提高大型變壓器濾油效率方法的研究

陳志遠

摘?要：隨著電力系統容量的增加和電壓等級的提高，對輸變電設備安全性，可靠性也提出了更高的要求，特別是在GB50150-2016版《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》19.0.1絕緣油的試驗項目及標準中規定“500kV及以上交流變壓器投運前（熱油循環后）100mL油中大于5μm的顆粒數≤2000個”顆粒度檢驗為絕緣油檢驗新增項目，絕緣油閉口閃點，界面張力等數據也有所提高。由此可見對絕緣油的檢驗標準有了更高和更明確的要求，提高濾油效率是降低油污染幾率和提高油質合格率的有效辦法，本文從改進濾油方法的角度對提高絕緣油濾油效率進行闡述。

關鍵詞：絕緣油處理;熱油循環;變壓器油循環;絕緣油檢測

1 絕緣油對油浸變壓器的重要性

變壓器絕緣油是石油的一種分餾產物，它的主要成分是烷烴，環烷族飽和烴，芳香族不飽和烴等化合物，是一種絕緣性能良好的液體礦物油。變壓器絕緣油的作用有絕緣，滅弧和散熱功能，按照油品的凝固點溫度劃分有DB-10＼＼DB-25＼＼DB-45三種型號。

變壓器內部故障時除通過繞組的電流和電壓測量回路進行監控以外，都是通過內在絕緣油的溫度和其他狀況完成監測。通常在變壓器器身上裝有油面溫度計2支及其控制儀表，儀表內裝有四組可調控制開關，當油溫超過設計溫度后，控制儀表發出電信號，分別作用于變壓器冷卻系統控制及信號報警，然后通過啟動冷卻風機、降低負荷或跳閘等方式使變壓器解除危險狀態。在器身和油枕之間的連通管上還裝有瓦斯繼電器，利用變壓器內部故障而使油分解產生氣體或造成油流涌動時，使氣體繼電器的接點動作，接通指定的控制回路，并及時發出信號告警（輕瓦斯）或啟動保護元件自動切除變壓器（重瓦斯）。隨著科技的發展在500kV及以上變壓器器身上還增加了色譜在線分析裝置，實現對絕緣油中溶解的故障氣體實時持續在線分析，避免了在實驗室分析取樣周期長，脫氣誤差大及耗時多等問題。

2 常規濾油方法存在的弊端

變壓器濾油是變壓器安裝及檢修過程中的必要環節，是絕緣油處理的必要過程，GB50148-2010《電氣裝置安裝工程 電力變壓器、油浸電抗器、互感器施工及驗收規范》中4.10熱油循環部分對變壓器安裝過程中油處理進行了說明“330kV及以上變壓器、電抗器真空注油后應進行熱油循環”。熱油循環是絕緣油脫氣、脫水的過程和行業內認可的方法，也可以過濾變壓器在生產過程中殘留在變壓器內的細小顆粒物，油質檢測合格是變壓器投入運行的必要條件。新修訂的驗收規范中對500kV及以上絕緣油檢測增加了單位內顆粒數檢驗項目，這也是對濾油設備和濾油方法進行技術革新提出了明確的要求，同時對界面張力和閉口閃點也提高了標準。

以我單位參與的臨沂安裝工程為例，在1號主變壓器的安裝過程中按照常規的油處理方式進行熱油循環作業的方法是，在變壓器附件安裝完成后，連接濾油機與變壓器頂部閥門開始進行器身抽真空，當真空度達到規定的真空度后（220kV～500kV變壓器的真空度不應大于133Pa，750kV變壓器的真空度不應大于13Pa），保持真空度并檢測泄露率滿足要求后進行真空注油，注油時從變壓器底部閥門注入。熱油循環時從變壓器上部接入出油管，下部油管改為回油管，變壓器油經過濾油機真空處理和加熱后返回到變壓器內部。熱油油循環過程中因為處于冬季，外部環境在-5℃左右，雖然把濾油機加熱器全投如使用，保證了濾油機出口油溫在65-70℃范圍內，但因為變壓器油量大，外部環境溫度低，致使變壓器內油溫長時間得不到提升，以至于變壓器內鐵心，繞組等內部元器件達不到加熱的效果，失去了熱油循環的意義。在1號主變濾油時耗費了12天的時間，經過10次取樣檢測然而熱油循環后油樣實驗還不合格。通過對絕緣油不合格項進行分析，具體匯總如下：

