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摘要：主变压器是电力系统中重要设备，起着传输电能和变换电压的作用，其中变压器内部绝缘油的性能关系到变压器能否正常安全运行。本文对某变电站500kV变压器绝缘油含气量超标缺陷进行分析探讨，提出了一种新的变压器密封试验方法，并进行预控探讨。
关键词：绝缘油；含气量；分析；密封试验
0引言
变压器绝缘油具有冷却、绝缘的作用，绝缘油的性能影响着变压器内部的绝缘，主变含气量超标是绝缘油常见的问题之一。变压器油中含气量指的是溶解在绝缘油中的各种气体总量，用体积百分比表示[1]。按照《GB/T7595运行中变压器油的质量》，运行中的变压器油中含气量≤3%。如果绝缘油中含气量超标，就会形成气泡，降低绝缘性能，并加速油品和绝缘材料的老化，严重时导致击穿，影响设备安全运行[2]。本文将以某变电站500kV变压器绝缘油含气量超标缺陷进行讲述，讨论分析含气量超标的原因，并提出一种新的主变密封试验方法。
1缺陷概述
某变电站500kV#4B主变采用胶囊式油枕，2014年5月投运，2017年4月进行胶囊更换及主变绝缘油含气量超标缺陷处理，处理后绝缘油含气量试验合格。但在2018年4月再次出现绝缘油含气量超标缺陷，#4B主变绝缘油含气量试验数据如表1。
2原因分析及处理
2.1#4B主变绝缘油试验数据分析
#4B主变自2017年4月进行绝缘油含气量超标处理，2017年5月主变绝缘油含气量飙升至2.56%，相隔一年后2018年4月进行绝缘油试验，该主变油试验不合格。变压器绝缘油中溶解气体主要有3方面：1）由于主变内部过热或火花放电故障所产生的气体，主要特征是7种特征气体：H2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2、CO、CO2，尤其是H2、CO、CO2这三种气体的显著升高更为明显[3]；2）主变密封不良，外界气体进入主变内部，溶解在绝缘油中，导致主变油含气量超标，主要特征是N2、O2这两种气体含量显著增加，其他气体含量平稳；3）油中水分分解产生气体，主要表现是O2、H2含量的同时增加[3]。
在最近一次绝缘油试验中，油中氢气及总烃（CH4、C2H4、C2H6）含量未超标准值，乙炔含量为0，H2、CO、CO2这三种气体并无显著升高，符合标准值，且根据#4B主变的油温油位观测，并无发现异常情况，这可排除主变内部故障或过热导致含气量超标的可能，根据数据，#4B主变绝缘油含气量成分主要是空气，这表明外界气体进入主变内部导致含气量超标的可能性大。
2.2外界空气进入主变内部导致含气量超标的可能性分析
根据现场情况，外界空气进入主变内部主要有以下途径：（1）主变在线监测装置内的氮气泄露至主变内部；（2）主变密封不良，出现漏油点，外界空气通过漏油的地方进入主变内部；（3）主变胶囊密封不良，外界空气通过呼吸器进入油枕，从而泄露至主变内部；（4）主变安装工艺不良，如油枕旁通阀、油枕蒙板安装不良等，外界空气进入主变内部。以下将对上述情况进行分析。
2.2.1主变在线监测装置的氮气泄露至主变内部（载气）
主变在线监测装置的作用是用于变压器油色谱监测及数据传输，装置内配置两个载气氮气瓶，主变绝缘油在线监测装置使用油泵将变压器油抽出，经脱气后再将油注回变压器。若载气装置发生泄漏，则将氮气带入主变。现场对氮气的压力及相关电磁阀进行检查，氮气压力无明显下降，电磁阀关合正常，因此可排除主变在线监测装置的影响。
2.2.2外界空气通过主变的漏油点进入主变内部
