变压器油枕胶囊泄漏免拆卸诊断技术分析
(国网青海超高压公司, 西宁 810000)
摘要: 油浸式变压器器身浸润在油内, 整个器身是密闭充满油的状态。受温度变化影响, 变压器油热胀冷缩体积变化需要缓冲, 渗漏引起油减少需要补充, 在器身上方安装一个油枕。胶囊通过呼吸器和外界空气流通, 内部气压等于大气压力, 油热胀冷缩时, 气囊收缩膨胀, 呼吸器呼气吸气维持变压器内部油的平衡油位。变压器油枕胶囊检查过程中的新发现, 在国内变压器胶囊泄漏检查方法进行总结分析, 总结出棉棒底部探油、静态保压试验、微正压保压查气三种较为有效的油枕胶囊查漏方法, 三种方法相结合, 可在不拆除吊出胶囊的情况下对胶囊是否泄漏做出准确诊断, 避免现场复杂油务处理, 提升工作效率。
DOI: 10.48014/csgr.20240724001
引用格式: 张国栋. 变压器油枕胶囊泄漏免拆卸诊断技术分析[J]. 中国智能电网研究, 2024, 1(1): 1-6.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-07-24
接收日期: 2024-10-12
出版日期: 2024-12-28
0 引言
依据年度检修计划对变压器油枕胶囊泄漏告警缺陷进行检查，利用干燥空气将胶囊充气至0.023MPa保压检查密封性，当压力缓慢加至0.010MPa时，现场尝试打开油枕顶部排气阀进行观察，发现持续冒出细小气泡，综合诊断胶囊存在砂眼。为确保变压器的安全稳定运行，现场及时组织人员对胶囊进行更换，本文针对变压器胶囊不拆卸情况如何开展胶囊检漏诊断进行分析。
1 两种胶囊泄漏监测原理
变压器胶囊用于隔离空气和变压器油，避免油和空气直接接触，延缓油质老化，同时防止外界杂质进入变压器内部。胶囊底部紧贴油枕油面，油面随温度变化，胶囊膨胀、压缩，起到呼吸作用，胶囊照片如图1所示。现有变压器配置胶囊泄漏报警监测，胶囊泄漏监测技术路线分为瓦斯继电器集气型和光波传感器探油型两种，两站分布统计如图1所示。
1.1 瓦斯继电器集气型
瓦斯继电器集气型采用单浮球瓦斯继电器，一端用法兰盘密封，另一端通过联管与油枕油相通。正常情况下，油中无空气，瓦斯继电器充满绝缘油，浮球浮起。当胶囊破损时，空气进入油枕汇集至瓦斯继电器，瓦斯继电器内部油位油下降，浮球落下引发报警。油枕结构与瓦斯继电器位置如图2所示。
1.2 光波传感器探油型
采用MBR传感器具有LED发光功能，安装于胶囊内部，与空气连同，如图3所示。胶囊完好时，胶囊内部无绝缘油，传感器LED发射光被光学接收器接收，不发出动作信号。当胶囊破损时，绝缘油渗透到胶囊内部，此时传感器接触到油，LED发射光被绝缘器油发散、吸收，导致耦合电路失衡，发出报警信号。
图1 变压器油枕胶囊
Fig.1 Transformer oil pillow capsule
图2 油枕加装气体继电器安装与实物图
Fig.2 Installation and physical picture of gas relay installed on oil pillow
图3 油枕加装MBR传感器光波探测原理
Fig.3 Optical wave detection principle of MBR sensor installed on oil pillow
2 胶囊泄漏告警原因分析
引起胶囊泄漏告警的原因主要有以下四个方面:
(1)变压器负压油回路密封不严:变压器运行中，变压器负压油回路密封不严，随着绝缘油温度变化，热胀冷缩空气进入油枕，聚集在油枕上部瓦斯继电器处，导致泄漏告警信号出现，易发区域位于油枕顶部油回路管路。
(2)泄漏检测继电器本身故障:瓦斯继电器浮球破损、MBR传感器发收光或耦合电路失衡，以及二次回路故障，监视告警回路接通。
(3)胶囊自身损坏:胶囊破损，绝缘油进入胶囊内部，告警信息出现。
(4)基建安装残油:变压器安装初期在抽真空、注油阶段带入少许残油。
综合以上变压器油枕胶囊泄漏告警统计故障，胶囊泄漏告警误报率占90%，胶囊专项检查工作耗费大量检修班组人力和时间，对胶囊是否泄漏做出准确诊断极为重要。
3 胶囊免拆卸诊断方法介绍
胶囊免拆出诊断方法由三步骤组成:棉棒底部探油、静态保压试验、微正压保压查气，具体方法介绍如下。
3.1 棉棒底部探油
现场制作棉棒，拆卸油枕顶部呼吸器管路，将棉棒探入胶囊内部只底部，观察棉棒头部是否有油迹，该方法适用于排查胶囊中下部破损泄漏缺陷，可直观查看变压器油枕胶囊内是否有绝缘油，如图4所示。
案例:2018年xx月xx日，某站变压器 B相胶囊泄漏告警出现，现场采用棉棒底部探油发现胶囊内进入大量绝缘油，吊出油枕胶囊检查发现底部有贯穿性破洞，如图5。
图4 棉棒底部探油
Fig.4 Oil detection at the bottom of cotton swab
图5 某站变压器B相胶囊泄漏
Fig.5 Leakage of B-phase capsule in a transformer at a certain station
3.2 静态保压试验
通过向油枕胶囊充入0.023MPa干燥空气，静态保压40min，观测连接管路压力表计示数变化情况。若压力表计无明显下降，胶囊密封良好;若压力表计指示明显下降，则保压不成功，胶囊密封不良，该方法多用于排查胶囊中上部是否存在破损泄漏，如图6所示。
3.3 微正压保压查气
通过给胶囊充入0.01MPa干燥空气，使胶囊内充满空气，但无明显压力，便于打开油枕顶部排气塞观察绝缘油溢出情况，溢出绝缘油是否伴有细小气泡，并持续冒出，该方法主要用于判断胶囊是否存在沙眼，如图7所示。
图6 胶囊静态保压40min
Fig.6 Capsule static pressure holding for 40 min
图7 充气保压后排气塞检查气泡冒出
Fig.7 After inflation and pressure maintenance，the exhaust plug is checked for bubbles coming out
案例:某站2019年2月变压器油枕胶囊微正压保压，发现油枕顶部排气塞有微量气泡冒出，判断部分干燥空气进入油枕，拆除胶囊吊出后对胶囊充入水和气加压，通过水往外渗方法检查发现7处沙眼，如图8所示。
