油處理成套設備在廢舊變壓器油現場吸附中的應用研究

王凌云 陳 黎 肖 灑 張 濤 任喬林 熊 煒 任貝婷 湯迎春 肖亞平

(1. 三峽大學 電氣與新能源學院， 湖北 宜昌 443002； 2. 國網湖北省電力有限公司 孝感供電公司， 湖北 孝感 432100； 3. 國網湖北省電力有限公司 隨州供電公司， 湖北 隨州 441300)

國網湖北省電力有限公司孝感供電公司西城35 kV變電站新站自2014年投運以來，廢舊變壓器被拆除，閑置的變壓器油介損、微水、酸值以及色度快速超標并持續上升，絕緣電阻明顯下降．其中孝感西城35 kV變電站1號主變在不到5年期間4次用吸附紙或氧化鋁吸附過濾、3次換新油，既降低了變壓器可用率，加大了維護成本，又未取得理想效果，問題依然存在．例如該主變2003年7月5日第3次換油后，油介損為0.29，微水、酸值、色度以及主絕緣電阻合格，到2016年5月8日油處理前，油介損上升到19.324，微水值上升到82，酸值0.3，高壓三相R60為394 MΩ，低壓R60為358M，鐵芯對地158 MΩ．在對絕緣油進行抽樣檢驗時發現，油色發紅，呈渾濁狀態，整個變壓器油處于一種嚴重劣化狀態．如果上述絕緣油不加以濾油吸附處理而直接運用于新變壓器中，將會對變壓器造成安全運行的隱患．為了節約變壓器絕緣油成本，擬對此油進行油吸附處理，使達到正常標準以再次投入使用．孝感供電公司光源集團研制的XDK吸附劑[1]經過1998年葛洲壩換流站處理變壓器油以及1999年處理大亞灣主變油后，其吸附處理降介損的能力得到了廣泛認可[2]．通過近20年的不斷創新探索，吸附劑不斷精制更新，油處理成套設備也不斷創新完善[3-4]．為消除絕緣油各類缺陷，選用孝感供電公司研制的變壓器油處理成套設備融合新型XDK吸附劑和相關工藝對此絕緣油進行組合現場濾油吸附處理，于2018年8月7日至8月9日對西城變電站一臺主變進行油的吸附循環跟蹤處理．

1 降介損、微水和脫色初步試驗

本次試驗孝感西城變電站變壓器油顏色發紅、水分較高(因長期久置室外，密封性能不好)且油介損偏高，因此對此油主要進行降介損、微水和脫色處理．其他理化、電氣性能都很好，無需再另外進行油處理．因此，選擇既能降介損、微水又能脫色效果好的吸附劑是此次現場廢油吸附處理的關鍵[5]．實驗室模擬吸附實驗是選取最適合吸附劑的證明前提．取孝感西城變電站廢棄變壓器絕緣油做小樣浸泡對比試驗，即每100 g變壓器油中加2%的吸附劑，在烘箱保溫放置24 h后取出，過濾出吸附劑并進行檢測，其結果見表1．

表1 XD-03和XDK2-02吸附劑降介損和脫色效果對比圖

由此可知，綜合脫色效果、降水分和降介損能力，XD-03吸附劑占有優勢，相比于降微水能力而言，脫色及降介損效果更好．

2 現場油處理吸附劑的確定

為了選出適用于變壓器油現場處理并且具有高效降介損，降微水脫色效果好的吸附劑，參照1999～2017年在大亞灣核電站濾油多次經驗，結合孝感供電公司研制的XDK吸附劑種類和主要適用對象進行排查，初步選定此次現場油處理選用XDK1-03型號吸附劑，具體情況通過實驗進行數據證明．對孝感西城變電站1號主變變壓器油做模擬試驗，取西城變電站1號主變變壓器油3 kg，分別加用XDK1-03吸附劑和XD-03吸附劑各60 g，循環一遍，約6 h后取樣分析，介損分別降為0.012和0.019，微水分別降為41和50，酸值分別降為0.004和0.005．通過真空濾油機將油真空過濾后，分別經過標準檢測設備檢測介損、微水及酸值，前后對比見表2．

