一起110kV主變絕緣油老化的分析和處理

摘要:對(duì)一起110kv電爐干式變壓器的絕緣油理化指標(biāo)異常進(jìn)行了檢測(cè)，分析了數(shù)據(jù)，提出了解決方案。1引言干式變壓器絕緣油作為運(yùn)行干式變壓器的重要組成部分，在運(yùn)行干式變壓器中起到絕緣、散熱的作用。通過對(duì)干式變壓器絕緣油溶解氣體色譜的檢測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)干式變壓器內(nèi)部潛伏性故障的信息特征。同時(shí)干式變壓器絕緣油在運(yùn)行中，受到氧氣、高溫、電磁場(chǎng)及金屬催化劑等影響，逐步氧化變質(zhì)。老化的絕緣油各項(xiàng)理化性能指標(biāo)的劣化反過來又加速干式變壓器內(nèi)部固體絕緣的老化和整體絕緣性能下降，威脅到干式變壓器的安全運(yùn)行。因此，分析和判斷干式變壓器絕緣油的異常老化情況，并及時(shí)采取有效的措施是維護(hù)油浸干式變壓器安全運(yùn)行的重要保障。本文中主要介紹了一起110kV干式變壓器絕緣油老化情況的檢測(cè)、分析和處理的過程，并總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)。2發(fā)現(xiàn)問題2.1常規(guī)理化指標(biāo)的異常寶鋼電爐總降1號(hào)主變是由意大利某公司引進(jìn)的設(shè)備。該干式變壓器1997年投運(yùn)，承擔(dān)寶鋼電爐煉鋼單元的主要電力供應(yīng)。由于電爐煉鋼的大電流、強(qiáng)負(fù)荷的特點(diǎn)，致使該干式變壓器長期承受沖擊負(fù)載，負(fù)載率高達(dá)85%,日常運(yùn)行溫度在60℃以上。在2009年4月的狀態(tài)受控檢測(cè)中，發(fā)現(xiàn)干式變壓器絕緣油多項(xiàng)理化指標(biāo)的劣化情況，絕緣油理化分析結(jié)果如表1所示。2.2追加老化檢測(cè)項(xiàng)目由于該主變?cè)O(shè)備是煉鋼廠電爐單元的重要供電設(shè)備，為確?，F(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)安全運(yùn)行和“按質(zhì)換油”的管理要求，從經(jīng)濟(jì)性和準(zhǔn)確性的管理要求，追加4項(xiàng)油品老化分析項(xiàng)目，通過對(duì)絕緣油老化性能指標(biāo)的分析來全面掌握油質(zhì)老化的嚴(yán)重程度，作出是否需要對(duì)該干式變壓器運(yùn)行中絕緣油進(jìn)行換油處理的技術(shù)依據(jù)，分析結(jié)果如表2所示。3指標(biāo)分析及綜合診斷3.1異常指標(biāo)的分析干式變壓器絕緣油理化分析結(jié)果是判斷絕緣油老化的重要依據(jù)，通過追加4項(xiàng)老化試驗(yàn)項(xiàng)目的分析結(jié)果，可以初步判定該干式變壓器絕緣油存在老化情況。對(duì)各項(xiàng)指標(biāo)分析如下：（1）酸值和PH值。酸值是反映油品老化變質(zhì)的重要指標(biāo)之一，要求干式變壓器絕緣油具有較低的酸值保證油品具有較好的穩(wěn)定性。油浸干式變壓器在運(yùn)行中，由于受到運(yùn)行條件(如溫度、空氣及電場(chǎng)等)影響，而使干式變壓器絕緣油氧化生成氧化產(chǎn)物，如低分子甲酸、乙酸及丙酸等，高分子如脂肪酸、環(huán)烷酸及羥基酸等。運(yùn)行油的酸值多為有機(jī)酸，它是油中低分子和高分子有機(jī)酸的總和。另外，當(dāng)油中水溶性酸含量增加，比較活潑的水溶性酸會(huì)腐蝕固體絕緣材料和金屬，降低電氣設(shè)備絕緣壽命。酸值和水溶性酸是判斷油品能否繼續(xù)使用的重要指標(biāo)之一。