摘要：本文是750kV主变压器储油柜选型分析，根据新疆地区特殊的环境、气候条件，以及胶囊式储油柜、金属波纹内油式储油柜和金属波纹外油式储油柜的工作原理及结构特点，对750kV变电站主变压器和高压电抗器储油柜进行选型分析。
关键词：胶囊式储油柜，金属波纹内油式储油柜，金属波纹外油式储油柜
1 引言
750kV变电站是新疆骨干电网的重要组成部分，主变压器作为变电站的核心设备，其主要附件―储油柜的正常工作是确保主变压器安全、稳定运行的重要保障。为适应新疆地区昼夜温差大、污秽较严重等环境特点，本文对750千伏变电站主变压器储油柜的型式选择进行分析。
2 储油柜的型式和结构原理
储油柜是变压器的重要附件，其作用是当变压器内部的绝缘油受环境温度变化时，储油柜调节油位，起到热胀冷缩的作用。目前大型变压器的储油柜主要有胶囊式、金属波纹内油式和金属波纹外油式三种型式。
2.1胶囊式储油柜
胶囊式储油柜是在储油柜内装一密闭的、能承受较高压力的胶囊袋，将变压器本体内的变压器油与空气隔开，胶囊袋内部空间与大气相通，外表面与柜内的油接触。胶囊袋内气体通过呼吸器与大气相通，胶带袋底面紧贴在储油柜的油面上，当变压器油箱中油膨胀时，储油柜中的油面上升压迫使胶囊向外排气，即为变压器的呼气过程。当储油柜中的油面下降回流到油箱中时，柜内呈负压状态，胶囊便自行充气平衡内外压力，就是变压器的吸气过程。在变压器的呼吸过程中，空气和油始终不接触，储油柜内油面温度通过磁铁式油表来指示。（胶囊式储油柜结构为图1所示）。
图1：胶囊式储油柜油结构示意图
2.2金属波纹内油式
金属波纹式储油柜采用在电力系统中广泛运用的弹性元件—互感器用片式不锈钢金属波纹管做体积补偿组件，变压器油在波纹管的内腔中。变压器油通过气体继电器直接流入金属波纹体内，波纹管的外面通过硅胶吸湿器与空气接触金属波纹体外部与大气相通，这种结构也称为内油式。当变压器油温升高时，金属波纹体将油吸收；当变压器油温降低时，金属波纹体将油返回变压器本体。这种结构实现了变压器的全密封运行，储油柜膨胀体伸缩变化，当油温升高或降低时，油位指示也随之纵向升高或降低。内油式储油柜由真空排气管和注油管路、油位指示板、软连接管及柜脚等组成。（胶囊式储油柜结构为图1所示）
图2：金属波纹内油式储油柜油结构示意图
2.3金属波纹外油式
金属波纹外油式储油柜采用不锈钢波纹管作为容积补偿元件，在彻底隔绝空气和湿气的条件下，实现对变压器油的体积补偿。波纹管的一段固定在储油柜外壳的端板上，端板上装有活动端，活动端可使波纹管伸长或缩短，以改变波纹管的体积，从而起到补偿油箱容积的作用。波纹管外部与外壳之间的空间容纳变压器油，称为“储油室”，“储油室”中的油通过蝶阀和气体继电器与变压器油箱相通。当油箱内的油体积因温度升高而增大时，体积容量经过气体继电器和蝶阀进入储油柜外壳与波纹管之间的“储油室”内，当“储油室”内的压力大于波纹管内腔空气的压力，将波纹管压缩，油体积增量则储存在“储油室”中，当波纹管受压时，其内腔的多余空气经呼吸阀排除，使整个储油柜处于压力平衡状态。当油箱内油的体积因温度降低而缩小时，“储油室”中的油的压力小于波纹管内腔的空气压力，在空气压力的作用下，波纹管伸长，将储存在“储油室”中的油体积增量的一部分或全部送回到油箱内，使油箱能始终充满变压器油，在波纹管伸长的过程中，外界空气经过呼吸阀进入波纹管内腔补充压力，当油箱内油的体积得到补偿后，波纹管停止伸长，整个储油柜又处于压力平衡状态。
目前金属波纹外油式储油柜根据金属波纹管的布置位置不同，主要分为金属波纹外油卧式（如图3）和金属波纹外油立式（如图4）。