现场对#4B主变进行检查，主变本体油箱、散热片、油枕等部件并无发现明显漏油点或油迹，主变运行时内部充满绝缘油，主变油枕油位以下部门处于正压状态，空气从漏油地方进入主变内部的可能性不大，因此该因素可以排除。
2.2.3因主变安装工艺问题导致密封不良，外界空气进入主变内部
变压器在投运前进行油枕排气工作，关闭油枕上方旁通阀，充气使胶囊膨胀，打开油枕上方的排气塞，排气塞渗油后拧紧排气塞，胶囊泄压后，正常情况下油枕内部是个负压状态。#4B变压器停电检修后，关闭瓦斯继电器前后蝶阀，拆除波纹管，慢慢拧松油枕顶部排气塞，并无发现有吸气声，这表明油枕内部真空已被破坏。
拆除旁通阀与油枕连接蒙板，拆除呼吸器，在旁通阀法兰处安装油柱观察装置。（1）注油检漏：从油枕注油管对油枕注油，待油枕上部排气塞有油渗出后，拧紧放气塞，清干净油污，继续加油，并观察油柱，当油柱高于#4B主变变高侧套管时，停止注油加压，开始试漏1小时。检查发现油枕上部放气塞、人孔蒙板及变高侧套管顶部无漏油痕迹，而胶囊与油枕连接处有渗油。（2）注气检漏：对油枕进行充气试漏，使油枕压力达到0.01Mpa，涂刷肥皂泡水对放气塞、人孔蒙板、胶囊与油枕联接处进行试漏，观察1个小时。此时发现放气塞、人孔蒙板无漏油情况，而胶囊与油枕联接处出现渗油现象。（2）打开人孔蒙板，拆除胶囊、旁通阀，对胶囊、旁通阀进行单独试漏。旁通阀安装加压工装，加压至0.02Mpa，旁通阀各密封面处涂刷肥皂泡水，查看无渗漏。向胶囊加压至0.01Mpa，保持1个小时，胶囊无干瘪，气压正常，检查无漏气情况。
根据检查情况，胶囊与油枕连接处安装工艺不良，存在外界空气由该地方进入主变内部的可能。胶囊与油枕连接方式如下图，胶囊与油枕的间的连接使用胶圈密封，使用4颗螺栓进行紧固。拆开该连接处法兰面，发现密封胶圈螺栓孔受螺栓压紧力成椭圆形变大被挤出胶囊法兰外。现场安装时，螺栓从储油柜外侧安装，而密封胶垫在储油柜内侧，安装人员在外面看不见胶垫压缩变形情况，且采用过大的扭力对密封处螺栓进行紧固，容易导致密封垫螺栓孔被挤出胶囊法兰外，螺栓紧固后安装人员也未进入储油柜内部对密封垫进行检查。主变胶囊法兰与储油柜法兰连接处的密封垫变形量较大，使空气顺着螺纹及胶垫孔进入储油柜内部，导致此区域密封失效。当主变油温发生变化时，油枕胶囊会压缩/膨胀，从呼吸器处吸入空气，若胶囊与油枕连接处密封不良，从呼吸器吸入的空气会泄露至主变的油枕处的绝缘油上。主变内的绝缘油随着油温的变化发生流动，最终导致主变绝缘油含气量超标。
图1胶囊与油枕连接处螺栓渗油图2胶囊与油枕连接结构图（下方为胶囊）图3胶囊与油枕连接密封圈螺栓孔变形
2.4主变试漏方法改进
按照目前胶囊式油枕主变的试漏方法：拆除呼吸器，往胶囊充入0.03MPa的氮气，静置24小时，再检查气压变化是否明显，主变各个位置的是否存在漏油的情况。但是该方法存在试漏的盲点。当主变采用充氮加压试漏时，油枕胶囊会膨胀并挤压该胶圈，可能会使原来安装不到位的胶圈安装到位，导致充氮加压试漏法未能将胶圈安装不到位问题检查出来。
为解决该问题，本文提出一种新的试漏方法：主变油枕充气试漏，即关闭主变油枕至本体的瓦斯继电器阀门，排尽主变本体油枕的绝缘油，在主变油枕充入0.01MPa压力的氮气，保持1个小时，使用肥皂水对油枕人孔蒙板、放气塞、胶囊与油枕连接处的密封情况进行检查，确认是否存在渗油现象。
2.5缺陷处理
根据上述原因分析，#4B主变绝缘油含气量超标的原因在于胶囊的安装工艺问题，消缺的步骤如下：
