變壓器絕緣下降原因分析及處理

錢暉，馮斌

(國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南 長沙410007)

2006 年6 月天頂#1 主變在預防性試驗中發現變壓器主絕緣試驗結果存在異常，高、中、低壓3個線圈絕緣電阻與前次預試結果比較出現嚴重下降，高壓和中壓線圈的吸收比和極化指數不合格;高、中、低壓線圈的介損超標;油介損由1.05%增長至6.28%，為保證設備的安全，該主變更換新油的處理措施，但換油后變壓器的絕緣電阻提高不明顯，油介損仍高達2.22%。

為查明該變壓器絕緣下降、油介損升高的原因，對該臺變壓器新、舊油進行理化、電氣等性能的全面分析，發現原變壓器油中銅含量達到10.3 mg/kg，腐蝕性硫嚴重超標，更換后的油運行7 d后，油中銅含量仍有0.6 mg/kg，仍含有腐蝕性硫。

1 變壓器絕緣下降及油介損升高分析

變壓器油中不可避免會存在雜質，如果雜質中包含有帶電粒子，就會在電場作用下移動形成電流，在一定程度上導電。引起變壓器油的電導主要包括3 個部分，即離子電導、膠粒電導和電子電導。變壓器油中如果含有銅離子，銅離子本身作為活性帶電離子，有增加電泳電導的傾向，在電場作用下，銅離子將激活周圍的烴分子產生游離基團，使這些基團在電場中作定向運動，使油介損升高。同時銅離子的存在，使變壓器油氧化過程中產生的過氧化物ROOH 分解成RO-或OH-，這2 種離子在油品中進一步反應生成帶電膠粒，從而進一步增加電泳電導。銅離子自身也能與變壓器油的氧化產物作用生成有機皂化物，這些皂化物也會導致電泳電導現象的產生，從而增加變壓器油的介損〔1〕。通過試驗還發現當變壓器油中銅含量達到0.5 mg/kg時，油介損開始出現不穩定現象，油中銅含量越高，油介損越不穩定。這是由于金屬微粒的干擾，使油的介電性能受到不同程度的影響，隨著油的粘度及溫度變化，常出現“聚集”、 “聚沉”過程，使得油的介質損耗因數變化很大，呈現出很不穩定現象。

當油中銅含量達到一定值時，隨著絕緣油在變壓器內循環，金屬銅可能會逐漸吸附在油箱、圍屏、繞組、鐵芯及夾件等組件表面，沉積覆蓋達到一定程度，就可能引起繞組匝間絕緣下降甚至擊穿、夾件絕緣電阻下降甚至閃絡等故障。同時如果變壓器油中含有腐蝕性硫，銅離子會與腐蝕性硫發生反應，生成硫化亞銅沉積在絕緣紙的內層〔2〕，對絕緣紙產生污染滲透，使絕緣紙擊穿強度下降，同時硫化亞銅的沉積也使線圈繞組之間逐漸形成“小橋”，從而降低了繞組內線圈的絕緣強度。

2 吸附劑篩選試驗

2.1 吸附劑吸附銅含量試驗

由于變壓器絕緣下降是由油中銅含量高引起的，如果能找到一種吸附劑有效吸附油中金屬銅含量，則可以有效提高變壓器絕緣電阻。為此實驗室選擇了3 種不同含量的變壓器油，分別采用活性氧化鋁、A 型硅膠、801、硅鋁聚合物共4 種吸附劑進行銅含量吸附小型試驗，吸附劑比例4%，試驗結果見表1。

表1 吸附劑吸附銅含量試驗結果 mg/kg

試驗表明活性氧化鋁及硅鋁聚合物2 種吸附劑吸附效果最佳，A 型硅膠吸附效果差。進一步考察吸附后油質狀況，發現硅鋁聚合物吸附劑吸附后油的抗氧化性能基本維持不變，而其余3 種吸附劑吸附后油的抗氧化性能不同程度地有所下降。因此篩選出硅鋁聚合物吸附劑是最佳的吸附劑。

