大型电力变压器对油的保护体系.pdf

．2 2． 1 9 9 6年 第 6期 大型电力变压器对油的保护体系 一 、变压器 的 全密封 结构 对 油的保 护作 用 变 压 器 的全 密封 结 构 系 指 变 压 器 的 内部 与 外 界 大 气 问 完 全 隔 绝 ． 即 在 变 压 器 的 结 构上采取 了完全 密闭 的方 式 。 这 主要 是 通 过垒密封式 储 油柜 实 现的 。图 1为此 种储 油 柜 的 结 构 型 式 电 力 变 压 器 采 取 接油 箱 图 1全密 封储 油 柜 结构 型式 变压 器油是 比较 娇 贵 的液 态 绝缘 材 料， 不 仅要 求在保管 和使 用 中防止或 减少 来 自外部的 杂 质 的污染 ， 而且 在 其 炼 制 过程 中， 还要 添 加 抗 氧 化 剂 ， 用 以抑 制 产 生氧 化 的进程 ， 以期 延 长其 使用 寿命 I ． 油中的天然抗 氧剂 变压器 油是 从 石 油 中分馏 出 的 在 同 一馏 程 内， 沸 点相同的各种成 分 均 可 汽化 成 为馏 分 油 。 因此 ， 馏 分 油的 成 分 十分 复 杂， 需精 制 后 方可成为纯净的 变压 器 油。精 制的工艺方 法很 多 ， 但 目 的 是 一 个 ， 即 清 除 掉 馏 分 油 中 的 不 良 成 分 ， 使 油成 为纯 正 的、 非极 性分 子的 烃 类 结 维普资讯 1 9 9 6年第 6期 2 3 构 应 注意 的 是 ， 无 论 采 用 何 种 工 艺 方 法 进 行 精 制 都 要 适 度 若 精 制 不足 ， 油 中 的 不 良成 分含 量 过 高 ， 会 影 响 油 的 低 频 性 能； 若 精 制 过度 ， 油 中 的芳 烃 、 酚 类 、 树 脂 质 等 成 分 将 被 除 尽 ， 则 会影 响 油 的 高频 性 能。 因 此， 在 保 证 油 的绝 缘性 能 的前提下 ， 应微 量 地保 留油 中 的酚 类和树脂质成分 ， 借 以消 除油被氧 化时产生 的游 离 基 ( R ) 这 些 被 有 意 识地 保 留 下 来 的 微 量 成 分被 称 之 为 油 本 身 自存 的 天 然 抗 氧 剂 。 变压器 油是 比较纯正 的烃娄混合 物 油 自 炼 油厂 诞 生 后 ， 即 受 到 空 气 中 氧 的 威 胁 。 油 被 氧 化 的 作 用 每 时 每 刻 都 在 进 行 ， 作 用 程 度 则 与 条 件 有 关 ，新 油 之 所 以 能 够 较 长 时 间保 持 其 特 性， 就 是 因为 油 中存 在 自身 的 天然 抗 氧 剂 ， 可 及时 消灭 油 中产生 的 R 基 ， 从而保 持油 的本 色 基 本 不 变 2 ． 油 中的人工抗 氧剂 油 中的 天然 抗 氧剂 数 量 有 限。 为 了进一 步 保 护 油 的 特 性 ， 延 缓 i tt l 的 氧 化 、 劣 化 进 程 ， 可 在 新 变 压 器 油 中 加 入 人 工 抗 氧 剂 。 当油 中 的天 然 抗氧 剂 耗尽 后 ， 人 工抗 氧 剂 将 继 续 对 油 起 抗 氧化 保 护作 用 人 工 抗 氧 剂 品 种 繁 多 ， 主 要 可分 为如下三类 ： 第 一类 ， 如 对羟 基二 苯胺、 苯基 一口一 萘胺 等 ， 主 要 功 能 是 消 灭 油 氧 化 时 产 生 的 R 基 ， 而 对烃类 氧化时产生 的烷 基过氧 化氢 f R OOH) 的 分解则无 控制作用 ； 第二类 ， 如二 乙基对位苯二胺、 4 ． 4 一 二 胺基 二 硫 化 物 等 主 要 功 能 是 既 能 消 灭 i a t 氧 化 时 产 生 的 R 基 ， 又 能控制 油中 ROOH的分解 ， 其作 用 比较 全 面 ： 第 三 类 ， 如 2 ． 6二 叔 位 丁基 对 甲 酚， 又 称 T 5 0 1 ， 其作 用介 于 前二 者 之 间， 即对 油 中的 R 基有一定 的消灭功能 ， 但 对 油中 ROOH 分解 的 控 制 作 用 不 大 。 T 5 0 1 抗 氧 剂 对 油 的 适 应 性 良 好。 目前 ， 在 石腊 基 变 压器 油 中， 多 数是 加 入 T5 0 1 抗 氧 剂 实 际经 验表 明 ， 油 中加 入 的 T5 0 1 ． 在 油 品 净 化 中 易 被 吸 附 和 分 解 。