摘要：通過(guò)故障分析，得出運(yùn)行中變壓器有載分接開(kāi)關(guān)因頻繁切換產(chǎn)生大量游離碳及少量金屬微粒等雜質(zhì)，這將降低油的擊穿強(qiáng)度，影響切換次數(shù)與使用壽命。為了保證供電電壓質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)不間斷供電，進(jìn)行了在線(xiàn)濾油技裝置的應(yīng)用，對(duì)在線(xiàn)凈油裝置的功能特點(diǎn)作了分析，并在一臺(tái)有油質(zhì)惡化的主變壓器上進(jìn)行了安裝和運(yùn)行效果跟蹤。通過(guò)試驗(yàn)，證明了在線(xiàn)濾油裝置運(yùn)行效果良好。

    引言：

    2009年8月份，35kV馮樓變電站1#主變壓器有載重瓦斯和差動(dòng)保護(hù)同時(shí)動(dòng)作，原因分析為有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生一定的電弧，油室內(nèi)絕緣油絕緣等級(jí)降低，絕緣油在電弧的作用下，分解出的部分雜質(zhì)（金屬顆粒）附著開(kāi)關(guān)絕緣件的表面，與懸浮在絕緣油中的金屬顆粒造成開(kāi)關(guān)三相短路。同時(shí)有載分接開(kāi)關(guān)油箱內(nèi)的密封膠墊在電弧的作用下老化，造成有載分接開(kāi)關(guān)油室與變壓器本體油室連通，有載分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)的油進(jìn)入了變壓器本體油箱，造成變壓器內(nèi)部故障。

    目前東平縣供電公司所轄變電站中35kV及以上電壓等級(jí)變壓器32臺(tái)，均為有載調(diào)壓變壓器。有載調(diào)壓變壓器上安裝的有載分接開(kāi)關(guān)在運(yùn)行和操作中難免會(huì)出現(xiàn)故障，這些故障可能是制造廠(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題，也有可能是運(yùn)行維護(hù)不當(dāng)引起的。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì)，2009年全國(guó)35kV及以上變壓器非計(jì)劃停運(yùn)中，有載分接開(kāi)關(guān)導(dǎo)致的非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占非計(jì)劃停運(yùn)總時(shí)間的10.343%，而有載分接開(kāi)關(guān)油室絕緣油絕緣降低導(dǎo)致的非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)占有載分接開(kāi)關(guān)停運(yùn)次數(shù)的60%以上。因此，對(duì)變壓器有載分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)絕緣油的安全運(yùn)行要求越來(lái)越高。

    一、變壓器油的作用

    變壓器油有以下幾種主要作用：

    （1）絕緣作用：變壓器油具有比空氣高得多的絕緣強(qiáng)度。絕緣材料浸在油中，不僅可提高絕緣強(qiáng)度，而且還可免受潮氣的侵蝕。

    （2）散熱作用：變壓器油的比熱大，常用作冷卻劑。變壓器運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的熱量使靠近鐵芯和繞組的油受熱膨脹上升，通過(guò)油的上下對(duì)流，熱量通過(guò)散熱器散出，保證變壓器正常運(yùn)行。

    （3）消弧作用：在變壓器的有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)上，觸頭切換時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧。由于變壓器油導(dǎo)熱性能好，且在電弧的高溫作用下能分觸了大量氣體，產(chǎn)生較大壓力，從而提高了介質(zhì)的滅弧性能，使電弧很快熄滅。