2.2 溫度對銅含量吸附的影響

溫度對吸附能力影響的試驗表明，采用銅含量3.1 mg/kg 的某變壓器油，在30 ℃，50 ℃，60 ℃油溫下，加入3%的硅鋁聚合物吸附劑，試驗過程中未使用磁力攪拌器進行連續攪拌，靜態吸附能力及吸附速度試驗結果如圖1 所示。試驗表明吸附時油溫從30 ℃至60 ℃，溫度越高，吸附效率越高，但油溫在50 ℃或60 ℃時，吸附效率尤其是在吸附前期相差不大，因此實際處理時，油溫需達到50～60 ℃才能取得較好的效果。

3 金屬減活劑的篩選及作用

變壓器油中的銅含量通過吸附處理可以得到有效降低，但變壓器油本身的理化性能并未發生改變，而處理后變壓器絕緣紙、線圈等中殘存的銅在運行中會釋放出來，在油的氧化過程中將作為催化劑，與變壓器本身所含有的銅鐵等材料一起，加速油的氧化反應，促使金屬銅的溶解，產生含銅的螯合物，導致銅含量不斷增長。金屬減活劑的作用在于它能與金屬離子生成螯合物，或在金屬表面生成保護膜，因而它不僅抑制了金屬或其離子對氧化的催化作用，成為有效的抗氧劑，同時也是一類很好的銅腐蝕抑制劑〔3〕。

試驗考察了苯三唑型和噻二唑型2 種金屬減活劑對變壓器油中銅含量的抑制效果，試驗用油為銅含量為0.3 mg/kg 的變壓器油，采用開口老化杯法進行，金屬減活劑添加比例均為0.03%，金屬減活劑篩選試驗結果見表2。

表2 金屬減活劑篩選試驗

試驗結果表明，添加苯三唑型金屬減活劑更能有效阻止銅與變壓器油反應產生銅離子，并大大提高油的抗氧化性能，主要是由于苯三唑型金屬減活劑能在金屬表面生成化學膜，阻止金屬及其離子進入油中，減弱其對油品的催化氧化作用，這種化學膜還能防止活性硫、有機酸或自由基對金屬表面的攻擊，從而達到保護金屬表面的作用。

試驗還發現在一定溫度(50 ～60 ℃)下，添加有0.01% ～0.03%苯三唑型金屬減活劑的變壓器油在放入銅片的情況下，經過一段時間可以降低油中金屬銅含量1.0 mg/kg 以上。由此可以預期，在運行變壓器油中添加苯三唑型金屬減活劑是可以降低并抑制變壓器油中銅離子的產生的，這是因為變壓器運行油溫一般也在50 ～60 ℃，變壓器本身含有大量的銅質材料，這樣在變壓器的運行過程中，所添加的金屬減活劑就能發揮降低油中銅含量的作用。進一步的試驗表明油中添加少量苯三唑型金屬減活劑還能大大降低變壓器油介損，改善變壓器油的電氣性能〔4〕。

4 現場應用實例

4.1 懷化新街#1 主變處理

2009 年6 月懷化電業局在新街#1 主變(型號SSZ9-31500/110)的例行試驗中發現變壓器整體絕緣水平嚴重下降，高、中、低壓線圈絕緣電阻與2006 年結果比較下降了50% ～69%，分別為1 700 MΩ，1 600 MΩ，1 500 MΩ，油介損由0.425%升至0.895%，升高1 倍以上，通過檢測發現油中銅含量為0.7 mg/kg，同時變壓器油中存在腐蝕性硫。

為了盡快恢復該變壓器的絕緣性能，對變壓器油采取了吸附凈化及添加苯三唑型金屬減活劑聯合處理的方法進行處理，經過96 h 的處理，油介損降為0.178%，高、中、低壓線圈絕緣電阻提高6～10 倍，分別達到17 000 MΩ，11 000 MΩ，10 000 MΩ，油中銅含量為0.1 mg/kg，處理后變壓器油腐蝕性硫試驗合格。

