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。如果變壓器油的質量不佳，可能造成變壓器升溫過高，不能連續正常運轉，甚至燒毀繞組線圈致使設備毀壞，嚴重時會造成爆炸等惡性事故。所以變壓器油的性能和質量對電力系統的穩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穩定運維。因此，針對火電廠變壓器有的取樣化驗管理是火電廠生產運行的重要環節，不可忽視。

1 確保火電廠變壓器油質量的重要意義

1.1 變壓器油概述

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

變壓器油的絕緣作用主要體現在，變壓器油的絕緣強度是高于空氣的。若將絕緣材料直接應用于油中，可以提升變壓器設備的絕緣強度，使其不會受到潮氣的侵蝕。散熱作用體現在，變壓器油的比熱是相對較大的，它通常會被認作一種冷卻劑。在應用過程中，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在，當變壓器和油斷路器在應用時，需要借助調壓開關來執行相關操作。此時，在觸頭的切換過程中會產生一定的電弧，其對變壓器的導熱性能會帶來直接的影響。所以，若電弧產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生壓力。變壓器油能夠提高介質的滅弧能力，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備正常運行的重要化工材料。

1.2 變壓器油的質量檢測及對設備運行的影響

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

首先，若基于化學性能層面進行思考，變壓器油存在一定的化學指標，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準的0.1，變壓器油就處于質量的臨界值區域，在變壓器運行時就應該考慮及時更換符合酸價數值標準的變壓器油。

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，產生的氧化物質就會越多，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在介質的應用環節有異常反映。簡而言之，若變壓器油的質量不佳，則會增加水分在油中的含量，也會造成其他污染物質含量增加，無法保證介質的狀態，同時可能存在擊穿電壓下降的現象。這些因素都使變壓器質量下降，在應用過程中易發生嚴重的事故。

2 火電廠變壓器油取樣化驗管理

變壓器絕緣油在應用過程中容易受到外界因素的污染，其內部的含氣量、含水量和顆粒雜質的分布上升，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節，通常會應用玻璃瓶(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，不可應用無蓋的容器執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，在取樣環節，應選擇醫用玻璃瓶注射器，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 ℃的環境下干燥。在上述操作完畢后，方可進行注射器芯的應用。要將小膠帽覆蓋于注射器的頂端，放置于干燥器內，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時，可以結合SD/T313 中的標準內容要求，按照規定實現對變壓器油的測定。在執行試驗過程中，可采用三比值法執行試驗，分別通過CH4/H2、C2H4/C2H6，C2H2/C2H4來執行比值分析工作，通過編碼中的區別，確認變壓器的故障位置，防止其因為故障發生損失。同時，在變壓器油的化驗環節，可檢測其中氣體的含量，確認氣體是否在規定限度內，是否發生超標的問題。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中。之后，使用干燥且整潔的取樣管，依照GB/T 7597 中的標準要求完成取樣。若油桶是新到貨的，需要結合取樣桶數進行分析，按規定中的要求執行下一步操作。

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，確認油桶的型號(標志、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，若試驗中發生異常，需要將樣品保留1 年之久，方便后續進行復核以及仲裁試驗。

2.1.3 設備運行階段的取樣

在變壓器設備運行階段，取樣位置是在取樣閥中，在取樣時需要遵循以下的規則。

第一，霧天、雨天、暴風等惡劣天氣，不可在戶外進行變壓器油的取樣。當在必要條件時，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，為保證在取樣環節取樣口區域不會存在過多的污染物質，化驗人員可采用棉布進行擦拭，保證取樣管口區域是干凈、光滑的。選擇一定數量的變壓器油，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，防止在取樣環節吸入過量的空氣，加劇對實驗結果準確性的影響。

第五，在取樣完畢后，應該在關閉閥門時多加注意，避免空氣中的雜質進入取樣油中。

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

第七，對于無閥門、套管的充油設備而言，應該在其停電檢修階段進行取樣。而針對于全密封的設備而言，需要結合制造說明書中的規定，合理地執行取樣操作。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。在設備的底端進行取樣時，應注意增加對不同部位的取樣，防止對設備造成干擾。若存在全密封的取樣操作，需直接結合DL/T703 中的規定，讓變壓器油內的氣體不會發生逸散，取樣油中的溶解水分也不可與空氣進行混合。在執行試驗操作時不可讓該區域產生氣泡，避免對試驗的準確性造成影響[2]。

第九，在水分取樣環節，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

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

若存在不可直接與導管連接的設備，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，優先轉移取樣瓶，將取樣閥進行關閉，促使變壓器油能夠在規定的區域進行存放。再次進行測量時，才可啟封。

