運(yùn)行變壓器油防劣化措施的實(shí)際應(yīng)用

王慧艷

（陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司，山西晉城 048102）

1 變壓器油劣化的危害

變壓器在電廠輸送電環(huán)節(jié)起著舉足輕重的作用。變壓器線圈及絕緣材料浸泡在變壓器油中，變壓器油的品質(zhì)好壞直接影響著變壓器的使用壽命。變壓器油在變壓器中的主要作用為絕緣、散熱冷卻以及滅弧[1]。充油變壓器投入運(yùn)行后，變壓器油會(huì)受到空氣中的氧氣、工作溫度、電場、電弧及水分、雜質(zhì)和金屬催化劑（銅、鐵材料）等各種外界因素的影響而逐漸被氧化變質(zhì)。隨著氧化程度的加深，油中逐漸會(huì)生成各種酸及酸性物質(zhì)，當(dāng)油中同時(shí)含有低分子有機(jī)酸和水分時(shí)，就提高了油品的導(dǎo)電性，明顯降低了設(shè)備的電絕緣水平，縮短了設(shè)備的使用壽命[2]68-76。另外，油中的酸性物質(zhì)還會(huì)使設(shè)備構(gòu)件中使用的銅、鐵等金屬材料腐蝕生成各類金屬鹽，這些鹽又進(jìn)一步加速油的氧化，生成更多的酸性物質(zhì)，最終造成絕緣油的深度劣化，產(chǎn)生油泥并黏附在絕緣材料、變壓器殼體邊緣的壁上，或沉積于循環(huán)油道、冷卻散熱片等地方，不僅嚴(yán)重影響散熱，引起線圈局部過熱，使變壓器工作溫度升高，降低設(shè)備額定出力，而且加速固體絕緣材料老化和收縮，造成變壓器喪失吸收沖擊負(fù)荷的能力[2]192-193。

2 造成變壓器油劣化的因素

造成變壓器油劣化的因素分為2種：一是不能改變或控制的因素，比如設(shè)備中存在的銅鐵材料、電場、放電電弧等原因造成的劣化；二是可以控制的因素，比如氧氣、水分、溫度、催化劑（油品自身的酸性氧化產(chǎn)物）。在實(shí)際工作中，監(jiān)督人員能做的就是將可控因素控制在較低的水平，減緩油品的劣化。

a）氧。氧是變壓器油劣化的根本原因。油中的氧主要來源于空氣。變壓器投入運(yùn)行前，即使使用高真空脫氣法給主油箱注油，也不能將油中的氧完全去除。另外，變壓器中絕緣材料之一的紙纖維素在熱的作用下發(fā)生裂解反應(yīng)的過程中也會(huì)產(chǎn)生氧氣。而變壓器油被氧氣氧化后，生成醛、酮和有機(jī)酸等，使油的酸值和黏度增大，一方面會(huì)使變壓器油的散熱性能變差，另一方面其中的酸性產(chǎn)物又會(huì)加速油質(zhì)的氧化和劣化。

b）水分。水分是危害變壓器安全可靠運(yùn)行的重要因素，它不僅可以降低絕緣紙和絕緣油的電氣強(qiáng)度，而且還是變壓器油發(fā)生氧化反應(yīng)的催化劑，加速絕緣油和絕緣紙的劣化速度。油中的水分有3種來源：一是大氣中的濕氣從設(shè)備外部侵入油中。對(duì)于開放式變壓器而言，它的呼吸管僅通過一個(gè)干燥器（內(nèi)裝吸濕變色硅膠）和大氣相通，當(dāng)硅膠失效后就失去了應(yīng)有的吸濕作用。當(dāng)環(huán)境溫度下降時(shí)，水分在呼吸管周圍形成環(huán)狀水膜，通過毛細(xì)管作用沿呼吸管進(jìn)入變壓器。二是纖維素吸附的水分在一定溫度下釋放到油中。變壓器絕緣系統(tǒng)的總濕度由纖維素和液體中的水分含量決定，水分在兩者之間處于動(dòng)態(tài)的平衡狀態(tài)。溫度增加時(shí)，水在絕緣油中的溶解度增加，水分就會(huì)從絕緣紙中轉(zhuǎn)移到絕緣油中，溫度降低時(shí)，水分又會(huì)從絕緣油中轉(zhuǎn)移到絕緣紙中，但水分從液體介質(zhì)流動(dòng)到絕緣紙的速度相當(dāng)緩慢。因此，絕緣油冷卻期間的含水量高于加熱期間。三是纖維素的老化產(chǎn)物。固體絕緣的主要成分是纖維素，其降解過程包括一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，伴隨著纖維素長鏈的斷裂，生成的氣體、水分以及呋喃化合物在絕緣油、絕緣紙以及油面的氣體中達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。

