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淺談變壓器絕緣油的維護(hù)與再生

更新更新時間:2010-11-15   點(diǎn)擊次數(shù):5255次

淺談變壓器絕緣油的維護(hù)與再生
張淑珍,李東,傅錫年
國家電網(wǎng)公司武漢高壓研究所,湖北 武漢430074
 
摘要: 簡要分析了運(yùn)行變壓器絕緣油油質(zhì)劣化的原因及維護(hù)處理對策,著重介紹了油再生處理的好處和經(jīng)濟(jì)性,給出了變壓器絕緣油的再生實(shí)例及進(jìn)行油再生處理應(yīng)注意的問題,以期有助于變壓器絕緣油的運(yùn)行維護(hù)工作。
關(guān)鍵詞: 變壓器;絕緣油;再生;維護(hù)
     變壓器壽命就是油和紙絕緣系統(tǒng)的壽命。變壓器內(nèi)部固體絕緣--纖維素紙的老化和逐漸裂解是變壓器內(nèi)部一些化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果,固體絕緣材料具有不可逆的老化特性,且在日常運(yùn)行中是無法維護(hù)的。而變壓器液體絕緣--油的老化和降質(zhì)是可以進(jìn)行凈化和再生處理的,而且,經(jīng)過凈化和再生處理后能如同新油一樣或者更好。變壓器作為電力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,其運(yùn)行的可靠性和壽命的長短對電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠運(yùn)行起著舉足輕重的作用。由于變壓器絕緣油質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到變壓器絕緣的好壞,而變壓器絕緣的好壞亦直接關(guān)系到變壓器壽命的長短,因此,對變壓器絕緣油的運(yùn)行維護(hù)工作在電力系統(tǒng)中顯得尤為重要。做好了這項(xiàng)關(guān)鍵工作,不僅可以節(jié)省能源、節(jié)約資金、利于環(huán)保,而且還可以延長變壓器的使用壽命。

1 變壓器油的油質(zhì)分級和試驗(yàn)診斷

1.1 油質(zhì)分級

  變壓器絕緣油按油質(zhì)的好壞可分為7級(見表1)。

 

表1 變壓器油的油質(zhì)分級

等 級 油 質(zhì) 顏 色 酸  度 界面張力
/mN•m-1

對變壓器的影響程度

1 良好 淺黃 0.03~0.10 30~45  可提供有效的冷卻,保護(hù)絕緣
2 較好 黃色 0.05~0.10 27~30  油的氧化物引起界面張力下降,油泥開始形成
3 合格 亮黃 0.11~0.15 24~27  脂肪酸覆蓋繞組,絕緣中可能有污物排入油中
4 不良 琥珀色 0.16~0.40 18~24  鐵心和繞組上開始有油泥沉積, 散熱片內(nèi)表面會首先沉積油泥
5 很壞 褐色 0.41~0.65 14~18  沉積的油泥不斷氧化和硬化,絕緣發(fā)生收縮
6 極壞 深褐色 0.66~1.50 9~14  油泥隔絕冷卻表面,堵塞油道
7 故障 黑色 ≥1.51 6~9  大量油泥形成

