變壓器儲油柜的結(jié)構(gòu)發(fā)展與應(yīng)用

龍 光 趙新麗

（保定天威集團，河北 保定 071056）

在大型油浸式變壓器中，儲油柜是對變壓器油存儲、補充和保護的組件。一般安裝在變壓器油箱頂部，與變壓器油箱相連，用以補償變壓器油箱和冷卻系統(tǒng)中的油隨溫度變化而膨脹、收縮產(chǎn)生的容積變化；另一個重要作用是使保護變壓器中的油，防止油受潮和氧化，從而有效的提高變壓器內(nèi)部絕緣的強度，對于變壓器的正常、安全、穩(wěn)定的運行，起著極其重要的保護作用。

1 儲油柜的結(jié)構(gòu)介紹及種類

儲油柜可以分為敞開式和密封式兩種，其中密封式按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為膠囊式儲油柜、隔膜式儲油柜、波紋管式儲油柜三種。波紋管式儲油柜根據(jù)油與波紋管的相對關(guān)系分為內(nèi)油式和外油式兩種。

1.1 敞開式儲油柜

敞開式儲油柜如圖1所示，主要由柜體、主油箱管路、注放油管路、吸濕器管路和油位計等部件組成。油通過吸濕器與大氣相通，能滿足變壓器油隨溫度的變化而引起的體積膨脹和收縮，通過吸濕器可將儲油柜中空氣水分吸收，從而起到保護油的作用。敞開式儲油柜內(nèi)的變壓器油經(jīng)過吸濕器管路與大氣相通，吸濕器可以吸收潮氣和灰塵過濾進入儲油柜的空氣。敞開式儲油柜結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低、不易損壞且易于維護，但不能完全阻斷變壓器油與大氣的接觸，不能防止變壓器油的氧化變質(zhì)，對潮氣的阻斷也不充分。目前 35kV以上變壓器已不采用。對于大容量的變壓器，僅在為有載開關(guān)配套提供的儲油柜使用。有載開關(guān)的儲油柜經(jīng)常與變壓器主體儲油柜焊成一體，不僅外絕緣距離小且外型美觀。

1.2 膠囊式儲油柜

膠囊式儲油柜如圖2所示，主要由柜體、膠囊、集氣盒（集氣盒上有主油箱管路、注放油管路、排氣管路、排污油管路等部件）、吸濕器管路、油位計等部件組成。是在敞開式儲油柜的基礎(chǔ)上，在儲油柜柜體內(nèi)安裝了一個耐油尼龍復(fù)合橡膠的橡膠囊，囊內(nèi)通過呼吸管及吸濕器與大氣相通，使得儲油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。膠囊外和油接觸，當(dāng)變壓器油箱中油由于體積膨脹或收縮而導(dǎo)致儲油柜油面上升或下降時，膠囊向外排氣或自行吸氣以平衡膠囊內(nèi)外側(cè)壓力，起到呼吸作用。該種儲油柜用膠囊作密封件將變壓器油與大氣隔離，并且隨變壓器溫度變化及時對油進行補償；膠囊一般懸掛在柜體上，呼吸較靈活，通氣阻力小。儲油柜上的油位表可采用磁力指針式油位計、壓力式油位計來顯示的，當(dāng)油位達到設(shè)定的最高或最低位置時，油位計通過報警開關(guān)能及時準確地報警并將信號遠傳。

膠囊式儲油柜初步實現(xiàn)了絕緣油與空氣的隔離，很大程度上減少了絕緣油吸收潮氣和氧化，有效的緩解了油質(zhì)變化對變壓器的影響。過去膠囊式儲油柜存在膠囊由于機械強度不夠產(chǎn)生破裂漏油不易被發(fā)現(xiàn)，膠囊破裂或尺寸過大發(fā)生皺折時還會造成儲油柜噴油或假油位，膠囊使用年限短等缺點。但近年來通過技術(shù)的進步，膠囊的壽命在不斷的提高，先進計算手段使得膠囊的尺寸與柜體配合的更合理；隨著變壓器監(jiān)測和診斷技術(shù)的發(fā)展，使得對儲油柜膠囊的狀態(tài)進行時時監(jiān)控變成可能，工作人員可在監(jiān)控室內(nèi)時時看到膠囊的狀態(tài)；這些使得膠囊式儲油柜在電力系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。