GB/T7595-2008標(biāo)準(zhǔn)中運(yùn)行油的酸值控制為≤0.1mgKOH/g，水溶性酸(PH值)≥4.2。目前該主變絕緣油酸值為0.11mgKOH/g，是絕緣油老化的技術(shù)依據(jù)之一。（2）腐蝕性硫。腐蝕性硫一般包括元素硫、硫化氫、低分子硫醇、二氧化硫及硫磺等，腐蝕性硫的存在會(huì)造成有害皂類的形成和油的酸性反應(yīng)、對(duì)金屬和非金屬產(chǎn)生很強(qiáng)的腐蝕作用。在干式變壓器中會(huì)對(duì)銅線、鐵材及絕緣材料造成腐蝕。針對(duì)近年來因干式變壓器絕緣油老化腐蝕性硫而導(dǎo)致干式變壓器內(nèi)部絕緣故障的情況，為保證干式變壓器在長期運(yùn)行過程中，油質(zhì)逐步老化后腐蝕性硫的增加對(duì)干式變壓器的內(nèi)部固體絕緣材料造成腐蝕，通過此項(xiàng)試驗(yàn)后，若發(fā)現(xiàn)絕緣油的腐蝕性硫(銅片)具有腐蝕，必須更換絕緣油，防止對(duì)干式變壓器內(nèi)部固體絕緣的腐蝕危害。該指標(biāo)是掌握油質(zhì)老化后對(duì)固體絕緣傷害的重要技術(shù)指標(biāo)之一。該主變絕緣油腐蝕性硫?yàn)?b,分析該絕緣油具有腐蝕性，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。（3）顏色。干式變壓器絕緣油隨著使用時(shí)間增長逐漸步加深，透明度下降。說明絕緣油顏色判斷油品中瀝青、樹脂物質(zhì)及其染色物質(zhì)的程度，即判斷油品的老化程度。老化，油中氧化物以及油泥增加，造成油色逐新油的顏色一般＜0.5，而正常情況下運(yùn)行油一般均為＜3.0以下。該主變絕緣油顏色接近4.0級(jí)，表明該絕緣油目前已經(jīng)處于深度氧化階段。（4）油泥析出。絕緣油深度劣化，發(fā)生氧化、裂解等化學(xué)反應(yīng)，生成大量過氧化物，再經(jīng)過縮合反應(yīng)而生成油泥等不溶物。這些不溶物吸附于繞組絕緣上影響其散熱，造成局部過熱，導(dǎo)致干式變壓器固體絕緣的加速老化，影響干式變壓器運(yùn)行壽命。電爐總降1號(hào)主變絕緣油的油泥析出明顯，表明該絕緣油已經(jīng)劣化，如圖2所示。（5）界面張力。油水之間的界面張力是檢測(cè)干式變壓器絕緣油含有老化產(chǎn)物一極性物質(zhì)的有效方法。絕緣油是由多種烴類組成的混合物，在運(yùn)行中受到電場(chǎng)、溫度、空氣和水分的影響，油逐漸老化，產(chǎn)生有機(jī)酸及醛類等極性物質(zhì)。界面張力可作為從油品含極性物質(zhì)的多少的角度來反映其劣化、污染程度。GB/T7595-2008標(biāo)準(zhǔn)中把運(yùn)行油的界面張力控制在19mN/m以上。電爐總降1號(hào)主變絕緣油界面張力為17.3mN/m，判斷為不合格。該指標(biāo)也是判斷絕緣油老化的主要技術(shù)依據(jù)之一。(6)介質(zhì)損耗因數(shù)。介質(zhì)損耗因數(shù)是關(guān)系干式變壓器運(yùn)行的重要性能指標(biāo)之一，主要反映油中的泄漏電流引起的功率損耗，用來判斷干式變壓器油劣化與污染程度。該指標(biāo)作為高電壓下必須控制的電氣技術(shù)指標(biāo)。GB/T7595-2008標(biāo)準(zhǔn)對(duì)運(yùn)行油控制＜4%,目前該指標(biāo)達(dá)到4.48%，判斷為不合格。3.2綜合診斷結(jié)論通過對(duì)電爐總降1號(hào)主變的絕緣油油質(zhì)理化、老化指標(biāo)的試驗(yàn)分析，綜合分析結(jié)論如下：電爐總降1號(hào)主變(本體)絕緣油中多項(xiàng)老化性能指標(biāo)不合格，其中酸值、介質(zhì)損耗、界面張力指標(biāo)不合格；油顏色較深、油泥析出較明顯；腐蝕性硫試驗(yàn)表明該絕緣油具有腐蝕性，將會(huì)導(dǎo)致絕緣性能急劇下降，可能引起運(yùn)行中突發(fā)繞組短路故障。