  由表1可知,第1等級的油具有各種優(yōu)良指標(biāo);第2、3等級的油是在“預(yù)防維護(hù)”范圍內(nèi),屬于較好等級的油。這種油雖然所有功能仍能維持,但當(dāng)其界面張力降到27.0mN/m時,標(biāo)志著溶解狀態(tài)的油泥已開始形成,建議這時應(yīng)對變壓器進(jìn)行檢修;后3級油為“故障維護(hù)”階段的油,要求馬上維護(hù)處理;幾乎所有油質(zhì)為“壞油”級變壓器的內(nèi)部零件上都有油泥沉積。油的等級到達(dá)“故障”級,此時要考慮的應(yīng)是變壓器的剩余壽命而不僅僅
是油質(zhì)狀況了。
1.2 油質(zhì)劣化的原因
 ?。?) 運(yùn)行條件的影響。變壓器在正常條件下運(yùn)行時,油具有一定的氧化安定性,但當(dāng)變壓器超負(fù)荷運(yùn)行或因局部過熱而導(dǎo)致油溫升高時,油的老化會加速,油的質(zhì)量會變差。
 ?。?) 設(shè)備條件的影響。當(dāng)變壓器的密封性不好時,漏氣、漏水會加速油的氧化和老化;呼吸器內(nèi)的干燥劑失效沒有及時處理或凈油器(熱虹吸器)內(nèi)的吸附劑失效后未能及時更換等都會促使油氧化變質(zhì);絕緣材料與油的相容性不好,也會促進(jìn)油的老化。
  (3) 油污染的影響。容器內(nèi)表面不清潔造成的污染較為常見,而混油時處理不當(dāng)也可造成污染。
 ?。?) 油中酸和水的影響。① 酸。變壓器油的酸值(或中和值)達(dá)到0.10mgKOH/g就已經(jīng)明顯地?fù)p害了變壓器的纖維質(zhì)(紙),變壓器油酸值的升高是緩慢、恒穩(wěn)和持續(xù)的,并且與油的全面降解密切相關(guān),當(dāng)酸值達(dá)到0.2~0.5mgKOH/g以后,油和絕緣材料的降解過程加速并伴隨著油泥的生成,變壓器層壓紙板在250倍電子顯微鏡下的照片見圖1。② 水。油和纖維素在其自身降解和化學(xué)反應(yīng)中都要產(chǎn)生水,這些水反過來又進(jìn)一步加速油
和纖維素降解,從外部侵入變壓器的水將使問題更加嚴(yán)重。20℃時紙對水的親和力比變壓器油高3000倍,許多時候變壓器內(nèi)的絕緣紙含水很高,而油卻是干燥的,水參與紙絕緣的化學(xué)分解、水還有形成減弱紙絕緣強(qiáng)度的作用,當(dāng)含水量為干燥紙的3%時,纖維素實(shí)際上已經(jīng)開始在變壓器油中松散飄逸。


圖1 變壓器層壓紙板在250倍電子顯微鏡下的照片
(a)酸值為0.05;(b)酸值為0.10;(c)酸值為0.20;(d)酸值為0.30

1.3 試驗(yàn)診斷及其對策
  運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明,對油進(jìn)行周期性測試(1年1次),是可以促進(jìn)油質(zhì)經(jīng)常處于“良好”狀態(tài)的有效措施,尤其對于已經(jīng)進(jìn)行過處理的油而言則更是如此。對變壓器油的診斷及對策見表2。

表2 運(yùn)行中變壓器油的診斷及對策[1]

項(xiàng)  目

超標(biāo)數(shù)據(jù)

診  斷

對  策

閃  點(diǎn)

 比新油標(biāo)準(zhǔn)低5℃
 比前次試驗(yàn)低5℃

 設(shè)備存在局部過熱或放電故障;補(bǔ)錯了油

 查明原因消除故障,進(jìn)行真空脫氣處理或換油

擊穿電壓/kV

 500kV設(shè)備:≤50
 300kV設(shè)備:≤45
 66~220kV設(shè)備:≤35
 20~35kV設(shè)備:≤30

 油中水分含量過大;油中有雜質(zhì)顆粒污染

 查明原因,進(jìn)行真空濾油或更換新油

界面張力/mN•m-1

 <19

 油質(zhì)老化嚴(yán)重,油中有可溶性酸或沉淀性油泥析出;油質(zhì)污染

 結(jié)合酸值、油泥的測定采取對策,進(jìn)行再生處理或更換新油

介質(zhì)損耗因數(shù)(90℃)

 500kV設(shè)備:>0.02
 300kV以下設(shè)備:>0.04

 油質(zhì)老化程度較深;油被污染;油中含有極性雜質(zhì)

 檢查酸值、水分、界面張力、進(jìn)行再生處理,或更換新油

體積電阻率(90℃)/Ω·m

 <(1010~1011

 油質(zhì)老化程度較深;油被污染;油中含有極性雜質(zhì)

 應(yīng)查明原因,對少數(shù)設(shè)備可換油

油泥與沉淀物

 有油泥和沉淀物存在(質(zhì)量在0.02%以下可忽略不計)

 油質(zhì)老化;雜質(zhì)污染

 進(jìn)行油處理;如經(jīng)濟(jì)合理可換油


2 變壓器油的維護(hù)