圖2 膠囊式儲油柜結(jié)構(gòu)示意圖

1.3 隔膜式儲油柜

隔膜式儲油柜如圖3所示，主要由上節(jié)柜體、下節(jié)柜體、隔膜、集氣盒（集氣盒上有主油箱管路、注放油管路、排氣管路、排污油管路等部件）、吸濕器管路、油位計等部件組成。此種結(jié)構(gòu)儲油柜利用上節(jié)柜體和下節(jié)柜體之間的隔膜作為密封件隔離變壓器油和大氣，膠囊與隔膜的作用和材質(zhì)均相同，只是結(jié)構(gòu)不同，前者為囊狀，后者為片狀。由于儲油的上節(jié)柜體和下節(jié)柜體之間的密封面很大而且為矩形，不易制作而且密封面的平面度也不易保證，容易造成滲漏油；儲油柜的油位計一般采用伸縮桿式，易產(chǎn)生變形，如果伸縮桿伸縮不靈活還會造成油位計指示不準確，易產(chǎn)生假油位；該儲油柜注油時需打開上節(jié)柜體上的手孔通過隔膜上的排氣軟管把變壓器油中的氣體排出，操作比較麻煩。鑒于以上原因，隔膜式儲油柜的使用越來越少。

圖3 隔膜式儲油柜結(jié)構(gòu)示意圖

1.4 波紋儲油柜

波紋儲油柜采用先進的不銹鋼波紋管補償技術(shù)，用波紋管代替?zhèn)鹘y(tǒng)儲油柜中的膠囊，實現(xiàn)變壓器絕緣油體積補償并與外界隔離，防止吸濕氧化絕緣油。油溫度升高體積膨脹時，波紋管被壓縮，移向固定端，反之波紋管回收縮；當(dāng)油位過高或過低時，會通過油位計產(chǎn)生報警信號。

外油式金屬波紋儲油柜如圖4所示，主要由柜體、金屬波紋膨脹器、拉帶式油位計、主油箱管路、注放油管路、排污油管路、排氣管路、吸濕器管路等部件組成。該儲油柜以金屬波紋膨脹器為密封件，波紋膨脹器的外面是變壓器油，波紋膨脹器的內(nèi)腔通過吸濕器與大氣相通。當(dāng)儲油柜內(nèi)的變壓器油的體積增大或減小時，波紋膨脹器就收縮或膨脹以調(diào)節(jié)儲油柜的容積并保證儲油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。不銹鋼薄板制成的金屬波紋膨脹器與橡膠材質(zhì)的膠囊或隔膜相比具有抗老化的優(yōu)點，相關(guān)標準規(guī)定金屬波紋膨脹器機械壽命應(yīng)不低于10000次，但是也存在伸縮不如膠囊或隔膜靈活的缺點，使得油容積調(diào)節(jié)不太靈活。而且該種儲油柜的成本較高。由于外油式金屬波紋儲油柜的波紋管在儲油柜內(nèi)做橫向運動的，在運行中波紋管受重力或儲油柜不圓等因素的影響，容易發(fā)生卡滯，造成假油位，嚴重的還會出現(xiàn)冒油現(xiàn)象。

圖4 外油式金屬波紋儲油柜結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)油式金屬波紋儲油柜如圖5所示，主要由外殼、金屬波紋膨脹器、油位計、主油箱管路、注放油管路、排氣管路等部件組成。該種儲油柜以金屬波紋膨脹器為密封件，波紋膨脹器的里面是變壓器油，外面是大氣。波紋膨脹器隨著變壓器油體積的增減而脹縮并保證儲油柜內(nèi)的壓力與大氣相同。它與外油式金屬膨脹儲油柜的原理差不多，只是變壓器油在金屬波紋膨脹器的內(nèi)部，另外，該種儲油柜的外殼沒有密封，所以不能安裝吸濕器，減少了變壓器的維護。內(nèi)油式金屬波紋儲油柜的外殼易生銹，在高鹽霧地區(qū)選用需慎重。另外其最大的缺點是一旦波紋管發(fā)生損壞漏油，變壓器就要立即退出運行更換儲油柜，影響供電的安全性。