    二、有載分接開(kāi)關(guān)動(dòng)作對(duì)絕緣水平的影響

    有載分接開(kāi)關(guān)在帶負(fù)荷快速切換時(shí)，絕緣油在電弧的作用下，將分解產(chǎn)生游離碳、氫氣和可燃性烴類(lèi)氣體，還將產(chǎn)生微量金屬顆粒。其中一部分游離碳及金屬微粒等雜質(zhì)附積在分接開(kāi)關(guān)絕緣件表面，特別在電場(chǎng)集中的帶電觸頭附近，一部分懸浮于油中，余下部分積沉在切換油室箱底。分布在絕緣件表面的顆粒雜質(zhì)將降低絕緣件的絕緣強(qiáng)度，懸浮于油中的顆粒雜質(zhì)則影響油的擊穿電壓，特別是當(dāng)油中微水含量增加時(shí)，將加速降低油的擊穿電壓，影響有載分接開(kāi)關(guān)的絕緣水平。在東平縣供電公司的變壓器有載分接開(kāi)關(guān)全部是復(fù)合式分接開(kāi)關(guān)，而顆粒雜質(zhì)的存在對(duì)復(fù)合式分接開(kāi)關(guān)的影響尤為明顯，因?yàn)榇祟?lèi)開(kāi)關(guān)的切換與分接選擇合為一體，處于同一油室，選擇部分的絕緣件直接受到污油的影響。顆粒雜質(zhì)的數(shù)量隨著切換次數(shù)的增加而增多，這將越來(lái)越嚴(yán)重地影響分接開(kāi)關(guān)的整體絕緣水平。《有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行維修導(dǎo)則》規(guī)定，運(yùn)行中每切換5000～10000次或1～2年或油中擊穿電壓低于25kV時(shí)應(yīng)開(kāi)蓋清洗換油或?yàn)V油一次，每6月至1年或分接變換2000～4000次至少采樣一次。如超期不濾油也不清洗絕緣件則絕緣水平將繼續(xù)下降，危及安全運(yùn)行。有載分接開(kāi)關(guān)切換油室中油的擊穿電壓主要與油中懸浮性顆粒及油中微水含量有關(guān)。水分可以由加強(qiáng)油室結(jié)構(gòu)密封與補(bǔ)充油來(lái)控制，而顆粒雜質(zhì)的產(chǎn)生是不可避免的。研究表明，在一定微水量的情況下，顆粒大小及其數(shù)量與擊穿電壓的關(guān)系如圖2所示。其中油中顆粒數(shù)由10000顆／mL過(guò)濾凈化至10顆／mL時(shí)，顆粒直徑大于5μm的擊穿電壓可以從24kV上升至38kV，對(duì)顆粒直徑大于2μm的擊穿電壓可以從21kV上升至49kV。

    三、解決方案

    我們?cè)隈T樓變電站變壓器故障處理過(guò)程中，首先對(duì)變壓器油做了色譜分析，分析結(jié)果顯示絕緣油中氫氣和水分含量明顯超標(biāo)。為了更好地解決這個(gè)問(wèn)題，我們對(duì)變壓器有載分接開(kāi)關(guān)拆開(kāi)檢查，發(fā)現(xiàn)油箱底部殘留了很多黑色碳化物，郵箱表面有很多水珠。并且有載分接開(kāi)關(guān)油箱內(nèi)的密封膠墊老化，造成有載分接開(kāi)關(guān)油室與變壓器本體油室連通，有載分接開(kāi)關(guān)油室內(nèi)的油進(jìn)入了變壓器本體油箱，引起本次故障的發(fā)生。最后，更換了有載分接開(kāi)關(guān)及變壓器油，安裝了有載分接開(kāi)關(guān)在線(xiàn)濾油裝置。

    四、在線(xiàn)濾油裝置的功能特點(diǎn)

    1)聯(lián)合使用過(guò)濾精度小于等于1μm的濾芯及除水濾芯，除去油中顆粒雜質(zhì)，降低微水。

    2)有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)啟動(dòng)、分接開(kāi)關(guān)變換自動(dòng)啟動(dòng)、集控中心遙控分接變換啟動(dòng)等三種啟動(dòng)方式。我們采用分接開(kāi)關(guān)變換自動(dòng)啟動(dòng)裝置的方式，即分接開(kāi)關(guān)每次動(dòng)作后馬上自動(dòng)啟動(dòng)凈油裝置的方式，它能將切換產(chǎn)生的游離碳等雜質(zhì)及時(shí)過(guò)濾除凈，徹底凈化。

    3)有累計(jì)計(jì)數(shù)功能，可正確累計(jì)有載分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作次數(shù)，能存儲(chǔ)、累加，具有記憶功能。

    4)裝置動(dòng)作持續(xù)工作時(shí)間是指從第一次切換動(dòng)作開(kāi)始，至整定持續(xù)工作時(shí)間內(nèi)最后一次切換的整定持續(xù)工作時(shí)間為止。我們采取的整定時(shí)間為30min，確保每次切換的過(guò)濾持續(xù)時(shí)間，及時(shí)徹底凈化切換產(chǎn)生的游離碳等顆粒，防止沉積于箱底而無(wú)法過(guò)濾除凈。