故 在 油 务 管 理 中 应 及 时 检 测 油 中 T 5 0 1的 含 量 ，以 便 调 整 另 外 ， 在 油 品 管 理 中 ， 油 若 被 金 属 成 分 所 污 染 ， 油 中 的铜 、 铁 等 成 分 含 量 增 高 ， 油将 在 组 合 金 属 催 化 作 用 下 急 剧 地 劣 化 。在 这 种 情 况 下 ， 油 中 的 T5 0 1抗 氧 剂 是 无 效 构 ， 因 为 "1 " 5 0 1不 能 有 效 地 阻 止 ROOH 的 分 解 。 此 类 被 污 染 油， 应在 净 化后 加入第二类抗 氧剂较为合适 。 在 电力变压器 运 行条 件 下 ， 油必 然 会被 氧 化， 因此 ， 石腊 基 油品 中加 入 抗氧 剂 成 分 是 对 油 自身 的保 护措 施 ， 可 以延 长 i tt l 的使 用 寿命 。 当油 中的 人 工 抗 氧 剂耗 尽 后 ， 其 氧 化 速 度 急 剧 加快 ， 并 迅速劣 化， 此时的 油应 退 出运行 ， 对其 进 行 净 化 处 理 ， 待 补 充 加 入 新 的 抗 氧 剂 后 ， 再 重新 投 ^ 运 行 三 、 固体 绝缘结 构对油 的 保 护作用 与机 理 纤维性固体 绝缘材料 对变 压器 油的保护作 用 是 鲜 为 人知 的新 概 念 这 种 微 妙 的 作 用 ， 是 在 研 究 过 程 中 发 现 的 1 ． 纤 材的微观结构 变 压器 用 的纤 材 主要 有 纸 、 纸 板 、 层 压 纸 板、 纸质成 型件 、 末材、 层 压末 等 它们 均 由植 物 纤 维 构 成 纤 维 的微 观 结 构 是 ： 纤 维 素，纤 维束 微 纤维 植 物纤 维。纤 维素 是 由大 分 子链 构成 ， 大分 子 间 隙约 为 1 0 ram； 纤 维素 聚 集 成 纤 维束，长 约 1 51 0 b mm， 直 径 为 2 5 x 1 0 mm； 纤 维束 堆成 细 管 状 的微 纤 维 ， 柬 间距 约为 1 0 ram；最后 由微 纤维构成空 心管状 的植 物 纤 维， 其 直 径 约 为 0 ． 0 5 mm， 间 隙 约 为 0 0 0 5 mm 纤 维材料 就是 由选样 的纤 维 交错 密 集 而 成 可 想而 知， 在 纤 材 的 结构 中， 存 在 着 多 层 次 的空 隙 ， 而在 纤 材 的多 孔 结 构 内部 ， 存 在 着 丰富的接触 面积和大 容量 的 微孔 空 隙 ， 这是 纤 材对油 的保 护作 用 的基 本结构条 件 2 ． 纤材 的吸 湿与干燥机 理 在 变压器固体 绝 缘结 构 中， 纸 类 纤 材用 量 最大 ， 具 有代表性 纤材 是 一种性 能 良好 的 绝 缘材 料， 密度 小 ， 造价 低 但 它 有 一个 难 以 克 服 的缺 点 ， 即它 的 吸 湿 问 题 。 纤 材 与水 的 亲 和 力极佳 ， 纸类材料在 常态 下 的含 水量 约为 重 量 的 8 ％ 维普资讯 2 4 1 9 9 6年 第 6期 干 燥 的 纤 材 吸湿 首 先 从 材 料 的表 面 开 始 ， 表面水分不断 向材 料 内部 扩散 ， 并 沿着 材 料 和 毛 细 孔 抵 达 纵深 的 微 观 结 构 中 纤 材 初 期 吸湿 后 ， 密 度 增 大 ， 形 状 无 变 化 。 当材 料 吸 湿 达 到 常态 含 水 量 时， 为 中期 受 潮 。 纤 材 再 继 续 吸 水 ， 则 是 后 期 受 潮 了 。 此 时 ， 纤 材 的 尺 寸 形 状 将发 生 明 显 的 变 化 。 纤 材 吸 湿 ， 水 分 滞 留 于 纤 维 的 微 观 结 构 空 隙 间 。 当结 构 空 隙饱 满 后 ，自 然会产生材料形 态的 变异 。纤材 吸湿的水分最 终进 ^ 纤 维 的 分 子 闻 ， 成 为 分 子 结 构 水 。 电力变压器器 身 干 燥后 ， 其纤 材 绝 缘结 构 的含 水 量 通 常 约 为 0 ． 5 ％ ， 显 然 ， 纤 材 中大 量 的 水分 将在 干燥过程 中被 除掉 这是 一个强 迫性 的 深 度 干 燥 过 程 、 需 要 在 高 温 、 低 压 的 特 殊 条 件下进行真空 干燥 ， 故 电力 变 压器 的器 身是 在 专用干燥设备 中干燥处 理 ， 达 到深 度 干燥 要求 的 。 3 ． 