圖5 內(nèi)油式金屬波紋儲油柜結(jié)構(gòu)示意圖

2 不同類型儲油柜的特性及對比

由于開放式和隔膜式儲油柜目前應(yīng)用很少，所以本小節(jié)主要針對膠囊式和波紋式儲油柜進行介紹。

2.1 膠囊式儲油柜的特性

膠囊式儲油柜的橡膠材料是多層丁晴橡膠，約0.6mm厚。變壓器在運行中，儲油柜的橡膠雖然起到了變壓器油與空氣完全隔離的作用，但膠囊在運行過程中發(fā)生運動，會由于其機械強度不夠而造成破裂，導(dǎo)致漏油。長期運行中，傳統(tǒng)膠囊式儲油柜維護工作量大，也暴露出許多缺點：第一，是由于與空氣連通，受環(huán)境和溫差等因素影響，膠囊容易老化而龜裂破損，使得外界的水和雨水易侵入油中，使油發(fā)生氧化；第二，吸濕器硅膠受空氣濕度影響大，需及時維護更換，否則受潮失效或者安裝不當(dāng)，將造成變壓器油與空氣隔絕性降低，油介損增大、絕緣強度下降；第三，油位計中的油和變壓器本體相通，長期受日照影響，油位計中的油容易被氧化，直接影響儲油柜中油的品質(zhì)，污染變壓器本體的油質(zhì)，還存在假油位等現(xiàn)象?；谝陨洗嬖诘臐B漏問題、結(jié)構(gòu)問題，為保證供電的安全性和可靠性，減少運行維護成本，膠囊式儲油柜的結(jié)構(gòu)還需不斷完善。

2.2 外油式波紋儲油柜的特性

優(yōu)點是采用超柔性不銹鋼波紋管作為容積補償元件，波紋管在極限位置時剛性反力≤0.005MPa，可完全隔絕空氣與變壓器絕緣油的接觸，延長絕緣油使用壽命。儲油柜直接儲油，有效容積大，可實現(xiàn)較大儲存油量。使用壽命可達30年，實現(xiàn)與變壓器等壽命。無軌道型導(dǎo)向機構(gòu)，高強度樹脂導(dǎo)輪與內(nèi)壁大間隙自由調(diào)整，波紋管移動不受障礙。內(nèi)壁為散熱面，不具備凝露條件，無凝露產(chǎn)生，不需呼吸器，實現(xiàn)免維護。

缺點是儲油柜中的波紋管，要求每個波紋管單元的伸縮剛性必須一致，不然會導(dǎo)致波紋體不均勻變形或突然變形，勢必會影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動作。波紋管焊接面多，對鋼材柔性要求高，需防止?jié)B漏現(xiàn)象。注油時操作容易出錯，儲油柜安裝注油時排氣不當(dāng)或安裝后排氣管口密封不嚴有空氣進入后，儲油柜將出現(xiàn)假油位；如沒有打開儲油柜的呼吸器，壓力釋放閥可能會動作跳閘，壓力釋放閥不動作則可能損壞變壓器。

2.3 內(nèi)油式波紋儲油柜的特性

優(yōu)點是儲油柜波紋管內(nèi)與油接觸，用不銹鋼材料做體積補償組件，全密封，不受空氣和水的污染，根本上解決了滲漏油的問題。采用不銹鋼材料做體積補償組件，工作壽命長、靈敏度高，實現(xiàn)免維護，有效地減少了電力系統(tǒng)不必要的停電和運行維護費用。油位計指針安裝在波紋管上面，波紋管隨著變壓器油溫的變化而上下移動，指針也隨其升高或降低，油位指示直觀準確無假油位。實現(xiàn)油位信號遠傳，根據(jù)用戶需要可配置多功能油位信號遠傳裝置，可實現(xiàn)遠程計算機監(jiān)控。儲存油量大，安裝方便，注油簡便，容易操作。

