浅析提高变压器大修充氮保护措施可靠性的有效措施

 引言：

变压器大修是保证变压器健康稳定运行状态的重要技术手段，供电 企业技术人员通过变压器大修工作吊心检查变压器器身，消除变压器隐 蔽性缺陷，避免变压器因内绝缘老化、损坏造成绕组层间或匝间短路的 严重故障发生。变压器吊心检修对环境湿度和暴露时间要求非常严格， 在相对湿度不大于65%的干燥空气中允许暴露时长为16h，在相对湿度 不大于75%的潮湿空气中允许暴露时长为12h，而在空气相对湿度大于 75%时不允许吊心检修。因此，吊心检修时要严防器身油纸绝缘材料受 潮老化，其中经常采取的预防措施是充氮保护措施，对吊心时绝缘轻度 受潮的情况可以采取真空热油循环的方式进行器身干燥，而循环时长与 器身暴露时间正相关，因此，做好吊心检修过程中充氮保护措施是防止 器身绝缘受潮、缩短器身干燥环节带来的人力、财力、物力不必要浪费 的关键因素，对供电企业变电检修工作实现高效、节能的可持续发展有 着重要意义。
  1影响充氮保护措施可靠性的因素
  变压器大修充氮保护措施往往在吊心检修工作中配合实施，对变压 器器身起到隔绝潮湿空气的保护作用。实施吊心检修首先要对变压器进 行放油处理，当油箱内油位低于变压器器身，环境空气逐渐进入油箱与 器身直接接触，使器身绝缘材料开始受到空气中的水分和氧气影响产生 受潮和氧化作用。待油箱外部附件全部拆除完毕、油箱内的变压器油全 部排净方可进行吊心，鉴于吊心检修对环境湿度和暴露时间的严格要 求，因此，吊心检修时间极短，检修人员需在有限时间内完成器身检查、 内部缺陷处理、器身油冲洗等工作，尽量避免器身长时间暴露在空气中。 在吊心检修工作结束后，变压器油往往不能及时注入变压器，因为散热 器、油枕、套管及各处连管、蝶阀等附件的检修和复装过程通常需要 1~2 天时间，附件复装完毕方可注油。因此，在变压器油箱内无油保存 时需要采取充氮保护措施维持油箱内部微正压，防止外部潮湿空气进入 油箱直接接触器身绝缘材料。
  根据变压器大修进度安排，通常需要实施充氮保护措施至少3 个晚 上，而夜间气温下降容易产生凝露、结霜等情况造成器身绝缘材料受潮， 因此，充氮保护措施实施可靠性对变压器大修质量的影响至关重要。
  1.1 充氮保护措施的实施方式
  现有变压器大修充氮保护措施的实施步骤是：①充氮前要用封堵板 密封变压器附件拆除后的遗留孔洞，并进行试漏工作，对油箱打风压 0.15MPa，其外表面用浓肥皂水涂抹缝隙处，检查这些部位不产生肥皂 泡为合格；②按图1 所示变压器充氮保护操作原理图连接氮气瓶、减压 阀、氮气干燥器及变压器油箱；③充氮操作时先调节氮气瓶出口减压阀 5，使压力不大于0.1MPa，然后打开截门1、2 并观察压力表3，当气压 到达0.01~0.03MPa 之间（一般操作到达0.02MPa）时关闭截门2，关闭 氮气减压阀5 以完成充氮操作。
    1、2—截门 3—压力表 4—氮气干燥器 5—氮气减压阀 6—氮 气瓶 7—油箱
  充氮操作完成以后，为了保持油箱内部氮气压力在0.01~0.03MPa 范围内，通常会安排专人监视氮气压力，发现压力不足及时补充氮气， 而在某些环境干燥地区，试漏合格后进行充氮保存时并不安排专人监视 气压。
  1.2 充氮保护措施的实施情况
  据某地区供电公司变电检修专业人员观察统计，该充氮保护措施实 施可靠性较差，检修工作开始前检查氮气压力时经常发现低于标准值的 情况。 在有专人监视补氮的情况下，措施结束后氮气 压力依旧存在低于标准值的情况，而某供电公司近几年变压器大修，充 氮保护措施结束时氮气压力低于标准值的比率竟高达为60%，可见现 有变压器大修充氮保护措施可靠性严重不达标。
  1.3 充氮保护措施的影响因素分析
  1.3.1 变压器气密性难保证
  变压器大修过程中需拆除的附件主要包括储油柜、散热器、套管、 连管及非电量保护装置，拆除此类附件均会在油箱上留有孔洞，在实施 充氮保护措施前必须通过堵板封堵和关闭蝶阀的方式使油箱封堵严密。 可是由于施工环境和设备老旧程度的影响，时常发生密封不严密的情况 导致油箱“慢撒气”，使充入氮气难以长时间保持在规定压力范围内。 此外，我国西北地区昼夜温差较大，夜晚降温时分油箱氮气压力极具下 电力科技 Electric power science and technology 2018.2 EPEM 81 降，完全起不到保护器身不受外界潮湿空气影响的作用。
  1.3.2 监视操作人员存在惰性
