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淺談變壓器絕緣油的維護與再生

日期:2021-10-14 06:45
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摘要:淺談變壓器絕緣油的維護與再生摘要:簡要分析了運行變壓器絕緣油油質劣化的原因及維護處理對策,著重介紹了油再生處理的好處和經濟性,給出了變壓器絕緣油的再生實例及進行油再生處理應注意的問題,以期有助于變壓器絕緣油的運行維護工作。淺談變壓器絕緣油的維護與再生:    變壓器壽命就是油和紙絕緣系統的壽命。變壓器內部固體絕緣--纖維素紙的老化和逐漸裂解是變壓器內部一些化學反應的結果,固體絕緣材料具有不可逆的老化特性,且在日常運行中是無法維護的。而變壓器液體絕緣--油的老化和降質是可以進行凈化和再生處理的,而且,經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的關鍵設備之一,其運行的可靠性和壽命的長短對電力系統的安全、經濟、可靠運行起著舉足輕重的作用。由于變壓器絕緣油質量的優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系到變壓器壽命的長短,因此,對變壓器絕緣油的運行維護工作在電力系統中顯得尤為重要。做好了這項關鍵工作,不僅可以節省能源、節約資金、利于環保,而且還可以延長變壓器的使用壽命。1 變壓器油的油質分級和試驗診斷1.1 油質分級  變壓器絕緣油按油質的好壞可分為7
淺談變壓器絕緣油的維護與再生

摘要:簡要分析了運行變壓器絕緣油油質劣化的原因及維護處理對策,著重介紹了油再生處理的好處和經濟性,給出了變壓器絕緣油的再生實例及進行油再生處理應注意的問題,以期有助于變壓器絕緣油的運行維護工作。
淺談變壓器絕緣油的維護與再生:
    變壓器壽命就是油和紙絕緣系統的壽命。變壓器內部固體絕緣--纖維素紙的老化和逐漸裂解是變壓器內部一些化學反應的結果,固體絕緣材料具有不可逆的老化特性,且在日常運行中是無法維護的。而變壓器液體絕緣--油的老化和降質是可以進行凈化和再生處理的,而且,經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的關鍵設備之一,其運行的可靠性和壽命的長短對電力系統的安全、經濟、可靠運行起著舉足輕重的作用。由于變壓器絕緣油質量的優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系到變壓器壽命的長短,因此,對變壓器絕緣油的運行維護工作在電力系統中顯得尤為重要。做好了這項關鍵工作,不僅可以節省能源、節約資金、利于環保,而且還可以延長變壓器的使用壽命。

1 變壓器油的油質分級和試驗診斷

1.1 油質分級

  變壓器絕緣油按油質的好壞可分為7級(見表1)。

 

表1 變壓器油的油質分級

等 級油 質顏 色酸  度界面張力
/mN?m-1

對變壓器的影響程度

1良好淺黃0.03~0.1030~45 可提供有效的冷卻,保護絕緣
2較好黃色0.05~0.1027~30 油的氧化物引起界面張力下降,油泥開始形成
3合格亮黃0.11~0.1524~27 脂肪酸覆蓋繞組,絕緣中可能有污物排入油中
4不佳琥珀色0.16~0.4018~24 鐵心和繞組上開始有油泥沉積, 散熱片內表面會首先沉積油泥
5很壞褐色0.41~0.6514~18 沉積的油泥不斷氧化和硬化,絕緣發生收縮
6極壞深褐色0.66~1.509~14 油泥隔絕冷卻表面,堵塞油道
7故障黑色≥1.516~9 大量油泥形成

  由表1可知,第1等級的油具有各種優良指標;第2、3等級的油是在“預防維護”范圍內,屬于較好等級的油。這種油雖然所有功能仍能維持,但當其界面張力降到27.0mN/m時,標志著溶解狀態的油泥已開始形成,建議這時應對變壓器進行檢修;后3級油為“故障維護”階段的油,要求馬上維護處理;幾乎所有油質為“壞油”級變壓器的內部零件上都有油泥沉積。油的等級到達“故障”級,此時要考慮的應是變壓器的剩余壽命而不僅僅
是油質狀況了。
1.2 油質劣化的原因
  (1)運行條件的影響。變壓器在正常條件下運行時,油具有一定的氧化安定性,但當變壓器超負荷運行或因局部過熱而導致油溫升高時,油的老化會加速,油的質量會變差。
  (2)設備條件的影響。當變壓器的密封性不好時,漏氣、漏水會加速油的氧化和老化;呼吸器內的干燥劑失效沒有及時處理或凈油器(熱虹吸器)內的吸附劑失效后未能及時更換等都會促使油氧化變質;絕緣材料與油的相容性不好,也會促進油的老化。
  (3) 油污染的影響。容器內表面不清潔造成的污染較為常見,而混油時處理不當也可造成污染。
  (4) 油中酸和水的影響。①酸。變壓器油的酸值(或中和值)達到0.10mgKOH/g就已經明顯地損害了變壓器的纖維質(紙),變壓器油酸值的升高是緩慢、恒穩和持續的,并且與油的**降解密切相關,當酸值達到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反應中都要產生水,這些水反過來又進一步加速油
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,許多時候變壓器內的絕緣紙含水很高,而油卻是干燥的,水參與紙絕緣的化學分解、水還有形成減弱紙絕緣強度的作用,當含水量為干燥紙的3%時,纖維素實際上已經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 試驗診斷及其對策
  運行經驗表明,對油進行周期性測試(1年1次),是可以促進油質經常處于“良好”狀態的有效措施,尤其對于已經進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 運行中變壓器油的診斷及對策[1]

