火電廠變壓器油取樣化驗的管理

邵云云(國家能源集團宿遷發(fā)電有限公司，江蘇 宿遷 223800)

0 引言

火電廠電力變壓器的初級和次級繞組線圈均整體浸泡在變壓器油中，變壓器在運行時，變壓器油起到絕緣、消弧和散熱的作用。如果變壓器油的質(zhì)量不佳，可能造成變壓器升溫過高，不能連續(xù)正常運轉(zhuǎn)，甚至燒毀繞組線圈致使設(shè)備毀壞，嚴(yán)重時會造成爆炸等惡性事故。所以變壓器油的性能和質(zhì)量對電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性具有直接且重大的影響。為保證變壓器能夠正常地運行，需要實施對變壓器油的取樣化驗，以確保變壓器油具備良好的性能，確保電力變壓器連續(xù)穩(wěn)定運維。因此，針對火電廠變壓器有的取樣化驗管理是火電廠生產(chǎn)運行的重要環(huán)節(jié)，不可忽視。

1 確?；痣姀S變壓器油質(zhì)量的重要意義

1.1 變壓器油概述

變壓器油是在石油產(chǎn)生的分餾產(chǎn)物，是由不飽和烴、飽和烴等物質(zhì)組合而成的，也被稱作為“方棚油”。變壓器油的密度是0.895，凝固點小于-45 ℃，整體呈現(xiàn)出淺黃色的透明狀態(tài)，具有一定的散熱、絕緣、消弧作用。同時，其閃點(閉杯)的質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)大于或等于135 ℃，運動黏度應(yīng)小于等于9.6×10-6m2/s。

變壓器油的絕緣作用主要體現(xiàn)在，變壓器油的絕緣強度是高于空氣的。若將絕緣材料直接應(yīng)用于油中，可以提升變壓器設(shè)備的絕緣強度，使其不會受到潮氣的侵蝕。散熱作用體現(xiàn)在，變壓器油的比熱是相對較大的，它通常會被認(rèn)作一種冷卻劑。在應(yīng)用過程中，可以通過散熱器散出熱量，利用它輔助變壓器的正常運行。而消弧的作用主要體現(xiàn)在，當(dāng)變壓器和油斷路器在應(yīng)用時，需要借助調(diào)壓開關(guān)來執(zhí)行相關(guān)操作。此時，在觸頭的切換過程中會產(chǎn)生一定的電弧，其對變壓器的導(dǎo)熱性能會帶來直接的影響。所以，若電弧產(chǎn)生的高溫不及時消散，則會分解出大量的氣體，使變壓器在運行過程中產(chǎn)生壓力。變壓器油能夠提高介質(zhì)的滅弧能力，強化對電弧的消滅效果。

綜上所述，變壓器油是確保變壓器等電力設(shè)備正常運行的重要化工材料。

1.2 變壓器油的質(zhì)量檢測及對設(shè)備運行的影響

在變壓器油的應(yīng)用過程中，可能存在質(zhì)量方面的問題，使變壓器油的質(zhì)量對變壓器造成直接的影響。變壓器油的質(zhì)量有好壞之分，為控制它的質(zhì)量需采用化驗的方法，分析其化學(xué)、物理、電氣性能相關(guān)數(shù)據(jù)，工作人員采用綜合判斷的方式對試驗結(jié)果進行核查、判定。

首先，若基于化學(xué)性能層面進行思考，變壓器油存在一定的化學(xué)指標(biāo)，如：酸價值、pH 值等，都可以成為變壓器油的一個考察要點。若變壓器油的酸價值超出標(biāo)準(zhǔn)的0.1，變壓器油就處于質(zhì)量的臨界值區(qū)域，在變壓器運行時就應(yīng)該考慮及時更換符合酸價數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油。

其次，基于物理角度進行思考，可對變壓器油的張力、顏色以及黏度進行觀察，衡量此時變壓器油的質(zhì)量。采用顏色觀察的方式，可以判斷變壓器油的存放時間。它的存放時間越久，產(chǎn)生的氧化物質(zhì)就會越多，顏色會越深，在變壓器中的作用效果就會越低。

最后，若基于電氣性能進行思考，變壓器油的變化情況會體現(xiàn)在介質(zhì)的應(yīng)用環(huán)節(jié)有異常反映。簡而言之，若變壓器油的質(zhì)量不佳，則會增加水分在油中的含量，也會造成其他污染物質(zhì)含量增加，無法保證介質(zhì)的狀態(tài)，同時可能存在擊穿電壓下降的現(xiàn)象。這些因素都使變壓器質(zhì)量下降，在應(yīng)用過程中易發(fā)生嚴(yán)重的事故。