c）運(yùn)行油溫。溫度是變壓器油發(fā)生氧化反應(yīng)的加速劑。油與氧的化學(xué)反應(yīng)速度取決于變壓器運(yùn)行時(shí)的工作溫度。一般變壓器的主要絕緣是A級(jí)絕緣，規(guī)定最高使用溫度是105℃（變壓器工作時(shí)本身的溫度與當(dāng)天的環(huán)境溫度相加），變壓器運(yùn)行中繞組的溫度要比上層油溫高10～15℃。變壓器長時(shí)間在溫度很高的情況下運(yùn)行，會(huì)縮短內(nèi)部絕緣紙板的壽命，使絕緣紙板變脆，發(fā)生破裂，失去應(yīng)有的絕緣作用，造成擊穿事故。對(duì)絕緣油而言也會(huì)加速油的劣化。如果油溫在75℃時(shí)，5 d時(shí)間就能與氧發(fā)生反應(yīng)，而油溫在50℃時(shí)，該反應(yīng)則需要幾個(gè)月的時(shí)間。即油溫越高，與氧的反應(yīng)速度越快。

d）油的老化產(chǎn)物。老化產(chǎn)物會(huì)使變壓器油的劣化發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。變壓器油在熱、氧、水分和電場等的作用下慢慢老化，使油中低分子有機(jī)酸等氧化產(chǎn)物增多，不但腐蝕設(shè)備、降低油的絕緣性能，而且會(huì)使氧化反應(yīng)速度加快，加速油品劣化。

以上各種因素互相促進(jìn)，互相影響，一旦氧化開始就很難抑制，最終導(dǎo)致絕緣油失去應(yīng)有的效能，所以要加強(qiáng)油品各項(xiàng)指標(biāo)的監(jiān)督，尤其是要加強(qiáng)對(duì)水分、酸值、界面張力和介質(zhì)損耗因數(shù)等指標(biāo)的監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)指標(biāo)變化，注意跟蹤分析，適當(dāng)控制，從而減緩反應(yīng)速度，延長油品使用壽命，降低維護(hù)費(fèi)用，提高變壓器運(yùn)行的可靠性。

3 變壓器油的防劣化措施

多年來，陽城國際發(fā)電有限責(zé)任公司（以下簡稱“本公司”）油務(wù)管理人員嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)，建立設(shè)備管理檔案，開展日常監(jiān)督工作，按規(guī)定的檢驗(yàn)項(xiàng)目和周期進(jìn)行油品的取樣、化驗(yàn)、分析比較，一有異常，會(huì)很快縮短取樣化驗(yàn)的周期，跟蹤分析，及時(shí)掌握油品的變化趨勢，并盡快進(jìn)行凈化處理。同時(shí)依據(jù)分析結(jié)果，采取了許多行之有效的處理措施，減緩了變壓器油的劣化。

3.1 變壓器油氧化初期的處理

針對(duì)初期氧化裂變的變壓器油，可通過吸附再生+抗氧化劑的再生處理法，能有效防止變壓器油進(jìn)一步劣化。

a）超高壓主變壓器油變色。某年7月份一次變壓器油色譜分析例行監(jiān)督取樣時(shí)發(fā)現(xiàn)，本公司1臺(tái)500 kV的超高壓主變壓器油由淺黃色變成了桔紅色。按照規(guī)定，該電壓等級(jí)變壓器油的色譜分析周期為3個(gè)月，說明最多3個(gè)月的時(shí)間，油品的顏色就發(fā)生了明顯的變化。于是，油化驗(yàn)監(jiān)督人員又增做了界面張力、運(yùn)動(dòng)黏度、水分、體積電阻率、介質(zhì)損耗因數(shù)、抗氧化劑含量等分析試驗(yàn)項(xiàng)目，還做了變壓器油的耐壓試驗(yàn)和電氣性能試驗(yàn)。從試驗(yàn)結(jié)果看，除了該油的體積電阻率較低，介質(zhì)損耗因數(shù)達(dá)到了0.028外，其他油質(zhì)指標(biāo)仍處于合格范圍，且和上一次試驗(yàn)結(jié)果相比無明顯增大。將油樣送到西安熱工研究院有限公司檢測后發(fā)現(xiàn)，油中基本不含抗氧化劑，并且有少量油泥產(chǎn)生，說明該油已經(jīng)開始有輕微的老化。針對(duì)這種情況，西安熱工研究院有限公司技術(shù)人員通過試驗(yàn)室再生處理試驗(yàn)和抗氧化劑感受性試驗(yàn)等一系列小型實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)，最終確定了針對(duì)性強(qiáng)、可實(shí)施性強(qiáng)的油處理方案。因運(yùn)行油補(bǔ)加抗氧化劑應(yīng)在設(shè)備停運(yùn)或檢修時(shí)進(jìn)行，添加前應(yīng)先清除設(shè)備和油中的油泥、水分和雜質(zhì)，且油耐壓試驗(yàn)合格（對(duì)于新油、再生油，T501抗氧化劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)應(yīng)不低于0.3%～0.5%，且補(bǔ)加時(shí)，油的水溶性酸pH值不低于5.0），故先用板式濾油機(jī)和真空濾油機(jī)串聯(lián)，對(duì)油進(jìn)行凈化再生處理，待油質(zhì)達(dá)標(biāo)后，再添加0.3%的T501抗氧化劑。添加抗氧化劑，要在50℃下配制成含5%～10%的油溶液，然后通過真空濾油機(jī)將其加入循環(huán)狀態(tài)的設(shè)備油中并混合均勻，以防藥劑過濃導(dǎo)致未溶解的藥劑沉積在設(shè)備內(nèi)。添加后，油的理化性能和電氣性能等各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于處理前的變壓器油。