纤 材的吸 附能力 纤 材 与 水 的 亲 和 力 之 所 以 良好 ， 是 因 为 水 是 极 性 分 子 结 构 ， 而 干燥 的 纤 材 微 观 结 构 中存 在 着 表 面分 子的 剩余 力 场， 因此 ， 在 干燥 的 纤 材 与水分子 间存 在着很 强 的物 理吸 附力。纤材 一 经 吸 湿 ， 微 观 结 构 中 将 逐 渐 被 水 分 充 满 ， 纤 材 的 吸 附 力 也 就 饱 和 了， 故 受 潮 的 纤 材 是 无 吸 附能力的 。另 外 ， 干燥 的纤 材 吸 附 了 除水 以 外 油中的其它极 性分 子如油 的劣 化物 后 也 同 样 会削弱 固有 的吸附能力 ， 故 干燥 是 使纤 维获 得 吸附活 力的条件 但干 燥的纤村 吸附能力也是 有 限的 ， 因微观结 构 中的 空 隙易 被 极 性分 子所 填充 ， 使 之失去吸 附能力 干燥 纤材 的 吸附 能 力 曾通 过 试 验 得 以验 证 ， 其 试验数据详 见表 1 从 试验数 据得 知 ， 纤 材 的平 均吸 附能力 与油 中加 ^ 0 ． 5 ％ 白土 的吸 附 能 力 相 当 。 那 么 ， 一 台 注 有 5 0 t油 的 电 力 变 压 器， 其 纤 材 至 少 有 5 t以 上 ， 其 吸 附 能 力 与 2 5 0 k g的 白 土 相 当 ， 而 2 5 0 k g( 活 性 ) 白 土 可 以 净 化 t g 6 <1 ％ 的 油 约 5 0 t ， 使 其 达 到 t e <0 ． 5 ％ 。 在 变压器 的绝缘结构 中 ， 自身存 在着 这 种 潜在 的 吸 附 能 力 是 不 可 忽 视 的 。在 产 品 制 造 过 程 中， 应 科 学 地保 护 这 一 隐性 吸附 能 力 ， 以便 使 袁 I试验 数 据 L 0 0 0 ml i 由巾 加 ^ 量 i 由 t g 6 9 0℃ 试样油 幢) f ％1 】 0 0 0 ml空 白讪 0 8 4 加^ 电缆 纸 8 0 0 3 】 加 ^ 纸 板 8 0 0 4 6 加 ^ 丰 材 3 0 0 5 3 加 ^ 白土 1 0 02 1 加 ^ 白 土 5 0 4 1 加 ^ 白 土 1 0 4 9 其 在 产 品 运 行 中充 分 发 挥 有 效 的作 用 。 4 ． 纤材 绝缘结构对 油的保护作用 在 电力 变 压 器 器 身 绝 缘 结 构 的 深 度 干燥 处 理 中 ， 经 汽 相 干 燥 和 热 风 干 燥 的 纤 材 均 有 很 强 的吸附能力， 对初运行 的产 品油 会产 生 有 效 的 保 护作 用 但 采 用 油 浴 加 热 方式 干 燥 处 理 的纤 材 绝 缘 结 构 ， 则 基 本 上 失 去 了 吸 附 能 力 ， 也 就 不存在 对产品 油的保 护作用 了 因为干燥 时加 热用 油或多或少是一 种 污 染 油， t g 6较 大 ， 在 高 温 条 件 下 ， 质 地 不 洁 净 的 油 与纤 材 结 构 氏时 间 接 触 ， 纤 材 的 微 观 结 构 中将 吸 饱 了 油 中 的 极 性 劣 化物。从表 2列举的 干燥 加热用 油的检测数 据 可 见 ， 油 在 变 压 器 器 身 干 燥 处 理 中 已 被 净 化 ， 只有 油 中原 有 的 及 加 热 过 程 中 新 产 生 的 不 良物质被变压器 的纤材 所吸 收． 油 的检 测 数 据 才 会 变 好 因此 ， 电 力 变 压 器 产 品 采 用 油 加 热 干燥工艺 会使其 纤维结 掏丧失 对 油的吸附保护 能 力 。有 的 制造 厂在 产 品总 装 配后 进行 热 油循 环 处 理 ， 虽 然 所 用 油 质 较 好 ， 但 也 同 时 存 在 着 对 纤材结 构的吸附保 护能 力的 损伤 问题 ， 此 种工 艺亦应慎用 关于变压器装配后器身表面受潮问 题 应 通 过 真 空 处 理 工 艺 加 以解 决 。 5 0 0 k V、 2 2 0 k V等级 变压器产 品的纤材绝缘结 构均 经 过 袁 2油的 检刮 数 据 i 由【 ( 9 0℃ ( ‰) 酸 值 ( mg KOH ) 序号 加 热前 加 热后 加 热前 加热 后 l 】l 2 0 7 6 0 0 0 3 00 0 4 2 0 8 l 0 6 3 0 0 0 3 0 3 0 7 4 0 5】 0 0 0 2 0 m 1 4 m7 7 0 4l 0 0 0 2 0㈣ 维普资讯 维普资讯