一起500kV主變壓器油位異常的分析及處理

黃國柳,李應宏,王貴山,何學敏

(中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006)

1 引言

儲油柜是用于變壓器的一種儲油裝置，其作用是當變壓器由于負荷增大，油溫升高，油箱內油膨脹，這時過多的油就會流入儲油柜。反之溫度降低時，儲油柜內的油會再流入油箱，起到自動調整油面的作用，也就是儲油柜起儲油和補油作用，能保證油箱內充滿油。同時由于裝備了儲油柜，使變壓器與空氣的接觸面減小，且從空氣中吸收的水分、灰塵和氧化后的油垢都沉積在油枕底部的沉積器中，從而大大減緩變壓器油的劣化速度[1-7]。

針對網內近期發生的一起500kV變壓器油位異常的缺陷，本文通過對儲油柜結構、負荷變化、紅外測溫及冷卻器啟停等情況進行分析，判斷缺陷的原因為變壓器油位不合理、油位計動作值整定不正確。最后從設備運維風險管控方面提出了針對性的防護措施，為系統內類似異常處理提供參考。

2 異常情況

2.1 設備基本情況

某站#2主變型號ODFS-250000/500，額定容量250/250/80 MVA(單相)，為自然油循環風冷單相無載調壓自耦變壓器，儲油柜為膠囊式結構，如圖1所示。

圖1 膠囊式儲油柜結構

冷卻方式為ONAN/ONAF，正常情況下主變的冷卻器應切至自投控制模式及備用投入模式，依靠PLC程序根據頂層油溫或負荷情況自動控制冷卻器啟動或停止。當主變油面溫度到達55℃時，將自動投入第一組冷卻器，油面溫度達65℃時自動投入第二組冷卻器。油面溫控器接點斷開時，延時10分鐘停止相應的風機。當主變負荷電流達到定值時，啟動第一、第二組冷卻器，負荷電流復歸后延時10分鐘停止。

2.2 故障情況

某日，500kV某變電站#2主變突然發出“#2主變非電量保護C相本體油位異?！?，且不能復歸。異常發生時主變的負荷正在快速增長，從上午5時9時，負荷由 170MW增長至325MW。對#2主變油位進行檢查，A相油位6.9， B相油位6.2，C相油位8.1，C相油位較AB相偏高。按設備說明書，主體油位計的報警位置為高油位Max和低油位Min，C相報警時油位未達到油位計廠家油位高告警設定值。

3 現場檢查情況

3.1 信號回路排查

(1)檢查#2主變非電量保護屏、風冷控制箱、C相本體端子箱均無受潮現象，C相儲油柜處油位計波紋管外觀完整，回路無受損現象。

(2)在#2主變風冷控制箱找到對應圖中油位告警回路，測量信號回路對地直流電壓，電壓正常。但發現左側告警回路并聯，表明C相油位高告警、油位低告警回路至少有一條導通。

(3)拆除油位高告警接線端子，監控“#2主變非電量保護C相本體油位異常”信號立即復歸，測量油位低告警端子電壓正常。判斷#2主變C相油位計油位高告警接點確實閉合。

可排除二次回路異常引出報警，初步判斷為C相油位計油位高報警動作正確，但可能為設定值偏低引起。

3.2 油中溶解氣體檢查

檢查#2主變近期油色譜數據，無特征氣體突變異常，總烴無突變[8-16]。三相呼吸器正常呼吸，集氣盒及瓦斯繼電器無氣體，分析主變本體無內部故障。

圖2 氣體繼電器檢查情況

3.3 油位變化分析

檢查#2主變三相本體溫度均衡，與后臺油溫相符。發生告警后，28日油位跟蹤數據及油位測量圖譜如下所示，可見三相油位當日內無明顯突變。

表1 當日油位變化統計

圖3 油位圖譜

從以上油位測量圖譜可知，實際油位與油位計顯示油位相符，且呼吸器正常吐氣，且近期油位數據是變化，可排除假油位及油位表卡澀可能。

(1)油位合理性分析

依據油溫曲線，油溫50℃的正常油位應為5.5左右，但實際C相到達了8.2且不再隨溫度上升而增大，B相油溫50℃左右的的油位為6.5左右，A相油溫54.2℃的油位為7.2，可見本體實際油位均比廠家技術要求的高，其中C相比標準要求油位高出了2.7，在#2主變負荷增加導致三相變壓器油位上升時，因為油量越大，增加相同的溫度，體積增加肯定也越大，所以表現出來C相的油位增加更快，進而首先超過告警值，發出報警信號。