  根據(jù)對變壓器油進(jìn)行試驗(yàn)診斷的結(jié)果,運(yùn)行人員應(yīng)對變壓器油進(jìn)行維護(hù),以使變壓器在“無油泥范圍”內(nèi)運(yùn)行,從而防止在變壓器油中形成氧化產(chǎn)物而縮短變壓器的壽命。
2.1 維護(hù)措施
  運(yùn)行現(xiàn)場常用的維護(hù)措施主要是:
 ?。?) 加強(qiáng)對油的監(jiān)督,采取合理對策,避免或減緩油的劣化。
 ?。?) 采用正確的方法對已劣化或不合格的油經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚ê偕蛊浠謴?fù)到原有性能。
2.2 處理對策
 ?。?) 凈化。油凈化是變壓器有效的防護(hù)性措施,通過凈化可提高油的擊穿電壓水平。
 ?。?) 再生。變壓器的全部油量通過濾油機(jī)重復(fù)循環(huán)獲得再生,與此同時,他還能*地“沖洗”變壓器,比換油的效果更好。
  (3) 去油泥。去油泥是早期的現(xiàn)場處理,應(yīng)當(dāng)在油泥硬化之前進(jìn)行。
 ?。?) 干燥。一般采用傳統(tǒng)工藝,即在現(xiàn)場加熱析出水分,需要的時間較長。
2.3 維護(hù)措施分析
  變壓器油和纖維質(zhì)絕緣材料正像其他有機(jī)材料一樣,在運(yùn)行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等制造材料催化作用影響,發(fā)生化學(xué)變化,這個過程稱為“老化”。zui終的結(jié)果是限制了變壓器的使用壽命。盡管制造廠在設(shè)計制造中采用了使設(shè)備密封防止空氣進(jìn)入等方法以改善油質(zhì),但是油和紙絕緣的劣化仍可能發(fā)生。
  其實(shí),變壓器油的再生和油泥去除早在35年以前就已經(jīng)在美國和其他國家得以應(yīng)用,且用硅藻土進(jìn)行油再生的方法已經(jīng)被IEC 422標(biāo)準(zhǔn)所采納和推薦。油凈化和再生的工藝圖見圖2。


圖2 油凈化和再生工藝圖
(a)油凈化工藝;(b)油再生工藝

  (1) 油凈化處理。油凈化處理就是將油過濾除去顆粒懸浮物、氧化物等。通過高真空處理以除去水分、潮氣和空氣是有效的防護(hù)措施。這是國內(nèi)變壓器制造廠、變壓器安裝公司和電力公司正常使用的方法,通過凈化處理,可將油的擊穿電壓提高到要求水平,以保證油和變壓器絕緣處于良好的狀態(tài)。
 ?。?) 油再生處理。預(yù)防性維護(hù)是充油設(shè)備的保養(yǎng)方法,其zui大的好處就是既可延長變壓器的使用壽命,又可延長變壓器油的使用壽命。當(dāng)變壓器油還沒有劣化到只能靠檢修才能完*其中油泥問題的程度時,對油進(jìn)行再生處理是zui可取的中間措施。再生處理是讓油在變壓器和濾油設(shè)備之間閉路循環(huán),使變壓器油在60~70℃ 的油溫下重復(fù)循環(huán)8~10次,變壓器油的質(zhì)量將可滿足IEC和國標(biāo)要求,但必須根據(jù)油的試驗(yàn)確定。十分重要的是,對變壓器中的油進(jìn)行再生熱循環(huán)處理,不僅可將油恢復(fù)到類似或超出新油標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài),而且通過熱油循環(huán),還可使沉積在變壓器內(nèi)部的油老化生成物溶解于熱油中,變壓器油通過再生設(shè)備可除去油中的酸、水分及油降解的其他生成物,即他對變壓器可起到一次*“沖洗”作用。如果單純用干凈油更換變壓器內(nèi)嚴(yán)重劣化的油(臟油),變壓器zui終還是一臺臟的變壓器,變壓器油還會很快劣化。變壓器絕緣系統(tǒng)采用油再生、去油泥、換新油等方法后的預(yù)期壽命趨勢圖見圖3。


