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摘要：介绍油浸式配电变压器在多种情况下的内部压力情况，对其形成压力的原因及后果进行阐述，提出产品优化及合理使用的建议。
关键词：配电变压器;内部压力;设计制造及使用;
1 前言
油浸式配电变压器一般采用全密封波纹油箱结构，依靠波纹片的膨胀收缩来补偿因温度变化导致的变压器油体积的变化。大多数厂家的变压器油位加注至箱盖下缘，除了高低压套管内有空气，其余空间都充满油，只有少数厂家套管内为全充油，还有一些厂家，为了控制变压器箱盖渗油的故障率，會在箱盖下面设置一定高度的空气，为带上部气囊的结构。
在产品的储运、试验和运行过程中，我们有时会发现产品油箱内部产生较大压力，并可能因此带来多种产品质量问题。所以有必要对全密封变压器的内部压力形成机理进行分析，从而有效控制其内部压力，确保产品的安全可靠性。
2 对油箱内部压力的要求
国家标准GB/T6451-2015对全密封变压器的温升和内部压力有以下规定：
1、315kVA及以下的波纹油箱变压器应能承受20kPa的压力密封试验（例行试验），历经12小时应无变压器油的泄漏。
2、315kVA及以下的波纹油箱变压器应能承受25kPa的压力变形试验（特殊试验），历经5分钟应无损伤及不应出现不允许的永久变形。
3、油浸式变压器应进行短时过负载能力试验（型式试验），要求在完成额定温升试验后再施加1.5倍额定负载，持续运行2小时后，应满足压力保护装置不动作、油箱无渗漏现象、波纹片变形量在规定范围内等要求。
上述标准内容主要考虑变压器试验或运行时，因变压器油体积膨胀或打压试验而导致的油箱内部压力增加。在实际应用中，还应考虑产品生产与安装使用地所处海拔高度的差异、所处季节气温的差异，这些差异都会造成油箱的内部压力的变化。
3 各种因素对油箱内部压力的影响
3.1 变压器油温度变化对油箱内部压力的影响
一般油浸式配电变压器在装配完成时，油箱内部与外部基本没有气压差，但随着投运或温升试验后负载的增加，变压器油的温度会明显上升。变压器油的温度每增加1℃，变压器油的体积会增加0.07%，导致油箱内外部形成压差。油箱内部压力的大小主要与如下因素有关：油温变化量、变压器油重量与油箱波纹片散热面积比、波纹片的弹性等等。通常波纹片是由较薄的冷轧钢板制作，其厚度为1.0～1.5mm，机械强度相对较弱，通常产品在温升试验时，油箱内部压力会达到甚至超过20kPa，此时波纹片膨胀变形会非常明显。
3.2 上部气囊对油箱内部压力的影响
目前大多数厂家产品的高低压瓷瓶中存在空气，部分厂家产品的箱盖下部存在一定高度的空气。根据理想气体方程：PV=nRT可知，一定质量的气体，其压强和体积成反比，和温度（绝对值）成正比。因此，产品在温升试验或投运时，上部空气由于温度的升高以及变压器油体积膨胀对其压缩的双重作用，将导致其压力的明显增加。可以简单量化分析温度变化单一因素对内部空气压力的影响，以温升试验为例：假设温升试验前环境及变压器油温度为20℃，油箱气压与环境气压同为100kPa，温升试验后油顶层温度为80℃，则此时的内部空气压力近似为100*（（80+273）/（20+273））=120kPa，故油箱内外部压差约为20 kPa。
如果再考虑变压器油体积变化对上部空气的压缩作用，实际气压将远远大于这个数据。通过部分产品的测试，压力可达30 kPa左右，一旦超过压力释放阀的启动值，可能导致压力释放阀动作甚至喷油。
由此可见，油箱内部空气的存在，将加大油箱内部的压力，应尽量消除油箱上部的气囊，让变压器全充油，会有利于油箱内部最大压力的控制。
3.3 产品所处海拔差异对油箱内部压力的影响
由于绝大多数生产厂地处低海拔地区，如果产品安装运行于较高海拔地区，将对产品油箱内部压力带来明显影响。如果生产厂海拔高度为0米，安装地海拔为2500米，产品出厂时的内外部压力差为0 kPa，且两地的气温不变，则通过静力学方程式或压高方程分别估算两地的气压值，进而推算产品在安装地的内部压力为：100-75=25 kPa。所以，这会导致油箱波纹片明显鼓胀。
