变压器压力释放阀动作案例分析汇总

XX换流站换流变压力释放阀动作原因分析 一、问题描述
2019年4月2日上午8时，XX换流站极1高端YY换流变A相通过“小排油”方式完成套管拉杆及端子改造、热油循环约37小时后，本体压力释放阀动作。

压力释放关闭后，继续进行热油循环，4月2日12时，本体压力释放阀第二次动作，然后停止热油循环进行现场检查。

该换流变由瑞典ABB公司生产，型号为LTSH146DR，出厂日期为2012年，投运日期为2012年X月。

该换流变采用胶囊式油枕，容量约为XXXL，胶囊由法国PRONAL公司生产，尺寸为5900*2920，（说明书油枕尺寸7624*2430＊1852）油枕与胶囊之间无旁通管。

投运后未进行过大修，未出现异常情况，2018年年度检修检查油位正常，利用内窥镜检查胶囊无异常。

该换流变是本站采用同样方式进行套管改造的第4台，目前已完成6台，剩余5台均已完成热油循环，未出现类似问题。

热油循环采用全真空滤油机、上进下出对角循环方式，滤油前先对管路进行抽真空，然后缓慢打开与油箱阀门法兰。

热油循环期间，油枕与本体连接法兰始终处于打开状态，并定期对油枕与本体连接管及升高座上的瓦斯继电器进行排气。

热油循环前，对油枕、升高座及本体三个位置采油样化验，发现本台换流变油中含气量、微水均较高（缺少具体数据），第二次采样进行复测（第二次采样时间节点、做了哪些工作不清楚），数据又恢复正常。

二、现场排查及原因分析
现场检查本体油温表指示约55度，油位计指示约45%。

采用连通管方式检查本体实际油位，发现油位处略高于高压套管升高座，尚未达到油枕底部。

采用连通管方式检查油枕实际油位，显示油位约60%。

三种方式测量的油位均不一致，判断油枕与本体连接管路堵塞、油路不通。

检查油枕与本体连接管路的球阀，指示为打开状态，重复开闭阀门，油枕、本体油位均无变化。

打开油枕顶部观察孔，发现胶囊已严重变形，将油枕呼吸管连接通道完全堵住，且存在一定的压力，如图1所示，因此可以判断油枕内部存有大量气体。

初步分析由于胶囊变形堵塞呼吸管，在热油循环期间，油温上升、变压器内部油膨胀，但由于呼吸管堵塞，油箱内部压力无法释放，导致压力释放法动作。

关闭油枕与本体连接管路球阀，打开油枕两端排气阀，将内部气体排尽，胶囊内部压力消失，用手下压胶囊，并向两侧小范围舒展，如图2所示，内部未发现明显油迹。

恢复油枕顶部观察孔盖板，打开油枕与本体连通管路球阀，从瓦斯继电器观察窗处发现明显油流，但约5s后停止。

再次检查油枕与本体油位，仍无明显变化。

初步判断由于油枕严重变形，堵塞油枕与本体连接管路，导致油路不通。

图1 油枕观察孔被胶囊完全封堵 图2 油枕排气后，胶囊小范围舒展 4月3日上午10时，为进一步检查胶囊密封情况，关闭油枕与本体连通管路球阀，打开油枕顶部两侧放气阀，利用干燥空气发生器通过呼吸管对胶囊进行充气，充气压力保持在0.02Mpa 约30min 后，油枕放气阀始终在出气，胶囊无法建压。

关闭充气阀门，打开油枕观察孔法兰，胶囊有一定舒展，但仍处于严重压缩变形状态，如图3所示。

图3 充气一段时间后的油枕胶囊
关闭油枕观察孔法兰，增加充气压力至0.03Mpa 继续重启20min 后，油枕放气阀始终在出气，胶囊仍无法建压。

关闭油枕放气阀，继续对胶囊充气约10min 后，充气管侧压力上升至0.01Mpa ，且能保持住。

2小时后，打开油枕放气塞，充气管路压力新降至零。

初步判断
油枕存在破裂，导致与油枕箱体连通。

确保油枕与本体连接阀门处于关闭状态，通过油枕注放油管排尽油枕内部变压器油，现场检查发现油枕内部变压器油较少（具体量已无法确认），明显少于连通管方法所测试的60%、油位计指示的40%。