图3：金属波纹外油卧式储油柜油结构示意图
图4：金属波纹外油立式储油柜油结构示意图
3 选型总体分析
从选用的材料上来看金属波纹式由于采用不锈钢补偿元件，从材料上解决了胶囊易老化、易破损、需定期维护等问题，也防止了胶囊易出现呼吸堵塞、凝露水长期在胶冀中留存等风险。从金属波纹储油柜布置位置上来看，波纹管卧式需设置多组导轮，在储油柜内作横向运动时易出现由于导轮故障发生的卡滞。卡滞不动时会造成假油位，卡滞跳动时会引起油流涌动，涌动过快会造成重瓦斯保护动作跳闸。综合以上分析将选型比对的重点放在金属波纹内油立式和金属波纹外油立式。
4 内油立式储油柜和外油立式储油柜对比
4.1 安全性
若金属波纹弹性元件出现破裂，内油式储油柜金属膨胀器破裂，膨胀器自然成收缩趋势，内部变压器油就会“流干”至最低油位，导致变压器被迫紧急停运；而外油立式储油柜金属膨胀器破裂，漏点位于上部时储油柜在各种负荷（油量）下皆能完成伸缩补偿；漏点位于中部时：储油柜在负荷0-85%范围内，仍然可以伸缩补偿；但如果持续工作在85%以上高负荷下，气囊内会进入绝缘油，进入油量不会影响波纹伸缩。当负荷大幅下降到15%以下时，油位指示会提前达到0并产生低油位报警。漏点位于下部时储油柜能够在各种负荷下（油量）完成补偿工作，在油位波动慢时油位计指示变动不大。相比内油式，外油立式在出现渗漏时具有较高的安全性，只要没有低油位报警，可以在一定时间内继续运行，为检修更换提供准备时间。
4.2 动作可靠性
内油式储油柜金属波纹竖直底部固定在储油柜下端，底部固定竖直方向呈现“宝塔”状态，内部充满油的“油塔”在竖直方向上下运行导向性、垂直度上差一些，在自身重力作用下可能会产生中、上部歪斜引起运动中卡阻现象；而外油立式储油柜金属波纹竖直上端固定在储油柜上部，上端固定竖直方向呈现“悬吊”状态，规避了以往金属波纹水平方向一端固定伸缩运动中底部轨道卡阻问题，从而在重力作用下竖直方向上下运行导向性、稳定性、垂直度更优，无额外应力。
4.3 防腐蚀、防污能力
内油式储油柜外部罩有防护罩，防护罩内壁易产生凝露腐蚀，冬天有结冰风险。防护罩散热窗易进沙尘， 风沙长时间作用地区易影响波纹的正常工作。外油立式储油柜可以达到全密封结构，规避了大风沙等气候恶劣地区储油柜壳体内积尘积沙隐患和壳体凝露锈蚀问题。
4.4 对变压器保护装置的影响
内油式储油柜波纹活动端需加装配重板，对油流冲击的响应出现滞后，导致重瓦斯动作及时性受到影响。外油式无此问题。
4.5 经济性
由于受配重板重量影响，内油式储油柜属多芯体（多个油塔相互连通）结构，多个油塔之间必须保持一定距离，加之外部防护罩，内部无效空间多，外观体积大；外油立式储油柜属单芯体结构，无效空间少，可以做到大容量、补偿能力强；两者相同规格尺寸的储油柜外油式比内油式补偿量多30%，可节约用于主变呼吸补偿油量50%。
4.6 运行业绩
金属波纹内油立式储油柜在2010年以来在西北750kV和特高压得到广泛使用，目前运行状态均较为良好。而金属波纹外油立式储油柜由于受单芯体制造技术影响，仅在500kV及以下广泛使用。但据了解2014年以来制造技术上取得突破，大型变压器外油立式储油柜顺利通过国内外各种型式和极端环境试验。
5 结论
结合西北地区环境特点，综合比较三种储油柜的优缺点，金属波纹外油立式储油柜优势更明显，可推广使用。
论文作者:储后广1,金铭2,许广虎3
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
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