一款定量定壓可調節式變壓器有載開關補油裝置

林鵬洲 張曉彬 張承傳 劉瑤章 陳奕聰

[摘? ? 要]無論從油枕下面的連接管處、調壓開關的濾油機處、停電拆開有載開關頂部呼吸器管路進行手工補油，都存在效率低下、管道口暴露在空氣中時間過長或者容易將氣泡打入有載調壓油箱的問題。為提高調壓開關的補充效率，研發一款定量定壓可調節式變壓器有載開關補油裝置，該裝置主要解決了手動補油時精度不足，耗費時間和人力過多，還有減少產生過多氣泡的問題，并通過使用該裝置得出改進的方向和要點。

[關鍵詞]有載調壓開;補油;定量;定壓

[中圖分類號]TM621 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）10–00–03

An oil Replenishing Device of Transformer on Load Switch with Constant

Pressure and Adjustable Quantity

Lin Peng-zhou，Zhang Xiao-bin，Zhang Cheng-chuan，Liu Yao-zhang，Chen Yi-cong

[Abstract]No matter from the connecting pipe under the conservator， the oil filter of the pressure regulating switch， or removing the respirator pipeline on the top of the on load switch for manual oil replenishment after power failure， there are problems such as low efficiency， too long exposure time of the pipe opening in the air， or easy to blow bubbles into the on load pressure regulating oil tank. In order to improve the replenishment efficiency of the voltage regulating switch， a quantitative constant pressure adjustable type transformer on load switch oil replenishment device is developed. The device mainly solves the problems of insufficient accuracy， too much time and manpower when manual oil filling， and reduces the generation of too many bubbles. The direction and key points of improvement are obtained by using the device.

[Keywords]on load pressure regulation; oil replenishment; quantitative; constant pressure

1 背景

載調壓開關是高壓電力變壓器的重要組成部分，變電站電力變壓器有載調壓開關通常是油浸式的，并配置有獨立的油箱，油位計，輸油管和呼吸器。長期運行之后，可能出現密封膠圈老化等問題，導致油路的密封不良，出現不同程度的滲漏油情況，或因大量取油、絕緣油熱脹冷縮，造成油位過低的現象，將影響有載調壓變壓器的安全運行，因此在油位明顯下降時需要對有載調壓開關油箱進行及時補油。

目前常規的有載調壓開關補油有3種方式：

（1）從有載調壓開關油枕下面連接管處補油，除了常規的退出有載開關瓦斯保護外，還存在拆除管道位置距離帶電部位距離過近，存在人身安全隱患，而且管道口暴露在空氣中時間過長，空氣中的水汽容易進入有載調壓開關的油箱內，造成箱內變壓器油絕緣強度下降的問題。

（2）從有載調壓開關濾油器處補油，也需要退出瓦斯繼電器，目前補油裝置不易控制補油流速，容易在補油過程中產生過多氣泡進入到有載調壓開關油箱內，還是會造成絕緣強度下降導致的絕緣擊穿隱患。

（3）最安全的是停電補油，此時是拆開有載調壓開關頂部呼吸器管道進行補油，由于補油量其實不大，特地停電補油在目前電網可靠性如此重要之下，不到萬不得已，一般不會特地停電來補油。

綜上所訴，在盡量避免停電的情況下對有載調壓開關進行補油，就要做到安全距離足夠，又能控制油流速度，減少氣泡產生，同時避免管道口長時間暴露在空氣中導致水汽進入有載調壓開關油箱造成絕緣下降。需研發一款無需使用外接電源，定量定壓可調節式變壓器有載開關補油裝置，提高有載調壓補油的便捷性和可靠性。

2 裝置控制依據

由于每一臺變壓器的有載調壓開關的每一個油位對應的油量都不盡相同，而且即使同一臺主變的有載調壓開關每一個油位對應的油量也是不同，因此需要采用一個能跟油位表的油位值成基本線性關系的物理量作為補油的計算量。

裝置采用了連通器的原理，在相同的環境溫度和運行工況的前提下，有載調壓開關油位表的油位值H1對應有載調壓開關的實際油位H2本身就是成固定正比例系數α的關系。

h=α×H（α>0） （1）

其中，h為有載調壓開關的實際油位;