b）油的再生處理。再生處理采用吸附再生法（采用西安熱工研究院有限公司變壓器油再生濾元），再生過程中要注意以下事項(xiàng)：一是做好濾油機(jī)機(jī)油污染絕緣油的預(yù)防措施，尤其對(duì)輸油管路脫落造成大量絕緣油泄漏的情況，要做好預(yù)防措施；注油工作要在天氣良好的情況下進(jìn)行，工作過程中要做好降雨的預(yù)防措施，避免由于降雨造成絕緣油濕度增大，影響變壓器的絕緣強(qiáng)度；保證工作范圍內(nèi)整潔干凈。二是嚴(yán)格保證整個(gè)油系統(tǒng)密封，所有油管路及抽真空管路不應(yīng)使用膠管，注油前必須認(rèn)真檢查輸油管道，保證注油管道沒有氣泡；所有絕緣油必須通過真空濾油方式注入變壓器。三是對(duì)變壓器中油進(jìn)行處理時(shí)，同時(shí)啟動(dòng)潛油泵，使油在變壓器本體、油枕以及散熱器中進(jìn)行大循環(huán)，以便對(duì)變壓器內(nèi)部可能存在的油泥進(jìn)行沖洗。四是采取再生與真空凈化串聯(lián)聯(lián)合處理工藝進(jìn)行處理，再生機(jī)溫度控制在50℃左右，真空機(jī)溫度控制在60℃左右；凈化再生的過程中要取樣化驗(yàn)，監(jiān)督油品的水分和體積電阻率合格。五是制作中間油罐。中間油罐徹底清理干凈，準(zhǔn)備適量的變壓器油在油罐中用真空濾油機(jī)進(jìn)行循環(huán)再生，同時(shí)沖洗吸附再生系統(tǒng)及油管路。六是將中間油罐中的油處理好后，靜置，用于配制抗氧劑母液。七是本次計(jì)劃添加完成后，油中抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.3%左右，考慮到可能在添加的過程中會(huì)有所損失，所以配制時(shí)按照0.35%的質(zhì)量分?jǐn)?shù)考慮T501的消耗量。啟動(dòng)加熱裝置，將油加熱至50～55℃，將已稱好的抗氧化劑從油罐頂部法蘭口緩慢加入，封閉頂部法蘭盤，利用油罐與真空濾油機(jī)的內(nèi)循環(huán)，將抗氧化劑充分溶解。待氧化劑充分溶解后，緩慢地操作閥門，讓絕緣油母液經(jīng)真空濾油機(jī)進(jìn)入主變壓器本體再生好的變壓器油中循環(huán)均勻。保持熱油循環(huán)3個(gè)周期，之后取油樣進(jìn)行全分析和色譜分析。

注入抗氧化劑之前，對(duì)變壓器油取樣分析。注入抗氧化劑后，靜置24 h后取樣分析，變壓器投運(yùn)前再次取樣化驗(yàn)，監(jiān)督油質(zhì)的變化情況。當(dāng)變壓器投入運(yùn)行1 d、3 d和7 d后，都要進(jìn)行取樣分析。經(jīng)取樣分析可知，處理后的油酸值、介損值得到大幅度降低，油的界面張力和體積電阻率大幅度提高，無油泥與沉淀物，達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)，T501抗氧化劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0.33%左右，滿足超高壓變壓器的運(yùn)行要求。

c）試運(yùn)行1 a后，色譜分析和油質(zhì)全分析結(jié)果顯示，油品的各項(xiàng)指標(biāo)都保持合格、良好。于是，本公司油化驗(yàn)和電氣人員利用機(jī)組檢修的機(jī)會(huì)，采用此方法對(duì)其他5臺(tái)機(jī)組的主變壓器油進(jìn)行了同樣的處理。以最先處理的變壓器油為監(jiān)測對(duì)象，連續(xù)收集介質(zhì)損耗因數(shù)值近10 a，結(jié)果顯示介損值維持在0.005左右，遠(yuǎn)低于國標(biāo)要求的0.020。當(dāng)遇有介損值升高的情況就及時(shí)對(duì)油進(jìn)行真空凈化處理，使其保持在優(yōu)良的水平。