（1）在确认主变胶囊质量良好，胶囊外观无补丁、划痕等严重缺陷后，对胶囊进行充气检漏，试验合格后，复装胶囊。安装胶囊前对主变油枕内壁进行检查，确保内壁无批锋、光滑后，复装胶囊，防止因油枕内壁刮伤胶囊，造成二次伤害；（2）确保主变本体至油枕的瓦斯继电器阀门关闭，对油枕充入氮气试漏，当充气压力达到0.01Mpa，保持1小时，使用肥皂水对油枕人孔蒙板、放气塞、胶囊与油枕连接处进行重点检查，确认是否存在渗漏，即主变油枕充气试漏方法；（3）打开本体瓦斯继电器阀门及油枕上方旁通阀，对主变抽真空、热油循环；（4）对照油温-油位曲线对油枕补油，注油过程中在油枕上部放气塞处用光滑木棍对胶囊多次按压排气，直至放气塞处有油渗出，停止注油，拧紧放气塞。（5）对胶囊充入0.03MPa的氮气，并静置24小时，即对主变进行整体密封性试验，试验合格，无发现有渗漏油痕迹；（6）即密封性试验结束后继续静放，静放期间，对散热器、瓦斯继电器、套管升高座进行多次排气。（7）目前为止，#4B主变绝缘油含气量正常，无发现有明显增长情况。
3预控措施
对于主变含气量超标缺陷分析，主要是分析绝缘油中的气体来源，可分为以下情况：（1）新安装或检修后的主变脱气、排气不彻底，设备投运后，变压器内部绝缘件慢慢释放气体，或者从变压器内部边角残存气体逐步融入变压器油中；（2）主变内部故障或过热产生气体，导致主变绝缘油含气量超标；（3）主变安装工艺不良或原材料质量不良导致密封件失去密封作用，外界空气进入主变内部，如：胶囊破损、胶囊与油枕连接处密封不良、油枕安装人孔胶圈失效、套管顶部密封不良等等；（4）运维不当，未能及时发现主变绝缘油在线监测装置、强迫油循环冷却系统等设备的故障。针对上述问题，预控措施主要有：
（1）220kV及以上变压器注油应采用真空注油，并进行热油循坏，有效地排除主变内部及绝缘油中的气体。真空注油可脱去变压器内部的气体和水分，主变吊罩或运行后可能会吸入/产生一定的气体和水分，对主变抽真空，当真空度达到133pa以下，吸附在绝缘件或器身上的水分气化，主变内的气体随真空机抽出外界，达到脱气的效果。同时观察主变的真空度变化，可判断出主变的密封性能，如：停掉真空泵，观察主变真空度反弹值，反弹值过大，则主变内部密封不良；排除真空泵功率不够因素，主变的真空度仍然远远达不到要求，应关注主变的密封情况。该阶段严格把控好真空度、抽真空时间、热油循环温度。注油温度（真空机出口油温）控制在40℃-60℃，避免温度过高导致绝缘老化。注油过程中应根据油位逐步打开散热器导油管、套管升高座及其他联管排气塞进行排气。
（2）关注主变绝缘油在线监测装置数据，当气体含量注意值或增长率较高触发设备故障判断条件时，对气体成分含量进行具体分析，并作出控制处理措施。例如：A：油中CH4、C2H4气体含量较多，则可考虑绝缘油是否温度较高，此时观察运行变压器油位油温，密切关注变压器冷却器的运行，检查主变是否经常过负荷运行，必要时降低负荷。若伴随着C2H6、H2气体含量超标，可考虑主变内部是否存在导电回路接触不良、铁芯局部短路等问题导致过热性异常，同时结合油色谱CO2和CO的增量和比值区分是在油中还是在固体绝缘内部或附近过热，若CO、CO2增长较快，则近邻绝缘体过热。并根据分析结果判断是否需要主变内部检查；B：油中H2、C2H2含量较高，则可考虑变压器内部是否存在油中火花放电、油中电弧、油和纸中电弧等高能量放电情况，关注重瓦斯继电器是否动作，取瓦斯继电器集气盒气体作分析，检查主变运行时有无“劈啪”放电声音，可结合局放定位进行局部放电量测试，查明放电部位和可能产生原因，必要时主变停电吊罩（吊芯）或进油箱检查；C：油中H2、C2H2含量较高，在查明主变内部无过热、放电痕迹，主变外部密封良好的情况下，此时可检查有载调压开关绝缘筒是否渗漏，有载调压开关切换芯子调压时，内部绝缘油在电弧高能放电作用下产生H2、C2H2等特征气体，若有载调压开关绝缘筒密封不良，调压装置的绝缘油会渗漏至主变本体，导致主变绝缘油气体异常。