變壓器油的運行維護

楊 虹

摘要 變壓器油具有絕緣、散熱、冷卻、滅弧等多方面的功能作用,同時具有化學、物理、電氣等多方面的基礎特性,運行中受高備、運行條件等多種因素影響,使其性能發生變化。本文針對以上問題,對變壓器油的運行如何進行維護進行了闡述。

關鍵詞 變壓器;功能特性;防劣措施

中圖分類號 TM411 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708(2009)07-0071-03

0 引言

變壓器是指用于壓器、電抗器、互感器、套管、油斷路器等輸變電設備的礦物型絕緣油。運行中變壓器油質量的好壞直按關系到充油設備的安全運行和使用壽命,乃至影響到整個電力系統的安全運行和經濟效益。雖然油質的老化是不可避免的,但是加強對油質的監督和維護,采取合理而有效的防劣措施,是能夠延緩油的老化進程,延長油的使用壽命和保證設備的建康運行。

1 變壓器油的性能及變質

為了更好地發揮變壓器油的絕緣、散熱,滅弧等多方面的功能作用,變壓器油必須具備良好的化學、物理、電氣等方面基本特性,主要性能指標達到我國變壓器油標準(GB2536和SH0040)。

1.1 化學性能

1.1.1 酸值

酸值是變壓器油制造、使用中的一項重要指標,要求總的酸值含量必須很低,以減少電導和對金屬的腐蝕,并使絕緣系統的壽命達到最長,即變壓器油中酸值的大小從一定程度上反映了油的精制深度和氧化程度。一般要求新油酸值不大于0.03mgH/g。酸值也是判斷使用中的油品能否繼續使用的一項重要指標。

1.1.2 腐蝕性硫

硫可以以穩定而有益的化合物形式存在于油中而起天然抗氧劑作用,也可以以不安定的化合物和游離態的形式存在于油中。后兩者硫的存在會促使有害皂類的形成和油的酸反應以及金屬的腐蝕,因此,變壓器油在精加工過程中不允許含有腐蝕性硫。

1.1.3 氧化安定性

變壓器油在一定的條件下,抵抗氧化作用的能力稱氧化安定性。在長期的使用過程中,變壓器油不可避免地會與氧接角,而發生氧化反應過程,同時在運行溫度下,因受電場、電弧、溶解在油中的水分及各種金屬材料和金屬化合物等雜質的崔化作用而加速其氧化、裂解等化學反應而不斷變質,生成過氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化產物,再經過縮合反應而生成油泥等不溶物,這些氧化物將對變壓造成致至命的影響。

2.2 主要物理性能

2.2.1 粘度

粘度是油流動阻力的度量標準。變壓器油的功能之一就是填充于絕緣材料的縫隙之間,通過自身或強制循環進行傳導散熱,所以變壓器油的粘度應該較低,不應過高,以免影響變壓器油的有效流動和傳熱。一般要求在40℃條件下運動粘度不大于12mm2/s。

2.2.2 密度

密度是單位體積油品的質量,一般為0.8~0.9g/cm3。密度影響變壓器油熱傳導率,在含水量較多而又處于寒冷氣候條件下,必須確保用油設備中的水結成的冰不會漂浮在油面上引起油面上方的放電。

2.2.3 閃點

閃點是變壓器油的一項安全指標,是指當油品加熱到有足夠的油氣產生,并在其上處加一個火焰,使油一氣在一瞬間就著火的最低溫度。為保證充油設備的安全運行,IEC60296標準要求閃點不低于130℃,變壓器油閃點高于此值就足以保證安全,因為變壓器油運行中溫度一般不超過100℃。閃點還是檢驗變壓器油在儲存和使用過程中有無污染,是否混油的參考依據。

2.2.4色度

色度是表征變壓器油精制深度最直觀的指標。但對于變壓器油來說,色度并非越小越好,對其來說要求的是適度精制,精制深度過深或過線對油品的使用存在不利影響,在運行中,色度變化卻可反映出油品的變質程度,因此對色度的檢測可以表明油品是否有變質。

2.3 電氣性能

2.3.1 絕緣強度

絕緣強度或擊穿電壓,是衡量變壓器油在電氣設備內部受電壓的能力而不被破壞的尺度,是檢驗變壓器油性能好壞的主要手段之一,影響變壓器油絕緣強度的主要因素有水分、雜質等。干燥清潔的油品具有相當高的絕緣強度,當油中含有游離水、溶解水、固體污染物時,由于這些雜質本身具有比油本身大的電導率和介電常數,它們在電場作用下會形成導電橋路。從而降低的擊穿電壓。應該說絕緣強度試驗可以判斷油中是否存在有水份,雜質和導電微粒,但它不能判斷油品是否存在酸性物質和油泥。