由于变压器油体积与温度有关，而与气压变化无关，所以在油箱波纹片鼓胀时，变压器油面将会出现明显降低，从而导致原来浸于油中的高压带电体露出油面，进而可能导致部分产品工频耐压或雷电冲击试验不合格事故的发生。
3.4 产品生产与运行时环境温度的差别对油箱内部压力的影响
由于产品出厂和安装时的地域或季节不同，可能会产生较大的温差。我们只考虑对内部压力控制较为不利的可能性。对于带20mm左右上部气囊的产品，如果出厂时的温度较低，为5℃，而安装地的气温为40℃，通过实验测试，油箱内部压力将达10kPa。
4 油箱内部压力可能造成的质量问题分析
4.1随着油箱内部压力的增加，密封的可靠性将有所降低。特别是密封面压紧力不够时，易形成密封面渗漏油问题。
4.2海拔高度差造成的油箱内部压力，会导致变压器油面的降低，从而可能导致绝缘试验不合格，甚至导致投运后产品的短路故障。
4.3油箱内部压力升高到一定程度，可能造成压力释放阀运作喷油、波纹片局部焊接开裂及不可恢复的严重变形等问题。
以上分析是基于单一因素，实际需要考虑到两个甚至更多因素的叠加效果，这将更容易造成严重的后果。
5 产品设计、制造和使用过程中的优化
针对上述可能导致内部压力增加的原因，可以采取以下措施，有效控制油箱内部压力。
5.1应采取全充油结构，消除油箱内部空气。具体可以考虑增高的注油管结构，使套管内充满变压器油。
5.2油箱设计时适当增加波纹片的散热面积，在同等条件下可降低油箱的内部压力。
5.3对于未能全充油的产品，如果发往高海拔地区，建议出厂时使油箱内部为负压状态，可有效抵消部分油箱压力的增加，尤其可以防止运输过程中可能发生的压力释放阀喷油问题。
5.4应加强产品试验、投运前油箱内部压力及油位的检查，并随时解除油箱的内部压力。
6 结语
全密封配电变压器的内部压力是一个容易被忽视的问题，采取一些措施关注和控制油箱的内部压力，可以有效减少质量问题的发生，在国网公司对变压器产品质量要求非常严格的形势下，具有积极意义。
参考文献：
[1]王红刚.油浸式变压器的故障分析[J].韶关学院学报，2012，33（10）：48-50.
[2]孙绪臣.油浸式电力变压器内部放电故障分析[J].煤矿机电，2010，（5）：47-49.
关键词：配电变压器;内部压力;设计制造及使用;
1 前言
油浸式配电变压器一般采用全密封波纹油箱结构，依靠波纹片的膨胀收缩来补偿因温度变化导致的变压器油体积的变化。大多数厂家的变压器油位加注至箱盖下缘，除了高低压套管内有空气，其余空间都充满油，只有少数厂家套管内为全充油，还有一些厂家，为了控制变压器箱盖渗油的故障率，會在箱盖下面设置一定高度的空气，为带上部气囊的结构。
在产品的储运、试验和运行过程中，我们有时会发现产品油箱内部产生较大压力，并可能因此带来多种产品质量问题。所以有必要对全密封变压器的内部压力形成机理进行分析，从而有效控制其内部压力，确保产品的安全可靠性。
2 对油箱内部压力的要求
国家标准GB/T6451-2015对全密封变压器的温升和内部压力有以下规定：
1、315kVA及以下的波纹油箱变压器应能承受20kPa的压力密封试验（例行试验），历经12小时应无变压器油的泄漏。
2、315kVA及以下的波纹油箱变压器应能承受25kPa的压力变形试验（特殊试验），历经5分钟应无损伤及不应出现不允许的永久变形。
3、油浸式变压器应进行短时过负载能力试验（型式试验），要求在完成额定温升试验后再施加1.5倍额定负载，持续运行2小时后，应满足压力保护装置不动作、油箱无渗漏现象、波纹片变形量在规定范围内等要求。
上述标准内容主要考虑变压器试验或运行时，因变压器油体积膨胀或打压试验而导致的油箱内部压力增加。在实际应用中，还应考虑产品生产与安装使用地所处海拔高度的差异、所处季节气温的差异，这些差异都会造成油箱的内部压力的变化。
3 各种因素对油箱内部压力的影响
3.1 变压器油温度变化对油箱内部压力的影响