2 火電廠變壓器油取樣化驗管理

變壓器絕緣油在應(yīng)用過程中容易受到外界因素的污染，其內(nèi)部的含氣量、含水量和顆粒雜質(zhì)的分布上升，會對變壓器的絕緣性能造成直接的影響。所以，采用取樣化驗的方式，可將影響火電廠變壓器的相關(guān)因素進行判斷，通過對變壓器油取樣化驗管理事項的分析來提升試驗效果。

2.1 變壓器油的取樣管理

2.1.1 取樣容器選擇

首先，在火電廠變壓器油的取樣環(huán)節(jié)，通常會應(yīng)用玻璃瓶(具塞磨口)、無縫容器(金屬小口)進行取樣。在取樣過程中，需按照以下順序來順利取樣：洗滌劑-自來水-離子水洗凈/蒸餾水洗凈-烘干-冷卻-密封備用。另外，在取樣過程中，取樣容器必須滿足保存的要求，不可應(yīng)用無蓋的容器執(zhí)行變壓器油的取樣工作。

其次，在變壓器油中存在可溶解的氣體以及水分。所以，在取樣環(huán)節(jié)，應(yīng)選擇醫(yī)用玻璃瓶注射器，使其容量控制在50～100 mL 之間。在取樣的前期，也需將注射器運用自來水、清潔劑、蒸餾水洗凈，在100 ℃的環(huán)境下干燥。在上述操作完畢后，方可進行注射器芯的應(yīng)用。要將小膠帽覆蓋于注射器的頂端，放置于干燥器內(nèi)，存放備用。而在變壓器油完成取樣操作后，方可在注射器的頂端第一時間覆蓋小膠帽，起到很好的密封效果。注射器需要在專用的油樣盒中進行存放，使其可以充分地防震、避光以及防潮。

最后，在變壓器油的凈度確認(rèn)時，可以結(jié)合SD/T313 中的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容要求，按照規(guī)定實現(xiàn)對變壓器油的測定。在執(zhí)行試驗過程中，可采用三比值法執(zhí)行試驗，分別通過CH4/H2、C2H4/C2H6，C2H2/C2H4來執(zhí)行比值分析工作，通過編碼中的區(qū)別，確認(rèn)變壓器的故障位置，防止其因為故障發(fā)生損失。同時，在變壓器油的化驗環(huán)節(jié)，可檢測其中氣體的含量，確認(rèn)氣體是否在規(guī)定限度內(nèi)，是否發(fā)生超標(biāo)的問題。運用氣體含量的靈敏值判斷方法，了解變壓器油中的缺陷，進而完成質(zhì)量檢驗管理工作。

2.1.2 驗收取樣管理工作

首先，若在油桶中進行取樣，在取樣之前，需應(yīng)用無絨且干凈的白布，將桶蓋外面的污漬擦干凈，注意白布中的纖維不得進入變壓器油當(dāng)中。之后，使用干燥且整潔的取樣管，依照GB/T 7597 中的標(biāo)準(zhǔn)要求完成取樣。若油桶是新到貨的，需要結(jié)合取樣桶數(shù)進行分析，按規(guī)定中的要求執(zhí)行下一步操作。

其次，在取樣的過程中若周邊存在污染物，可逐一地排查油桶的狀態(tài)，確認(rèn)油桶的型號(標(biāo)志、牌號等)，在保證型號一致后，方可在過濾之前，檢驗變壓器油的外觀情況，檢查無誤后，選擇試驗油樣。在多桶油中分別采取油樣，待其充分混合后，方可掌握執(zhí)行試驗檢測工作。

最后，若在油槽車、油罐中進行取樣，可以從其底端實施取樣操作。在特定情況下，也可抽查油槽車、油罐的上、中、下端的油樣。在取樣的前期，可運用排空工具，將其中的存油進行清除，以避免人為造成的污染問題。而在新變壓器油的驗收工作中，可選擇2～5 份樣品。在試驗之外，存放1 份樣品，控制存放時間在3 月內(nèi)，若試驗中發(fā)生異常，需要將樣品保留1 年之久，方便后續(xù)進行復(fù)核以及仲裁試驗。