2.3.2 在電場作用下產生氣體的傾向(析氣性)

變壓器是由石油精煉而成的一種精加工產品,其主要組成成份為碳氛化合物,即烴類,它包括烷烴、環烷氛和芳香烴。變壓器油在受到電場的作用下,部分烴分子會發生裂解而產生氣體,這部分氣體以微小的氣泡從油中釋放出來,如果小氣泡量增多,它們會相互連接而形成大氣泡。由于氣體與油之間的電導率有很大差異,在高電場的作用下,油中會產生氣隙放電現象,而有可能導致絕緣破壞,這種現象在超高壓設備中顯得優為突出,為克服這種傾向,對用于超高壓設備的油品,要求具有吸氣性能,而芳香烴具有吸氣性能,當其達到一定值時,表現為吸氣性能,我國要求超高壓油的析氣性不大于+5。

2.3.3 體積電阻率

體積電阻率可以判斷變壓器油的老化程度與污染程度。變壓器油精制程度越深,絕緣性能越好,體積電阻率就越高。影響體積電阻率的因素很多,油中的水份、污染雜質和酸性產物均可影響電阻率的降低;溫度對體積電阻率的影響也很大,當溫度升高時,形成電質漏導的離子數及離子移動的速度增大,體積電阻率也隨之下降。

3 變壓器油的運行維護

3.1 運行中設備的取樣

常規分析試驗取樣。對于變壓器、油開關或其它充油電氣設備,應從下部閥門處取樣。取樣前油閥門需先用干凈的棉布擦凈,再放油沖洗干凈閥門、管路然后取樣。

對有特殊要求的項目,應按有關試驗方法進行取樣。

3.2 變壓器油劣化的因素

3.2.1 設備條件

變壓器設備設計制造時采用小間隔,運行中易出現熱點,不僅使固體絕緣材料老化,也加速油的老化。也就是說熱量或者溫度是一種主要的增加油的反應加速劑,而油與氧的化學反應的速度取決于變壓器運行時的工作溫度(即油溫)。一般溫度從60~70℃起,每增加10℃油氧化速度約增加1倍。另外,水份也是油氧化的主要崔化劑,由于設備的嚴密性不夠,水分可以通過大氣中的濕氣從設備外部侵入油中,同時纖維素所吸附的水分而浸入油中,或是纖維素的老化而形成的水分,會促進油的老化,所選用固體絕緣材料不當,與油的相容性不好,也會促進油的老化,所以,設備設計和選用絕緣材料都對油的使用壽命有影響。

3.2.2 運行條件

變壓器、電流器等充油電氣設備如在正常規定條件下運行,一般油品都應具有一定的氧化安定性,但當設備超負荷運行或出現局部過熱、油溫增高時,油的老化則相應加速。當環境溫度較高時,若不能及時調整通風和降溫措施,將影響設備固、液體絕緣,縮短設備的使用壽命。

3.2.3 污染問題

新油注入設備時,都要通過真空的精密過濾、脫氣、脫水和除去雜質,但當清潔干燥的油注入設備后,此時,油的特性與新油有所差異,主要表現為物理的和電氣性能的變化,如有的油在注入設備前各項性能指標均很好,但注入設備后介質損耗因數有時會增大,甚至超過運行中規定的2%的最低極限值,這主要是由于污染而造成的,其原因包括:由于設備加工過程環境不清潔,微小雜質顆粒附在變壓器線圈和鐵芯上,注油后浸入油中;由于某些有機絕緣材料溶解于油中,導致油的下降。

3.3 變壓器油劣化的危害性

充油電氣設備投入運行后,變壓器油在運行過程中,油因受氧氣、溫度、電場、電弧及水分、雜質和金屬催化劑等的作用,發生氧化、裂解等化學反應,會不斷變質,生成大量的過氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化產物,再經過縮合反應而生成油泥等不溶物。

