變壓器外油式金屬膨脹管油枕故障原因分析

吳應華

（國網滁州供電公司，安徽 滁州 239000）

變壓器在電能傳輸過程中擔負著轉換電壓等級和傳輸電能的角色，變壓器油在變壓器運行過程中起著絕緣和冷卻的作用。當負荷發生變化或者外界環境溫度發生變化時，變壓器油會發生熱脹冷縮的效應，此時變壓器油枕就擔負著為變壓器油提供熱脹冷縮空間的作用[1，2]。

1 油枕的結構形式分類

目前，變壓器油枕按照材料分為膠囊式和金屬波紋管式兩種，金屬波紋管式油枕按照變壓器油的儲存位置可分為內油式和外油式兩種。

1.1 膠囊式油枕

膠囊式油枕是過去老式變壓器常用的油枕結構，結構如圖1所示。

圖1 膠囊式油枕結構示意圖

膠囊式油枕外形有圓柱形和橢圓形兩種，內部的膠囊浮在油面上方，膠囊內部通過管道與呼吸器接通，當變壓器負荷或者環境溫度變化時，變壓器通過膠囊的伸縮和外界進行氣體交換完成呼吸過程。膠囊式油枕在變壓器上的應用時間已經很長，對于膠囊的優缺點也較為清楚。膠囊式油枕的造價比較便宜，但是在實際運行過程中出現了很多膠囊老化與油枕內壁粘連缺陷或者膠囊破裂事故，尤其是運行時間較長的變壓器，膠囊老化現象嚴重，且呼吸器管道經常發生堵塞，造成負壓現象或者噴油現象，在特殊運行工況下可能會造成嚴重后果。

1.2 外油式金屬膨脹管油枕

外油式金屬膨脹管油枕改善了傳統的膠囊式油枕的老化和破裂的缺點，結構如圖2所示。

圖2 外油式金屬膨脹管油枕結構示意圖

外油式金屬膨脹管油枕外形通常為圓柱形，內部材質采用不銹鋼材料，工作原理與膠囊式油枕相似，變壓器油在膨脹管的外部，內部空腔通過管道與吸濕器連接，通過金屬膨脹管的伸縮和外界進行氣體交換完成呼吸過程。然而，由于外油式金屬膨脹管采用橫向伸縮，這對于膨脹管外的軌道滑輪的材質提出了很高的要求，不僅需要非金屬材質，而且需要具有非常良好的耐磨性。然而，在實際運行中發現，外油式金屬膨脹管油枕經常發生導致假油位發生，并且運行時間較長后還會發生油流速繼電器報警的現象，拆解后發現均是由于金屬膨脹管與外殼發生摩擦導致滾輪磨損，引起了卡澀現象的發生，從而導致了上述缺陷。由此可見，外油式金屬膨脹管油枕除了材質方面比膠囊式油枕表現更優秀以外，在其他方面并沒有特別突出的優點，甚至更容易造成假油位現象。

1.3 內油式金屬膨脹管油枕

內油式是相對外油式而言的，結構圖如圖3所示。

圖3 內油式金屬膨脹管油枕

內部采用不銹鋼材質，變壓器油位于金屬膨脹管的內部，金屬膨脹管外部直接與空氣相連通，無需加裝吸濕裝置，金屬膨脹管的運動方向為縱向運動，變壓器油熱脹冷縮的過程均在金屬膨脹管內部完成，并且通過壓力平衡板在金屬膨脹管上方給予其一定的壓力，減少金屬膨脹管發生卡澀的概率，金屬膨脹管本身的重力也可以減少卡澀現象的概率。現階段，內油式金屬膨脹管油枕的內部通常分成三個膨脹管，即使有一個金屬膨脹管發生卡澀，仍有另外兩個可以伸縮，進一步減少金屬膨脹管卡澀給變壓器帶來的危害。

1.4 三種形式的油枕優缺點總結

以上三種結構的油枕的優缺點，如表1所示

2 外油式金屬膨脹管油枕假油位故障典型原因分析

膠囊式油枕在老式變壓器中仍有部分應用，但都在陸續進行改造，內油式金屬膨脹管油枕由于相對于其他結構形式的油枕具有較多的優點已經被廣泛使用。現階段，仍然有很多外油式金屬膨脹管油枕的變壓器將長期處于運行狀態，因此，在運行過程中，不免會發生假油位事件，一種原因是注油排氣方式不正確，導致油枕中存在殘留氣體，堆積在油枕上端，致使油位指示偏高；一種是外油式金屬膨脹管油枕本身結構特性影響造成的假油位。

（1）變壓器在補油和排氣過程中方式不正確。變壓器本體注油工作完成以后，應在油枕的注油口處進行補油，此時補油速度應放慢，當油位指針到達當前溫度對應的相應位置以后，關緊呼吸閥門。保持油位不變，然后繼續注油，將氣體從油枕排氣口趕出，待排氣口有油柱狀流出時，關閉排氣閥門。靜置規定的時間后，再次打開油枕排氣口，繼續緩慢注油，直至油再次從排氣口流出，并呈現油柱狀后停止注油，關閉排氣口閥門，打開呼吸口完成補油。不按此步驟進行補油排氣，則油枕中就會存在殘留氣體，堆積在油枕上端，致使油位指示偏高。

（2）外油式膨脹管油枕本身結構特性影響。變壓器在運行過程中，受外界環境溫度、本身負載變化等因素影響，變壓器的本體溫度隨之波動，油面出現上升或者下降。當變壓器本體溫度降低時，油枕中油面便開始下降補償本體油位，同時膨脹管開始向左運動拉伸，但油面的降低方向與膨脹管運動方向成90°，油面降低時，油枕上端先形成真空區，受真空吸力以及膨脹管本身重量的影響，膨脹管頂部先開始向左運動直至出現傾斜，此時若存在輕微卡澀或者膨脹管呼吸不暢，油位繼續下降，膨脹管頂部繼續向左運動，當真空的吸力，與油面的推力達到平衡時就會出現假油位，如圖4所示。

圖4 外油式金屬膨脹管油枕本身結構特性造成的假油位形成過程

3 結束語

通過本文的比較分析，內油式金屬膨脹管油枕的優勢非常明顯，應該成為今后新上變壓器在油枕選型時重點考慮的結構類型。