换流变油枕胶囊损坏引起本体轻瓦斯频繁告警的分析

换流变油枕胶囊损坏引起本体轻瓦斯频繁告警的分析

张振1 ,胡锦2 ,颜冰2 ,申国标1 ,晋金帅1 ,谭淞艺1 ,施航1

云南电网有限责任公司文山供电局  云南文山  6630001

云南电网有限责任公司电力科学研究院  云南昆明 6502172

摘要：某换流站换流变在停电期间频繁报本体轻瓦斯告警，结合现场检修经验分析了可能产生轻瓦斯告警的多种原因，通过设备现场检查情况，逐步排除不可能的原因，留下最接近真相的原因，最后换流变停电消缺时证明分析出的原因正确，确为油枕胶囊损坏。本次故障排查的重点在于解释仅在停电期间频繁发生轻瓦斯告警这一异常现象，这一现象十分罕见，本文通过对此次故障过程进行详细阐述，旨在为以后出现的类似故障提供参考与借鉴。

关键词：换流变、胶囊破损、轻瓦斯告警

引言：

变压器轻瓦斯告警属于常见故障，内部发生放电、顶部窝气、潜油泵故障等均会导致变压器轻瓦斯告警，但短时间内频繁发生轻瓦斯告警，且均发生在停电期间，这样的现象却十分少见，且上述几种原因都无法解释该异常现象。本文对轻瓦斯频繁告警进行了系统的分析，并在现场对设备进行了相关检查，最终确定缺陷原因为油枕胶囊损坏。

由于油枕胶囊在油枕内，对于未排油的变压器，只能通过油枕顶部放气塞观察胶囊，能观察到的部位十分有限[1]，且当胶囊仅有轻微损坏时，其外观几乎无任何异常，只有当胶囊损坏严重，已经呈现卷缩等现象时，才能通过直接观察法检查[2]，而这种程度的胶囊损坏极有可能造成严重的危害。胶囊密封性可以通过直接观察法、检查胶囊内是否有绝缘油、对胶囊施加微正压等检查方法来进行检查[3]，本文结合现场情况，进行了有针对性的检查，通过理论结合试验进行验证，发现了一起胶囊轻微破损缺陷。

一、基本情况

某换流站极1 YY换流变B相停电期间（11月3日-11月25日、12月7日-12月27日）本体轻瓦斯频繁告警，共发生10次，且告警时间集中在刚刚停电的时期，每次报警期间瓦斯继电器内均有气体，可以排除瓦斯继电器误报的可能性。为分析极1 YY换流变B相停电期间轻瓦斯频繁告警原因，现场开展了多项试验、检查。

二、现场检查

2.1 气体继电器外观检查

现场检查瓦斯继电器本身无渗漏油痕迹，且与本体、油枕连接部位连接部位密封良好无渗漏。气体继电器防雨罩无破损，且检查期间，现场处于大雨天气时，未出现轻瓦斯报警现象。气体继电器安装在变压器油箱和油枕之间的连接管道中，变压器顶盖沿气体继电器方向与水平应具有一定的升高坡度，且导油管也具有一定的升高坡度，并无安装不当的情况。

2.2 气体来源排查

取油样和气样进行油色谱检测分析，未见故障性特征气体明显增长，且瓦斯内部气体不可燃；在换流变本体油箱顶部洒水，未出现明显积水处；换流变风冷器潜油泵无渗漏现象，密封性良好；关闭在线油色谱装置与变压器本体连接的进出油管阀门，将其与本体油路连接断开，在不关闭载气瓶的前提下，将油色谱装置内的进出油管打开，保持一段时间，并未发现从油色谱装置的进出油管排出气体。以上检查排除了换流变内部放电、窝气、潜油泵工作时形成负压、在线油色谱装置载气反送本体等会导致轻瓦斯告警的可能性。

2.2.1 换流变阀侧套管内漏SF6气体

根据换流变阀侧套管厂家说明书，阀侧套管为倾斜安装，套管运行时，其内部充有变压器油和SF6气体，根据安装角度计算，最小油面水平高度按照h=3590*sin a公式计算，安装角度是20º，h等于3590*sin20º=1230mm。套管内SF6气体与换流变本体之间有绝缘油隔绝，由此可排除换流变阀侧套管内SF6气体漏入换流变本体的可能。