打开油枕侧盖，拆下胶囊顶部的固定螺栓（不清楚拆之前密封情况），取出胶囊，发现胶囊内部有较多油迹，胶囊底部外侧、中间偏外约10cm处有磨损痕迹，如图4所示，其他部位未见明显异常。

此外，在储油柜内油排尽、胶囊取出后，油位计指示约为30％，存在较大偏差。

（无法判断热油循环之前油位显示是否准确）
a)清洗前 b)清洗后
图4 油枕胶囊外观破损情况
利用油枕顶部手孔盖对更换后的胶囊进行充气，
三、相关问题调研
1.500kV XX换流变油枕胶囊损坏原因分析
检修过程中发现胶囊破损、进油，推断原因如下：、
1)胶囊与本体之间没有连通阀门，排除了由于全真空注油完后真空破坏的可能性。

（XX换流站极I高YD换流变A相，据分析为油枕
与本体之间的阀门关严，本体抽真空时导致胶囊破裂）
2) 本体呼吸器硅胶重50 kg，假如油经此进入胶囊，硅胶会吸收尽变压器油；另外，运维记录中没有油封杯中的变压器油明显减少或不见的记录，所以排除了由于在高温时呼吸器堵塞后，低温时突然呼吸畅通，外界大气压大于胶囊内部气压，把油封杯内的变压器油压入胶囊内的可能性。

3)油枕排气方法不当或工作不慎，胶囊在较大气压下被内壁毛刺破坏。

该相换流变的油枕胶囊于前次检修时已进行过更换，在更换胶囊后对油枕排气采用的是注油排气法，即打开油枕顶部放气塞，把胶囊充满气，再往油枕内注油，随着油面升高，油枕中的气体从放气塞不断排出。

可能由于油枕放气塞较小，出气速度比进油速度慢，如果注油速度过快或工作中不慎，不仅无法排出油枕内的空气，反而随着注油量的增加，造成胶囊局部受力增大，当油枕内壁有毛刺时或某点突尖时，有可能造成胶囊破损。

4)胶囊随本体变压器油呼吸时多次上下运动，被下方油位传感器损坏。

在更换已损坏的胶囊时，发现在胶囊下方装有油位传感器，且油位传感器的上端存在尖端棱角，当本体油温变化时，变压器油热胀冷缩，胶囊随着油面上下呼吸，有可能刚好撞在油位传感器的尖端上。

由于广东地区昼夜温度变化快，胶囊随本体变压器油呼吸上下运动的次数，在多次和尖端物碰撞后，有可能使胶囊破损。

5) 油枕内存有空气，可能使胶囊封堵呼吸出口，压挤破坏胶囊。

油枕内存有空气时，空气随变压器油温升高而急剧膨胀，并压迫胶囊
外沿下降(因胶囊顶部固定在储油柜上部，胶囊顶部不会下降) ，且膨胀的油使胶囊底部升高，胶囊呈蘑菇状。

变压器温度继续上升，当胶囊底部升高至其呼吸出口时，呼吸出口被堵塞，胶囊失去呼吸功能，内部压力随着胶囊被压扁而不断增大，最终可能被压挤破坏。

6)胶囊的制造材料和工艺较差。

另一种可能是胶囊的制造材料和工艺达不到工艺要求，耐油性和耐高温性能较差，在变压器油的长期浸泡和应力下，发生老化和内部龟裂，最后发展到破损阶段。

胶囊损坏的危害如下：
1)假油位，可能引起压力释放阀动作喷油。

胶囊破坏后，油位计不能正确指示真实油位，引导检修人员往油枕内补油。

当主变在高温环境下或高负载运行时，绝缘油体积随着油温升高不断膨胀，如油枕内部充满油后其内部已无法为继续膨胀的绝缘油提高膨胀空间时，持续增大的油压超过压力释放阀动作压力值时造成释放阀动作喷油。