表2 XDK1-03和XD-03吸附劑的處理效果對比

由此可知，西城變1號油用XDK1-03型吸附劑降介損效果優于XD-03吸附劑，吸附劑的用量僅需2%的油重即可將介損降到0.012左右，酸值降到0.004，色度也符合要求，符合35 kV變電站變壓器安全運行的技術要求．且根據實驗可知，XDK1-03吸附劑為0.1～0.5mm的顆粒狀，而XD-03吸附劑為粉末狀，粉末狀的吸附劑不利于油路的流通，所以最終確定選用XDK1-03吸附劑作為本次孝感西城變壓器現場處理用吸附劑．考慮到線圈的絕緣電阻很低，水分仍然很高，需要提高吸附深度，加大吸附力度．所以西城1號油吸附劑用量定為油重的4.25%，處理油溫40%～60%．

3 現場油處理的臺式試驗

為了保證孝感西城35 kV變電站變壓器油現場處理項目工程能夠如期順利進行，利用簡單的實驗裝置做了油處理的臺架試驗，具體試驗步驟如下．

第1步：根據之前模擬試驗的數據確定吸附劑用量為油重的4.25%，采用3 kg西城變電站廢棄變壓器絕緣油做模擬試驗[6]，組成試驗流程，如圖1所示．根據1999～2017年大亞灣處理油經驗，在吸附劑進入吸附罐之前需要達到一定溫度，所以，在模擬試驗時就接入了加熱器，對油加熱．

在試驗中，要保證3個重要的技術指標：吸附劑的加入量，吸附時間，吸附溫度．為了保證實驗數據的精確性，油杯幾乎要密封，油不能與空氣接觸．油的溫度通過加熱器升至55℃以上，降低粘性后進入吸附罐．在3 kg變壓器油中加入XDK1-03吸附劑127.5 g，吸附劑用量為4.25%．吸附時間定為6 h，記錄各指標檢測結果．

圖1 現場模擬試驗流程圖

第2步：取西城變電站1號主變備用廢棄油進行二次吸附，XDK1-3吸附劑用量為4.25%，分兩次加用，每次吸附循環6 h，結果見表3．

表3 XD-03和XDK2-02吸附劑降介損和脫色效果對比圖

處理結果表明，經XDK1-3吸附劑處理后，變壓器油介損指標達到35 kV主變投運前的油質量標準，且該油處理過程流暢可行．實驗發現，油中微水量幾乎沒有下降，說明在實際濾油處理過程中，要嚴格控制油的密封以及油的真空過濾處理．

4 西城變電站1號主變現場油處理

4.1 油處理方案

利用孝感供電公司研制的吸附罐，定于2018年8月7日08：00至2018年8月10日08：00對孝感西城35 kV 1號主變廢棄變壓器油進行了油處理．該變現場油處理方案包括油處理系統流程，運行條件如介損檢測溫度、壓力、流量、真空度、吸附劑的添加和更換等，均嚴格按照孝感供電公司變壓器組合濾油質量安全計劃實施．

4.1.1 吸附劑及其使用條件

根據廢棄變壓器中的油質情況分析和上述模擬結果，選用油重4.25%的XDK1-03吸附劑．吸附劑為顆粒狀，粒度0.1～0.5 mm，裝入吸附罐，油流出吸附罐后先經緩沖罐進行緩沖，后經高精度離心機進行吸附劑離心，最后通過真空濾油機過濾以保證油中無吸附劑或其他雜質污染．XDK1-03吸附劑的最佳吸附溫度為50℃，這樣吸附效率最高，處理所需時間最短．所以，在變壓器組合濾油系統中加入了加熱器，以保證油溫升高至50℃．

4.1.2 介損檢測設備及其使用條件

由于成套設備中的介損檢測設備進油管口徑較小而變壓器油處理成套設備PVC管道口徑較大，導致從PVC管流入介損檢測設備進油口的流量達不到平衡，如果直接將介損檢測設備和PVC管相連可能會造成PVC管漲裂，所以在進油口處加一個孝感供電公司研發的油流平衡器，這樣可以防止油流不平衡問題．另外，由于變壓器油介損檢測最適溫度為90℃，所以在系統控制介損檢測設備進油之后，介損檢測設備會自動進行加溫、升壓．為了保證測量的精確性，通過用待測油沖洗油杯，設置進油時間約1 min，油靜止時間10 min，從初始油溫50℃升至90℃約25 min，一次測量整個過程約40 min．

