上下壳体之间无法位移，隔膜上无接缝表面光滑，运行过程为凸凹形变，不易与储油柜内壁发生摩擦，因此胶囊式储油柜运行可靠性差于隔膜式储油柜。

c.浮球破损

对图12中浮球上方破损点分析，胶囊式储油柜油位计连杆末端连接一浮球浮于绝缘油中，运行中浮球以连杆半轴抵住胶囊下方，随着胶囊伸缩来回移动，浮球破损后极易扎破橡胶材料造成胶囊破损。隔膜式储油柜连杆同隔膜直接连接，不存在相对移动,因此胶囊式储油柜比隔膜式储油柜多一个潜在危害点。

2.3 运行故障危害比较

通过对胶囊式储油柜和隔膜式储油柜整理所引起的故障类型进行统计分析，基本故障类型分为渗油、假油位、重瓦斯动作(开关跳闸)和大量漏油。隔膜式储油柜所引起的故障共1起，为假油位故障；胶囊式储油柜引起的故障共8起，其中渗油故障1起，假油位故障2起，重瓦斯动作(开关跳闸)故障1起，大量漏油故障4起。

按照胶囊式储油柜和隔膜式储油柜结构分析，两者共同的故障类型包括假油位、堵塞本体瓦斯继电器联管。其中堵塞本体瓦斯继电器联管所造成的危害较为严重，绝缘油体积收缩时由于无法由储油柜流向本体进行补油，被堵塞端口下方开始出现真空区域，油面继续下降，瓦斯继电器内出现真空区域，首先导致轻瓦斯动作发出报警信号，继而重瓦斯动作，造成变压器跳闸故障。胶囊破损后虹吸现象油路见图13。

图13 胶囊破损后虹吸现象油路示意图

但胶囊式储油柜还会产生由呼吸器管路向外大量漏油的故障，该类故障危害也较严重，是胶囊破损后会出现独特的虹吸现象所致。在胶囊破损后失去浮力悬浮于绝缘油内，待绝缘油体积膨胀时挤压胶囊，绝缘油经胶囊内部至呼吸器连管、呼吸器后溢出变压器，此时呼吸器出口低于变压器最高油面，在绝缘油流出后形成虹吸油路持续往外抽油。由于变压器内油面下降迅速，首先导致轻瓦斯动作，继而重瓦斯动作，造成变压器跳闸故障。

3 结束语

本文列举了变压器隔膜式储油柜和胶囊式储油柜近年所发生的故障案例，并进行统计分析，由于胶囊式储油柜的橡胶材料使用面积更大，端面等部位因不平整易破损，对浮球破损的潜在危害进行总结，胶囊式储油柜密封可靠性差于隔膜式储油柜；此外，从两者所发的故障类型和危害进行分析和比较，隔膜式储油柜不仅出现异常情况少，且无从呼吸器向外漏油的可能性，可以得出胶囊式储油柜运行安全性差于隔膜式储油柜。因此，综合判断隔膜式储油柜运行安全可靠性高于胶囊式储油柜。