采用新方法處理節約檢修費用17 萬元，節約檢修時間4 d，處理后該主變迅速投入正常運行，2010 年5 月進行油介損跟蹤分析，介損為0.078%，油中銅含量降為0，目前主變一直處于良好的運行狀態中。

4.2 益陽毛家塘#1 主變油處理

毛家塘變電站#1 主變是2001 年7 月出廠，10月投運的220 kV 變壓器，其型號為SFPS9 -120000/220，油重33 t。

2006 年2 月及2009 年12 月電業局分別對主變進行了2 次絕緣電阻測試，發現變壓器整體絕緣均不佳，其中2006 年高、中、低壓線圈絕緣電阻分別為2 100 MΩ，3 000 MΩ ，2 000 MΩ;2009 年高、中、低壓線圈絕緣電阻分別為1 390 MΩ，1 330 MΩ，1 120 MΩ;2009 年與2006 年絕緣電阻結果相比下降了35% ～56%，2009 年油介損達到1.26%。

2007 年首次對該主變進行油中金屬含量分析，銅含量為1.4 mg/kg，2009 年7 月再次對其進行油中金屬含量的跟蹤檢測發現，其銅含量有上升趨勢，達到2.2 mg/kg。

為提高該變壓器的絕緣性能，于2009 年12 月對該變壓器油采用吸附凈化及添加少量金屬減活劑的方法進行處理，經過120 h 的處理，主變整體絕緣水平大大提高;高、中、低壓線圈絕緣電阻分別達到6 330 MΩ，4 866 MΩ，2 670 MΩ;分別上升356%，234%，132%;油介損 由 1.26% 降 至0.2%，油中銅離子含量降為0.2 mg/kg，處理取得了圓滿成功。2010 年7 月進行了油介損及銅含量跟蹤檢測，油介損為0.051%，油中銅含量為0.1 mg/kg，目前主變運行良好。

4.3 湘西梅花#2 主變油處理

湘西電業局梅花#2 主變 (型號為SSZ9 -20000/110)從2004 年開始的歷次電氣試驗均發現主變整體絕緣呈明顯下降趨勢，2010 年9 月，高、中、低壓繞組絕緣電阻已降至的1 500 MΩ，1 730 MΩ，1 300 MΩ;油介損超標達到4.729%，嚴重影響變壓器的安全運行，檢測油中銅含量達到6.1 mg/kg，油中含有腐蝕性硫。2010 年9 月對該主變進行了吸附凈化及添加少量金屬減活劑處理，處理后主變高、中、低壓三側繞組及鐵芯絕緣電阻值顯著提高至7 500 MΩ，5 500 MΩ，5 470 MΩ;主變絕緣性能恢復良好，主變油介損降至0.074%，油中銅含量降至0.1 mg/kg，變壓器油腐蝕性硫試驗合格。

5 結論

1)變壓器油中銅含量升高會導致變壓器絕緣下降。

2)硅鋁聚合物吸附劑能有效吸附變壓器油中的銅含量。

3)變壓器油中添加少量苯三唑型金屬減活劑可有效抑制銅的產生。

4)采用硅鋁聚合物吸附并添加少量苯三唑型金屬減活劑的聯合處理方法能有效處理由于銅含量升高導致絕緣下降的變壓器，現場處理效果良好，經濟效益明顯。

〔1〕陳麗華，張有序. 金屬減活劑改善變壓器油使用性能的探討〔J〕. 石油學報(石油加工)，2003，19 (2):62-68.

〔2〕錢藝華，姚唯建，周永言. 變壓器油中腐蝕性硫的分析研究〔J〕. 廣東電力，2007，20 (11):38-41.

〔3〕張竟誠，仲伯禹. T551、T561 金屬減活劑作用機理的研究〔J〕. 石油學報(石油加工)，1994，10 (1):88-92.

〔4〕錢暉，歐陽軍，胡旭. 采用添加金屬減活劑方法處理銅含量超標的變壓器油〔J〕. 湖南電力，2009，29 (6):13-16.