喷油时主变本体、调压开关和套管气体继电器不会发送轻和重瓦斯动作信号。

2)堵塞本体呼吸通道，可能导致重瓦斯动作引起主变跳闸。

胶囊破损进油后，在油重的作用下，胶囊的破碎皮条有可能堵塞油枕通至本体的油路管路，使油只能留在油枕而不能回流到本体，本体内逐渐形成负压、瓦斯内少油或无油，造成轻瓦斯和重瓦斯动作，导致主变三侧断路器跳开。

3)主变本体吸潮进水，存在着主变安全运行隐患，严重情况可导致主变毁灭性损坏。

胶囊一旦损坏，变压器由密封状态变为非密封
状态，油枕油面与外界气压平衡，且与外界直接接触，难以阻挡外界水分和潮气进入油内
日后运维建议：
1)一旦发现油枕油位下降，不要立即采取补油措施，首先要查明及判断油的去处，是渗漏了还是进入了胶囊。

2)更换该胶囊排出油枕空气时，要注意首先把本体与油枕之间的阀门关掉(因为该换流变的压力释放阀与本体之间未装设阀门)，防止往胶囊充气时，胶囊内的气压传递到压力释放阀上，引起压力释放阀动作喷油。

3) 油枕大修时除应对胶囊进行更换外，还应检查油枕的回油口，看是否有加装1 个反扣的杯状网隔，如没有则应予以加焊，防止胶囊破损后，堵塞回油口，引起主变运行异常。

4)建议在条件具备的情况下，用波纹式油枕替代胶囊式油枕，这样就可消除胶囊破损给主变运行带来的安全隐患。

2.胶囊式储油柜变压器压力释放阀的喷油故障分析
案例：吸湿器拖油罩上侧的防止运输时进入灰土的密封垫没有拆除，运行时导致压力释放法动作。

防范措施：
（1）新投运的变压器在投运前，必须仔细检查拖油罩上侧的密封橡皮垫是否拆除，此密封垫是防止运输中有灰尘进入，拆除后才可保证变压器的呼吸顺畅；
（2）变压器运行时，运维人员要经常性地检查胶囊的呼吸是否
顺畅，呼吸器有无堵塞情况，储油柜的油位指示是否正常；
（3）在变压器大修之后，要检查胶囊是否有漏气情况，测试合格后方可安装使用，同时安装过程要严格按照说明书与柜平行放置，以防胶囊袋身的折皱和折曲造成胶囊损坏；
（4）储油柜如果拆开维修后应在恢复前检查内壁否光滑无焊渣，防止刺破、刮破胶囊；
（5）提高检修人员责任心和技能水平，严格遵守检修规程规定。

3.大型变压器热油循环干燥过程中释压器动作的原因分析
动作原因分析：
（1）油位过高
（2）热油流的波动
在热油循环中， 由于真空净油机的作用，迫使变压器内部的油进行热循环，由于温度上升导致体积膨胀，比重减小热油上升温度上升使油的流速增大。

使用的净油机为汉中变压器生产的双级真空净油机，其型号为，J T J-22-6000型，净油能力大于等于6立方米／小时，加热功率为96k w，这样大油流在变压器内部产生很大的波动．加上温度的逐渐升高，使变压器内部油的体积膨胀热油上升，在变压器油箱内部受到很大的热油冲击，此力最易使承受压力大的地方发生崩裂。

（3）真空泵的抽吸效率不高
由于净油机的真空抽吸效率不高，而使加热后的热油中的气体未能及时在本体中抽去，在长时间的运行中逐渐积累增多，加上高速的热油流，使体积膨胀，在变压器内部顶层处形成强大的冲击压力，导致释压器的动作。

