220kV變壓器在線濾油技術(shù)的應(yīng)用

黃 銳，王學(xué)錦，蔡建輝

（溫州電力局，浙江 溫州 325000）

變壓器是電力系統(tǒng)中投資金額較大的重要電氣設(shè)備，絕緣油作為變壓器絕緣和散熱的介質(zhì)，與變壓器內(nèi)部可能出現(xiàn)的各類故障密切相關(guān)，絕緣油的狀況將直接影響變壓器的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，而變壓器在線濾油裝置將是絕緣油處理的有力工具。

1 變壓器在線濾油裝置需滿足的條件

當(dāng)變壓器本體的絕緣油各項(xiàng)性能指標(biāo)超標(biāo)時(shí)，傳統(tǒng)的變壓器絕緣油處理方式是停役變壓器，采用真空濾油裝置對(duì)絕緣油進(jìn)行真空加熱脫氣、脫水處理。根據(jù)《電氣預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求，充油電力設(shè)備在注油后應(yīng)有足夠的靜置時(shí)間才可進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，500kV，220kV和110kV變壓器分別要靜置72 h，48 h和24 h以上。停電時(shí)間長(zhǎng)、受天氣環(huán)境影響大，需要大量人、材、機(jī)具的配合，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，增加運(yùn)行成本和檢修成本，且大大影響供電可靠性。而變壓器在線濾油裝置的應(yīng)用，則可克服上述弊端。在線濾油裝置應(yīng)滿足以下條件。

（1）若加熱的溫度過(guò)高，會(huì)對(duì)油的特性產(chǎn)生永久性的破壞；若溫度太低，又不能把油中的水分排出，因此在油處理工藝中需把溫度和真空值控制在適當(dāng)范圍內(nèi)。

（2）在線濾油裝置在運(yùn)行中，要保證在變壓器內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生油流帶電的結(jié)果，不出現(xiàn)變壓器非電量保護(hù)裝置動(dòng)作發(fā)出信號(hào)或跳閘事故。

（3）在線濾油系統(tǒng)在濾油過(guò)程中出現(xiàn)電壓異常或本體漏油等異常情況時(shí)，可以有效地隔離油路、停電報(bào)警，在濾油過(guò)程中具有遠(yuǎn)方運(yùn)行狀態(tài)檢測(cè)及控制的功能。

（4）在線濾油裝置不會(huì)因本身原因產(chǎn)生故障特征氣體。

（5）在線濾油過(guò)程中能脫氣、脫水和濾除雜質(zhì)，保持油的良好絕緣特性和穩(wěn)定性。

2 在線濾油裝置工作原理

2.1 系統(tǒng)組成

變壓器內(nèi)的水分約99%存在于固體絕緣中，只有約1%的水分溶解在油中。當(dāng)油溫上升時(shí)，固體絕緣中的水份溶解到油中；當(dāng)油溫降低時(shí)，油中水份將被固體絕緣材料吸收，使得固體絕緣材料中含水量增加。隨著油溫變化，固體絕緣材料中的水份和油中水份之間始終保持動(dòng)態(tài)平衡。

在線濾油裝置基于這種動(dòng)態(tài)平衡關(guān)系，采用小流量、低真空方式對(duì)變壓器油抽取加熱。油溫上升時(shí)固體絕緣材料中的水份向油中轉(zhuǎn)移，運(yùn)用液體活塞和氣泡床進(jìn)行油的脫水、脫氣，降低油中的水份，進(jìn)而降低固體絕緣材料中的水份含量，如此循環(huán)最終達(dá)到降低固體絕緣材料和變壓器油中水份含量的目的。

在線濾油裝置由泵、液體活塞、噴霧系統(tǒng)、過(guò)濾器、加熱器、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)等部分組成，油泵提供變壓器油循環(huán)動(dòng)力；液體活塞對(duì)變壓器油進(jìn)行第1次脫水脫氣；通過(guò)噴霧系統(tǒng)進(jìn)行變壓器油的第2次脫水脫氣；過(guò)濾器（末級(jí)：0.1 μm）去掉油中的雜質(zhì)顆粒；加熱器保持住適當(dāng)?shù)挠蜏?；控制系統(tǒng)提供裝置的監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)方遙控功能，裝置各部分的運(yùn)行都由計(jì)算機(jī)程序控制。

