變壓器油再生工藝在檢修中的應(yīng)用

王　航，吳岳鵬

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南，長沙 410004）

變壓器油再生工藝在檢修中的應(yīng)用

王航，吳岳鵬

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南，長沙 410004）

摘要：針對五強溪水電廠4號、5號主變壓器油介損超標問題，介紹了一種變壓器油再生工藝。分析了變壓器油的老化機理，探討了變壓器油再生處理的常用方法，重點介紹了變壓器油處理工藝在五強溪水電廠主變檢修中的應(yīng)用。通過分析對比油再生前后的試驗數(shù)據(jù)，證明了這種油再生工藝的有效性，為處理同類變壓器油介損超標問題提供了可靠的解決辦法。

關(guān)鍵詞：變壓器；油再生；老化；檢修；介損

1　引言

五強溪水電廠裝有5臺500 kV主變壓器，其型號為：SSP-300000/500,額定容量300MVA，油重58 t，油牌號為25號，由沈陽變壓器廠制造。4號變壓器1996年6月投運，5號主變壓器1996年12月投運，分別在2013年與2014年通過油樣試驗檢查發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣油介損超標。

2　變壓器油介紹

2.1變壓器油的化學成分

變壓器油是一種天然礦物油，它是天然石油在精煉的過程中，利用油的各個組分的沸點不同，經(jīng)過蒸餾提取，選取280～360℃的沸點范圍內(nèi)的蒸餾組分。其主要成分是碳氫化合物，包括烷烴、環(huán)烷烴及芳香烴等，還有少量的硫、氧、氮等物質(zhì)。烷烴的化學式為CnH2n+2,它的分子結(jié)構(gòu)呈線性鏈狀結(jié)構(gòu)，而環(huán)烷的化學式為CnH2n，其分子結(jié)構(gòu)就象一根項鏈，呈閉合的鏈狀結(jié)構(gòu)，這兩種成分占變壓器油組分的80% ~90%，還有10%~20%是芳香烴及多環(huán)芳香烴。

2.2變壓器油的作用

變壓器油在變壓器正常運行過程中，主要有以下作用：絕緣作用；散熱作用；消弧作用。

2.3變壓器油的老化機理

變壓器油的老化過程，是指變壓器油在光、熱、氧、電弧、電場、磁場、輻射等的物理化學因素的作用下，顏色、氣味、運動粘度及介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ等物理性能發(fā)生了變化，其介電性能逐漸下降或變壞的過程。這是一個比較復(fù)雜的物理、化學變化過程。

變壓器油的老化過程基本上可分為熱氧化和電氣老化兩種，這兩種老化的作用機理不同，老化的后果對油的介電性能產(chǎn)生較大的影響。

變壓器油的熱氧老化是指變壓器油在光、熱、電磁場及各種金屬的作用下發(fā)生的老化。其原理是將氧分子視為不飽和的化合物，它不需經(jīng)過解離成原子而直接用整個分子去同被氧化的物質(zhì)（烴分子）相結(jié)合生成過氧化物，這種氧化物本身極不穩(wěn)定且具有更強的氧化能力，能進一步氧化其他難以氧化的物質(zhì)。

變壓器油的電氣老化是指變壓器油在運行過程中由于電場、磁場、電弧或者電暈等游離放電的電離作用，導(dǎo)致液體介電性能下降或物理、化學性能逐漸變壞的過程。電氣老化主要是由于電介質(zhì)內(nèi)部微觀游離放電對變壓器油的作用和影響造成的。

3　油再生工藝介紹

3.1變壓器油的再生處理方法

對老化變壓器油進行再生處理的方法很多，一般常用的方法有下列幾種：

3.1.1離心分離過濾法

對于污染較嚴重的變壓器油，可先用離心分離機進行分離過濾，用過濾的方法除去游離炭黑、粉塵等機械雜質(zhì)。然后再以水洗法帶走可溶性酸、堿及有機鹽等水溶性雜質(zhì)。需注意的是，分離過濾前要把油加熱到70～80℃，在加壓下或高真空下進行。

3.1.2活性吸附劑接觸法

這種方法可以除去油中的低分子酸、溶于油中的皂化物或聚合物，或過多的不穩(wěn)定的不飽和碳氫化合物。吸附劑一般有三種：一種是活性碳、骨碳之類多空隙物質(zhì)；一種是天然硅鋁化合物，即各種活性白土；一種是用化學方法制造的高空隙的硅膠或鋁膠（如粗孔硅膠、變色硅膠等）。

利用活性白土、氧化鋁等活性劑，或者用粗孔硅膠、變色硅膠等具有較強吸附能力的物質(zhì)，對老化的變壓器油進行凈化處理，從而除去油中的水分、色素、樹脂狀物、不飽和烴、有機酸，以及氧、硫等化合物有害成分，這種方法叫活性接觸法。白土是一種天然礦物質(zhì)，俗名叫蒙脫石、膨潤土、蘇州土等。