（4）定时排气
据我厂经验，变压器热油循环干燥，只需要72小时，就能达到绝缘油的各项技术指标。

故在这一段时间内，当油温升到40℃以上时，就要在各排气孔处排气(油枕排气孔，瓦斯继电器及导向油管排气孔等)否则当油温上升时，体积膨胀，造成溢油，严重时，导致油枕油囊上浮堵塞气孔，使变压器及油枕内部压力增大，轻则释压器动作．跑油造成经济浪费，重则使变压器箱体崩裂，造成重犬事故。

建议：
（1）在热油循环干燥之前，检查所注的油的实际油位，不宜过高或过低。

（2）根据油的温度和环境温度，确定油标上的油位，不要造成假油面。

（3）复查净油机的实际性能和效率，尽量达到和满足运行时的技术要求：(流量、真空度、压力温度等)。

（4）控制好油的温度和流量，油温不宜过高，否则会导致绝缘油的老化，当变压器投入运行时，会产生各种气体组分的超标， 造成事故的隐患。

根据以往的经验，在热油循环干燥过程中， 油温控
制在55～65度即可。

（5）当油流控制在55℃～65℃时，将油的流量减少到原流量的80％左右(根据据温的上升，比重减小而流量增大的经验推论所得)（6）定时排气，当油温上升到40℃以上时，应在各排气孔处排气：
1）油枕排气孔，瓦斯继电器排气孔处
2）导油管排气孔及变压器升高座排气孔，另外，必要时可将净油机停机使油静止1小时以上再进行排气(因为在循环时以上各排气孔处产生负压，不但未排出气体，反而将潮气吸入)等排到滴出油来， 再进行热油循环。

（7）做好值班(逛行时)的记录
1）环境温度、湿度表计指示正确无误以确保油的实际温升
2）变压器本体的表计及净油机本身表计要保证指示准确，一定在变压器顶层测温孔中插入煤油温度计，表示对比膨胀温度计及测温表的实际值，以利变压器油循环干燥工作顺利进行。

3）随时查看变压器油枕的油位及变压器本体的各部位变化情况。

（8）压力释放阀的动作压力值与变压器的容量及油重一定要匹配。

（9）正确地联接热油循环干燥时的管路。

（10）保证工作人员有充沛的精力，因电力变压器在系统中占着重要的位置，故在大型变压器连行干燥中一定要使工作人员保持充沛
的精力，在长达72小时的热油干燥中保证各值班人员变动情况及人员工作的分配情况，确保变压器干燥的质量和工期。

4.一起变压器压力释放阀动作案例分析
过滤进行到第25h 时， 压力释放阀发生了动作。

后来滤油时将顶部胶囊与储油柜的旁通阀打开， 没再发生压力释放阀动作现象。

真空滤油机放在第一顺序，只能对刚流出的绝缘油进行脱气，而后面绝缘油流经板式滤油机时会溶入气体。

板式滤油机在过滤时， 滤纸是暴露在空气中的，有少量空气会吸附在滤纸上面，然后随绝缘油一起进入本体。

最重要的因素是板式滤油机油框里面有个回油阀门，当滤框里面存油过高时要打开回油阀门，但是因为油流量不是很稳定，回油阀门没有很好地控制，很多时候回油阀门都是暴露在空气中，导致通过回油阀门吸入了大量的空气，最终大量空气进入了变压器本体。

空气进入本体后，慢慢地就会大量聚集到储油柜里面。

储油柜
内气体聚集后就会使储油柜胶囊收缩，胶囊内气体通过呼吸器排出。

当储油柜内气体集聚到一定程度后，胶囊内气体将完全排尽，胶囊将完全收缩，如图3所示，进入变压器内的气体越来越多， 同时可以容纳气体的体积不再变化，导致内部压力增大。

