變壓器有載分接開關絕緣油帶電置換及凈化裝置的研究

鄧德發，高明貴，彭夢飛

（國網荊州供電公司，湖北 荊州 434000）

0 引 言

變壓器絕緣油的作用主要包括絕緣作用、散熱作用、滅弧作用和信息載體[1-3]。變壓器有載分接開關主要用于電網不停電調節電壓。調壓時，開關油室絕緣油分解產生游離碳、水分及酸性物質等，降低了油的絕緣和滅弧能力[4-8]。隨著主變壓器調檔次數的增多，油滅弧式分接開關油質劣化情況日益嚴重，在主變壓器的一個正常檢修周期內難以保證分接開關絕緣油的電氣性能。現有的解決方式存在諸多不足。第一，設備停電，采用合格絕緣油更換。此種方式需主設備停電，設備可靠性降低，檢修成本高。停電換油需拆卸較多開關部件并吊出開關芯體，且需試驗以確保復裝質量，工作量大。當前用電形勢緊迫，申請停電困難，且停電將直接影響企業的經濟效益和供電可靠性；不停電而嚴格控制調壓次數，則無法保證電壓合格率，執行困難。第二，安裝在線濾油裝置。該裝置造價昂貴，除雜濾芯、除水濾芯等備件運行周期短，且不同型號濾油裝置的濾芯尺寸規格不同，安裝后期維護成本高。電網中有大部分主變壓器沒有安裝該裝置，處理有載分接開關油室油質不佳的問題主要依賴第一種方法。

綜上所述，在提升油室油質的同時需兼顧以下4方面：（1）減少維護工作量、降低勞動強度；（2）延長檢修周期，確保使用壽命；（3）減少停電，多供電量，保證供電電壓質量；（4）降低設備造價和運維成本。因此，本文研究了一種帶電置換及凈化裝置，可實現不停電凈油和離線使用，即開發一套在不同有載調壓開關上使用的凈油裝置。

1 方案討論

1.1 技術原理

本文對公司系統198臺110 kV及220 kV變壓器有載分接開關進行油質排查，發現有22臺設備存在數據不合格情況，結果如表1所示。

表1 110 kV及220 kV主變有載分接開關油質抽查結果

由表1可知，有載分接開關內油質劣化數量占比超過10%，且110 kV電壓等級有載分接開關的油質劣化現象更嚴重。因此，需要現場停電處理的有載分接開關數量多，電網風險較高。

調查22臺油質劣化設備，研究有無在線濾油裝置對有載分接開關油質劣化的影響，結果如表2所示。

表2 主變有載分接開關油質劣化影響因素分析

由表2可知，在線濾油裝置對有載分接開關油質耐壓不合格的影響占比約為25%，而對微水不合格或外觀異常的影響占比為100%。因此，在線濾油裝置對吸附水和游離碳有良好作用，但對提升絕緣油的耐壓水平效果不顯著。

基于此，提出了一種新的凈化方法。基本原理涉及兩個方面：置換絕緣油和凈化絕緣油。對于置換絕緣油，在有載分接開關油室絕緣油置換過程中不調檔操作，維持油室中排出油量與注入油量的平衡，保持有載分接開關本體浸沒在絕緣油中，提升油質性能且不降低絕緣性能。對于凈化絕緣油，排出油量達到一定容積后停止排油和注油，利用濾油裝置吸附水分和游離碳等雜質提升油質性能，并達到混合新、舊兩種油的目的。

綜合現有實際工作經驗和技術原理，在變壓器帶電運行情況下采用合適的油流速度（10 L/min）開展絕緣油置換工作，不影響絕緣性能[9-11]，即在帶電情況下實施變壓器絕緣油置換。該方法的技術難點在于試制變壓器有載分接開關絕緣油帶電置換及凈化裝置的真空系統和過濾系統。

1.2 設計方案

變壓器有載分接開關絕緣油帶電置換及凈化裝置是在TOPL型有載分接開關在線濾油裝置的基礎上改造的，具備在線油枕補油的功能和直接置換開關室內劣化油品的功能。通過試驗換算的置換能力應達到如下要求：一臺110 kV有載分接開關絕緣油通過置換達到合格狀態，使用合格油為100～200 kg。

為保證帶電置換，該裝置在整個操作過程中避免注入有載分接開關在線濾油裝置內部的油產生氣泡。本文提出的解決方案是在改造設備中添加真空系統。真空系統的主要有兩個作用：一是在原有有載分接開關在線濾油裝置基礎上增加真空系統，全過程對設備內部進行真空處理，保證油品真空化；二是真空處理管路、油泵及濾芯等，有效保證可靠性。

2 變壓器有載分接開關絕緣油帶電置換及凈化裝置應用

2.1 裝置介紹

圖1為變壓器有載分接開關絕緣油帶電置換及凈化裝置的結構示意圖。該裝置主要包括廢品油儲油柜、合格油儲油柜、廢油放油管、合格油進油管、開關放油管、開關放油管排氣管、開關油枕補油管、開關油枕補油管排氣管、油枕補油閥三通及開關放油閥三通。在原有濾油機的基礎上增加了真空罐（50～100 L）、真空泵、補油三通、進油電磁閥、液位計、液位開關（三位）、電動鎮氣閥、真空開關、手動放油閥及手動鎮氣閥。