缺點是儲油柜中的波紋管，要求每個波紋管單元的伸縮剛性必須一致，不然會導(dǎo)致波紋體不均勻變形或突然變形，勢必會影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動作。波紋管的儲油量必須按標準和變壓器實際油量設(shè)計，必須按標準和變壓器實際油量加足，防止在冬季造成儲油柜無油或上浮子誤動。為防止波紋失穩(wěn)需裝設(shè)導(dǎo)軌及導(dǎo)向輪，一定時間后容易容易產(chǎn)生腐蝕卡澀。波紋管的內(nèi)波紋壁來回的運動時靠導(dǎo)向滾輪進行動作的。 在運行較長時間后，由于諸如機械磨損等不可預(yù)知的原因，極易造成導(dǎo)向滾輪卡澀，則勢必會影響氣體繼電器、壓力釋放閥的正確動作。而且其油位的指示是拉帶式的，易造成卡澀，使油位顯示不精確。外表面可散熱，表面不凝露，但散發(fā)的熱量可導(dǎo)致外殼內(nèi)表面凝露，運行一段時間后外殼內(nèi)壁會因熱空氣凝露產(chǎn)生腐蝕。因此，內(nèi)油式波紋儲油柜的外殼要求選用不銹鋼材料，避免后期維護二次更換。

2.4 兩種類型儲油柜性能對比（見表1）

表1

3 儲油柜選用及注意事項

儲油柜的選用首先應(yīng)在結(jié)構(gòu)上滿足用戶的需要，即確定儲油柜的結(jié)構(gòu)（膠囊式、波紋式）；其次考慮變壓器的總油重（變壓器總油重應(yīng)包括油箱、冷卻系統(tǒng)和儲油柜中的油）；第三確定變壓器所在的環(huán)境條件（一般地區(qū)、濕熱地區(qū)、寒冷地區(qū)）；第四根據(jù)總油重和環(huán)境溫度確定儲油柜的容積，儲油柜的容積應(yīng)滿足變壓器在允許工作的溫度范圍內(nèi)實現(xiàn)變壓器油最大補償?shù)男枰?；即在最小油位時油面線可見，在最大油位時儲油柜內(nèi)的油不能溢出。第五確定儲油柜的主要配件如油表、膠囊、閥門等。由于同一個油量的儲油柜它的直徑和長度兩個尺寸上變化，最后可以根據(jù)變壓器布置空間的要求，或變壓器整體協(xié)調(diào)美觀的需要，確定儲油柜的內(nèi)壁直徑。

儲油柜的補償容積的計算主要考慮總油重和變壓器運行的環(huán)境溫度，由于不同的環(huán)境溫度對油有不同的補償范圍，儲油柜內(nèi)變壓器油的補償容積可根據(jù)下式計算。

式中，△V為儲油柜的變化容積(dm3)；W為變壓器總油重(kg)；ρ為變壓器油的比重，一般取0.9kg/dm3；0.0007為變壓器油的體積膨脹率（0.0007/℃）；Δt為儲油柜里變壓器油的最高平均溫度與最低平均溫度的差值（℃）。

如一般地區(qū)的環(huán)境溫度為-30℃～+40℃，此時絕緣油的最高溫度應(yīng)按85℃考慮，最低溫度按-30℃考慮；則Δt=85℃-（-30℃）=115℃。按公式計算出補償容積后，再選擇滿足條件要求儲油柜。

對于有載調(diào)壓的變壓器，可以選用單獨的開關(guān)儲油柜，也可以選用開關(guān)儲油柜和主體儲油柜一體的結(jié)構(gòu)形式，無論如何選擇一定要根據(jù)不同的開關(guān)考慮儲油柜容積是否滿足開關(guān)總油量的要求。每臺儲油柜還應(yīng)給出與其直徑和環(huán)境溫度對應(yīng)的“油溫與油位的關(guān)系曲線牌”供變壓器使用。

4 結(jié)論

通過對幾種不同結(jié)構(gòu)儲油柜進行對比分析，可以看出不同結(jié)構(gòu)的儲油柜各有特點，但也在一定程度上存在一些不足。儲油柜作為大型油浸式電力變壓器必備的重要保護性組件，無論選擇那種結(jié)構(gòu)，都應(yīng)在提高變壓器運行可靠性和實現(xiàn)免維護方面發(fā)揮作用。

[1]JB/T6484－2005,變壓器用儲油柜.

[2]劉渤華.外油式金屬波紋儲油柜運行分析[J].變壓器,2007(8):54-58.

[3]張永華.膠囊儲油柜油位顯示不準的探討[J].電氣制造,2009(8):48-50.