變壓器絕緣電阻不合格因素的初步研究及解決措施

徐巖峰，張海洪，秦一鳴

(中海油(青島)重質(zhì)油加工工程技術(shù)研究中心有限公司，山東 青島 266500)

變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的電氣設(shè)備，其不僅可以輸送電能，還對(duì)電力運(yùn)行的安全性進(jìn)行有效保障。絕緣電阻是變壓器一項(xiàng)重要的測(cè)試項(xiàng)目，絕緣電阻的好壞直接關(guān)系到變壓器的電氣性能和壽命[1]，因此絕緣電阻受到各變壓器企業(yè)的高度重視。變壓器是由許多種材料組成的一個(gè)完整的絕緣系統(tǒng)，其絕緣材料基本有兩大類：絕緣液體材料(即絕緣油)和絕緣固體材料(絕緣紙、層壓紙板等)[2-3]。變壓器油是使用于油浸變壓器內(nèi)，起到絕緣、散熱冷卻等作用的一種產(chǎn)品，是變壓器的主絕緣材料之一，其性質(zhì)的優(yōu)良與否對(duì)變壓器絕緣電阻的好壞有至關(guān)重要的作用，通過(guò)測(cè)試變壓器油的性質(zhì)可以快速分析變壓器絕緣電阻。絕緣電阻偏低是變壓器企業(yè)經(jīng)常遇到且比較難處理的產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題之一，本文通過(guò)分析變壓器油水含量、體積電阻率和介質(zhì)損耗因數(shù)等性質(zhì)，找到了變壓器廠變壓器絕緣電阻不合格的關(guān)鍵影響因素，采用了白土吸附、脫水脫氣等處理手段，解決了絕緣電阻下降的問(wèn)題。。

1 變壓器油性質(zhì)分析

變壓器絕緣電阻的下降，其本質(zhì)是由絕緣部分的導(dǎo)電因素增強(qiáng)引起，而水分和固體導(dǎo)電微粒是造成絕緣導(dǎo)電性能增強(qiáng)的主要物質(zhì)[4-5]。變壓器在出廠過(guò)程中，要求其繞組絕緣和鐵芯絕緣的狀態(tài)良好，變壓器經(jīng)過(guò)運(yùn)輸、保管、真空注入變壓器油等工序過(guò)程中，如果發(fā)生碰撞、受潮、油樣污染等情況，均有可能引起絕緣狀況下降甚至造成絕緣損壞。

TY公司的變壓器出廠測(cè)試的指標(biāo)中，絕緣電阻下降明顯，從變壓器中對(duì)變壓器油取樣并進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)、體積電阻率和水含量的分析，分析結(jié)果如下表所示。

表1 變壓器油樣性質(zhì)變化

通過(guò)上表數(shù)據(jù)可以看出：

(1)封存樣品水含量20mg/kg，變壓器中部油樣品水含量20mg/kg，底部樣品水含量40mg/kg，底部樣品水含量不合格，可能是受潮導(dǎo)致。

(2)從介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)看，封存樣品0.036%，滿足GB2536-2011標(biāo)準(zhǔn)要求(不大于0.5%)，但變壓器中部樣品和底部樣品的介質(zhì)損耗因數(shù)大于0.5%，不滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，可能是在注入變壓器油時(shí)候被污染或者變壓器中一些極性物質(zhì)、水分等溶入變壓器油導(dǎo)致。

(3)從變壓器油性質(zhì)的對(duì)比分析可知，水分升高或者介質(zhì)損耗因數(shù)升高均可能是造成變壓器絕緣電阻升高的影響因素。

2 變壓器油的處理

2.1 變壓器油脫水脫氣處理

采用高效雙級(jí)真空濾油機(jī)進(jìn)行脫水脫氣過(guò)濾處理。分別對(duì)變壓器中油品進(jìn)行三次中、下部取樣分析并對(duì)絕緣電阻進(jìn)行測(cè)試，絕緣電阻依然不能滿足要求。變壓器油分析結(jié)果如表2所示。

表2 脫水脫氣過(guò)濾處理后油品性質(zhì)

通過(guò)以上數(shù)據(jù)分析可知：

通過(guò)脫水脫氣過(guò)濾的處理方式，可以降低變壓器油中水含量，但是不能改善介質(zhì)損耗因數(shù)。

變壓器的絕緣電阻依然無(wú)法滿足要求，則說(shuō)明引起變壓器絕緣電阻下降的主要因素是絕緣油介質(zhì)損耗因數(shù)的下降。

2.2 變壓器油白土吸附處理

變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)是一項(xiàng)重要指標(biāo)，它反映油中泄露電所引起的功率損耗，以此可以判斷變壓器油的劣化程度與污染程度。變壓器油介損增高原因有較多如：油品本身質(zhì)量問(wèn)題、水含量過(guò)高、在運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中造成污染、極性物質(zhì)或?qū)щ娔z體以及油品發(fā)生老化、油品中的微生物等均會(huì)導(dǎo)致油品介損升高，從而導(dǎo)致油品的絕緣電阻下降。