綜合診斷該主變絕緣油油質(zhì)已經(jīng)老化，而且酸值、介質(zhì)損耗、界面張力、腐蝕性硫及顏色指標(biāo)不能通過真空濾油得到改善。建議及早對(duì)電爐總降1號(hào)主變進(jìn)行換油處理，以確保該主變整體絕緣強(qiáng)度，杜絕發(fā)生絕緣油老化后而導(dǎo)致絕緣故障。為確保設(shè)備安全運(yùn)行、防止發(fā)生換油不徹底導(dǎo)致加速劣化情況，在換油實(shí)施過程中建議：對(duì)干式變壓器本體器身內(nèi)部徹底清洗，需經(jīng)過煤油噴淋和充分干燥、除去吸附于絕緣表面的油泥和殘留物，防止新油進(jìn)入后產(chǎn)生不良氧化反應(yīng)、加速新油油質(zhì)的的衰變老化。4處理方案的確定由于該干式變壓器絕緣油已經(jīng)嚴(yán)重老化，必須將干式變壓器停役后作更換新油處理，需要采取干式變壓器整體換油措施，根據(jù)不同的換油方式，擬定了兩種方案供選擇：(1)干式變壓器實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)停役，更換新油。(2)干式變壓器運(yùn)至廠家進(jìn)行徹底清洗后，再更換新油。按照(1)方案，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施換油只需要4天～5天，但是可能不能徹底去除干式變壓器內(nèi)部絕緣表面的油泥和殘留物，而且必須在天氣良好、濕度較低的氣候條件下實(shí)施，此方案基本可以保證在一段時(shí)期內(nèi)確保干式變壓器安全運(yùn)行，并仍需定期跟蹤檢測(cè)。按(2)方案實(shí)施，對(duì)干式變壓器內(nèi)部進(jìn)行徹底清洗，可以完全去除絕緣表面的油泥和殘留物，能保證防止新油產(chǎn)生不良氧化反應(yīng)而加速新油油質(zhì)的衰變老化，但需要20天左右檢修時(shí)間，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、物流的平衡影響很大，檢修費(fèi)用亦相應(yīng)增加。鑒于電爐單元的生產(chǎn)情況，該主變不能停役20天左右的時(shí)間處理。綜合上述2套處理方案優(yōu)缺點(diǎn)，決定按方案(1)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)原地?fù)Q油處理，確保高溫季節(jié)干式變壓器的正常穩(wěn)定運(yùn)行，減小因停機(jī)時(shí)間過長而影響現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、物流的平衡。5現(xiàn)場(chǎng)處理實(shí)施5.1換油前的準(zhǔn)備工作（1）檢修用材料準(zhǔn)備，包括真空濾油機(jī)、油罐、真空泵、密封法蘭及防雨防火材料等。（2）辦理干式變壓器停電安全手續(xù)、設(shè)備外觀檢查及記錄拆卸數(shù)據(jù)。（3）檢修前做好預(yù)防性試驗(yàn):主要有絕緣電阻、吸收比、直流電阻、介損和直流泄漏等。（4）按照GB2536-1990(干式變壓器油》標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)新油各項(xiàng)理化指標(biāo)進(jìn)行分析檢測(cè)，保證新油品質(zhì)的合格。新油數(shù)據(jù)見表3。5.2現(xiàn)場(chǎng)排油、沖洗排除干式變壓器本體及三相110kV電纜筒體內(nèi)絕緣油，處理時(shí)間8h。現(xiàn)場(chǎng)換油處理必須在確保天氣良好情況下進(jìn)行。排油、沖洗處理時(shí)對(duì)天氣有較高要求，鐵心暴露在空氣中的時(shí)間規(guī)定如下：空氣相對(duì)濕度不超過65%時(shí)為16h；空氣相對(duì)濕度65%～75%時(shí)為12h;空氣相對(duì)濕度大于75%時(shí)，不宜進(jìn)行。