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(yùn)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(jìn)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(qiáng)與外界保持一致,來保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)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(yùn)行。

1儲油柜的發(fā)展歷程

目前運(yùn)用的儲油柜是通過第一代敞開式儲油柜改進(jìn)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(yùn)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(yùn)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(bǔ)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(qiáng)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(yùn)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(qiáng),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(yùn)行過程中,出現(xiàn)假油位時,運(yùn)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(yùn)行。因此,在變壓器壽命周期中需多次檢修、維護(hù)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(bǔ)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(bǔ)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(jìn)

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(yùn)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(jìn)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(jī)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(bǔ)償能力強(qiáng),消除了無效空間,相同外形尺寸比多芯體增加30%以上補(bǔ)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(yùn)行維護(hù)要求

在日常維護(hù)過程中,為了方便運(yùn)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(yùn)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(yùn)輸要求

波紋管儲油柜是全焊密封結(jié)構(gòu),在運(yùn)輸時通常會在儲油柜內(nèi)注入干燥空氣,運(yùn)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(yùn)輸以及顛簸路況運(yùn)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(yùn)輸。而膠囊式儲油柜的膠囊是單獨(dú)包裝運(yùn)輸,更為方便。

3.5 運(yùn)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(hù)次數(shù),若有潮氣和沙塵進(jìn)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(jìn)行詳細(xì)分析,指出了改進(jìn)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(yùn)輸要求、運(yùn)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(jìn)一步探索研制技術(shù)更加先進(jìn)、性能更為優(yōu)異的儲油柜,以不斷提升變壓器的運(yùn)行質(zhì)量,從而保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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《機(jī)電信息》2025年第14期第5篇