    5)閉合循環(huán)回路油中殘留空氣的排除。利用有載分接開(kāi)關(guān)油枕對(duì)該裝置油壓差產(chǎn)生的靜壓力，從在線(xiàn)凈油裝置頂部的放氣溢油閥排盡油中殘留空氣。

    6)根據(jù)需要可不停電更換濾芯，如阻塞或壽命終止的濾芯，受潮失效的濾芯等。

    7)對(duì)受潮濾芯在（90±5）℃烘箱內(nèi)干燥2～4h后可繼續(xù)投入使用。

    8)濾芯失效報(bào)警停機(jī)功能。濾芯阻塞失效，其壓差繼電器動(dòng)作，裝置燈光顯示并停機(jī)，同時(shí)集控中心微機(jī)屏幕顯示“濾芯失效”，“裝置動(dòng)作”信號(hào)消失。

    9)遙控、遙信。集控中心遙控有載分接開(kāi)關(guān)切換動(dòng)作的同時(shí)，自動(dòng)啟動(dòng)凈油裝置，并屏幕顯示“裝置動(dòng)作”，濾芯失效時(shí)能顯示“濾芯失效”并停機(jī)，“裝置動(dòng)作”信號(hào)消失。

    10)濕度控制加熱祛潮。裝置內(nèi)相對(duì)濕度不小于85％時(shí)，濕度控制器動(dòng)作使加熱器加熱祛潮。

    11)優(yōu)化采油樣。由于結(jié)構(gòu)原因，切換油室排油管深入油箱底部，切換產(chǎn)生的游離碳積沉在底部，以往在采油樣時(shí)得首先排除管內(nèi)污油方能正式取樣。既消耗了油，油樣真實(shí)性也差。在線(xiàn)凈油方式由于油經(jīng)常循環(huán)流動(dòng)，因而沒(méi)有上述不利因素，可直接采樣，無(wú)油量消耗，油樣真實(shí)可靠。

    12)裝置的安裝調(diào)試、換濾芯、添加油、調(diào)正油位均可帶電進(jìn)行，亦無(wú)需停用有載分接開(kāi)關(guān)重瓦斯，重、輕瓦斯均無(wú)誤動(dòng)作發(fā)信。

    13)裝置電源具有缺相、反相及過(guò)載熔絲保護(hù)。

    14)在濾芯的進(jìn)油側(cè)裝有油壓力表，可監(jiān)視工作時(shí)油回路是否暢通或異常壓力增高。

    因此我認(rèn)為在線(xiàn)濾油的關(guān)鍵是將高精度、高效率的除顆粒過(guò)濾器應(yīng)用于運(yùn)行中有載分接開(kāi)關(guān)切換油室中，進(jìn)行帶電自動(dòng)過(guò)濾油。同時(shí)考慮到降低油中微水含量，有利于提高油的擊穿電壓，在實(shí)施中還應(yīng)采取除顆粒濾芯與除水濾芯聯(lián)合使用，應(yīng)可取得更好的凈油效果。

    五、在線(xiàn)濾油裝置應(yīng)用前后的比較與分析

    1)現(xiàn)將馮樓變電站1#主變壓器油(大于12級(jí)的污油)進(jìn)行過(guò)濾，過(guò)濾持續(xù)時(shí)間與凈化綜合情況效果如下:

    （b）更換濾油機(jī)后

    六、結(jié)論

    確保有載分接開(kāi)關(guān)切換中的油得到凈化過(guò)濾，有利于供電電壓質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)不間斷供電。實(shí)踐證明，開(kāi)展在線(xiàn)凈油是貫徹落實(shí)《有載分接開(kāi)關(guān)運(yùn)行維修導(dǎo)則》的有力措施，亦是延長(zhǎng)檢修周期，實(shí)行狀態(tài)檢修的重要保證。在線(xiàn)濾油裝置能夠自動(dòng)及時(shí)過(guò)濾分接開(kāi)關(guān)油室中的絕緣油，使之始終處于凈化優(yōu)質(zhì)狀態(tài)。在線(xiàn)凈油裝置的在線(xiàn)凈油、調(diào)正油位、更換濾芯均可在不停電并不需停用氣體繼電器重瓦斯保護(hù)的情況下進(jìn)行，并能在變壓器運(yùn)行中安裝、投入使用，為保證主變壓器安全運(yùn)行打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。