3.1.3真空霧化脫水法

變壓器油受潮以后，為了除去水分，可在真空罐中減壓至79.8 kPa后，加熱到70℃以上，使油在真空狀態(tài)下霧化脫水，從而去除水分。

3.1.4濃硫酸酸洗法

對于嚴重老化的變壓器油，為了除去油中樹脂類物質(zhì)及瀝清質(zhì)物質(zhì)，可用90%～96%的濃硫酸進行酸洗，從而除去這類雜質(zhì)。經(jīng)酸洗去除酸渣后，再進行堿洗中和、水洗后以熱空氣吹干。

3.1.5白土綜合處理法

變壓器油中酸值小于或等于0.25時，可用白土接觸法或硅膠吸附法進行過濾，但如果酸值大于0.25時，就必須利用綜合處理法處理。酸值在0.25～0.5的范圍之內(nèi)，用酸白土法或堿白土法再生；如果酸值大于0.5以上就必須使用酸—堿—白土法或酸—堿—白土—水洗—白土法再生處理，方可除去過高的酸值。

3.1.6添加劑法

為了防止變壓器油的電氣老化，還要在變壓器油中加入抗電壓老化添加劑，比如三苯甲基、二硝基苯酚、2—叔丁基萘醌等物質(zhì)。這些物質(zhì)能有效地清除液體電介質(zhì)內(nèi)的游離基，阻止“析氣現(xiàn)象”的產(chǎn)生或減少油中“X蠟”的生成，從而延長變壓器油的電氣使用壽命，延緩油的老化過程。在一般情況下，加入添加劑，要根據(jù)具體情況而定，沒有特殊要求。但因其比例較難掌握，且負面作用較大，故不應(yīng)隨便應(yīng)用此方法。多數(shù)情況下是在經(jīng)過再生處理的新油中混入新的變壓器油，以此增加不飽和多環(huán)芳香的含量，比如蒽、芴、菲等，以增加其不飽和性和電壓穩(wěn)定性，從而增強其抗氧化性，有利于在運行中防止氧化和酸價的增高，從而延緩油的老化過程，同時也可適當降低運動粘度指標和其它理化指標。

3.1.7真空吸收法

對于發(fā)生故障的變壓器內(nèi)的變壓器油，其再生方法是利用真空吸收法吸出溶于油中的氣體。收集并對這些氣體進行化學分析，有助于我們判斷變壓器故障的性質(zhì)和原因。

3.2真空濾油工藝介紹

真空過濾工藝是對變壓器油進行過濾清潔處理的主要工藝之一，其目的是清除變壓器油在生產(chǎn)、運輸以及安裝使用過程中摻入的水分或雜質(zhì)，從而確保變壓器能夠正常發(fā)揮其作用。

真空過濾工藝得以實現(xiàn)所依賴的理論原理是：油和水在同一壓力下的汽化溫度存在差異。其具體工藝流程原理是：將需要處理的變壓器油置于真空環(huán)境中，然后對其進行加熱，此時油的粘度降低，并且由于水與油具有不同的氣化溫度，因此水分被蒸發(fā)出來，從而達到油水分離的目的。

3.2.1變壓器油的真空過濾的步驟

（1）過濾機吸入待處理的變壓器油，利用過濾機內(nèi)外壓差，并通過一級過濾網(wǎng)對油內(nèi)摻雜大顆粒雜質(zhì)進行過濾；

（2）進行初步處理的變壓器油進行加熱，使用電加熱器將油加熱到75℃左右；

（3）經(jīng)過加熱的變壓器油被均勻噴灑在真空桶內(nèi)的鐵絲網(wǎng)上，此時變壓器油與空氣的接觸面積加大，油內(nèi)水分氣化成水蒸氣并被真空泵吸出；

（4）經(jīng)過水分蒸發(fā)處理的變壓器油被送入二級過濾裝置中，在該裝置中過濾到小顆粒雜質(zhì)之后，即完成過濾工作。另外，被真空泵吸出的水蒸氣會被排入冷凝系統(tǒng)，經(jīng)過冷凝后將廢水排出濾油機外。

3.2.2真空濾油工藝在檢修中的作用

真空過濾的作用是對變壓器油內(nèi)的水分等雜質(zhì)進行過濾，從而提高變壓器油的純凈度，避免油的性能發(fā)生較大變化，降低變壓器故障的發(fā)生幾率。另外，油在變壓器工作過程中會發(fā)生一定的化學反應(yīng)而產(chǎn)生一些不良氣體，導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)故障，因此真空過濾工藝還能濾掉溶于油的不良氣體，保證變壓器油的良好性能。