3.2 開放式油枕的改造

將開放式油枕改造為膠囊式油枕，能有效降低油中含氣量，隔絕氧氣對(duì)變壓器油的影響。本公司主變壓器是德國西門子的TFUM88657型變壓器，電壓等級(jí)500 kV，為開放式變壓器。變壓器油通過呼吸器直接和大氣相通，外界的空氣和潮氣極易進(jìn)入油中，使油加速氧化和老化。結(jié)合主變壓器多年的實(shí)際運(yùn)行情況，油中水分含量逐年升高，含氣量更是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國標(biāo)要求的3%。經(jīng)過技術(shù)部門多次研究決定，對(duì)油枕進(jìn)行改造，將開放式油枕改造為膠囊式油枕。膠囊式油枕就是在油枕的油面上部放一個(gè)膠囊，把油與大氣隔開。膠囊通過連管和裝滿吸濕硅膠的呼吸器和大氣相通，通過膠囊的收縮來吸收變壓器溫度升高時(shí)油的膨脹。這樣一來，變壓器油和空氣的接觸機(jī)會(huì)就減少了。改造后設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，油中含氣量明顯下降。改造前，油中含氣量基本維持在7%～8%，2016年3月份改造完畢后，油中含氣量降為1.32%，同年11月份，變?yōu)?.92%，2017年11月份，變?yōu)?.79%，2018年11月的測定值是1.28%。說明改造非常成功，變壓器油含氣量得到了有效控制，能有效防止空氣和外界的濕氣等進(jìn)入變壓器內(nèi)部，油的氧化速度大幅度降低[3-4]。

3.3 控制運(yùn)行油的水分含量和介質(zhì)損耗因數(shù)

水分是油品發(fā)生氧化作用的主要催化劑，必須將其控制在最低水平。除了做好3個(gè)月1次的水分含量分析和色譜分析外，更要做好介質(zhì)損耗因數(shù)的監(jiān)測。介質(zhì)損耗因數(shù)是判斷油品是否發(fā)生劣化、生成極性雜質(zhì)的最敏感的項(xiàng)目。如果水分和介損值任何一個(gè)有變大的趨勢，就必須利用設(shè)備大小修機(jī)會(huì)進(jìn)行真空脫水或凈化處理。另外，油品取樣選擇在天氣干燥晴朗的時(shí)候進(jìn)行，并且嚴(yán)格按照《取樣方法》規(guī)定操作，以防水分和雜質(zhì)進(jìn)入油箱。

3.4 嚴(yán)格控制變壓器油的運(yùn)行溫度

溫度是油發(fā)生氧化作用的主要加速劑，油與氧的化學(xué)反應(yīng)速度取決于變壓器運(yùn)行時(shí)的溫度。本公司超高壓變壓器的冷卻方式是強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷，變壓器帶電聯(lián)鎖啟動(dòng)潛油泵，當(dāng)運(yùn)行油溫超過50℃時(shí)啟動(dòng)第一組冷卻風(fēng)扇，當(dāng)溫度超過55℃時(shí)啟動(dòng)第二組冷卻風(fēng)扇，使變壓器油始終工作在50～55℃之間。設(shè)備每一次檢修，設(shè)備維護(hù)人員都會(huì)認(rèn)真檢查冷卻風(fēng)扇和潛油泵是否有潛在故障，及時(shí)處理異常，確保變壓器運(yùn)行時(shí)能正常投運(yùn)。

3.5 變壓器發(fā)生異常后檢測變壓器油指標(biāo)變化

變壓器的主要保護(hù)動(dòng)作之后也要對(duì)變壓器油進(jìn)行取樣分析。通過色譜分析來監(jiān)測特征氣體含量，通過測定水分、酸值、水溶性酸、耐壓值和介損值，分析變壓器油是否發(fā)生劣化，是否需要真空脫氣脫水、再生處理或更換新油。

4 結(jié)束語

在變壓器運(yùn)行中，要加強(qiáng)對(duì)變壓器油的監(jiān)測與維護(hù)，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)介損值、水分、含氣量、運(yùn)行溫度、酸值、電阻率等指標(biāo)的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常，及時(shí)采取科學(xué)的防劣措施，以有效減緩變壓器油的老化速度，延長油和設(shè)備的使用壽命，保證設(shè)備安全穩(wěn)定健康地運(yùn)行。