2.2 液體活塞原理

液體活塞是由油泵循環(huán)運(yùn)行產(chǎn)生液面上升和下降的物理過(guò)程。

第1階段為抽真空階段，如圖1所示，油泵將油從設(shè)備中抽出，油下沉，類似1個(gè)活塞，產(chǎn)生從油中分離氣體和水汽的真空。第2階段為壓縮階段，如圖2所示，油泵反轉(zhuǎn)，釋放出的水汽混合后被上升油面（液體活塞向上運(yùn)動(dòng)）逐漸壓縮，當(dāng)壓力上升時(shí)首先發(fā)生水汽冷凝（凝結(jié)的輕分餾油自動(dòng)混合后返回油中，該方法能保證對(duì)油的性質(zhì)沒(méi)有影響），然后氣體經(jīng)逆止閥排向大氣中，這個(gè)過(guò)程連續(xù)進(jìn)行直到整個(gè)設(shè)備充滿了油，接著開(kāi)始另一個(gè)新的抽真空階段。

圖1 油抽真空

圖2 混合水氣被壓縮

2.3 氣泡床原理

為了有效地從絕緣油中分離水份和氣體，必須保證有適合的溫度、真空度和大的接觸介面。局部調(diào)整從變壓器中出來(lái)的絕緣油到最佳溫度，為了產(chǎn)生帶有大接觸介面的氣泡（氣泡床），熱油和從油中分離的氣體在真空中通過(guò)噴射器混合。油中的氣體和潮氣擴(kuò)散成氣泡被聚結(jié)而破裂，水份在冷凝罐中收集成冰，周期性解凍后作為液體收集。

3 在線濾油技術(shù)的應(yīng)用及分析

某220kV變電站2號(hào)主變型號(hào)為OSFPS7-150000/220，變電容量為15萬(wàn)kVA，電壓等級(jí)為220kV，冷卻方式為風(fēng)冷強(qiáng)油循環(huán)。某日主變本體油含氣量超標(biāo)，輕瓦斯繼電器頻繁動(dòng)作。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)主變本體油色譜及瓦斯繼電器內(nèi)氣樣分析，試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。甲烷、乙炔、總烴油色譜分析數(shù)值在合格范圍內(nèi)，即變壓器本體內(nèi)部不存在高能量放電，采用氣樣平衡法分析特征氣體后，確定是由于在運(yùn)行過(guò)程中1組冷卻器潛油泵滲漏油而存在負(fù)壓區(qū)，導(dǎo)致大量空氣進(jìn)入主變本體引起變壓器油中含氣量增加并達(dá)到飽和狀態(tài)，當(dāng)外界環(huán)境溫度變化，油中氣體析出引發(fā)主變本體輕瓦斯繼電器頻繁動(dòng)作發(fā)信。

表1 2號(hào)主變本體油色譜數(shù)據(jù)及瓦斯繼電器內(nèi)氣體含量對(duì)比 mg/L

表2 2號(hào)主變本體油試驗(yàn)數(shù)據(jù)mg/L

找到氣體瓦斯繼電器頻繁動(dòng)作的原因后，對(duì)冷卻器強(qiáng)油泵處作了封堵處理。為提高220kV變壓器的安全、可靠運(yùn)行和保證供電可靠性，降低變壓器本體絕緣油的含水量和含氣量，提高絕緣油的絕緣特性，加裝在線濾油裝置對(duì)2號(hào)主變進(jìn)行帶電濾油，使用前后變壓器油監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況如表2所示。

從表2中可以看出在加裝在線濾油裝置后，氫氣、一氧化碳、油中含氣量及油介損、微水隨著時(shí)間的推移逐漸減低，油耐壓試驗(yàn)值逐漸增大，油的電氣絕緣強(qiáng)度提高。

主變冷卻方式為風(fēng)冷強(qiáng)油循環(huán)，在線濾油初期由于只啟動(dòng)2組冷卻器，主變本體油循環(huán)不徹底，導(dǎo)致油中含氣量數(shù)值出現(xiàn)波動(dòng)，將主變?nèi)坷鋮s器投入運(yùn)行后含氣量逐步下降并趨于穩(wěn)定。

在線濾油裝置采用低真空、小流量的工作方式，在短時(shí)間內(nèi)主變本體油中的特征氣體含量下降較緩慢；氫氣、一氧化碳由于分子量較小，氣體含量下降的幅度較大。

4 結(jié)語(yǔ)

在線濾油技術(shù)在某變電站220kV變壓器上的應(yīng)用表明，在線濾油能在變壓器不停電的工況下，成功降低變壓器絕緣油的含氣量和含水量，使得油的電氣絕緣強(qiáng)度顯著提高，絕緣性能穩(wěn)定。并且減少設(shè)備停役時(shí)間、降低檢修勞動(dòng)強(qiáng)度和運(yùn)行成本，提高變壓器的使用壽命和可靠運(yùn)行率，采用小流量、低真空的工作方式，可杜絕油流帶電及瓦斯動(dòng)作的可能性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和推廣價(jià)值。

[1]錢旭耀.變壓器油及相關(guān)故障診斷處理技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2008.

[2]操敦奎.變壓器色譜分析與故障診斷[M].北京：中國(guó)電力出版社，2010.