2.1.3 設(shè)備運行階段的取樣

在變壓器設(shè)備運行階段，取樣位置是在取樣閥中，在取樣時需要遵循以下的規(guī)則。

第一，霧天、雨天、暴風(fēng)等惡劣天氣，不可在戶外進行變壓器油的取樣。當(dāng)在必要條件時，需要在惡劣天氣中進行取樣，也需防止外界因素對變壓器油樣造成干擾，避免變壓器油遭受污染。

第二，在取樣過程中需要使用清潔、干燥的容器。例如：金屬瓶(無縫)、玻璃瓶(附帶磨口塞)、PVC 塑料容器等。

第三，為保證在取樣環(huán)節(jié)取樣口區(qū)域不會存在過多的污染物質(zhì)，化驗人員可采用棉布進行擦拭，保證取樣管口區(qū)域是干凈、光滑的。選擇一定數(shù)量的變壓器油，合理地沖洗管路和取樣閥，以保證取樣的合理實施。

第四，在執(zhí)行取樣工作時，可以讓油液依托容器壁，直接進入容器的底部，防止在取樣環(huán)節(jié)吸入過量的空氣，加劇對實驗結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。

第五，在取樣完畢后，應(yīng)該在關(guān)閉閥門時多加注意，避免空氣中的雜質(zhì)進入取樣油中。

第六，在完成取樣后，應(yīng)保持樣品的整潔度，使其外觀是整潔的。在存儲過程中，也需選擇避光的環(huán)境下進行保存[1]。

第七，對于無閥門、套管的充油設(shè)備而言，應(yīng)該在其停電檢修階段進行取樣。而針對于全密封的設(shè)備而言，需要結(jié)合制造說明書中的規(guī)定，合理地執(zhí)行取樣操作。對于某些有特殊要求的試驗項目。

第八，在變壓器油的取樣工作中，需結(jié)合其中的溶解氣體含量以及水分含量進行分別的取樣分析操作。在設(shè)備的底端進行取樣時，應(yīng)注意增加對不同部位的取樣，防止對設(shè)備造成干擾。若存在全密封的取樣操作，需直接結(jié)合DL/T703 中的規(guī)定，讓變壓器油內(nèi)的氣體不會發(fā)生逸散，取樣油中的溶解水分也不可與空氣進行混合。在執(zhí)行試驗操作時不可讓該區(qū)域產(chǎn)生氣泡，避免對試驗的準(zhǔn)確性造成影響[2]。

第九，在水分取樣環(huán)節(jié)，需要在白天進行操作，防止空氣中的塵埃、濕氣對取樣操作造成影響[3]。

2.1.4 變壓器油的潔凈度確認(rèn)

為確認(rèn)變壓器油的潔凈度，可優(yōu)先清洗取樣閥，保證它的整潔度，讓它與針頭、導(dǎo)管進行連接，使用變壓器油將其進行沖洗并且在不更改流量的基礎(chǔ)上，讓針頭可以插入250 mL 的取樣瓶當(dāng)中，使密封取樣容量控制在200 mL。

若存在不可直接與導(dǎo)管連接的設(shè)備，需要縮短取樣的時間，將瓶蓋的開啟時間控制在30 s。在完成取樣后，優(yōu)先轉(zhuǎn)移取樣瓶，將取樣閥進行關(guān)閉，促使變壓器油能夠在規(guī)定的區(qū)域進行存放。再次進行測量時，才可啟封。

2.1.5 做好取樣標(biāo)記

在變壓器油的取樣工作中，每個進入實驗室的樣品都需要有標(biāo)記。通常情況下，會將取樣時的標(biāo)記直接印刷于取樣容器的上端，以方便試驗人員核查單位名稱、電壓等級、設(shè)備編號、油樣牌號、取樣油溫及天氣、取樣位置等信息內(nèi)容。

2.2 變壓器油的化驗方法

在我國經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的時代背景下，人們對生產(chǎn)用電、生活用電提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)運維期間，需要通過變壓器的使用，輔助電流變化、電壓變換，來保證輸變電線路電壓的穩(wěn)定性。因此，在變壓器的應(yīng)用過程中，應(yīng)該合理地應(yīng)用變壓器油化驗技術(shù)，對變壓器油的質(zhì)量進行分析，以作好合理的評估，保障火電廠變壓器能夠正常運行。

2.2.1 確認(rèn)故障位置所在

為保證變壓器油的質(zhì)量檢測工作能夠順利實施，應(yīng)重視其中的可燃氣體，使其可以進行充分地溶解，促使可燃氣體能夠應(yīng)用于變壓器油當(dāng)中。但若其內(nèi)部的可燃氣體含量較大，則會影響絕緣材料的應(yīng)用效果，也會導(dǎo)致絕緣效果不佳的問題出現(xiàn)。