一般油浸式配电变压器在装配完成时，油箱内部与外部基本没有气压差，但随着投运或温升试验后负载的增加，变压器油的温度会明显上升。变压器油的温度每增加1℃，变压器油的体积会增加0.07%，导致油箱内外部形成压差。油箱内部压力的大小主要与如下因素有关：油温变化量、变压器油重量与油箱波纹片散热面积比、波纹片的弹性等等。通常波纹片是由较薄的冷轧钢板制作，其厚度为1.0～1.5mm，机械强度相对较弱，通常产品在温升试验时，油箱内部压力会达到甚至超过20kPa，此时波纹片膨胀变形会非常明显。
3.2 上部气囊对油箱内部压力的影响
目前大多数厂家产品的高低压瓷瓶中存在空气，部分厂家产品的箱盖下部存在一定高度的空气。根据理想气体方程：PV=nRT可知，一定质量的气体，其压强和体积成反比，和温度（绝对值）成正比。因此，产品在温升试验或投运时，上部空气由于温度的升高以及变压器油体积膨胀对其压缩的双重作用，将导致其压力的明显增加。可以简单量化分析温度变化单一因素对内部空气压力的影响，以温升试验为例：假设温升试验前环境及变压器油温度为20℃，油箱气压与环境气压同为100kPa，温升试验后油顶层温度为80℃，则此时的内部空气压力近似为100*（（80+273）/（20+273））=120kPa，故油箱内外部压差约为20 kPa。
如果再考虑变压器油体积变化对上部空气的压缩作用，实际气压将远远大于这个数据。通过部分产品的测试，压力可达30 kPa左右，一旦超过压力释放阀的启动值，可能导致压力释放阀动作甚至喷油。
由此可见，油箱内部空气的存在，将加大油箱内部的压力，应尽量消除油箱上部的气囊，让变压器全充油，会有利于油箱内部最大压力的控制。
3.3 产品所处海拔差异对油箱内部压力的影响
由于绝大多数生产厂地处低海拔地区，如果产品安装运行于较高海拔地区，将对产品油箱内部压力带来明显影响。如果生产厂海拔高度为0米，安装地海拔为2500米，产品出厂时的内外部压力差为0 kPa，且两地的气温不变，则通过静力学方程式或压高方程分别估算两地的气压值，进而推算产品在安装地的内部压力为：100-75=25 kPa。所以，这会导致油箱波纹片明显鼓胀。
由于变压器油体积与温度有关，而与气压变化无关，所以在油箱波纹片鼓胀时，变压器油面将会出现明显降低，从而导致原来浸于油中的高压带电体露出油面，进而可能导致部分产品工频耐压或雷电冲击试验不合格事故的发生。
3.4 产品生产与运行时环境温度的差别对油箱内部压力的影响
由于产品出厂和安装时的地域或季节不同，可能会产生较大的温差。我们只考虑对内部压力控制较为不利的可能性。对于带20mm左右上部气囊的产品，如果出厂时的温度较低，为5℃，而安装地的气温为40℃，通过实验测试，油箱内部压力将达10kPa。
4 油箱内部压力可能造成的质量问题分析
4.1随着油箱内部压力的增加，密封的可靠性将有所降低。特别是密封面压紧力不够时，易形成密封面渗漏油问题。
4.2海拔高度差造成的油箱内部压力，会导致变压器油面的降低，从而可能导致绝缘试验不合格，甚至导致投运后产品的短路故障。
4.3油箱内部压力升高到一定程度，可能造成压力释放阀运作喷油、波纹片局部焊接开裂及不可恢复的严重变形等问题。
以上分析是基于单一因素，实际需要考虑到两个甚至更多因素的叠加效果，这将更容易造成严重的后果。
5 产品设计、制造和使用过程中的优化
针对上述可能导致内部压力增加的原因，可以采取以下措施，有效控制油箱内部压力。
5.1应采取全充油结构，消除油箱内部空气。具体可以考虑增高的注油管结构，使套管内充满变压器油。
5.2油箱设计时适当增加波纹片的散热面积，在同等条件下可降低油箱的内部压力。
5.3对于未能全充油的产品，如果发往高海拔地区，建议出厂时使油箱内部为负压状态，可有效抵消部分油箱压力的增加，尤其可以防止运输过程中可能发生的压力释放阀喷油问题。
5.4应加强产品试验、投运前油箱内部压力及油位的检查，并随时解除油箱的内部压力。
6 结语
全密封配电变压器的内部压力是一个容易被忽视的问题，采取一些措施关注和控制油箱的内部压力，可以有效减少质量问题的发生，在国网公司对变压器产品质量要求非常严格的形势下，具有积极意义。
参考文献：
[1]王红刚.油浸式变压器的故障分析[J].韶关学院学报，2012，33（10）：48-50.
[2]孙绪臣.油浸式电力变压器内部放电故障分析[J].煤矿机电，2010，（5）：47-49.