检查方法有：观察有载调压开关储油柜的油位是否异常变化，在本体油枕呼吸器施加0.03MPa压力，观察有载调压开关储油柜油位变化，如发生变化，则表明已渗漏。D：油中含水量超标，H2持续增长较快，变压器本体介损因素增大，则考虑主变进水受潮。若气体继电器内有连续不断的气泡，取样分析，如无故障气体成分，则表明变压器负压区（如胶囊油枕上方）可能有渗漏现象，对主变油枕、套管及胶囊/隔膜进行检查。若伴随着CH4、C2H2等特征气体的产生，发现有放电情况，检查油箱底部是否有水迹、绝缘件是否有气泡、有无放电痕迹等等，并更换受潮的绝缘件，对器身进行干燥处理。
（3）改进试验方式，提高主变密封性试验效果。目前，对于胶囊式/外油式波纹式油枕/隔膜式油枕可采用氮气或干燥空气在油枕油面顶部施加0.03MPa静压力，对于内油式的波纹式油枕，可将充当油柱的塑料管接到油枕注油管接口或箱盖上的注油口，垂直竖立并固定好，对管充入高于油枕油面3.4m的合格变压器油，相当于对油面顶部施加0.03MPa压力。密封性试验保持24h。密封试验过程中定时记录压力表数值，观察压力变化情况，同时观察密封面、焊缝等是否出现渗漏油，出现渗漏应做好标记，并视渗漏情况处理，之后重新试验24h。同时在密封试验时观察主变所有的密封面是否有渗油情况，尤其是一些难以观察的地方，例如穿缆式套管顶部、油枕顶部等等。对于胶囊式油枕，要排除胶囊充气时密封效果改变导致密封性试验误检的情况，如胶囊充气后，胶囊与油枕连接处胶圈受到挤压，使原先密封不良的接触面密封良好，运行时外界空气从此进入主变内部，导致变压器油含气量超标。此时可先关闭油枕与本体连接的瓦斯继电器处的阀门，在安装胶囊且油枕未注油的情况下，往油枕内充气，对各个密封面使用肥皂水进行检查，这可确保油枕的密封性良好，最后开启瓦斯继电器处的阀门，往胶囊充入0.03MPa的压力，对主变进行整体密封性试验。
（4）加强主变绝缘油在线监测装置、强迫油循环冷却系统等设备巡视工作，发现氮气瓶气压异常下降、潜油泵渗漏油、相关蝶阀渗油等情况及时上报缺陷，以便处理。主变绝缘油在线监测装置的电磁阀、油泵等故障，将内置的氮气或外界空气带进主变内部，长期下来导致主变油含气量超标；强迫油循环冷却系统潜油泵在运行时存在负压区，相关法兰、蝶阀密封不良，外界空气进入负压区，导致主变绝缘油含气量逐渐升高。
4总结
主变绝缘油含气量超标主要有两个原因：内部故障产生气体和外界空气进入主变内部，对于该问题分析，首先要知道主变含气量超标的气体成分。对于内部故障导致含气量超标，应先对特征气体含量进行分析，判断是否需立刻停电处理，并作出相应检修策略。对于外界空气进入主变内部导致的，关注气体的增长率及主变的运行工况，在停电窗口进行检查处理。停电检修时重点关注胶囊质量、胶囊与油枕连接处的密封面、旁通阀等与外界空气接触较多的位置，并对潜油泵、在线监测装置等部件进行检查，以便发现问题消缺。对于主变密封性试验，可先采取上述的油枕充气检漏方法，在确保主变油枕安装工艺合格、无渗漏点的情况下，再进行常规的整体密封性试验，这可避免胶囊充气后改变密封性能导致检漏存在盲点的情况，有效地提高密封性试验效果。
参考文献：
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作者简介：
梁炜键（1990—），男，广东东莞，本科，工科学士，工程师，研究方向：变电一次设备与电网的稳定运行