圖3 變壓器絕緣系統(tǒng)預(yù)期壽命趨勢圖
1-新油;2-換油以后;3-油再生以后;4-去油泥以后

3 變壓器油的再生處理

3.1 優(yōu)點(diǎn)
  (1) 保護(hù)環(huán)境,防止污染(濾油設(shè)備應(yīng)具備此功能)。吸附劑再活化工藝不必對大量用過的飽和的油再生材料進(jìn)行處理,從而省去了代價高昂的廢料處理工藝,避免了廢棄舊油和吸附劑對環(huán)境的污染。
 ?。?) 保護(hù)資源,節(jié)省費(fèi)用。變壓器油再生可以節(jié)省資金,IEEE變壓器委員會堅持認(rèn)為,推廣油再生所獲得的zui大好處在于用適當(dāng)?shù)脑偕痛娲罅績r格昂貴、通常在運(yùn)行中需要加以維護(hù)和補(bǔ)充的新油。
  (3) 延長變壓器的使用壽命。通過在現(xiàn)場進(jìn)行變壓器油再生循環(huán)處理,可大大提高變壓器的絕緣電阻,降低變壓器的本體介損,從而提高變壓器安全運(yùn)行的可靠性及其使用壽命。目前,110kV及以下的變壓器可以帶電進(jìn)行油再生處理。
3.2 經(jīng)濟(jì)合理性
  一般來說,變壓器油再生的費(fèi)用低于重新充注新油的費(fèi)用。但是,在確定是否采用油再生處理時,應(yīng)在經(jīng)濟(jì)上證明是合理的。
  IEEE提出,在證明變壓器油再生處理的經(jīng)濟(jì)合理性時要考慮下列因素:① 材料費(fèi)用; ② 在運(yùn)行中對老化和/或受污染材料的處置;③ 依zui終產(chǎn)品質(zhì)量而異的過程的總費(fèi)用;④ 設(shè)備維護(hù)和折舊;⑤ 油的收集和貯存費(fèi)用;⑥ 勞務(wù)和運(yùn)輸費(fèi)用;⑦ 試驗(yàn)室費(fèi)用。
  重要的是,油再生處理不僅僅只是將油恢復(fù)到“類似新的”狀態(tài),他還具有使變壓器復(fù)原的功用,這一點(diǎn)正日益被人們所認(rèn)識。
3.3 油再生處理設(shè)備
  油再生處理設(shè)備是將一種或幾種再生方法組合成為一套移動式、車載或固定系統(tǒng),包括油泵和其所需的儀表。車載系統(tǒng)可以到變壓器的現(xiàn)場進(jìn)行油處理--重整或再生。在現(xiàn)場,利用車載再生系統(tǒng)可以使劣化油恢復(fù)到新油標(biāo)準(zhǔn)。
3.4 油再生處理的過程

  油再生處理的過程是使嚴(yán)重劣化的變壓器油簡單地通過諸如白土吸附劑床,以除去油中大部分的裂解產(chǎn)物,將油加工(加入足夠的抗氧化劑)恢復(fù)到像新油一樣運(yùn)行特性的過程。
  就地再生處理,就是用泵將油從變壓器底部抽出,經(jīng)過加熱,然后通過諸如白土吸附劑床進(jìn)行過濾、脫氣和脫水后再從上部返回到變壓器。該過程是連續(xù)進(jìn)行的,當(dāng)油達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)時,結(jié)束處理過程。
  經(jīng)過正確再生處理過的油,其各項(xiàng)化學(xué)和物理指標(biāo)幾乎可以達(dá)到新油的標(biāo)準(zhǔn),甚至可把他當(dāng)作新油看待。

4 變壓器油的再生實(shí)例


4.1 大亞灣核電站2號500 kV主變壓器
  對大亞灣核電站2號500 kV主變壓器的現(xiàn)場油再生處理,在18天內(nèi)完成了235t不合格變壓器油的再生處理,并*達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)。表3為變壓器油再生后的實(shí)測數(shù)據(jù)。

表3 大亞灣核電站2號主變壓器油再生前、后的實(shí)測數(shù)據(jù)

項(xiàng) 目 外 觀 顏 色 閃 點(diǎn)
/℃
水溶性酸
(pH值)
界面張力
/mN•m-1
微 水
/μL·L-1
介損(90℃)
/%
擊穿電壓
/kV
再生前
再生后

棕紅
黃色
145
145
5.2
6.01
28.3
44.7
9
2.8
7.5
0.465
59.2
84

結(jié) 論

 再生前,油的擊穿電壓、水溶性酸、界面張力等指標(biāo)偏低,介損超出運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)再生處理后,各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高,均達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)