油在劣化早期,一旦氧化開始,就很難抑制,各種影響因素互相影響,促進氧化反應,生成了系列的過氧化物,直至油值變壞。開始氧化時,變壓器內纖維素(紙)材料很容易與過氧化物反應,生成氧化纖維素,造成絕緣材料的脆化、機械強度差,經受不住電壓波所產生的沖擊,隨著油品氧化程度的加深,油中含有各種酸及酸性物質,它們會提高油品的導電性,降低油的絕緣性能,并隨著溫度升高,促使固體纖維質絕緣材料的老化,尤其油中含有較多量的低分子或水溶性酸,又有水時就會降低設備絕緣水平,縮短設備的使用壽命。同時,油中的酸性物質使設備構件中所使用的銅、鐵、鋁等金屬材料腐蝕,產生的金屬鹽又加速了油的氧化過程,使油產生更多的酸,對油的老化過程產生疊加效應。油質深度劣化的最終產物是油泥,它是一種樹脂狀的部分導電物質,能適度溶于油中并最終從油中沉淀出來,粘附在絕緣材料、變壓器的殼體邊緣的壁上、沉積于循環油道、冷卻散熱片等地方,不僅加速固體絕緣的老化,導致絕緣收縮,使變壓器喪失其吸收沖擊負荷的能力,嚴重影響散熱、線圈局部過熱,工作溫度升高,降低變壓器的額定出力等。

3.4 運行中變壓器油的評定

運行中變壓器油的維護,首先應對設備中的油質情況有一基本的評估,并根據評估制定對變壓器油的維護措施。

3.5 變壓器油的維護

3.5.1 油的相溶性(混油)

1)電氣設備充油不足需要補充油時,最好補加同牌號的油,補加油品的各項特性指標不低于設備內的油。當補充的油量小于5%時,一般不會出現問題,如果新油補入量較多,特別是將較多的新油補充到嚴重老化至接近運行油質量標準下限的油中時,可能導致油泥析出,影響油的散熱和絕緣性能,因此,混油前必須進行混油試驗,確實無油泥析出且各項指標合格方可混油。,以保證其運行特性基本不變。

2)原則上不同牌號的油不宜混合使用,必須混用時只有在通過混油試驗后方可混合使用。這是由于不同牌號的油其特性并不完全相同,適用范圍也不同,例如在低凝點油中混入高凝點的油,就會導致混合油的凝點發生變化,影響設備在寒冷地區的正常使用;如果將含有不同添加劑的油混合使用,就可能由于發生化學變化而產生雜質,威脅設備的安全運行。在特殊條件下,如必須將不同牌號的新油混合使用時,應按混合油的實測凝點決定是否可混合使用,如需在運行油中混入不同牌號的新油或已使用過的油,除事先測定混合油凝點外,還應通過油泥析出試驗,合格后方可混油。

3)不同廠家生產的變壓器必須經過混油試驗合格后,方可混合使用。

4)進口油品、來源不明的油與運行油混合使用時,由于油的組成所含添加劑的類型并不完全相同,在混油時應特別慎重。當必須混用時,應預先進行參加混合的各種油及混合后的油樣按DL429.6方法進行老化試驗,當混合油的質量不低于原運行油時,方可混合使用;若相混的都是新油,其混合油的質量不低于,其中最差的一種油,并需按實測凝點決定是否可以混用。

3.5.2 運行油防劣化措施

1)油中添加T501抗氧化劑,T501具有高度的抗氧化性能,能延緩油的氧化,油中加入抗氧化劑后,能有效地改善油的氧化穩定性降低油氧化形成的酸性產物、沉淀物的含量,并抑制低分子有機酸的生成。

2)安裝油保護裝置(包括呼吸器與密封式儲油柜),以防止水分、氧氣和其它雜質侵入,使變壓器油不受潮和延緩油氧化的早期發生,延長絕緩材料的使用壽命。

3)安裝油連續再生裝置即凈油器,既能有效防止外界水分侵入,又能清除油中存在的水分,游離碳和其它老化產物。

為增進油防劣措施的效果,應注意對幾種防劣措施的配合使用和加強有關監督維護工作。對大容量或重要的電力變壓器,必要時可采用兩種以上防劣措施的配合使用,以發揮它們的協同作用,促進防劣效果;在運行維護上,應避免足以引起油質劣化的運行方式(超負荷、超溫運行)和采取防止油質劣化的因素(如降低運行油的溫度,定期清除油中氣體、水分、油泥與雜質等)。另外,還要做好設備檢修時的加油,補油和內部清洗工作等。

4 結論

運行中變壓器油的好壞,直接關系到變壓器的正常運行。變壓器是電網中的重要設備,變壓器能否正常運行關系到電網的安全,因此,搞好變壓器的運行維護工作,是提高電網安全運行的重要保障。