圖1 帶電置換及凈化裝置結構示意圖

真空系統的作用是在變壓器不停電的情況下進行絕緣油置換。利用該系統將油注入有載分接開關油枕，同時打開有載分接開關油室放油閥。其中，放油閥有一根插入有載分接開關油室底部的油管，可緩慢放出有載分接開關油室下部的油品。有載分接開關油枕內的油品可通過有載分接開關頂部的補油管自動補充，整個過程有載分接開關油室的油量不會減少。

系統的關鍵是注油的速度和放油的速度。首先，注油速度和放油速度均不能太快，開關內部有絕緣強度不同的油，油流擾動影響開關；其次，保證注油速度和放油速度相同，以免造成短期缺油或是溢油；最后，真空罐的體積不能太大，真空泵的體積重量不宜過重，在一定程度上限制了真空系統的規模和處理油的能力。

2.2 主要功能及實施流程

第一，系統抽真空的具體操作步驟。（1）連接好系統進油口和儲油罐的管路，管路可以是封閉也可以是開放的，直接插入油桶；（2）手動關閉進油口閥門、鎮氣閥和自動鎮氣閥；（3）在有載分接開關油枕補油閥門關閉狀態下安裝好真空補油三通；（4）連接好補油管到濾油機出油口閥門，打開濾油機出油閥，連接好系統抽真空管和真空罐；（5）“啟動”系統，啟動按鍵在濾油機控制箱面板上，系統自動檢測真空度和油位，先啟動真空泵對系統進行抽真空，真空度達到設定值（-0.08 MPa），真空泵自動停機；（6）真空度達到設定值（-0.0 8MPa），進油電磁閥打開（此時已經手動關閉），而長時間超過設定值（-0.08 MPa），自動鎮氣閥打開（此時已經手動關閉），防止真空度過高油泵不能工作和真空罐內油沫過多抽入真空泵而噴油；（7）真空可保持數分鐘，使門系統內部水分充分蒸發。

第二，預注油內循環的具體實施流程。（1）打開進油口閥門，此時電磁閥是打開狀態，可立即將油吸入真空罐；（2）液位上升后，油泵會自動啟動，在真空罐和濾油機之間形成循環；（3）進油后真空度下降，當降到-0.075 MPa時，真空泵啟動；（4）打開自動鎮氣閥，當油品滿足循環要求且液位無變化時，進油電磁閥將一直處于關斷狀態。系統可長時間自動循環，通常應循環5 min以上。

第三，注油的具體實施流程。（1）啟動系統，打開有載分接開關油枕補油閥；（2）關閉抽真空管上的閥門；（3）打開有載分接開關油室放油閥，觀察有載分接開關油枕油位計，控制放油閥大小；（4）系統自動打開電磁閥進油，啟動真空泵抽真空，啟動油泵注油，打開鎮氣閥降低真空度；（5）補油結束應立即停機，先關有載分接開關油室放油閥，再關有載分接開關油枕補油閥。

2.3 現場工作注意

2.3.1 技術措施

聯系調度部門穩住主變壓器負荷；聯系調度部門停用變電站AVC功能，工作期間禁止對變壓器手動調壓；現場實施期間，擬將主變有載分接開關機構箱電源空開斷開。

2.3.2 現場工作

第一，工作準備階段。準備合格絕緣油4桶，絕緣油油質標準為油擊穿電壓≥50 kV，水分≤15 mg/L；準備有載分接開關絕緣油帶電置換及過濾成套裝置；準備絕緣梯、電源盤及漏電保安器；準備油耐壓試驗和水分測試設備；取主變有載分接開關絕緣油與合格油按1∶3關系進行混油試驗；現場核查主變有載分接開關油室抽、注油管、調壓油枕注油管道及標識是否準確。

第二，現場作業。開第二種工作票，安全措施包括但并不僅限于將主變有載分接開關重瓦斯由“跳閘”位置改投“信號”位置，斷開有載分接開關機構箱內電源空開；確認現場安全措施是否落實到位，核實重瓦斯壓板投退位置、機構箱電源空開位置是否正確；脫開主變有載分接開關調壓油枕吸濕器，暢通呼吸氣道；通過放氣閥排除注油管道中的空氣，打開閥門，開始抽油和排油工作，可每隔10 min從放油塞處取油樣，取樣時暫停抽油裝置，油樣取畢重新接入抽油裝置，然后監測油枕油位、瓦斯繼電器中油位和合格油儲油桶油位，確保油桶中的吸油管不露出油面；60 min后，停止抽油裝置，續注油至合適油位，然后接入過濾裝置，循環過濾30 min，提升絕緣油質量，并取油樣進行油耐壓和水分試驗，絕緣油油質合格標準為油擊穿電壓≥40 kV，水分≤30 mg/L；作業完畢，由運維人員申請將有載調壓重瓦斯由“信號”位置恢復至“跳閘”位置，合上有載分接開關機構箱電源空開，并申請恢復變電站AVC功能，進行工作終結和清理現場。

3 結 論

研究可知，有載分接開關絕緣油帶電置換作業，改善有載分接開關的運行環境，提升絕緣性能，但并不能完全取代有載分接開關的停電抽芯檢修工作；置換的絕緣油與有載分接開關油室的油品要求是同廠家、同牌號，混油試驗合格；少數早期生產的有載調壓變壓器存在抽、注油管路未引下的問題，可在停電檢修時增設。