2.2.2 换流变本体含气量超标析出气体

检查过程中进行了两次油中含气量检测，发现油中含气量明显超出规程要求（3%），但对比最近一次试验历史数据，换流变本体油中含气量未见明显增高趋势，且同样工况下运行的A、C两相含气量同样超标（5%-6%），瓦斯继电器内气体是油中析出气体的可能性较小，但仍需进一步排查。

对瓦斯继电器内气体取样及成分检测，油中溶解气体的总体积分数浓度为11975.46μL/L，约占1.2%。对换流变本体油样成分检测，油中含气量约为5%（换算单位后为50000μL/L），上中下三部分的油中溶解气体总体积分数浓度平均值为3898.38μL/L。可以计算得到，对于在换流变本体油样所含气体中，油中溶解气体约占7.8%。换流变本体油样所含气体中油中溶解气体占比为瓦斯继电器内气体中油中溶解气体占比的6.5倍。故可以排除瓦斯继电器内气体来源是因温度变化从油中析出气体的可能性，必然存在其他的气体来源。

2.2.3 换流变各部位密封性检查

对换流变压器空冷器顶部排气阀，阀侧套管及中性点套管放气塞，通油管路上法兰连接处进行检查。排气检查中发现换流变网侧1.1套管升高座靠瓦斯油管处放气塞密封圈损坏，损坏的密封圈经诊断，确定是由外力过大而引起的破损。在其他可能情况均已排除的情况下，瓦斯继电器内气体基本可以确定是从此密封薄弱处侵入换流变内部的，虽然确定了气体来源，但仍存在两点疑问，首先是此处的压强为大气压强加上油枕到此密封薄弱处的高度差形成的压差，相比于大气压强更大，正常情况下即使密封性不好，气体也应该是往外排，而不是向内部进气，其次是无法解释为什么总是在停电期间频繁发生轻瓦斯告警的现象。

2.3 仅在停电期间发生轻瓦斯告警异常现象的原因调查

2.3.1 换流变本体油枕油位低，温度变化幅度较大时补偿不足，通油管路内出现负压区

对极1 YY A相、B相、C相共三台换流变开展现场油位测量工作。开展现场油位测量，采用塑料软管，一端连接本体瓦斯继电器取气铜管接头，一端悬空，保持塑料软管置于垂直方向。

经现场测量，极1 YY A相、B相、C相的油位分别为69、66、73cm，油枕内油量充足。虽然油量检查无误，但通过此次检查，初步发现油位指示计示数存在异常，这也是本文中采用直接测量法测量油位的原因。油位指示计示数异常与仅在停电期间发生轻瓦斯告警的异常现象均表明故障极可能为胶囊导致，接下来进行重点排查。

2.3.2 换流变本体油枕胶囊破损，油枕与本体导油回流部分堵塞，本体油位降低时管道内形成负压

检查极1 YY换流变B相2021年7月1日至2021年12月22日后台检测数据，发现从2021年7月1日至10月30日（均为换流变运行期间），油位由43.787%逐渐降至29.108%，并在11月1日突然增加至43.787%，胶囊可能已出现问题。

根据油位表结构，油位表示数S与油位高度H的换算公式为：

H=sin（α）×L

α=SN

式中，α--连杆与水平方向所夹角度；

N--单位刻度油位表示数对应角度；

L--浮球与油位表之间的连杆的长度，本换流变油枕中连杆长度为185cm。

根据上述公式，可将油位表读数换算为油枕内油位，并将其与现场油位实际测量结果进行汇总对比，极1 YY换流变A相、B相、C相的油枕油位表示数分别为5.1、2.45、3.2，油位表示数换算出的油位分别为46、35.38、72.14cm，现场油位测量结果分别为69、66、73cm。

通过对比分析，对于极1 YY 换流变C相，通过油位表示数换算出的油位与现场油位测量结果差异极小，证明该方法是正确可行的，而对于A相、B相两台换流变，油位表示数换算出的油位与现场油位测量结果差异太大，胶囊破损是导致该种情况的原因之一，需进一步排查。

由于现场不具备打开油枕直接对胶囊进行外观检查的条件，为检查胶囊是否破损，采取充氮试验，具体步骤为：

（1）关闭本体压力释放阀处阀门，压力释放阀动作压力150kpa；

（2）在呼吸器安装法兰处安装试漏专用工装；

（3）通过呼吸管向胶囊内充入干燥氮气至0.03MPa；

（4）在正压条件下再次进行换流变B相密封性检查，检查变压器各法兰、放气塞是否存在渗漏油情况。

（5）打开油枕顶部中间放气塞。观察顶部放气塞是否能明显看到胶囊，放气塞处是否出油。

在充氮试验中，正压条件下，使用泡沫检漏剂检查，未发现各法兰、放气塞处出现气体泄出的现象，发现换流变网侧1.1套管升高座靠瓦斯油管处放气塞密封圈处出现渗油状况，再次验证此处确为密封薄弱区。