改进措施：
当进行绝缘油吸附处理时应将储油柜顶部K1 阀门打开，或者打开储油柜顶部放气塞，以便顺利地将储油柜内（胶囊外）积存的气体排出变压器外。

当绝缘油仅仅是进行真空滤油处理时，也可以不用打开储油柜顶部旁通阀或放气塞，但是一定要确认储油柜胶囊外部没有空气，这就需要给胶囊充气，将胶囊外部的空气排出干净。

这个吸附处理回路也存在问题，改进如下：
四、相关标准要求
（一）关于胶囊检修
1.交流五通
国家电网公司变电验收管理规定（试行） 第1分册 油浸式变压器（电抗器）验收细则
胶囊外观清洁，无变形、损伤，1k P a下持续20min气密性检查无泄漏；
胶囊沿长度方向应与储油柜的长轴保持平行，不应扭偏；
胶囊口密封无泄漏，呼吸通畅；
2.十八项反措
9.2.3.1 结合变压器大修对储油柜的胶囊、隔膜及波纹管进行密封性能试验，如存在缺陷应进行更换。

3.国网安质部转发国家能源局关于印发《防止电力生产事故的
二十五项重点要求》的通知(安质二〔2014〕35号)
12.2.14对运行年限超过15年的储油拒胶囊和隔膜应更换。

（二）关于热油循环
1.交流五通
国家电网公司变电验收管理规定（试行） 第1分册 油浸式变压器（电抗器）验收细则
1 热油循环 ①热油循环前，应对油管抽真空；
②冷却器内的油应与油箱主体的油同时进行热油循环；
③循环过程中，滤油机加热脱水缸中的温度，应控制在65℃±5℃范围内，油箱内温度不应低于40℃，当环境温度全天平均低于15℃时，应对油箱采取保温措施。

2 持续时间 热油循环持续时间不应少于48h，或不少于3×变压器总油重/通过滤油机每小时的油量，以时间长者为准。

3 绝缘油性能 热油循环后的变压器油应满足表A.4绝缘油验收标准。

1000kV变压器含气量≤0.5%
该标准未对热油循环的速度进行要求，未明确热油循环过程中要求排气。

仅对注油及静置过程有要求：注油速度不宜大于100L/min；静置完毕后，应从变压器套管、升高座、冷却装置、气体继电器及压力释放装置等有关部位进行多次放气，并启动潜油泵，直至残余气体排尽，调整油位至相应环境温度时的位置。

2.Q_G D W207-2008_1000kV变电设备检修导则_第1部分：油浸
式变压器、并联电抗器检修导则
3. 5 真空热油循环
a）保证真空热油循环速度为3000-5000L/h
五、后续运维建议
1.运行期间
（1）定期检查油枕油位计读数，核准是否符合油温油位曲线；
发现油位下降后，不要立即采取补油措施，首先要查明及判断油的去处，是渗漏了还是进入了胶囊。

（2）经常性地检查胶囊的呼吸是否顺畅，呼吸器有无堵塞情况；发现堵塞后，不要立即处理吸湿器，应先将重瓦斯改信号。

2. 大修期间
（1）严格执行反措要求，结合大修对胶囊进行密封性试验，对损坏货到年限的胶囊进行更换。

（2）对于无旁通阀的油枕，抽真空前应仔细检查确认本体与油枕连管阀门关闭严实。

（3）建议在热油循环前完成胶囊检查及密封性试验，确保油枕与本体连通阀门打开，并利用连通管核实油枕实际油位，不能过高或过低，避免假油位造成热油循环期间压力释放阀喷油或升高座固体绝缘件露空。

（4）热油循环期间，严格控制油的温度和流量（根据滤油机管路、油枕容量等因素综合确定），随时查看变压器油枕油位变化、呼吸器呼吸及其他附件状况，出现压力释放阀喷油等异常情况时，应立即停止热油循环，查明原因并排出问题后方可继续。

（5）当油温上升到40℃以上时，应及时在油枕、瓦斯、导油管、升高座排气孔处排气；当油温控制在55℃～65℃时，将油的流量减少到原流量的80％左右。

3. 胶囊安装与更换
（1）胶囊安装前，检查油枕内壁否光滑无焊渣，检查底部油位传感器是否存在尖角，防止刺破、刮破胶囊。

（2）安装前检查胶囊无明显损伤、开裂，安装过程要严格按照说明书与柜平行放置，以防胶囊袋身的折皱和折曲造成胶囊损坏。

（3）胶囊安装完成后，尽快完成补油工作，减少变压器油与空气接触时间，避免温度下降导致升高座固体绝缘露空。

4. 胶囊选型
对于容量较大的变压器，除胶囊与顶部法兰的固定连接外，建议在油枕顶部增加多个胶囊挂点，如图所示（XX换流站极2低端换流变，增加2各吊点），便于胶囊舒展。