H為有載調壓開關油位表的油位值;

α為有載調壓開關油位表的油位值與有載調壓開關的實際油位本身的固定正比例系數。

然后有載調壓開關的實際油位h又跟補油裝置采集連接充油管的油壓值N成正比例系數β關系。

N=β×h（β>0） （2）

其中，N為補油裝置采集連接充油管的油壓值;

h為有載調壓開關的實際油位;

β為有載調壓開關油位表的油位值與有載調壓開關的實際油位本身的固定正比例系數。

因此可以得出補油裝置采集到的油壓值跟有載調壓開關油位表的油位值成比正比系數α×β關系。

N=α×β×H（α×β>0） （3）

其中，N為補油裝置采集連接充油管的油壓值;

H為有載調壓開關油位表的油位值;

β為有載調壓開關油位表的油位值與有載調壓開關的實際油位本身的固定正比例系數。

也就是說，有載調壓開關油位表的第N+1和第N油位值的差值ΔH對應的補油裝置采集連接充油管的油壓差值ΔN也應該是固定α×β的倍數，

即：ΔN=α×β×ΔH （4）

換句話說，只要知道有載調壓開關某一格的油位值對應的補油裝置采集連接充油管的油壓差值，就能換算成補N格油位需要N倍的壓力差值（N為任意倍數，N不能大于當前油位值到0或者最大油位值的格數）。

3 裝置工作原理

裝置由PLC控制單元、補油模塊、用戶交互界面、電源模塊和油流控制閥門等組成，如圖1所示。

（1）充油回路的工作原理：裝置由直流蓄電池供電，采用直流電機作為油泵，從進油口獲取儲油罐的變壓器油，經過過濾器過濾后，流經油壓和油流傳感器，然后到達充油口進入有載調壓開關的濾油機。

（2）控制回路的工作原理：如果是第一次采集的變壓器型號，需要設置PLC人工手動采集補上一格油位對應的油壓傳感器變化的壓力差。然后記錄變壓器的型號、環境溫度和運行工況，記憶該壓力差作為基本補油單元值，在界面上輸入需要補的油位值，便可以通過PLC換算成壓力值增加多少倍的補油單元值即電機停止運轉，補油結束。其中要說明的是，由于補油時，油箱內壓力不穩定，采樣得來的壓力其實并不可靠，因此在補油值達到90 %時，直流電機停轉5s后再繼續補油到目標壓力值。

（3）由于沒有配套真空泵，因此加裝多一個油速傳感器來實現定油量加油，既可以定油量加油，又可以在加油前定量排油排空裝置油管中的空氣，減少空氣中的水汽對油質的污染。

4 裝置組裝布置

4.1 便捷性

由于該裝置的發明就是為了方便補油，因此便捷性的首位，裝置殼體采用不銹鋼板封裝，堅固耐用，底部有4顆可鎖定的萬向輪，方便運輸。文本顯示器（液晶觸摸屏）、指示燈及開關即顯示、輸入模塊，布置于頂部靠近電源模塊處。PLC作為處理單元置于顯示、輸入模塊和電源模塊中間，能縮短線材，減少信號傳輸損耗。顯示、輸入模塊采用頂部斜45°布置，在長途運輸過程中不容易被撞壞，同時也方便輸入和避免太陽光直射導致顯示屏看不清的問題。

4.2 安全性

考慮到采用市電交流220 V充電，裝置本身使用期間肯定會被油污染，因此充電口和蓄電池，即整個電源模塊應遠離進出油口，減少火災的發生。

4.3 可靠性

模塊化布置，標準接口，便于修理，一旦發生故障，只需要拆開側板即可馬上排查故障，更換損壞的模塊。

5 元件選型思路

（1）由于是專用設備，因此考慮到對象是變壓器的有載調壓開關，因此首先考慮的是油泵揚程、油流、接頭、充油過程中的油質污染處理。

首先采用500 kV變壓器油枕作為油泵的最高揚程，選擇范圍不能小于5 m，由于有載調壓開關油箱較小，實際上不需要太大的油流，市面上銷售的大部分油泵都能滿足，功率盡可能選小，減少功耗。

