浮杆式变压器油位计原理及常见问题分析

浮杆式变压器油位计原理及常见问题分析一、油位计分类与原理1. 整体结构浮杆式变压器油位计主要由浮球、摆杆、齿轮组、表计等部分组成。

当变压器储油柜的油面升高或下降时，浮球随之上下浮动，使摆杆作上下摆动，利用传动机构通过磁力或压力带动指针旋转，指示实际油位。

当油位上升到最高油位或下降到最低油位时，磁铁吸合(或凸轮拨动)相应的干簧接点开关或微动开关发出报警信号。

对于大容量变压器，常见油位计按照传动方式的不同可以分为磁力式油位计、压力式油位计，磁力式油位计又可以分为轴向型和径向型，如图1-1所示。

(a) 轴向型磁力式油位计(b) 径向型磁力式油位计(c) 压力式油位计图1-1 常见类型油位计结构示意图2. 磁力式油位计径向型磁力式油位计通过浮杆－杠杆机构直接带动电磁铁旋转，驱动油位表计转动，一般应用于无胶囊的油枕，其传动结构如图1-2 a）所示。

轴向磁力式油位计则是利用齿轮传动机构带动电磁铁旋转，如图1-2 b ）所示，一般应用于狭窄或平坦的只允许少量浮动运动的胶囊式油枕，也适用于无胶囊油枕，实物图如图1-2 c ）所示，浮动运动的比率可以用1:1、1:2、1:3和1:4表示。

图1-2 径向型与轴向型磁力式油位计传动结构示意图 某厂家有载分接开关油位计如图1-3所示。

由于有载分接开关油室体积一般较小，因此大多采用径向型油位计。

浮球为为特殊工艺处理的圆柱形硬质泡沫，浮杆尾部通过螺栓压在转动轴上。

表计背面装有磁化处理的转轮，带动指针旋转。

(a)浮球、浮杆 (b)浮杆端部固定(c)表计背面 (b)磁化转轮图1-3 径向型磁力式油位计实物图油位指示表计可以水平安装，也可以倾斜安装（15、30、45度），油位计的检查玻璃由集成紫外线滤光器的夹层安全玻璃制成。

油位计一般配有1～3对微动节点，有的油位计还通过信号转换器，将油位值通过数字信号或模拟信号（如4-20mA）传输到后台或引下至就地电子指示表计。

3. 压力式油位计压力式油位计的结构与磁力式油位计有较大区别。

浮子的连杆被固定在储油柜底部的一个传动凸盘上，传动凸盘上的顶针一端非同心的与浮子连杆相连，一端与穿箱连杆连接，从储油柜底部油密封结构中穿出。

有的产品连杆与传动凸盘直接连接，有的是通过弹簧连接，防止连杆受外力作用而变形，如图1-4所示。

图1-4 压力式油位计浮球连杆与传动凸盘连接实物图 在油箱外部，传动顶针固定在液压传感器上，液压传感器由两个充满液压液体的反向活塞组成，每一个活塞都通过毛细管与指示仪器中的两个类似的活塞连接，如图1-5所示。

(a) 油枕底部传感器 (b) 表计内部传感器1(c) 表计传感器示意图(d) 表计内部传感器2 微调旋钮 活塞1活塞2法兰1法兰2法兰3法兰4活塞4活塞3活塞4活塞6活塞5图1-5 压力式油位计液压传动系统如图1-4（a）所示，固定在油枕地底部的传感器包括微调旋钮、活塞、法兰盘及支柱拉杆组成。

其中法兰1、法兰3通过微调旋钮与穿箱连杆连接，随着油位的变化上下运动；法兰2和法兰4通过固定拉杆与油箱底部连接，不随油位变化而运动。

调节微调旋钮，可以小范围地带动法兰1、3上下运动，调整测量误差。

图1-4（b）中的活塞3的活塞筒固定不动，活塞4的活塞筒与活塞3的活塞杆连接，两个活塞形成“串联使用”的关系。

活塞3的管路与活塞1相连，活塞4的管路与活塞2相连。

具体结构示意如图1-4（c）所示。

当油位上升时浮杆连同浮球向上移动，传动凸轮通过顶针下压穿箱连杆，通过法兰1带动活塞1的活塞杆下移，通过油管带动活塞3的活塞杆向右运动，通过连杆带动活塞4的活塞筒向下运动；同时，法兰3带动活塞2的活塞筒下移，通过油管带动活塞4的活塞杆下移。