項  目

超標數據

診  斷

對  策

閃  點

 比新油標準低5℃
 比前次試驗低5℃

 設備存在局部過熱或放電故障;補錯了油

 查明原因消除故障,進行真空脫氣處理或換油

擊穿電壓/kV

 500kV設備:≤50
 300kV設備:≤45
 66~220kV設備:≤35
 20~35kV設備:≤30

 油中水分含量過大;油中有雜質顆粒污染

 查明原因,進行真空濾油或更換新油

界面張力/mN?m-1

 <19

 油質老化嚴重,油中有可溶性酸或沉淀性油泥析出;油質污染

 結合酸值、油泥的測定采取對策,進行再生處理或更換新油

介質損耗因數(90℃)

 500kV設備:>0.02
 300kV以下設備:>0.04

 油質老化程度較深;油被污染;油中含有極性雜質

 檢查酸值、水分、界面張力、進行再生處理,或更換新油

體積電阻率(90℃)/Ω·m

 <(1010~1011

 油質老化程度較深;油被污染;油中含有極性雜質

 應查明原因,對少數設備可換油

油泥與沉淀物

 有油泥和沉淀物存在(質量在0.02%以下可忽略不計)

 油質老化;雜質污染

 進行油處理;如經濟合理可換油


2 變壓器油的維護

  根據對變壓器油進行試驗診斷的結果,運行人員應對變壓器油進行維護,以使變壓器在“無油泥范圍”內運行,從而防止在變壓器油中形成氧化產物而縮短變壓器的壽命。
2.1 維護措施
  運行現場常用的維護措施主要是:
  (1) 加強對油的監督,采取合理對策,避免或減緩油的劣化。
  (2) 采用正確的方法對已劣化或不合格的油經過適當的處理(含再生),使其恢復到原有性能。
2.2 處理對策
  (1) 凈化。油凈化是變壓器有效的防護性措施,通過凈化可提高油的擊穿電壓水平。
  (2) 再生。變壓器的全部油量通過濾油機重復循環獲得再生,與此同時,他還能徹底地“沖洗”變壓器,比換油的效果更好。
  (3) 去油泥。去油泥是早期的現場處理,應當在油泥硬化之前進行。
  (4) 干燥。一般采用傳統工藝,即在現場加熱析出水分,需要的時間較長。
2.3 維護措施分析
  變壓器油和纖維質絕緣材料正像其他有機材料一樣,在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等制造材料催化作用影響,發生化學變化,這個過程稱為“老化”。*終的結果是限制了變壓器的使用壽命。盡管制造廠在設計制造中采用了使設備密封防止空氣進入等方法以改善油質,但是油和紙絕緣的劣化仍可能發生。
  其實,變壓器油的再生和油泥去除早在35年以前就已經在美國和其他國家得以應用,且用硅藻土進行油再生的方法已經被IEC422標準所采納和推薦。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措施。這是國內變壓器制造廠、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。
  (2)油再生處理。預防性維護是充油設備*好的保養方法,其*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。當變壓器油還沒有劣化到只能靠檢修才能完全解決其中油泥問題的程度時,對油進行再生處理是*可取的中間措施。再生處理是讓油在變壓器和濾油設備之間閉路循環,使變壓器油在60~70℃的油溫下重復循環8~10次,變壓器油的質量將可滿足IEC和國標要求,但必須根據油的試驗確定。十分重要的是,對變壓器中的油進行再生熱循環處理,不僅可將油恢復到類似或超出新油標準的狀態,而且通過熱油循環,還可使沉積在變壓器內部的油老化生成物溶解于熱油中,變壓器油通過再生設備可除去油中的酸、水分及油降解的其他生成物,即他對變壓器可起到一次徹底“沖洗”作用。如果單純用干凈油更換變壓器內嚴重劣化的油(臟油),變壓器*終還是一臺臟的變壓器,變壓器油還會很快劣化。變壓器絕緣系統采用油再生、去油泥、換新油等方法后的預期壽命趨勢圖見圖3。