4.2 珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號110kV主變壓器  
  對珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號110kV主變壓器在現(xiàn)場帶電情況下進(jìn)行油再生處理, 解決器身受潮的問題,油處理結(jié)果見表4。油再生處理后*,且絕緣電阻明顯升高,本體介損可降至1.0%。
4.3 清遠(yuǎn)電力局百佳變電站2號220kV主變壓器
  1999年3月,對清遠(yuǎn)電力局百佳變電站2號220kV主變壓器在現(xiàn)場進(jìn)行不帶電油再生處理,處理結(jié)果見表5。

5 油再生處理應(yīng)注意的問題

  (1) 應(yīng)注意以下3種來源的變壓器油不能用再生的方法進(jìn)行處理:① 含有阿斯卡列多氯聯(lián)苯電解液體的油; ② 含有微量硅油的油;③ 含有大量懸浮炭的故障變壓器的油。他們通常應(yīng)當(dāng)單獨(dú)處理。

表4 珠海新堂變電站1號主變壓器油再生處理結(jié)果

項(xiàng) 目

外 觀

顏 色

閃點(diǎn)(閉口)
/℃

界面張力
/mN•m-1

微 水
/μL·L-1

介損(90℃)
/%

擊穿電壓
/kV

體積電阻率(90℃)
/Ω·m

再生前
再生后


淺黃
淺黃

135
159

29.4
49.9

10.8
6.1

6.28
0.014

34.6
76.8

7.2×109 20×1012

結(jié) 論

 再生前,油的閃點(diǎn)、界面張力將近臨界值,介損、擊穿電壓超出運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。再生處理后,本體介損各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到并優(yōu)于新油標(biāo)準(zhǔn),本體介質(zhì)損耗因數(shù)降至1.0%


表5 清遠(yuǎn)電力局百佳變電站2號主變壓器油再生處理結(jié)果

項(xiàng) 目

外 觀

顏 色

閃點(diǎn)(閉口)
/℃

界面張力
/mN•m-1

微 水
/μL·L-1

介損(90℃)
/%

擊穿電壓/kV

體積電阻率(90℃)/Ω·m

再生前
再生后

淡黃
淡黃

159
162.8

38.8
46.7

39
5

5.43
0.033

44.9
82.2

6.21×109
1.2×1012

結(jié) 論

 再生前,油微水、擊穿電壓將近臨界值,介損超出運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)再生處理后,各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高,均達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)

 ?。?) 油再生過程中值得注意的2個問題:① 有時剛經(jīng)過再生處理的油,其所有的試驗(yàn)指標(biāo)(包括酸值在內(nèi))都符合標(biāo)準(zhǔn)要求,但使用不久后,酸值又很快地增高。其原因可能是一些溶于油的氧化物在再生處理過程中尚未被*清除干凈,也可能是油里原有的抗氧化物質(zhì)在再生處理過程中被破壞而消失了,使油易于氧化。有經(jīng)驗(yàn)的運(yùn)行人員會在再生油中適當(dāng)加一些新油混合使用,利用新油中的抗氧化物質(zhì)來起到保護(hù)作用,但混合的*比例需要經(jīng)過較為詳細(xì)的混油試驗(yàn)確定。220kV及以上電壓等級的新變壓器不宜使用再生油。② 有時剛經(jīng)過再生處理的油,其所有的試驗(yàn)指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)要求,但介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ卻未得到*改善。
 ?。?) 油再生處理應(yīng)在變壓器中進(jìn)行。濾油設(shè)備和變壓器組成閉路系統(tǒng),對強(qiáng)迫油循環(huán)變壓器,其冷卻器油泵要不斷開啟以保證變壓器繞組內(nèi)和冷卻器內(nèi)的油也*一起處理。

6 結(jié)束語

  變壓器的正常運(yùn)行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要保證,必須防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。及時維護(hù)變壓器,保證絕緣油處于良好運(yùn)行狀態(tài)是運(yùn)行單位預(yù)防事故的重要手段之一。處理不同運(yùn)行工況的變壓器油,應(yīng)通過試驗(yàn)診斷來確定其絕緣狀態(tài),并采取相應(yīng)的對策進(jìn)行維護(hù)處理。再生處理方法是運(yùn)行現(xiàn)場zui為有效的經(jīng)濟(jì)處理方法。通過油再生處理后,變壓器油介質(zhì)可以達(dá)到新油的標(biāo)準(zhǔn),變壓器的絕緣電阻可大大
提高,而介質(zhì)損耗卻大大降低。

7 參考文獻(xiàn)

[1] GB/T 7595-2000 運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).


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