充氮过程中，使用的是40L气瓶，充氮前后气瓶压力分别为16 MPa与9 MPa，总共约充入了2.8立方米的氮气，根据胶囊的设计规则，胶囊在储油柜内完全膨胀后的体积不少于油枕总容积 85%，油枕容积约为11立方米。如果胶囊未破损，胶囊的体积、油枕中油的体积与充入氮气体积三者之和已经大于了油枕总容积，此时，打开油枕顶部中间放气塞，应该能在顶部放气塞处明显观察到胶囊或是顶部放气塞处出油，但整个过程中，顶部放气塞处只有气体逸出；此外，充氮试验过程中，油位表示数始终处于2.45，全程未发生变化。通过上述两个现象可以确认胶囊已经破损。本体油枕胶囊破损后内部进油引起油枕与本体导游回流部分堵塞，在换流变停电后本体油位随环境温度降低而快速收缩，在瓦斯继电器前后管道内形成负压区域，吸入气体导致轻瓦斯告警。

三、原因分析

本次排查，对多个可能造成轻瓦斯报警原因进行排查，首先确定气体来源，从变压器内部故障产气、密封性被破坏、油箱窝气、油色谱装置载气反送、套管SF6气体内漏等角度入手，发现一处密封薄弱区；针对运行期间不发生告警，一旦停运即告警这一特殊现象，从油枕油位、胶囊堵塞回油管、变压器油降温析出气体等几个方面思考并进行检查与实验，发现胶囊发生破损。

推测本体油枕胶囊破损后，部分堵塞油枕与本体导游回流部分，在换流变停运时，油温迅速下降，油位也随之下降，但因为油管被胶囊堵塞，补偿速度跟不上油位下降速度，瓦斯继电器前后管道内形成负压区域，空气从换流变网侧套管放气塞密封薄弱区处吸入并进入瓦斯继电器内。而运行时，换流变本体油枕胶囊破损但仍具备部分呼吸功能，油温升高，换流变内部未形成负压，换流变网侧套管放气塞密封薄弱区处的压强大于大气压强，不会吸入空气，也就不会发生轻瓦斯告警。

四、后续处理

2022年3月直流停电年度检修期间，拆除极1 YY换流变B相损坏的油枕胶囊，更换新的油枕胶囊。对更换下的旧胶囊进行外观检查，重点检查有无漏点，首先用压缩氮气瓶对胶囊充气，充入两瓶氮气后胶囊完全伸展开，初步检查未找到胶囊漏点，但半小时之后胶囊外观出现褶皱，有干瘪趋势，说明胶囊确有漏点。

五、结论

极1 YY换流变B相停电期间轻瓦斯多次告警原因为：

（1）换流变网侧1.1套管升高座靠瓦斯油管处放气塞密封圈损坏，导致密封出现薄弱区；

（2）本体油枕胶囊破损后内部进油，胶囊卷缩、下沉，一方面胶囊呼吸作用的伸缩空间减少，另一方面胶囊下沉，引起油枕与本体导油回流部分堵塞，在换流变停电后本体油位随环境温度降低而快速收缩，在瓦斯继电器前后管道内形成负压，吸入从密封薄弱区侵入的气体，造成本体轻瓦斯告警。

本次故障排查的主要重点在于解释仅在停电期间频繁发生轻瓦斯告警这一异常现象，这一现象十分罕见，没有查询到相同的历史故障记录，在本次排查过程中，也是一直困扰现场人员的疑问，通过全方位排查，最终在理论与试验的双重验证下确定了故障是在胶囊轻微破损与密封薄弱区的双重作用下造成的。本文通过对此次故障过程进行详细阐述，旨在为以后出现的类似故障提供参考与借鉴。

参考文献：

[1] 孙威、方毅平、刘秋平、尹旭.500kV鹅城换流变油枕胶囊损坏原因分析[J].湖南电力.2013年第5期

[2] 莫有德.一起变压器油枕异常引起压力释放阀动作的处理过程及分析[J].广西电业.2007年第7期

[3] 章瑞庆.换流变油枕气囊气密性检测及更换[J].电力与能源.2013年第6期