圖3 變壓器絕緣系統預期壽命趨勢圖
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 優點
  (1)保護環境,防止污染(濾油設備應具備此功能)。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境的污染。
  (2)保護資源,節省費用。變壓器油再生可以節省資金,IEEE變壓器委員會堅持認為,推廣油再生所獲得的*大好處在于用適當的再生油代替大量價格昂貴、通常在運行中需要加以維護和補充的新油。
  (3)延長變壓器的使用壽命。通過在現場進行變壓器油再生循環處理,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行油再生處理。
3.2 經濟合理性
  一般來說,變壓器油再生的費用低于重新充注新油的費用。但是,在確定是否采用油再生處理時,應在經濟上證明是合理的。
  IEEE提出,在證明變壓器油再生處理的經濟合理性時要考慮下列因素:① 材料費用; ② 在運行中對老化和/或受污染材料的處置;③依*終產品質量而異的過程的總費用;④ 設備維護和折舊;⑤ 油的收集和貯存費用;⑥ 勞務和運輸費用;⑦ 試驗室費用。
  重要的是,油再生處理不僅僅只是將油恢復到“類似新的”狀態,他還具有使變壓器復原的功用,這一點正日益被人們所認識。
3.3 油再生處理設備
  油再生處理設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,包括油泵和其所需的儀表。車載系統可以到變壓器的現場進行油處理--重整或再生。在現場,利用車載再生系統可以使劣化油恢復到新油標準。
3.4 油再生處理的過程

  油再生處理的過程是使嚴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物,將油加工(加入足夠的抗氧化劑)恢復到像新油一樣運行特性的過程。
  就地再生處理,就是用泵將油從變壓器底部抽出,經過加熱,然后通過諸如白土吸附劑床進行過濾、脫氣和脫水后再從上部返回到變壓器。該過程是連續進行的,當油達到規定的指標時,結束處理過程。
  經過正確再生處理過的油,其各項化學和物理指標幾乎可以達到新油的標準,甚至可把他當作新油看待。

4 變壓器油的再生實例


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500kV主變壓器的現場油再生處理,在18天內完成了235t不合格變壓器油的再生處理,并完全達到新油標準。表3為變壓器油再生后的實測數據。

表3 大亞灣核電站2號主變壓器油再生前、后的實測數據

項 目外 觀顏 色閃 點
/℃
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 論

 再生前,油的擊穿電壓、水溶性酸、界面張力等指標偏低,介損超出運行油標準。經再生處理后,各項指標明顯提高,均達到新油標準

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

5 (淺談變壓器絕緣油的維護與再生)油再生處理應注意的問題

  (1) 應注意以下3種來源的變壓器油不能用再生的方法進行處理:① 含有阿斯卡列多氯聯苯電解液體的油; 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。他們通常應當單獨處理。

表4 珠海新堂變電站1號主變壓器油再生處理結果

項 目

外 觀

顏 色

閃點(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 論

 再生前,油的閃點、界面張力將近臨界值,介損、擊穿電壓超出運行油標準。再生處理后,本體介損各項標準達到并優于新油標準,本體介質損耗因數降至1.0%


表5 清遠電力局百佳變電站2號主變壓器油再生處理結果

項 目

外 觀

顏 色

閃點(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 論

 再生前,油微水、擊穿電壓將近臨界值,介損超出運行油標準。經再生處理后,各項指標明顯提高,均達到新油標準

  (2) 油再生過程中值得注意的2個問題:①有時剛經過再生處理的油,其所有的試驗指標(包括酸值在內)都符合標準要求,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徹底**干凈,也可能是油里原有的抗氧化物質在再生處理過程中被破壞而消失了,使油易于氧化。有經驗的運行人員會在再生油中適當加一些新油混合使用,利用新油中的抗氧化物質來起到保護作用,但混合的*佳比例需要經過較為詳細的混油試驗確定。220kV及以上電壓等級的新變壓器不宜使用再生油。②有時剛經過再生處理的油,其所有的試驗指標都符合標準要求,但介質損耗因數tgδ卻未得到徹底改善。
  (3)油再生處理應在變壓器中進行。濾油設備和變壓器組成閉路系統,對強迫油循環變壓器,其冷卻器油泵要不斷開啟以保證變壓器繞組內和冷卻器內的油也徹底一起處理。

6 (淺談變壓器絕緣油的維護與再生)結束語

  變壓器的正常運行是對電力系統安全、可靠、上等、經濟運行的重要保證,必須防止和減少變壓器故障和事故的發生。及時維護變壓器,保證絕緣油處于良好運行狀態是運行單位預防事故的重要手段之一。處理不同運行工況的變壓器油,應通過試驗診斷來確定其絕緣狀態,并采取相應的對策進行維護處理。再生處理方法是運行現場*為有效的經濟處理方法。通過油再生處理后,變壓器油介質可以達到新油的標準,變壓器的絕緣電阻可大大
提高,而介質損耗卻大大降低。

7 參考文獻

[1] GB/T 7595-2000 運行中變壓器油質量標準.


 
  作者簡介:張淑珍(1952-),女,工程師,從事高電壓專業技術研究與國內電力系統高電壓專業工作網的專業技術管理工作;
李 東(1963-),女,上等工程師,從事技術信息管理工作;
傅錫年(1947-),男, 碩士,上等工程師(教授級),從事變壓器運行技術研究工作。


 
 
 
淺談變壓器絕緣油的維護與再生油凈化裝置:變壓器多功能再生濾油機

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