PNAS:發現儲存“時間記憶”的腦部細胞

據國外媒體報道,美國麻省理工大學的神經學家通過實驗發現人類大腦中儲存“時間記憶”的神經元細胞。

數十年來,神經學科的科學家在理論上推測人類的大腦中有一部分細胞可以在大腦中為我們日常發生的事件打上“時間標簽”,這樣我們可以及時回想起過去所發生事情的時間。但是,在科學界一直沒有找到可以讓人信服的證據證明這部分幫助我們記憶事件發生時間的腦細胞的存在。

近日,麻省理工大學的安-格雷布耶爾(Ann Graybiel)教授和他的研究小組發現,在靈長類動物的大腦中有一類神經元細胞可以將時間信息精確的編譯儲存。安-格雷布耶爾說:“我們的大腦對所有事情都加上時間的標簽,這樣就使得我們回憶事情顯得非常簡單。我們回憶事情的時候首先通過過濾這些時間標簽,然后通過時間標簽將相關的事情從記憶中提取出來。”這種準確的時間記憶對于開車或彈鋼琴等日常活動以及對于我們回憶往事極為重要。這個發現發表在新一期的美國《國家科學院院刊》(PNAS)上。這項研究成果可用于治療帕金森綜合征等導致記憶力喪失疾病的治療上。

安-格雷布耶爾的實驗小組首先訓練兩只獼猴按照規定完成一個簡單的眼部運動實驗。當接到“開始”的命令后,兩只獼猴按照自己的速度去完成眼部運動實驗的過程。研究小組用相應的儀器同步記錄兩只獼猴大腦中數百個神經元細胞的電信號。同時,實驗小組用相關的儀器同步記錄兩只獼猴大腦中數百個神經元細胞的電信號,并由日本腦部研究所的直孝藤井(NaotakaFujii)和賓夕法尼亞州立大學的金德哲(DezheJin)領導的研究小組用數學的方法來分析這些電信號。

經分析后發現,當獼猴接到“開始”的實驗命令后,獼猴腦部的神經元細胞總是在特定的時間內由腦部發出,比如說:在獼猴接到“開始”實驗命令后的100ms、110ms或者150ms時等等。安-格雷布耶爾說:“這些實驗數據的分析表明,我們已經找到了一直在尋找而沒有發現的獼猴大腦內儲存時間記憶的腦部細胞。”

這些儲存時間記憶的神經元細胞位于腦部前額葉皮層和紋狀體區域,這些區域同時也是人類大腦掌控學習、運動和思維的重要區域。安-格雷布耶爾表示,盡管這次實驗主要集中在研究獼猴腦部前額葉皮層和紋狀體區域,但是腦部其他的區域肯定也存在這些可以儲存時間記憶的神經元細胞。

對于這次研究結果的應用,安-格雷布耶爾表示,這次研究的結果可以幫助帕金森綜合癥患者康復。帕金森綜合癥的患者正是由于腦部時間記憶功能受損,在尋找和傳輸時間記憶時總是比正常人要慢。因此帕金森綜合癥患者不能像正常人一樣按照正確的時間規律來完成日常行動。根據這次實驗的結果,在為帕金森綜合癥患者治療時,可以通過輕輕拍打等外部刺激幫助患者腦部加速尋找關于時間的記憶,這樣患者講話時會顯得更加清楚一些。另外,醫生還可以通過神經元修復裝置或者神經元修復藥物(這些藥物中含有神經元細胞所需的多巴胺和羥色胺等)來幫助帕金森綜合癥患者恢復。

在下一步的研究中,安-格雷布耶爾將集中研究腦部是怎樣制造這些含有“時間記憶標簽”的神經元細胞的,并研究這些時間記憶細胞是如何控制人們的行為和學習活動的。還有一個重要的研究問題是,腦部究竟為何對于不同環境下對時間的感受并不相同。安-格雷布耶爾說:“我們有時候會感覺時間過的很快,有時候卻感覺時間過的很慢,所有這些都將可以用帶有時間記憶的神經元細胞來解釋說明原因所在。”

美國匹茲堡大學的神經生物學教授彼得-施特瑞克(Peter Strick)對這次實驗結果給予高度的評價,施特瑞克認為這次實驗結果是對腦部如何記錄和表述時間概念的一次全新闡釋。施特瑞克說:“對于光線、聲音、觸覺、冷熱感知、嗅覺等,我們人體有特定的感覺接受器,但是對于時間我們并沒有特定的感覺接受器,對于時間的感知和儲存是由大腦自己形成并運行的。