通過對變壓器油化驗可知，在它的分子結(jié)構(gòu)為碳氫化合物。變壓器在運行過程中產(chǎn)生了一定的電熱效應(yīng)，會導(dǎo)致碳氫化合物中部分C-C 和C-H 發(fā)生裂變。長此以往，會增加變壓器油中的小分子碳氫化合物和氫原子的含量，使變壓器油的性質(zhì)產(chǎn)生一定的變化。若變壓器油長期受到該因素的影響，也會在對比值的作用下，引發(fā)變壓器的故障，無法保證其能夠正常運行。針對這一問題，可以通過對局部短路、鐵心漏磁、層間絕緣等故障問題的分析，明確與CH4/H2的成分含量變化的關(guān)系。另外，因為局部放電問題的出現(xiàn)，也會造成變壓器故障的發(fā)生。

2.2.2 合理應(yīng)用三比值法

變壓器油色譜三比值分析法，是指針對油中所含標(biāo)志性低分子化學(xué)氣體的比值，即CH2(乙炔)/CH4(乙烯)、CH4(甲烷)/H(氫氣)、CH4(乙烯)/C2H6(乙烷)的三項比值，以其數(shù)值大小和規(guī)律來判斷充油變壓器內(nèi)部存在的故障，這種方法稱為三比值判斷法。在該比值法中，對應(yīng)于一定的比值范圍，給以不同的編碼表示，利用編碼規(guī)則判斷故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。DL/T 722—2000 《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》對編碼規(guī)則有詳細的規(guī)定。

如上文所述，三比值分析法的研究對象為三對氣體，通過對比、分析各自的比值進行判斷，為此創(chuàng)建出一套完整的編碼程序，以便工作人員結(jié)合編碼內(nèi)容判斷變壓器是否存在故障，確定變壓器油是否發(fā)生質(zhì)變。因此，分析檢驗的準(zhǔn)確性取決于油品中氣體含量的準(zhǔn)確度，故在使用該方法進行檢測分析時需注意：

(1)為合理運用三比值分析法對變壓器油進行檢測及化驗，需加強在采樣操作方式的精準(zhǔn)和正確。例如：在采樣環(huán)節(jié)應(yīng)做好對現(xiàn)場的嚴(yán)密檢查，防止采樣的失誤。應(yīng)規(guī)范取樣操作，選擇全玻璃質(zhì)儀器進行取樣操作。采樣瓶容量需要控制在100 mL 以內(nèi)，在采樣中切忌用力搖晃采樣瓶，防止增加被采樣品中的空氣等雜質(zhì)含量，使變壓器油所含物質(zhì)發(fā)生改變，影響比值分析結(jié)果。

(2)應(yīng)明確變壓器油中氣體的來源途徑。其中氧氣、氮氣是源自空氣，該部分氣體的來源相對廣泛，具有較強的滲透性。所以，在化驗分析的過程中，必須規(guī)范操作人員的行為，防止變壓器油中的其他氣體含量出現(xiàn)超標(biāo)的問題，影響分析化驗的準(zhǔn)確性。

(3)注意對氣體含量靈敏值的判斷，靈敏值如超標(biāo)，會造成對變壓器油的檢測不當(dāng)，影響采用“三比值法”分析法對變壓器油質(zhì)量的判斷。

(4)將“三比值法”分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進行認(rèn)真比對，檢查變壓器油的質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)值是否相符或相互貼近，并結(jié)合變壓器運行狀態(tài)確認(rèn)變壓器以及變壓器油是否存在問題。

2.2.3 判斷變壓器故障狀態(tài)

經(jīng)上述分析，根據(jù)變壓器油的應(yīng)用狀態(tài)，可以基本掌握變壓器內(nèi)部發(fā)生故障的原因。

首先，因為變壓器油的絕緣性需符合標(biāo)準(zhǔn)，若其絕緣效果不佳，會導(dǎo)致變壓器中的繞組線圈等零部件發(fā)生損毀，也容易使變壓器油的整體溫度升高，在變壓器運行過程中會分解出部分不利于設(shè)備運行的物質(zhì)，加劇對變壓器的負(fù)面影響。

其次，變壓器油中存在一些有機物質(zhì)以及無機物質(zhì)，在設(shè)備運行過程中可能出現(xiàn)一部分外界的負(fù)面影響，如果負(fù)面影響超出規(guī)定的范圍就會導(dǎo)致變壓器油質(zhì)量發(fā)生變化。所以，要關(guān)注變壓器油物質(zhì)的化合鍵結(jié)構(gòu)方面的變化，特別是要掌握變壓器工作部位的溫度變化情況，保持變壓器在正常運行中工作溫度不過高，有利于保持變壓器油化學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