其次，接口采用4分管徑，內外部連接處采用寶塔接口，易于裝卸，材料也比較通用，容易購買。

再者，從儲油罐到裝置，難免會發生一定的污染，因此需要在油泵前裝設一個濾油器，考慮到油流不大需要太大，因此可以選用100目的濾油器。

（2）由于使用的環境是戶外，比較惡劣，因此處理單元選用工業級可編程邏輯控制器（PLC），配套觸摸屏由于面板在外部，盡量選用防水較高的產品。配套的擴展主要要考慮輸入輸出的數量，包括采用的油壓傳感器和油流傳感器輸入輸出數量加上文本顯示屏的輸入輸出還有開關的輸入輸出等。

（3）采樣單元有采樣范圍和精度的要求，油壓傳感器應該在0～50 kPa，精度0.5，油流傳感器應該在1～20 L/min，精度0.5才能保證正常工作。

（4）油泵的選擇需要控制精準，不容易過載，不受電磁環境影響，構造簡單且方便購買。而直流電機的調速性能優良、過載能力較強、受電磁干擾影響小、維修成本低，因此油泵選擇直流油泵，考慮到市面蓄電池的成熟度，因此選擇DC24 V的直流油泵，然后配套兩個24 V的蓄電池，再根據續航時間來選擇，一般補油時間不會超過15 min，因此配套24 Ah的容量就足夠了。

6 實際測試及分析

實際測試時，選用35 kV某型號變壓器，由于該型號變壓器沒有裝備濾油機，因此在有載調壓開關的油枕注油口進行補油，這樣的好處在于，從上往下補，油流擾動較小，也能減少氣泡的產生，同時也能測試一下油泵的揚程。

考慮到油流擾動，甚至是油流過大直接沖擊瓦斯繼電器，因此先退出有載調壓開關瓦斯保護，然后檢查有載調壓開關進油閥關閉，擰開注油口的螺栓，換上專用帶有4分寶塔接口的注油口底板，上好密封圈再擰緊，加油前定量排油排空裝置油管中的空氣，然后連接底板接口和裝置的接口，固定好之后嘗試加一格油，得出初始壓力油壓差為441 Pa，距離目標油位還差2個油位，因此設置增加2個油壓差，最后加上去的油位略高0.1個油位。放油后繼續測試得出以下表格：

由于初始壓力差是由肉眼觀察得出的單個油位值作為區間計算，因此存在客觀誤差，加上新加的單位油位誤差也是存在客觀誤差的，因此表格里不寫明實際感受，只用目標壓力值誤差來評價實際測試效果。實際效果符合分析結論，由于初始壓力差的誤差存在，加上裝置本身的誤差，因此不可能存在0 %的誤差，對新加1格目標壓力值誤差本身可以接受，換算成實際絕對誤差不超過3 cm，觀察新增油位值和誤差不存在絕對正比的關系，但是429的方差是最小，因此429應該是最接近實際數值的單位油位值對應的壓力差。其他數值明顯會存在隨著新增油位值增加目標壓力值誤差變大。

7 結束語

7.1 優點

該裝置實現了有載調壓開關自動注油功能，降低了對作業人員的經驗要求;提高了注油作業的精確度和效率，減少作業時間，提高工作效率;采用自帶蓄電直流電源供電，擺脫了對作業現場電源配置情況的依賴;采用多種補油方式，方便作業人員根據需要選擇。

7.2 不足

該裝置對于一個類型設備首次使用定壓法，需要手動注油一格，依然存在自動化程度不夠高的問題;以一格油壓差作為基準，受人員操作精度和表計油位指示與實際油位是否線性完美符合線性關系影響。

7.3 改進方向

在該裝置上應用表計識別技術，對當前油位表實時值進行監控，取代油壓油量監測，直接以表計示數作為反饋信號，將極大的簡化裝置機構和程序邏輯，也將更加便于使用。

參考文獻

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