液浸式變壓器油箱耐受試驗研究實踐

殷澤其 李加鵬 蔡瓊

【摘要】風電機艙用液浸式變壓器客戶要求進行油箱耐受試驗，按照BS EN 50464—4：2007標準進行試驗有許多限制條件，導致試驗過程中存在一些干擾。為了達到同樣的驗證效果，本文提出了新的試驗方法并實施驗證，在試驗過程中也發(fā)現(xiàn)了一些問題，在此提出以供以后試驗中予以注意。

【關(guān)鍵詞】油箱耐受試驗；新方法；問題

【DOI編碼】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.02.027

Research and Practice on Oil Tank Tolerance Test of Liquid Immersed Transformer

YIN Zeqi， LI Jiapeng， CAI Qiong

（Hainan Jinpan Intelligent Technology Co.， Ltd.〔Wuhan Branch〕， Wuhan 430000， China）

Abstract： The customer of the liquid-immersed transformer used in the wind turbine engine room requires the oil tank endurance test. There are many restrictions in the test according to the standard BS EN 50464—4：2007， which leads to some interference during the test. In order to achieve the same verification effect， a new test method is put forward and verified， and some problems are also found in the test process， which are put forward here for attention in future tests.

Keywords： fuel tank endurance test； new methods； question

0引言

隨著風電行業(yè)的蓬勃發(fā)展，單臺機組容量越來越大，所需要的機艙內(nèi)配套變壓器容量和電壓等級也越來越高，由于機艙處于百米高空，要求其體積和重量越小越好，隨著容量和電壓等級的升高，目前干式變壓器已沒有了優(yōu)勢，越來越多的風機廠家選擇液浸式變壓器作為機艙變。由于風力發(fā)電的不穩(wěn)定性，其變壓器的負載變化范圍很大，冷卻絕緣液受負載變化影響，其體積變化也比較大且變化非常頻繁。對于密閉的變壓器油箱，在一定的壓力范圍內(nèi)頻繁且長期頻繁收縮和膨脹之后不會破壞非常重要。因此，對其進行模擬試驗驗證結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝的可靠性是最有效的方法之一。

在標準EN50646—4：2007《最高壓力不超過36 kV的設備用50 Hz、50 kVA至2500 kVA的三相油浸式配電變壓器第4部分：關(guān)于增壓式波形槽的要求和試驗》中定義了容量小于2500 kVA密封式波紋油箱耐受試驗方法和要求，計算溫度變化從-25℃到88℃的油體積變化量，以此體積油量為準，注入和抽出同樣的油量來進行循環(huán)試驗，過程中測量油箱頂部的壓力。對于大容量板式油箱沒有相關(guān)試驗標準，完全按照該標準的試驗方法進行試驗，3000 L的油箱，每次注油和抽油的油量為254.25 L，每個循環(huán)需要約30分鐘，共需要試驗5000個循環(huán)；整個試驗時間需要105天，時間非常長，環(huán)境溫度的變化對試驗過程影響也較大。為了縮短試驗時間，我們改用增加起始油量，以監(jiān)視壓力為準，測量注入和抽出絕緣液的方式來進行試驗，可大大縮短試驗時間，同樣可以達到試驗效果。

1試驗系統(tǒng)

按照如圖1所示原理圖制作試驗系統(tǒng)，并制作一個與實際產(chǎn)品相同的油箱來進行試驗；試驗系統(tǒng)通過PLC控制，能夠?qū)崟r測量油箱頂部壓力及注油量和抽油量，并能根據(jù)設定的壓力自動進行注油和放油工作

2試驗方法

2.1油箱初始容積VC0測量

呼吸器與外界大氣導通工況，油箱在完全清潔狀態(tài)下注油，油位達到油枕三分之一高度時停止注油，記錄注入油量V0=3301 L。將注入的絕緣油全部抽出，直到油泵不再能抽出油為止，重新給油箱注油，油位達到油枕三分之一高度時，流量計記錄注油量VC01。再次將油箱內(nèi)絕緣油全部抽出，重新給油箱注油到油枕三分之一高度處，記錄注油量VC02。如此共測量三次，得到VC01=3210 L；VC02=3208 L；VC03=3203 L。取其平均值得VC0=3207 L。

2.2油量變化計算及壓力變化測量

保持冷卻器正常運行24小時以上，監(jiān)視油溫達到穩(wěn)定，記錄油溫為32.1℃。

2.2.1注油量和抽油量計算

2.2.2油溫達到88℃時壓力測量

開啟試驗系統(tǒng)，大氣壓下為0 bar（以下為規(guī)定相同），將油箱內(nèi)油位調(diào)整到理論計算溫度在32.1℃高度后暫停。

關(guān)閉呼吸器并保持密封，保證油箱內(nèi)氣體不泄漏；開啟試驗系統(tǒng)給油箱內(nèi)注油，注入138.4 L時停止注油，保持1分鐘后，記錄油箱頂部壓力為0.221 Pa。此壓力即為保持初始油量情況下，油溫上升到88℃時的油箱頂部壓力。