在使用這種工藝對變壓器進行檢修時，需要注意以下3點：

（1）加強對真空濾油機的管理及日常維護；

（2）對濾油過程巡視檢查，及時發(fā)現(xiàn)濾油機的工作異常，并采取正確措施進行處理；

（3）合理安排變壓器油的取樣時間，最好每24 h取樣一次，確保濾油作業(yè)取得良好效果。

4　油再生工藝實踐

4.1變壓器油再生前的準備工作

4.1.1備用油罐準備

（1）在絕緣油庫選定2個備用油罐；

（2）用真空濾油，將備用油罐內(nèi)的油抽到其他油罐；

（3）用無毛破布將油罐內(nèi)壁殘油抹干凈后，再用面粉將內(nèi)壁雜質(zhì)清潔干凈。

4.1.2再生裝置使用前檢查

（1）將再生裝置置于絕緣油庫外平整的地面上，仔細檢查整機連接螺栓無松動；

（2）特別檢查電機與油泵的連接可靠且同心；（3）檢查設(shè)備外殼接地良好；

（4）通電檢查電機旋轉(zhuǎn)方向正確。

4.1.3濾油機使用前檢查

（1）濾油機3級濾芯均清洗完成，濾油通道處于干凈、暢通狀態(tài)；

（2）檢查、處理濾油機真空泵潤滑油滿足使用條件；

（3）檢查濾油機水源、電源、外殼接地滿足使用要求。

4.2變壓器油再生

4.2.1管路連接

（1）將再生裝置的進油管連接到主變底部的注排油閥接口，將再生裝置的出油管連接到備用油罐的進油閥接口。管路連接如圖1所示。

（2）再生裝置設(shè)備如圖2所示。

4.2.2再生操作

（1）從裝料孔裝入再生粗空硅膠，距離油噴頭200 mm左右即可（20 kg/包的硅膠需更換4包），密封裝料孔；

（2）打開主變底部的排油閥、備用油罐的進油閥；

圖1　主變壓器油再生管路連接示意圖

圖2　再生裝置設(shè)備示意圖

（3）打開再生裝置兩側(cè)的進、出油閥，打開上部的排氣閥和下部的真空排氣閥；

（4）啟動進油泵，待進油時間約2min左右關(guān)閉頂部排氣閥（注意不能讓排氣閥溢出油）；待油液到達再生裝置的液位計上液位時，關(guān)閉中部真空排氣閥并啟動出油泵，再生后的油經(jīng)過二級過濾器、出油泵、精濾器注入備用油罐。

4.2.3粗空硅膠更換操作

（1）從裝置的觀察孔判斷，粗空硅膠由白色變?yōu)楹稚蛟偕偷念伾珱]有變化即可更換粗空硅膠；

（2）停止進油泵的運行，打開再生裝置上的排氣閥；

（3）待再生裝置的液位計看不到油位時停止出油泵；

（4）打開中部真空排氣孔，靜置再生罐直至無滴油聲時拆開排渣孔；

（5）取出變色粗空硅膠后關(guān)閉排渣孔，將新的粗空硅膠從裝料孔裝入即可；

（6）按再生操作步驟重新啟動再生裝置。

4.3再生油熱油循環(huán)

4.3.1將濾油機的進油管連接在備用油罐底部的排油閥上，將真空濾油機的出油管連接到備用油罐的進油閥上。

4.3.2啟動真空濾油機，同時投入3組加熱器對再生后的變壓器油進行熱油循環(huán)；當濾油機出口油溫大

于60℃后繼續(xù)熱油循環(huán)24 h，并維持濾油機出口油溫在（60～70）℃。

4.3.3取油樣檢查分析再生油的耐壓、介損、水分、含氣量等指標。

4.3.4油樣分析合格后，停止濾油機進出油泵、真空泵，關(guān)閉連接閥門，拆除熱油循環(huán)管路。

4.3.5管路連接如圖3所示。

圖3　再生油熱油循環(huán)管路示意圖

5　油再生試驗數(shù)據(jù)分析

五強溪水電廠4號5號主變壓器油再生前后的試驗結(jié)果如表1所示。通過表中的試驗數(shù)據(jù)可以看出，變壓器油經(jīng)過再生處理后，其介損有效的降低了，均達到標準值。

表1　油再生處理前后變壓器油試驗數(shù)據(jù)

6　結(jié)束語

通過變壓器油再生處理工藝在五強溪水電廠500kV變壓器油介損超標處理中的應(yīng)用，可以發(fā)現(xiàn)經(jīng)過再生處理，絕緣油的介損能有效降低至標準值，如新油一樣正常使用，可以節(jié)省能源，節(jié)約資金，減少污染，同時延長變壓器的使用壽命。

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中圖分類號：TM858

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0081-04

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.024

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：王航（1989-），男，助理工程師，從事水電廠發(fā)電機組檢修工作。