活塞4的活塞筒和活塞杆均下移，从而带动表计指针顺时针旋转，指示油位上升。

油位下降时与上述动作相反。

另外，这种双传动装置的设计使油位计传动装置起到了温度补偿的作用。

二、典型故障案例与分析1. 浮杆变形、脱落、断裂导致假油位、误报警（1）南方电网超高压输电公司的伍衡等人在《一起换流变压器压力释放阀动作及储油柜漏油原因分析》中介绍了一起案例如下：2015年7月，某±800kV换流站的低端换流变B相压力释放阀动作。

进一步检查发现，安装在端子箱内的储油柜油位计示数为85.1%，安装在储油柜上的油位计显示在接近Max位置。

在换流变压器底部接连通管检查本体油位，显示油面高出储油柜100mm。

打开储油柜顶部的排气阀门，有油溢出，证明储油柜真实油位已超过100%，而油位计指示油位仅为85.1%。

当晚24时变压器油温为45℃，测量真实油位为60%，而油位计指示油位为47%，误差达13%。

对该换流变压器储油柜内部进行检查，发现储油柜油位计连接浮子的浮杆发生弯曲，已有明显的变形痕迹。

图2-1 浮杆弯曲造成换流变压器压力释放阀动作的直接原因是换流变压器内部压力升高，达到压力释放阀阀门开启压力。

变压器内部压力升高的原因有：（1）变压器内部故障。

（2）储油柜呼吸系统堵塞。

（3）变压器运行温度过高，储油柜过满，体积随温度变化的变压器油膨胀并泄漏。

进一步分析发现，油压升高导致本次压力释放阀动作原因有：（1）换流变压器储油柜物理结构设计不合理。

（2）换流变压器运行油温超过设计范围。

（3）换流变压器注油时充油量过多。

为保证变压器油循环正常运行，机械行业标准规定，在最低环境温度且变压器未投入运行时，要能观察到油位计指示，此时油不能到储油柜的最低处；在最高环境温度下，变压器在额定负载或负载导则允许的过载工况下，运行时油不能溢出储油柜，故储油柜设计需要根据变压器油热膨胀系数进行计算。

按照温升国标和该站换流变压器技术规范要求，该换流变压器允许负载下油顶层温升50K，环境最高温度40℃，则变压器油平均最高温度为40+50/2=65℃，最低环境温度-25℃，温度变化范围为90℃。

经询问变压器厂家，本台换流变压器油的热膨胀系数为7.0＊10-4，因此在温度变化范围为90℃时，油体积变化范围为90＊7.0＊10-4=6.3%。

因此，储油柜容积应约为换流变压器本体油箱内充油量的6.3%。

在储油柜尺寸和容积设计时，容积与本体油箱之比应不小于6.3%。

综合上述分析，得到可能的原因如下。

1）换流变压器安装施工时读错油温油位曲线，导致注油量过多。

2）换流变真空注油时读错油温。

3）浮杆弯曲造成油位指示出现误差。

换流变压器在安装储油柜时需要对储油柜进行抽真空注油工艺处理，该变压器厂家采用的是储油柜注油排气法，这种方法是先将油充满储油柜再将胶囊充气使其完全展开，该方法存在一定的风险，在注油排气过程中容易产生胶囊卷缩不展开的问题，或导致胶囊展开不完全的情况，由此会减少胶囊的膨胀作用，也会导致浮子因胶囊未展开与浮子卷缩在一起导致浮子卡在某处，造成浮子不能正常活动，当对胶囊进行充气时受到油压力和充气压力的共同作用下容易造成浮杆的弯曲变形。

（2）湖南省电力公司检修分公司龚杰等人在《浅析变压器油位计和呼吸器故障》中介绍了两起案例，案例一如下：2010年9月，湖南某变电站一台500kV线路高抗C相发“低油位”告警，但现场油位显示无异常，而回路绝缘检查为零，且接线盒内部无进水、受潮，深入检查接点发现绝缘已损坏。