2.1.5 做好取樣標記

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記。通常情況下，會將取樣時的標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、設備編號、油樣牌號、取樣油溫及天氣、取樣位置等信息內容。

2.2 變壓器油的化驗方法

在我國經濟持續發展的時代背景下，人們對生產用電、生活用電提出了更高的要求。在電力系統運維期間，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定性。因此，在變壓器的應用過程中，應該合理地應用變壓器油化驗技術，對變壓器油的質量進行分析，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 確認故障位置所在

為保證變壓器油的質量檢測工作能夠順利實施，應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用于變壓器油當中。但若其內部的可燃氣體含量較大，則會影響絕緣材料的應用效果，也會導致絕緣效果不佳的問題出現。

通過對變壓器油化驗可知，在它的分子結構為碳氫化合物。變壓器在運行過程中產生了一定的電熱效應，會導致碳氫化合物中部分C-C 和C-H 發生裂變。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，使變壓器油的性質產生一定的變化。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系。另外，因為局部放電問題的出現，也會造成變壓器故障的發生。

2.2.2 合理應用三比值法

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

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，為此創建出一套完整的編碼程序，以便工作人員結合編碼內容判斷變壓器是否存在故障，確定變壓器油是否發生質變。因此，分析檢驗的準確性取決于油品中氣體含量的準確度，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和正確。例如：在采樣環節應做好對現場的嚴密檢查，防止采樣的失誤。應規范取樣操作，選擇全玻璃質儀器進行取樣操作。采樣瓶容量需要控制在100 mL 以內，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含量，使變壓器油所含物質發生改變，影響比值分析結果。

(2)應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，必須規范操作人員的行為，防止變壓器油中的其他氣體含量出現超標的問題，影響分析化驗的準確性。

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

(4)將“三比值法”分析結果與標準規定進行認真比對，檢查變壓器油的質量與標準值是否相符或相互貼近，并結合變壓器運行狀態確認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

經上述分析，根據變壓器油的應用狀態，可以基本掌握變壓器內部發生故障的原因。

首先，因為變壓器油的絕緣性需符合標準，若其絕緣效果不佳，會導致變壓器中的繞組線圈等零部件發生損毀，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備運行的物質，加劇對變壓器的負面影響。

其次，變壓器油中存在一些有機物質以及無機物質，在設備運行過程中可能出現一部分外界的負面影響，如果負面影響超出規定的范圍就會導致變壓器油質量發生變化。所以，要關注變壓器油物質的化合鍵結構方面的變化，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結構的穩定性。

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，會導致內部結構的運行效率降低，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，也會導致發生放電事故。所以，在變壓器油的檢驗工作中，為避免發生損失，應著重檢測變壓器油中的烴類氣體和氫氣含量，判斷其是否呈現出升高的趨勢，必要時采用三比值法，實現對故障類型以及故障位置的確認，防止變壓器油發生更大的問題。

2.2.4 游離碳及閃點

高質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。若發現存在一定含量的游離碳，工作人員需要查詢其原因所在，監測變壓器內部的狀態，以防止其在運行過程中發生故障問題。

閃點的試驗，主要是依靠變壓器油在加熱過程中所產生的物質來進行分析。通過空氣與蒸氣的混合，變壓器油在靠近火焰時會出現閃燃，出現閃燃時的溫度被稱為閃點。該溫度越高，說明變壓器油的質量越高。變壓器油的閃點通常控制在136 ℃以下，但它的凝固點應盡量低。

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，通過機械方式(如設備運行)形成的混合物。若其存在于變壓器油內，則會導致其中的不飽和烴類發生分解反應，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，在變壓器油中應盡量減少機械混合物。可通過對堿、硫、灰分以及酸等雜質含量的控制方式，使絕緣材料、油箱、導線等物質不發生被腐蝕的問題，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(KOH mg/g)”來表示。油的酸價越低越好。一般新油不應超過0.05 KOH mg/g，運行中的油不應超過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，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，難免不會發生皂化、氧化的問題。所以，為保證絕緣油的性質，測定變壓器油中的pH 值，以確認油質性能，確認其在變壓器中應用環節的變化趨勢。

3 結語

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節的一些問題，采用行之有效的應對措施，控制變壓器油的質量。工作電壓在35 kV 及以上火電廠變壓器，需要每年執行一次化驗。若變壓器發生過故障，或是進行過大修，經歷過加油、換油等操作的，需要增加對變壓器油取樣分析，以增加對電力系統運維保障作用。在監測分析中也可采用三比值法，確認故障的種類，準確地掌握故障問題的發生位置，從而防止火電廠變壓器在運行階段存在異常，降低設備危險的形成概率，提高電廠生產管理工作效能和效力。