一款定量定压可调节式变压器有载开关补油装置

林鹏洲 张晓彬 张承传 刘瑶章 陈奕聪

[摘    要]无论从油枕下面的连接管处、调压开关的滤油机处、停电拆开有载开关顶部呼吸器管路进行手工补油，都存在效率低下、管道口暴露在空气中时间过长或者容易将气泡打入有载调压油箱的问题。为提高调压开关的补充效率，研发一款定量定压可调节式变压器有载开关补油装置，该装置主要解决了手动补油时精度不足，耗费时间和人力过多，还有减少产生过多气泡的问题，并通过使用该装置得出改进的方向和要点。

[关键词]有载调压开;补油;定量;定压

[中图分类号]TM621 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2020）10–00–03

An oil Replenishing Device of Transformer on Load Switch with Constant

Pressure and Adjustable Quantity

Lin Peng-zhou，Zhang Xiao-bin，Zhang Cheng-chuan，Liu Yao-zhang，Chen Yi-cong

[Abstract]No matter from the connecting pipe under the conservator， the oil filter of the pressure regulating switch， or removing the respirator pipeline on the top of the on load switch for manual oil replenishment after power failure， there are problems such as low efficiency， too long exposure time of the pipe opening in the air， or easy to blow bubbles into the on load pressure regulating oil tank. In order to improve the replenishment efficiency of the voltage regulating switch， a quantitative constant pressure adjustable type transformer on load switch oil replenishment device is developed. The device mainly solves the problems of insufficient accuracy， too much time and manpower when manual oil filling， and reduces the generation of too many bubbles. The direction and key points of improvement are obtained by using the device.

[Keywords]on load pressure regulation; oil replenishment; quantitative; constant pressure

1 背景

載调压开关是高压电力变压器的重要组成部分，变电站电力变压器有载调压开关通常是油浸式的，并配置有独立的油箱，油位计，输油管和呼吸器。长期运行之后，可能出现密封胶圈老化等问题，导致油路的密封不良，出现不同程度的渗漏油情况，或因大量取油、绝缘油热胀冷缩，造成油位过低的现象，将影响有载调压变压器的安全运行，因此在油位明显下降时需要对有载调压开关油箱进行及时补油。

目前常规的有载调压开关补油有3种方式：

（1）从有载调压开关油枕下面连接管处补油，除了常规的退出有载开关瓦斯保护外，还存在拆除管道位置距离带电部位距离过近，存在人身安全隐患，而且管道口暴露在空气中时间过长，空气中的水汽容易进入有载调压开关的油箱内，造成箱内变压器油绝缘强度下降的问题。

（2）从有载调压开关滤油器处补油，也需要退出瓦斯继电器，目前补油装置不易控制补油流速，容易在补油过程中产生过多气泡进入到有载调压开关油箱内，还是会造成绝缘强度下降导致的绝缘击穿隐患。

（3）最安全的是停电补油，此时是拆开有载调压开关顶部呼吸器管道进行补油，由于补油量其实不大，特地停电补油在目前电网可靠性如此重要之下，不到万不得已，一般不会特地停电来补油。

综上所诉，在尽量避免停电的情况下对有载调压开关进行补油，就要做到安全距离足够，又能控制油流速度，减少气泡产生，同时避免管道口长时间暴露在空气中导致水汽进入有载调压开关油箱造成绝缘下降。需研发一款无需使用外接电源，定量定压可调节式变压器有载开关补油装置，提高有载调压补油的便捷性和可靠性。

2 装置控制依据

由于每一台变压器的有载调压开关的每一个油位对应的油量都不尽相同，而且即使同一台主变的有载调压开关每一个油位对应的油量也是不同，因此需要采用一个能跟油位表的油位值成基本线性关系的物理量作为补油的计算量。

装置采用了连通器的原理，在相同的环境温度和运行工况的前提下，有载调压开关油位表的油位值H1对应有载调压开关的实际油位H2本身就是成固定正比例系数α的关系。

h=α×H（α>0） （1）

其中，h为有载调压开关的实际油位;