  充氮操作结束后应安排专人持续监视氮气压力，在压力下降至规定 值以下时及时补充氮气，但是在结束一天的变压器大修工作后，驻站监 视操作人员很难保证有足够的精力去持续监视气压、及时补充氮气。另 外，气压表一般装设在变压器油箱上部，夜间频繁登高检查气压也为驻 站人员带来极大不便，在人员惰性影响下，充氮压力难以持续维持在规 定范围内，充氮保护措施可靠性难以保证。
  1.3.3 维持气压技术手段单一
  目前，除增派驻站监视人员以外无任何可靠措施保证变压器大修充 氮保护措施可靠性，大部分供电公司变电检修人员都会通过将变压器大 修工作安排在空气干燥时节、在晴天无风时进行，但是气象条件难以把 握，依旧不能做到从计划安排上完全保证变压器大修吊心检修时不受潮 湿空气影响。然而，现实是更多供电公司变电检修人员已经不强烈依靠 充氮保护措施来防止起身受潮，认为吊心检修后对器身进行真空热油循 环可以解决全部问题，但是检修工期和成本上的浪费显而易见。
  2提高充氮保护措施可靠性的有效措施
  2.1 有效措施功能分析
  2.1.1 突破变压器气密性不足的限制
  从变压器气密性不足角度分析，变压器体积庞大、缝隙繁多，在大 修过程中通过技术手段使所有缝隙保证完全不漏气，实施难度大、代价 高，不适于变压器现场检修手段，因此，对于提高变压器大修充氮保护 措施可靠性应该突破油箱气密性不足的限制，通过打风压、涂抹浓肥皂 水的试漏手段排除掉较为严重的跑气漏点以后，加强气压监视和补气操 作频率，最终做到持续监视气压，气压不足立即补气的及时响应机制， 让油箱内部氮气压力持续维持在0.01~0.03MPa 范围内，充分保证充氮 保护措施可靠性。
  2.1.2 消除监视操作人员惰性的影响
  从人员惰性角度分析，凡是人直接参与的工作环节，都存在因人员 懒惰或责任心不强对工作效率和效果的影响，所以随着社会各个领域科 学技术的逐步成熟，自动化、机械化的无人操作技术逐步在社会生产领 域占据主导地位，使工作效率和效果都得到有效提升。然而，在像电力 行业此类高危行业中，有人参与的工作环节一定对人员安全性带来直接 威胁，实现电网自动化、智能化已经是电力行业逐步努力实现的目标之 一，同时变电检修手段也应紧跟时代发展的步伐，逐步进入自动化、智 能化检修时代。因此，可以通过自动控制的技术手段实现无人驻站监视， 从而提高变压器大修充氮保护措施可靠性。
  2.1.3 开发新的技术手段
  从开发新的技术手段角度分析，目前，通过建立缜密的检修计划安 排机制和增派驻站监视人员都不能完全保证充氮保护措施可靠实施，因 极度缺乏行之有效的解决办法，所以积极的开发新技术手段成为当务之 急。通过前文对气密性差、人员惰性两方面的分析，已经可以总结出解 决办法，就是通过自动控制氮气补充的技术手段实现无人驻站监视补 氮，使氮气压力持续维持在0.01~0.03MPa 的规程要求范围内，从而大 大提高变压器大修充氮保护措施的可靠性。
  2.2 开发充氮保护自动控制技术手段
  2.2.1 充氮保护自动控制原理
  充氮保护自动控制原理是通过气压信号采集单元对器身氮气压力 进行实时监测，并为控制模块提供压力信息，进而对导气控制单元开闭 功能实现自动控制以及时补充氮气。当氮气压力低于标准值时，控制模 块控制导气控制单元开启，为器身进行补氮；当氮气压力高于标准值时， 控制模块控制导气控制单元关闭，停止补氮，从而能够有效控制氮气压 力维持在规定范围内，进而提高变压器大修充氮保护措施可靠性。 为验证充氮保护自动控制理论的可行性，需设计制作充氮保护自动 控制装置模型。该装置模型采用量程为0~0.1MPa 精度为0.002MPa 的充 油防震型电接点式压力表作为气压信号采集单元，实现实时气压监测； 采用施耐德MY4NJ-5A/220V 型中间电磁继电器构成控制模块，实现“低 位补氮，高位停止”的准确控制功能；采用ZD-200 型直动式电磁阀作 为导气控制单元，实现快速开闭气道的功能。
    2.2.2 充氮保护自动控制装置工作方式
  使用充氮保护自动控制装置实施充氮保护措施的操作步骤是：①充 氮前要用封堵板密封变压器附件拆除后的遗留孔洞，并进行试漏工作， 对油箱打风压0.15MPa，其外表面用浓肥皂水涂抹缝隙处，检查这些部 位不产生肥皂泡为合格；②按图4 所示变压器充氮保护操作原理图连接 氮气瓶、减压阀、氮气干燥器、充氮自动控制装置及变压器油箱；③充 氮操作时先调节氮气瓶出口减压阀4，使压力不大于0.1MPa，然后打开 截门1，开启充氮保护自动控制装置2 进行氮气补充，当气压到达 0.03MPa 时装置自动停止补氮，确认装置功能正常、管路连接可靠以完 成充氮操作。