為更好的解決此次變壓器油介損異常問(wèn)題，故對(duì)可能導(dǎo)致油品介損異常的原因進(jìn)行一一分析：

油品本身質(zhì)量問(wèn)題：通過(guò)對(duì)封存樣品的分析結(jié)果來(lái)看，油品本身的介損能夠滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，因此可以排除產(chǎn)品本身質(zhì)量問(wèn)題。

油品中微生物含量：文獻(xiàn)[6]研究結(jié)果表明，變壓器油中存在多種微生物，微生物對(duì)油介損有一定的影響，且此影響與微生物的數(shù)量及種類有關(guān)，只有當(dāng)微生物達(dá)到一定數(shù)量時(shí)由于其本身及代謝物均為極性物質(zhì)才會(huì)對(duì)油介損產(chǎn)生較大影響，且由于微生物在油中的不均勻分布從而使微生物導(dǎo)致的介損呈不規(guī)律變化，并能導(dǎo)致油的PH值和電阻率下降，此案例中由于油品的中部與下部電阻率下降均很明顯且兩者的差距較小，且目前不具備微生物含量分析方法，故此影響因素?zé)o法排除也無(wú)法確認(rèn)。

極性物質(zhì)或?qū)щ娔z體：當(dāng)油中混入極性雜質(zhì)時(shí)，隨著油中極性雜質(zhì)或充電的膠體物質(zhì)含量增加，介質(zhì)損耗因數(shù)也會(huì)隨之增加。變壓器中的耐油橡膠等固體絕緣材料如油槽內(nèi)使用的油漆、橡膠袋以及其他襯里材料如未能通過(guò)兼容性測(cè)試就會(huì)與變壓器油形成膠體雜質(zhì)，因膠體粒子直徑較小，擴(kuò)散慢，在變壓器注油后，在重力作用下膠粒濃度會(huì)由上而下而逐漸增大，因其帶電的特殊性在外電場(chǎng)作用下作定向移動(dòng)形成“電泳”，從而使變壓器油的電導(dǎo)超過(guò)正常的幾倍甚至幾十倍，增加了電介質(zhì)的電導(dǎo)電流和極化率，因而使介電損耗增大[7]。

油品老化：文獻(xiàn)[8]研究得出了油品老化中介損與酸值之間成對(duì)應(yīng)關(guān)系，即介損隨著酸值的升高不斷增大，且兩者成對(duì)數(shù)關(guān)系，但在此案例中絕緣電阻變壞的變壓器剛投入運(yùn)行時(shí)間較短(2個(gè)月左右)，因此油品老化可能性較小。

對(duì)于變壓器油中含有極性物質(zhì)或溶膠現(xiàn)象，要提高變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)，一般有兩種方法：吸附法進(jìn)行再生處理跟換油處理。吸附法再生處理在工業(yè)生產(chǎn)中一般指利用活性白土作為吸附劑，利用其較大的表面活性對(duì)油中極性物質(zhì)進(jìn)行吸附，以達(dá)到降低介損的目的。

取變壓器中樣品進(jìn)行過(guò)白土吸附實(shí)驗(yàn)[9]，在溫度110℃，白土加入量4%條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，經(jīng)處理后對(duì)油品進(jìn)行檢測(cè)分析，介質(zhì)損耗因數(shù)由原來(lái)的0.53%降低至0.038%，滿足了GB2536-2011中變壓器油介質(zhì)損耗因數(shù)不大于0.5%的要求，同時(shí)絕緣電阻也滿足了要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

絕緣電阻偏低是變壓器企業(yè)經(jīng)常遇到且比較難處理的問(wèn)題，造成變壓器油絕緣電阻不合格的因素很多，極性雜質(zhì)以及膠質(zhì)粒子的存在是造成變壓器絕緣性能變劣的一個(gè)主要因素，不容忽視，除必要的過(guò)程控制減少極性雜質(zhì)的污染外，為確保變壓器的安全運(yùn)行，研究油品對(duì)絕緣材料的影響十分重要，嚴(yán)格把握固體絕緣材料的穩(wěn)定性和可靠性減少不必要的溶膠是保證絕緣電阻穩(wěn)定性的有效方法，當(dāng)出現(xiàn)極性污染以及膠質(zhì)粒子時(shí)，可采用白土精制方法進(jìn)行處理，以使油的凈化效果達(dá)到要求。