H为有载调压开关油位表的油位值;

α为有载调压开关油位表的油位值与有载调压开关的实际油位本身的固定正比例系数。

然后有载调压开关的实际油位h又跟补油装置采集连接充油管的油压值N成正比例系数β关系。

N=β×h（β>0） （2）

其中，N为补油装置采集连接充油管的油压值;

h为有载调压开关的实际油位;

β为有载调压开关油位表的油位值与有载调压开关的实际油位本身的固定正比例系数。

因此可以得出补油装置采集到的油压值跟有载调压开关油位表的油位值成比正比系数α×β关系。

N=α×β×H（α×β>0） （3）

其中，N为补油装置采集连接充油管的油压值;

H为有载调压开关油位表的油位值;

β为有载调压开关油位表的油位值与有载调压开关的实际油位本身的固定正比例系数。

也就是说，有载调压开关油位表的第N+1和第N油位值的差值ΔH对应的补油装置采集连接充油管的油压差值ΔN也应该是固定α×β的倍数，

即：ΔN=α×β×ΔH （4）

换句话说，只要知道有载调压开关某一格的油位值对应的补油装置采集连接充油管的油压差值，就能换算成补N格油位需要N倍的压力差值（N为任意倍数，N不能大于当前油位值到0或者最大油位值的格数）。

3 装置工作原理

装置由PLC控制单元、补油模块、用户交互界面、电源模块和油流控制阀门等组成，如图1所示。

（1）充油回路的工作原理：装置由直流蓄电池供电，采用直流电机作为油泵，从进油口获取储油罐的变压器油，经过过滤器过滤后，流经油压和油流传感器，然后到达充油口进入有载调压开关的滤油机。

（2）控制回路的工作原理：如果是第一次采集的变压器型号，需要设置PLC人工手动采集补上一格油位对应的油压传感器变化的压力差。然后记录变压器的型号、环境温度和运行工况，记忆该压力差作为基本补油单元值，在界面上输入需要补的油位值，便可以通过PLC换算成压力值增加多少倍的补油单元值即电机停止运转，补油结束。其中要说明的是，由于补油时，油箱内压力不稳定，采样得来的压力其实并不可靠，因此在补油值达到90 %时，直流电机停转5s后再继续补油到目标压力值。

（3）由于没有配套真空泵，因此加装多一个油速传感器来实现定油量加油，既可以定油量加油，又可以在加油前定量排油排空装置油管中的空气，减少空气中的水汽对油质的污染。

4 装置组装布置

4.1 便捷性

由于该装置的发明就是为了方便补油，因此便捷性的首位，装置壳体采用不锈钢板封装，坚固耐用，底部有4颗可锁定的万向轮，方便运输。文本显示器（液晶触摸屏）、指示灯及开关即显示、输入模块，布置于顶部靠近电源模块处。PLC作为处理单元置于显示、输入模块和电源模块中间，能缩短线材，减少信号传输损耗。显示、输入模块采用顶部斜45°布置，在长途运输过程中不容易被撞坏，同时也方便输入和避免太阳光直射导致显示屏看不清的问题。

4.2 安全性

考虑到采用市电交流220 V充电，装置本身使用期间肯定会被油污染，因此充电口和蓄电池，即整个电源模块应远离进出油口，减少火灾的发生。

4.3 可靠性

模块化布置，标准接口，便于修理，一旦发生故障，只需要拆开侧板即可马上排查故障，更换损坏的模块。

5 元件选型思路

（1）由于是专用设备，因此考虑到对象是变压器的有载调压开关，因此首先考虑的是油泵扬程、油流、接头、充油过程中的油质污染处理。

首先采用500 kV变压器油枕作为油泵的最高扬程，选择范围不能小于5 m，由于有载调压开关油箱较小，实际上不需要太大的油流，市面上销售的大部分油泵都能满足，功率尽可能选小，减少功耗。