3.4 对比分析
(1)三种检查方法实际运用对比分析:棉棒底部探油方法简单直观，检查速度快，但在绝缘油相对较少时无法准确判断胶囊是否破损，并且不能排除胶囊顶部是否破损;静态保压试验针对胶囊上部较大裂口检查较为有效，但在胶囊破损相对较小时效果不明显;微正压保压查气可有效查找胶囊沙眼等微小破损，但胶囊裂口较大时干燥空气难以和油混合形成气泡组，观察不明显。
(2)诊断胶囊是否破损漏气，可先用棉棒底部探油和静态保压试验方法进行检查，如均无异常时，再用微正压保压查气方法进行诊断，三种方法相结合可对胶囊是否泄漏做出准确判断。
(3)该方法可引入新建工程，提升变压器油枕胶囊验收质量管控。
(4)该方法可引入变压器胶囊运行较长周期后(5年及以上)的维护检测及更换判据条件，提升变压器油枕胶囊可靠性管理。
图9 极1高Y/Y-C相变压器油枕胶囊沙眼
Fig.9 Oil pillow capsules for pole 1 high Y/Y-C phase transformer with Trachoma
4 结语
总结大型充油变压器油枕胶囊泄漏告警故障分析以及缺陷诊断处理过程工作经验，可通过棉棒底部探油、静态保压试验、微正压保压查气三种油枕胶囊免拆卸诊断技术较有效的排查故障。采用此方法可免除现场油枕胶囊拆卸安装，以及烦冗的油务处理，能够有效地控制工期、提高工作效益。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] 通讯作者 Corresponding author:张国栋，281613766@qq.com
收稿日期:2024-07-24; 录用日期:2024-10-12; 发表日期:2024-12-28
参考文献(References)
[1] 徐木桂, 章海斌, 马凯. 一起大型变压器调补变胶囊破裂分析[J]. 青海电力, 2020.
[2] 朱振华. 基于胶囊式储油柜故障案例的实践研究与理论分析[J]. 中国科技纵横, 2017.
Analysis of Non-Disassembly Diagnosis Technology for Leakage of Transformer Oil Pillow Capsules
(State Grid Qinghai Ultra High Voltage Company, Xining 810000, China)
Abstract: The oil immersed transformer body is immersed in oil, and the entire body is in a sealed state filled with oil. Affected by temperature changes, the thermal expansion and contraction volume changes of transformer oil need to be buffered, and the decrease in oil caused by leakage needs to be supplemented. An oil pillow should be installed above the transformer body. The capsule communicates with the outside air through a respirator, and the internal air pressure is equal to atmospheric pressure. When the oil expands and contracts, the airbag contracts and expands, and the respirator exhales and inhales to maintain the balanced oil level inside the transformer. A new discovery in the inspection process of transformer oil pillow capsules has been summarized and analyzed in the domestic transformer capsule leakage inspection methods. Three effective oil pillow capsule leakage inspection methods have been summarized, including cotton swab bottom oil detection, static pressure holding test, and micro positive pressure holding gas inspection. The combination of these three methods can accurately diagnose whether the capsule leaks without dismantling and lifting it out, avoiding complex oil treatment on site and improving work efficiency.
Keywords: Transformer oil pillow, capsule leakage, capsule leak detection
DOI: 10.48014/csgr.20240724001
Citation: ZHANG Guodong. Analysis of non-disassembly diagnosis technology for leakage of transformer oil pillow capsules[J]. Chinese Smart Grid Research, 2024, 1(1): 1-6.