系統進行初始化后，首先設置檢測項目，從進油口取樣，絕緣油靜放一段時間后，測量絕緣油溫度與設定值進行比較．當油溫不滿足設定值時，進行加溫控制；否則，系統進行恒溫控制．接著進行介質損耗因數的測量，并將檢測的結果保存，系統自帶微型打印機打印結果，程序返回．當下次需要重新檢測介損時，重新采集新油樣，重復上述步驟，將兩次檢測結果進行對比分析，從而判斷油吸附劑是否需要更換．

4.1.3 油處理流程圖

吸附劑60 kg分裝在2個特制的吸附罐內，分兩組，每組1個吸附罐循環濾油15 h，再切換到另一組運行．具體流程如圖2所示．

1.變壓器本體；2.變壓器出口閥；3.補充油閥；4.油泵；5.吸附罐抽油泵；6.加熱器；7.吸附罐；8.緩沖罐；9.高精度離心機；10.精密濾油機；11.真空濾油機；12.介損檢測設備進油閥；13.油流平衡器；14.介損檢測設備；15.吸附罐連通管出油閥；16.補充油罐；17.流量計；18.變壓器進油閥；19.內循環閥圖2 西城變電站1號變組合濾油流程圖

4.2 油處理過程

4.2.1 內循環過程

為了確保濾油工程項目結果的準確性，在濾油之前應進行成套設備油處理系統內部循環，具體就是保證吸附罐處理油過程中不會有大量氣泡以及吸附罐、濾油機和其他設備的工作穩定性．具體做法是用補充油充滿油處理管道、吸附罐、濾油機并將緩沖罐注油至一定的油位后，關閉變壓器出口閥2、開啟內循環閥19，將油泵4、吸附罐7、緩沖罐8、高精度離心機9、精密濾油機10和真空濾油機11組成油循環系統并運行約2 h．這樣就使油處理系統進入變壓器本體循環后穩定可靠．同時為了使油溫能在50℃以上，系統中加入了加熱器，以保證測量的精確性．

4.2.2 監控和取樣分析

為控制現場油處理效果和決定是否需要更換吸附劑，在油循環過程中每6 h左右取油樣分析試驗，主要是測試油的tanδ、微水、酸值以及色度以考察油處理效果．表4給出了該變壓器現場油處理過程中各指標參數隨時間而變化的情況．

表4 油處理過程跟蹤試驗結果

從表4可見，西城35 kV變電站1號廢舊變壓器油介損，酸值，微水以及顏色隨著吸附時間增長數值下降顯著，具有時間短、見效快的高效特點．在吸附前24 h，微水、介損、酸值以及色度下降梯度很大，隨著循環處理繼續進行，微水、介損、酸值以及色度衰減越來越緩慢，最后趨向于一個穩定值幾乎保持不變．綜合上述試驗報告可知，成套設備進行油處理更能體現油處理的優越性，介損檢測設備的接入更加促進濾油處理結果的準確性，1號主變廢棄油經吸附罐油處理后全面達到投運前介損標準要求．

5 結論及改進

1)使用XDK型吸附劑對孝感西城35 kV 1號主變組合濾油吸附處理較以往使用吸附紙或活性氧化鋁吸附相比，時間縮短近50%，降低油介損，提高變壓器本體絕緣收到特效，再次證明XDK的新型吸附劑的高效性和廣泛適用性．

2)通過實驗數據對比分析，用人工取樣檢測油樣介損略大于自動檢測油樣介損，證明油與空氣接觸會增大油的介損，降低絕緣性能．

3)變壓器成套設備油處理系統中加入了加熱器，升高了油溫，既保證最佳吸附溫度，又可以降低介損檢測時間，提高了工作效率．

4)應對變壓器介損檢測設備設置定時檢測，整個過程實現無人工操作，確保實驗結果準確．同時將變壓器絕緣油含硫檢測與介損檢測進行聯合，共同完成變壓器油吸附處理．

5)下一步重點研究如何脫除變壓器油中的DBDS問題，對廢舊油進行再生研究．