其次，接口采用4分管径，内外部连接处采用宝塔接口，易于装卸，材料也比较通用，容易购买。

再者，从储油罐到装置，难免会发生一定的污染，因此需要在油泵前装设一个滤油器，考虑到油流不大需要太大，因此可以选用100目的滤油器。

（2）由于使用的环境是户外，比较恶劣，因此处理单元选用工业级可编程逻辑控制器（PLC），配套触摸屏由于面板在外部，尽量选用防水较高的产品。配套的扩展主要要考虑输入输出的数量，包括采用的油压传感器和油流传感器输入输出数量加上文本显示屏的输入输出还有开关的输入输出等。

（3）采样单元有采样范围和精度的要求，油压传感器应该在0～50 kPa，精度0.5，油流传感器应该在1～20 L/min，精度0.5才能保证正常工作。

（4）油泵的选择需要控制精准，不容易过载，不受电磁环境影响，构造简单且方便购买。而直流电机的调速性能优良、过载能力较强、受电磁干扰影响小、维修成本低，因此油泵选择直流油泵，考虑到市面蓄电池的成熟度，因此选择DC24 V的直流油泵，然后配套两个24 V的蓄电池，再根据续航时间来选择，一般补油时间不会超过15 min，因此配套24 Ah的容量就足够了。

6 实际测试及分析

实际测试时，选用35 kV某型号变压器，由于该型号变压器没有装备滤油机，因此在有载调压开关的油枕注油口进行补油，这样的好处在于，从上往下补，油流扰动较小，也能减少气泡的产生，同时也能测试一下油泵的扬程。

考虑到油流扰动，甚至是油流过大直接冲击瓦斯继电器，因此先退出有载调压开关瓦斯保护，然后检查有载调压开关进油阀关闭，拧开注油口的螺栓，换上专用带有4分宝塔接口的注油口底板，上好密封圈再拧紧，加油前定量排油排空装置油管中的空气，然后连接底板接口和装置的接口，固定好之后尝试加一格油，得出初始压力油压差为441 Pa，距离目标油位还差2个油位，因此设置增加2个油压差，最后加上去的油位略高0.1个油位。放油后继续测试得出以下表格：

由于初始压力差是由肉眼观察得出的单个油位值作为区间计算，因此存在客观误差，加上新加的单位油位误差也是存在客观误差的，因此表格里不写明实际感受，只用目标压力值误差来评价实际测试效果。实际效果符合分析结论，由于初始压力差的误差存在，加上装置本身的误差，因此不可能存在0 %的误差，对新加1格目标压力值误差本身可以接受，换算成实际绝对误差不超过3 cm，观察新增油位值和误差不存在绝对正比的关系，但是429的方差是最小，因此429应该是最接近实际数值的单位油位值对应的压力差。其他数值明显会存在随着新增油位值增加目标压力值误差变大。

7 结束语

7.1 优点

该装置实现了有载调压开关自动注油功能，降低了对作业人员的经验要求;提高了注油作业的精确度和效率，减少作业时间，提高工作效率;采用自带蓄电直流电源供电，摆脱了对作业现场电源配置情况的依赖;采用多种补油方式，方便作业人员根据需要选择。

7.2 不足

该装置對于一个类型设备首次使用定压法，需要手动注油一格，依然存在自动化程度不够高的问题;以一格油压差作为基准，受人员操作精度和表计油位指示与实际油位是否线性完美符合线性关系影响。

7.3 改进方向

在该装置上应用表计识别技术，对当前油位表实时值进行监控，取代油压油量监测，直接以表计示数作为反馈信号，将极大的简化装置机构和程序逻辑，也将更加便于使用。

参考文献

[1] 华明电力装备股份有限公司.CM型有载分接开关使用说明书HM0.460.301-04.07/2015[EB/OL].http：//www.huaming.com/uploads/2016/12/CMsms.pdf，2016-12-21.

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[3] 吕杰，路波，刘丽娇.直驱式电液伺服系统补油技术及系统特性研究[C].中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集，2010.

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[5] 陈士玮，李柱国.大型冲压自动生产线油液监测规律统计研究及应用[C].第三届全国现代设备管理及应用技术研讨会交流论文集，2004.