變壓器若本身存在一些問題，也會增加對變壓器油的影響。例如：變壓器存在老化等問題，會導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)的運行效率降低，提高變壓器油的消耗率；如造成變壓器油體中氣體含量的增加，也會導(dǎo)致發(fā)生放電事故。所以，在變壓器油的檢驗工作中，為避免發(fā)生損失，應(yīng)著重檢測變壓器油中的烴類氣體和氫氣含量，判斷其是否呈現(xiàn)出升高的趨勢，必要時采用三比值法，實現(xiàn)對故障類型以及故障位置的確認(rèn)，防止變壓器油發(fā)生更大的問題。

2.2.4 游離碳及閃點

高質(zhì)量的變壓器油中基本不存在游離碳，但若其中有少量的游離碳懸浮，表示變壓器油可能存在過熱的問題。若發(fā)現(xiàn)存在一定含量的游離碳，工作人員需要查詢其原因所在，監(jiān)測變壓器內(nèi)部的狀態(tài)，以防止其在運行過程中發(fā)生故障問題。

閃點的試驗，主要是依靠變壓器油在加熱過程中所產(chǎn)生的物質(zhì)來進行分析。通過空氣與蒸氣的混合，變壓器油在靠近火焰時會出現(xiàn)閃燃，出現(xiàn)閃燃時的溫度被稱為閃點。該溫度越高，說明變壓器油的質(zhì)量越高。變壓器油的閃點通?？刂圃?36 ℃以下，但它的凝固點應(yīng)盡量低。

2.2.5 機械混合物

變壓器油中的機械混合物往往是灰塵、纖維以及固體絕緣纖維等物質(zhì)，通過機械方式(如設(shè)備運行)形成的混合物。若其存在于變壓器油內(nèi)，則會導(dǎo)致其中的不飽和烴類發(fā)生分解反應(yīng)，使其中的油泥、可溶性樹脂、游離碳分離，在電場的作用下，容易在變壓器內(nèi)部形成電橋。此時，變壓器油的電氣絕緣強度會被削減。因此，在變壓器油中應(yīng)盡量減少機械混合物。可通過對堿、硫、灰分以及酸等雜質(zhì)含量的控制方式，使絕緣材料、油箱、導(dǎo)線等物質(zhì)不發(fā)生被腐蝕的問題，控制變壓器油中的氧化程度和控制機械混合物的產(chǎn)生。變壓器油的氧化程度可運用酸價來表示。酸價，表示油中游離酸的含量。酸價的大小表明油的氧化程度和劣化程度。其大小以“中和1 g 油中的全部游離酸所需要的氫氧化鉀的毫克數(shù)(KOH mg/g)”來表示。油的酸價越低越好。一般新油不應(yīng)超過0.05 KOH mg/g，運行中的油不應(yīng)超過0.4 KOH mg/g。采用酸價試驗方式，還可間接判斷油中沉淀物的狀態(tài)，以分析變壓器油的抗老化作用。

2.2.6 酸堿度

在變壓器油的長期使用過程中，難免不會發(fā)生皂化、氧化的問題。所以，為保證絕緣油的性質(zhì)，測定變壓器油中的pH 值，以確認(rèn)油質(zhì)性能，確認(rèn)其在變壓器中應(yīng)用環(huán)節(jié)的變化趨勢。

3 結(jié)語

綜上所述，在變壓器油化驗工作實施過程中，會存在一些不確定性因素。為保證變壓器的合理運行，應(yīng)合理實施火電廠變壓器油取樣化驗工作的管理，及時針對變壓器運行環(huán)節(jié)的一些問題，采用行之有效的應(yīng)對措施，控制變壓器油的質(zhì)量。工作電壓在35 kV 及以上火電廠變壓器，需要每年執(zhí)行一次化驗。若變壓器發(fā)生過故障，或是進行過大修，經(jīng)歷過加油、換油等操作的，需要增加對變壓器油取樣分析，以增加對電力系統(tǒng)運維保障作用。在監(jiān)測分析中也可采用三比值法，確認(rèn)故障的種類，準(zhǔn)確地掌握故障問題的發(fā)生位置，從而防止火電廠變壓器在運行階段存在異常，降低設(shè)備危險的形成概率，提高電廠生產(chǎn)管理工作效能和效力。