根據上述問題調查表，制作出質量問題餅分圖如下：

通過上圖可看出，變壓器油質量問題主要是“灰塵、纖維雜質超標”和“油中含氣量超標”。這也是容易造成變壓器故障的關鍵因素，這些問題得不到處理，變壓器將不能投入使用。

3 分析問題原因和改進措施

通過上述實例進行分析影響變壓器濾油效率和效果的因素主要包括以下幾個方面。

3.1 外部環境影響

因施工處于冬季12月份當地氣溫已低于0℃，低溫環境下熱量散失嚴重是導致變壓器熱油循環效率降低的主要因素，因為熱量損失嚴重，設備內部元器件達不到加熱的效果，以至于內部微量氣泡不能被透析出來，雖然循環過程中經過濾油機真空處理，但因元器件缺乏加熱過程，以至于經過長時間的熱循環都是在做無用功，反而增加了被污染的機會。

改進方法：為減小器身與環境的溫差，減少散熱效率，我們采取給變壓器外殼增加保溫層的保護措施，同時在保溫層中增加自控溫熱伴熱電纜，伴熱電纜選用DBR-PB型，最高耐受溫度為110℃，最高工作溫度為65℃，低于變壓器油最高70℃溫度的要求，從而不會對變壓器油造成二次加熱。外部保溫材料采用施工現場常見的外墻保溫材料，僅用于維持內部熱量不散失的作用，通過此辦法將變壓器外殼溫度可以提高到60℃，并維持在一定溫度范圍內。因變壓器內外部幾乎沒有溫度差，從濾油機循環出來的絕緣油輸送到變壓器內，溫度基本維持不變，從而減少變壓器油熱量散失。此方法從根本上改變了外部低溫環境對效率的影響，更適合在高寒和低溫地區的冬季進行推廣。

3.2 改造濾油機結構存在缺陷

大型變壓器濾油因變壓器容量大，濾油過程中流量大，為短時間內提高油溫度，于是把加熱器全部投入使用是常見的一種操作方法，由此產生的風險是用電負荷增加對電源的容量和穩定性都需要提高，否則會頻繁造成過負荷跳閘現象出現;由于變壓器濾油機設計缺陷，在停電后會導致部分加熱器裸漏在油面以上，以造成因加熱器余溫造成表面油會因為局部過熱產生乙炔和烴類氣體。

改進方法：a、將濾油機電源和控制系統進行改造，由以前的單電源供電改造成雙電源供電，在電源箱內增加雙電源自動切換裝置和斷電報警裝置，當其中的一路電源消失后報警裝置會發出蜂鳴和閃光報警，以提示工作人員盡快對失電原因進行檢查，以保證供電可靠性。

b、改造濾油機加熱罐結構，原油罐加熱器結構存在設計弊端，突然停電時，罐內油位在重力和油泵慣性作用下會下降，造成部分加熱絲露在油面以上，油面與加熱絲接觸面會因局部過熱而產生乙炔等烴類氣體。改造后將出油口改在油罐頂部，即使遇到突然停電，加熱絲也仍全部浸泡在油中不會局部過熱，避免了乙炔等烴類氣體的出現，保證了絕緣油不被設備污染。

4 結論

通過改造后的實施方案，濾油時間在原來12天時間的基礎上減少到3天，濾油時間縮短減少了油循環的次數，從而減少了油質被污染的幾率。同時在電源柜中增加了雙電源切換裝置保證了電源的可靠性，在后續過程中沒出現因停電造成的停機現象;改造后的加熱罐是保證油質不被二次污染的關鍵因素，即使在操作過程中造成停機，也不會導致油面局部過熱而產生乙炔或烴類氣體，是保證色譜和含氣量合格的關鍵措施。除此之外還對濾油設備更換了高精度濾芯，雖然在材料成本上有一些增加，但是通過減少人工投入和電源費用進行彌補，項目在實施后并未額外增加施工成本，反而減少了檢驗費用。

參考文獻：

[1]GB50150-2016《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》中華人民共和國.

[2]GB50148-2010《電氣裝置安裝工程 電力變壓器、油浸電抗器、互感器施工及驗收規范》中華人民共和國.