排油應(yīng)盡量徹底排空干式變壓器箱體內(nèi)的殘油。排油后，用合格的絕緣新油沖洗表面老化污染油，處理時(shí)間4h。用新油進(jìn)行內(nèi)部沖洗，沖洗應(yīng)從上到下進(jìn)行。沖洗的部位主要有鐵心、油道、繞組、絕緣夾件及油箱內(nèi)壁等。充分清洗帶出附著的殘油、油泥等物。5.3真空脫氣及注油現(xiàn)場(chǎng)真空脫氣采用6000L/h真空凈油機(jī)，將進(jìn)出油裝置進(jìn)行改造連接，把好真空循環(huán)管路、封堵閥門。先將干式變壓器油箱抽真空到0.02MPa，然后再按每小時(shí)均勻地增高0.0067MPa至110kV等級(jí)16OOOkVA容量以下0.051MPa,16OOOkVA以上增至0.08MPa,220kV等級(jí)增至O.lOIMPa。真空注油及熱油循環(huán)。將干式變壓器新油過濾加熱后，注入干式變壓器本體油箱內(nèi)，注油及熱循環(huán)時(shí)間24h。根據(jù)油位高低情況進(jìn)行油位補(bǔ)充調(diào)整，排凈儲(chǔ)油柜和散熱器氣體,補(bǔ)油到位稍偏高,靜放36h以上。然后取油樣進(jìn)行理化全面檢測(cè)，并定期跟蹤有無變化。處理后的干式變壓器絕緣油的理化指標(biāo)跟蹤情況如表4所示。

表4換油后理化指標(biāo)跟蹤結(jié)果表明，換油后干式變壓器絕緣油常規(guī)理化指標(biāo)均正常、情況良好，各項(xiàng)指標(biāo)沒有快速劣化的傾向。6結(jié)束語(1)大型鋼鐵工業(yè)企業(yè)的干式變壓器品種多，特別是電爐變、整流變等特種干式變壓器，由于長期受到?jīng)_擊負(fù)載，運(yùn)行溫度變化大，容易導(dǎo)致絕緣油加速老化情況的發(fā)生，對(duì)此類特殊干式變壓器應(yīng)加強(qiáng)檢測(cè)監(jiān)督。(2)對(duì)于新油的牌號(hào)原則上應(yīng)與原運(yùn)行油相同，如新油不同于原運(yùn)行油，應(yīng)用新油徹底沖洗清理；新油的品質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，完全按照《干式變壓器油》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收，確保油品質(zhì)量。更換新油后，應(yīng)在干式變壓器送電前后進(jìn)行絕緣油的跟蹤檢測(cè)，掌握其數(shù)據(jù)變化的趨勢(shì)。(3)由于企業(yè)往往從經(jīng)濟(jì)性能和檢修時(shí)間角度考慮，對(duì)干式變壓器的絕緣油老化處理不及時(shí)，有可能導(dǎo)致絕緣油的深度老化，嚴(yán)重降低干式變壓器絕緣油的整體絕緣性能，各種酸性物質(zhì)和油泥的大量產(chǎn)生影響干式變壓器內(nèi)部散熱導(dǎo)致固體絕緣的異常老化，進(jìn)一步縮短干式變壓器的運(yùn)行使用壽命。(4)近年來，電力系統(tǒng)對(duì)大型干式變壓器的腐蝕性硫試驗(yàn)越加重視，GB/T7595-2008《運(yùn)行中干式變壓器油質(zhì)量》也把該試驗(yàn)項(xiàng)目納入其中。由于腐蝕性硫會(huì)對(duì)干式變壓器固體絕緣和金屬造成一定腐蝕，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)備故障，所以對(duì)于大型干式變壓器的絕緣油應(yīng)進(jìn)行腐蝕性硫的試驗(yàn)，作為判斷干式變壓器絕緣油是否能繼續(xù)使用的重要技術(shù)依據(jù)之一。

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