(2)半年油位變化分析

對#2主變2020年的負荷、油位進行統計分析，變化趨勢如表2所示。

表2 年度油位統計

2020年1～5月，主變負荷較低，三相油位保持平穩，主要在6以內，5～6月B相油位有所增長，但增長后呈下降趨勢。6～7月以后，#2主變負荷增長至287.1MW，三相油位均上漲，但C相上漲較快。7～8月#2主變負荷降低，三相油位略有下降，但8月28日因系統原因，#2主變負荷增至330MW，三相油增長，C相上漲至8.2，發出高油位告警。

油位告警后，在冷卻器不啟動的情況下，28日11時到20時油位為8.2，20時到29日上午為8.1，29日9點以后一直為8.2，可見在高負荷和氣溫下，僅通過自然油循環自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，若長時間累積，變壓器油溫及油位必然呈增長趨勢。負荷突增對油溫度上升及油位上漲的影響更突出。

3.4 冷卻器檢查及處理

29日上午現場檢查，C相油位8.2，油溫50℃左右，冷卻器處于自動狀態(第一組風機啟動值60℃)，風機未啟動，呼吸器往外快速吐氣，如圖4所示。現場分析認為隨著白天氣溫上升，C相本體油溫將上升，變壓器內油持續膨脹將引起油位繼續上升，油位高異常信號將無法消失。

圖4 呼氣器吐氣

分析后，現場將冷卻器控制轉為手動控制，11時05分啟動8個風扇給變壓器散熱，2分鐘后呼吸器停止吐氣，變壓器油應不再膨脹；約10分鐘后呼吸器開始吸氣，應為風機啟動后，冷卻器加快散熱，變壓器油開始冷縮，油位不再繼續上升，如圖5所示。

圖5 呼吸器吸氣

但因中午現場氣溫較高，啟動風扇后C相油溫保持50℃左右，油溫、油位變化不明顯。分析認為油溫下降主要依靠散熱量-發熱量的差值，目前負荷高達334MW，發熱量大，差值就相對小些，且白天氣溫高時基本保持發熱量=散熱量，溫度無法下降，所以降溫時間會比較長一些，需C相的8個風扇保持啟動運行狀態，持續監控C相的油溫、油位變化情況。

8月29日22時30分，現場匯報，C相油溫夜間下降明顯，油溫為43℃，繞溫48℃，呼吸器吸氣，C相油枕油位已下降至7.9。但現場告警仍存在，未復歸，至30日凌晨00時59分，#2主變C相油枕油位異常告警復歸，異常消失。8月30日上午9時，現場檢查#2主變C相油枕油位7.0，油溫為38℃，繞溫40℃。

圖6 C相異常信號復位時的油位

4 原因分析

綜上分析，本次#2主變C相油位異常報警原因如下：

(1)主變安裝注入的變壓器油高于油位曲線要求值，C相顯著超過標準要求油位。之前#2主變長時間低負載運行，因此油位沒有明顯升高，未發生過油位高告警異常。但近期在負載明顯升高、現場持續高溫雙重因素影響下，油溫60℃以下時僅通過自然油循環自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，導致變壓器油溫及油位長時間呈增長趨勢造成油位明顯上升，最終造成C相油發出“油位高告警”異常。

#2主變冷卻器啟動方式分為手動、自動方式，其中自動方式下60℃時啟動第一組風機，70℃時啟動第二組風機?？紤]到油位是在負載升高、現在高溫影響下逐漸上漲的，且油溫60℃以下時僅通過自然油循環自然冷卻方式，變壓器油溫度下降及油冷縮量的極小的，運維人員在油位上漲后，手動啟動冷卻器，增加變壓器的散熱量，避免變壓器油位累積上漲。

(2)C相油位計“油位高報警”動作值偏低。按設備說明書，主體油位計的報警位置為高油位Max和低油位Min，但C相油位上升至8.1時已發出報警，加強冷卻后，油位下降至7.9以下后才復歸。后續結合停電對表計進行檢查確認。

5 處理措施

5.1 短期措施

(1)變電站重點關注#2主變C油位，當高溫、高負荷且C相油位持續上升至油位指示7.5(暫定7.5)時，現場運維人員需手動啟動冷卻器，增加變壓器的散熱量，避免變壓器油位累積上漲導致報警。

(2)當全部冷卻器已投入，仍存在油位持續上升的緊急情況時，申請退出重瓦斯，對油枕進行放油。

5.2 中長期措施

(1)結合停電對#2主變進行排油，確保油位與廠家油位曲線相符。

(2)聯系廠家明確油位計動作的檢查及調整措施，結合停電對#2主變C油位計動作值進行檢查和調整。

后結合停電，對#2主變進行適量排油、油位計動作值調整后，運行至今未再出現異常。

6 結語

本文通過對某500kV主變壓器油位異常進行分析，明確了異常原因及處理措施，為防同類設備缺陷提供了一種可行的判斷和處理方法，有助于保證電力系統安全穩定運行。