现场拆除C相油位计后发现，该油位计浮球与油位表摆杆的连接铝杆严重变形，且铝杆与油位表摆杆的连接部位有明显断裂点，如图2-2所示。

图2-2 浮杆弯曲、断裂后续解体检查油位计时，发现油位计内部作用于发信的干簧接点已损坏。

真空玻璃室已断裂，且干簧接点接线部位严重烧蚀，如图2-3所示。

通过现场检查，可见金属薄片底部的固定方式是通过真空玻璃管密封，由于产品质量问题出现破裂使得金属薄片固定点失效，金属薄片完全贴合在一起，无法断开，接点长期闭合通电造成接点过热并损坏。

图2-3 损坏的干簧节点由于该油位计干簧接点的结构是由两片金属薄片形成常开接点，通过油位计浮球与铝杆的运动传动油位计中的磁力铝杆，磁力铝杆转动到一定位置时通过磁力吸引薄片形成接点闭合（发出“高油位” 及“低油位”信号），其动作原理如图2-4所示图2-4 干簧节点动作原理油位计铝杆变形存在以下几种原因。

1）胶囊故障的原因。

胶囊存在破损导致胶囊进油、胶囊充气不充分导致胶囊未充满储油柜、胶囊安装时未固定在定置点，这会造成胶囊底部下沉压迫油位计铝杆使其变形，当超过铝杆连接点耐受力极限时，则受力点断裂。

2）安装过程中产生的原因。

一是安装过程中，若抽真空注油后解除真空未进行严格控制，导致胶囊进气速度过快，胶囊会迅速膨胀并猛烈压迫油位计浮球或连杆，也会造成铝杆断裂。

二是油位计安装无误后，铝杆应是在垂直方向移动，不会左右偏转，若安装过程中浮球及铝杆的插入位置不正，未插入胶囊正下方，而与插入方向存在偏差角度，则在胶囊充气后及长期的呼吸过程中挤压铝杆偏转、变形甚至断裂。

经现场检查，储油柜胶囊内部无渗油，且固定可靠，而铝杆断裂点位于侧面，与铝杆正常运动方向不符，可断定铝杆与浮球插入位置不正确，致使胶囊在长期的呼吸过程中对铝杆从侧面造成挤压，致使铝杆变形并逐渐断裂。

案例二：220kV 变电站1号和2号主变型号为SSZ-K-180000/220，同时投产于2012年12月。

2013年6月先后发出油位高故障告警信号，检修人员结合验收时所拍摄油位计油位及现场红外精确测温后发现，两台主变油位均略有上升，且呼吸器有呼吸，有气泡冒出但量小，检查油位计发现1 号主变油位计指针转动灵活、无卡滞，2号主变指针卡滞。

同年结合1号和2号主变停电机会进行详细检查。

通过对1号和2号主变胶囊、油位计及呼吸管道进行了重点检查后发现以下几个问题：1）油位计存在的问题。

对油位计拆除后检查发现1号主变油位计浮球连接铝杆变形（见图2-5），2号主变油位计浮球连接铝杆连接部位断裂（见图2-6），且铝质连杆比1号主变铝质连杆长度短50% （见图2-7）。

图2-5 1号主变油位计铝质连杆变形图2-6 2号主变油位计铝质连杆断裂图2-7 油位计铝质连杆长度比较通过对油位计连接铝杆进行分析得知，该主变投运仅半年时间，铝质连杆变形跟主变安装中存在质量盲点有关，原因可能是油位计安装位置不正确或对主变抽真空注油后破除真空时速度过快，未掌握好解除真空速度导致胶囊体积快速增大，突然对浮球及连杆产生作用力而导致连杆变形及断裂。

而2号主变由于连杆长度更短，其行程变化更大，其储油柜实际油位更与1号主变油位不一致。

2）胶囊存在的问题。

对两台主变胶囊进行深入检查发现胶囊内部无渗油，固定可靠，但当拆除胶囊与储油柜顶部连接法兰盘，拆除胶囊与本体连接阀门处部位管道后发现1号和2号主变胶囊逆止阀未拆除，且1号主变胶囊与本体连接阀门未关闭（见图2-8）。

图2-8 胶囊逆止阀及连接阀门胶囊逆止阀是胶囊打压充气后防止气体逸出而设计的一个逆止阀门。