2.2.3油溫達到-25℃時壓力測量

保持呼吸器關(guān)閉油箱處于密閉狀態(tài)，開啟試驗系統(tǒng)開始抽油，抽出油量279.8 L時停止抽油，保持1分鐘后，記錄油箱頂部壓力為-0.228 Pa。此壓力即為保持初始油量情況下，油溫下降到-25℃時的油箱頂部壓力。

3油箱耐受試驗

打開呼吸器密封閥門，開啟試驗系統(tǒng)，將油箱內(nèi)油位調(diào)整到油枕二分之一高度處暫停，關(guān)閉呼吸器并密封好，保持油箱內(nèi)氣體不泄漏。

變壓器通過泵組進行注入油，使油箱頂部壓力值達到+0.221 bar，等待約10秒后，變壓器通過泄壓（負壓）管道進行抽油泄壓，待油箱頂部壓力值達到-0.228 bar時停止抽油保持10秒；然后重新給油箱注油，使油箱頂部壓力接近0 bar，至此為一個循環(huán)。通過調(diào)整壓油箱頂部壓力為0時的油位高度，將一個循環(huán)時間控制在4～6分鐘；為了試驗更嚴格，將壓力范圍稍微放大，系統(tǒng)設置頂部壓力上限為0.230 bar，壓力下限為-0.230 bar。當油箱頂部壓力達到0.230 bar時，停止注油，保持10秒后開始抽放油，當油箱頂部壓力降到-0.230 bar時停止放油，保持10秒后再次開始注油，直到油箱頂部壓力達到0.230 bar。如此反復自動注油和放油，并記錄每次的注油量和排油量。

累計循環(huán)5000次，其中每1000次循環(huán)時，觀察檢查儲油箱表面是否有任何損壞和泄漏；檢查變壓器下的集油容器，尋找泄漏的絕緣液體；對所有焊縫和密封面進行UV紫外燈光學目視檢查，以手觸摸的方式檢測泄漏的絕緣液體并拍照留檔。

密封試驗：所有測量完成后關(guān)閉呼吸器，給油箱注油直到油箱頂部壓力達到0.3 bar后停止注油，保持壓力持續(xù)24小時，檢查各焊縫及密封部位，沒有滲漏，密封試驗合格。

4試驗過程分析

1）試驗過程中抽注油量隨溫度變化呈正相關(guān)性變化。由于環(huán)境溫度的變化，絕緣液溫度也會改變，油箱內(nèi)的絕緣液體積也會隨溫度變化而變化，為了保持油箱頂部最小負壓力不變，溫度上升時油體積膨脹，所要抽出的油量也需要增加，同時，注入油量與抽出油量體積基本相同

2）試驗過程中抽注油量越來越大。從最開始的65.9 L上升到5000次后的90.7 L，其主要原因為：每次抽油過程中，油箱內(nèi)部有一個負壓過程，在負壓狀態(tài)下，油中溶解的氣體會析出，同時微量油也會氣化，而在正壓過程中，析出的氣體不能快速重新溶解到油中，從而造成密閉油箱中氣體越來越多，為了保持油箱頂部的正負壓力不變，需要抽出和注入更多的油量。絕緣液注油量變化如圖2所示。

5結(jié)論

運用監(jiān)視壓力的方式進行油箱耐受試驗可以極大地縮短試驗周期，同樣可以達到驗證油箱耐受強度的目的。

在使用注入和抽出固定油量進行油箱耐受試驗時，隨著循環(huán)試驗次數(shù)的增加，油箱內(nèi)的壓力會越來越大，可能會超過油箱本身的耐受強度而造成破壞。

【參考文獻】

[1]朱濤，王豐華.地磁感應電流作用下大型變壓器的溫升特性計算[J].電工技術(shù)學報，2022，37（8）：1915-1925.

[2]韓金華，楊曉輝，王豐華，等.500 kV電力變壓器直流偏磁損耗特性的仿真研究[J].高壓電器，2015，51（5）：40-46.

[3]張利鋒，張棟，牛瀟曄，等.玻璃鋼油箱在220 kV超導限流器中的應用研究[J].電氣應用，2012，31（21）：80-83.

[4]童軼，祝全樂，賀立，等.直流偏磁對換流變壓器運行影響分析[J].高電壓技術(shù)，2021，47（6）：2206-2213.

[5]張書琦，汪可，李金忠，等.單相單柱旁軛變壓器空負載工況下的直流偏磁關(guān)鍵性能測試[J].中國電機工程學報，2019，39（14）：4334-4344，4281.

[6]潘舉鍵.介質(zhì)窗式特高頻傳感器對特高壓變壓器可靠性的影響研究[D].北京：華北電力大學（北京），2022.

[7]王海珍，牛瀟曄，張利峰，等.220 kV飽和鐵心型超導限流器絕緣設計[J].云南電力技術(shù)，2014，42（6）：8-11.

【作者簡介】

殷澤其，男，1977年出生，工程師，研究方向為變壓器及相關(guān)產(chǎn)品試驗和質(zhì)量。

（編輯：李鈺雙）