六、胶囊泄漏在线监测
思路：变压器胶囊、油位综合监测
1.已有成果调研
（1）基于胶囊压力监测的预防变压器压力释放阀误喷油方
法
改进的压力监测方法原理为在呼吸器上方法兰处增加气压监测装置，如图2所示。

当呼吸器正常呼吸时，胶囊内气体与空气通过呼吸器连通，压力监测装置所测得压力与大气压相当。

若出现由于误关阀门、硅胶粉化、 呼吸器内密封垫未取出等原因造成呼吸不畅的情况，当由于负荷增加或环境温度升高造成变压器温度升高，绝缘油膨胀，压缩胶囊内已形成密封状态的气体，此时气压应逐渐升高，压力监测装置所测得压力应大于大气压力；当变压器温度下降，绝缘油收缩，胶囊内气体变得稀薄，此时压力监测装置所测得压力应小于大气压力。

通过读取压力监测装置所测得的压力，可以非常简洁地判断胶囊呼吸是否正常，是否存在呼吸堵塞造成压力释放阀误动作的风险。

该装置既可采用离线系统，即现场仅安装匹配绝对压力表接口的气体逆止阀，保证运行状态下的密封，仅在需要检测时接入绝对压力表读取数值；亦可采用在线系统，即长期接入压力监测表计，并设置气压低和气压高的告警节点接入变压器保护装置，或将气压值变送为4m A~20m A电流量，上送监控系统，实时读取压力值。

（2）变压器胶囊式储油柜胶囊破损的监测方法
3.1 气体继电器法
单浮子的小型气体继电器（管径Ф25）可以用来监测储油柜胶囊是否破损、漏气。

具体方法如下：将气体继电器的一端用法兰盘密封，另一端通过法兰和联管与储油柜内部相通；而胶囊通过法兰和联管与吸湿器相连，如图2所示。

首先，关闭与变压器油箱连接的阀门，通过连接吸湿器的法兰和阀门，将储油柜内部抽成真空，关闭与胶囊连接的阀门。

然后，开始往储油柜中注过滤好的变压器油。

当油位达到合适的位置，打开气体继电器的放气塞，直到变压器油流出，关闭放气塞，停止注油。

此时，浮子已浮起，气体继电器中已充满了变压器油。

最后，打开连接吸湿器的阀门，使胶囊通过吸湿器正常呼吸，完成安装和注油。

此时，除胶囊外，储油柜内没有空气，充满变压器油。

当胶囊破损时，空气进入储油柜内部，汇集到上部的气体继电器中，其内部的变压器油降下来，浮子也落下来，发出报警信号。

这种监测方法已在我公司的上海世博会项目、泰国项目和菲律宾项目变压器上应用，目前工作状态良好。

储油柜、气体继电器和阀门的密封良好是这种监测方法能否使用的关键因素。

3.2 C PR 专用继电器法
目前，市场上能寻找到的监测胶囊破损、漏气的专用继电器是一种意大利的C PR 系列产品。

这种继电器安装在储油柜上，如图3 所示。

当胶囊破损时，空气进入储油柜内部，汇集到上部的C PR 继电器中，当气体达到一定容积时，浮子滚动，发出报警信号。

这种C PR 继电器在欧洲和日本已得到应用，并在我公司的委内瑞拉项目变压器上使用，目前此项目变压器已通过各项试验，发往现场。

3.3 M BR 传感器和保护继电器组合法（泰州换流站应用）
监测胶囊破损、漏气的第三种方法是采用巴西产一种电子式传感器、保护继电器组合M BR。

由一个安装在胶囊内部的特殊传感器和安。