一起110kV主變絕緣油老化的分析和處理

摘要:對一起110kv電爐干式變壓器的絕緣油理化指標異常進(jìn)行了檢測，分析了數據，提出了解決方案。1引言干式變壓器絕緣油作為運行干式變壓器的重要組成部分，在運行干式變壓器中起到絕緣、散熱的作用。通過(guò)對干式變壓器絕緣油溶解氣體色譜的檢測，能夠及時(shí)發(fā)現干式變壓器內部潛伏性故障的信息特征。同時(shí)干式變壓器絕緣油在運行中，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)。老化的絕緣油各項理化性能指標的劣化反過(guò)來(lái)又加速干式變壓器內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油浸干式變壓器安全運行的重要保障。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、分析和處理的過(guò)程，并總結了經(jīng)驗。2發(fā)現問(wèn)題2.1常規理化指標的異常寶鋼電爐總降1號主變是由意大利某公司引進(jìn)的設備。該干式變壓器1997年投運，承擔寶鋼電爐煉鋼單元的主要電力供應。由于電爐煉鋼的大電流、強負荷的特點(diǎn)，致使該干式變壓器長(cháng)期承受沖擊負載，負載率高達85%,日常運行溫度在60℃以上。在2009年4月的狀態(tài)受控檢測中，發(fā)現干式變壓器絕緣油多項理化指標的劣化情況，絕緣油理化分析結果如表1所示。2.2追加老化檢測項目由于該主變設備是煉鋼廠(chǎng)電爐單元的重要供電設備，為確?，F場(chǎng)生產(chǎn)安全運行和“按質(zhì)換油”的管理要求，從經(jīng)濟性和準確性的管理要求，追加4項油品老化分析項目，通過(guò)對絕緣油老化性能指標的分析來(lái)全面掌握油質(zhì)老化的嚴重程度，作出是否需要對該干式變壓器運行中絕緣油進(jìn)行換油處理的技術(shù)依據，分析結果如表2所示。3指標分析及綜合診斷3.1異常指標的分析干式變壓器絕緣油理化分析結果是判斷絕緣油老化的重要依據，通過(guò)追加4項老化試驗項目的分析結果，可以初步判定該干式變壓器絕緣油存在老化情況。對各項指標分析如下：（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定性。油浸干式變壓器在運行中，由于受到運行條件(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。運行油的酸值多為有機酸，它是油中低分子和高分子有機酸的總和。另外，當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，降低電氣設備絕緣壽命。酸值和水溶性酸是判斷油品能否繼續使用的重要指標之一。GB/T7595-2008標準中運行油的酸值控制為≤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(lèi)的形成和油的酸性反應、對金屬和非金屬產(chǎn)生很強的腐蝕作用。在干式變壓器中會(huì )對銅線(xiàn)、鐵材及絕緣材料造成腐蝕。針對近年來(lái)因干式變壓器絕緣油老化腐蝕性硫而導致干式變壓器內部絕緣故障的情況，為保證干式變壓器在長(cháng)期運行過(guò)程中，油質(zhì)逐步老化后腐蝕性硫的增加對干式變壓器的內部固體絕緣材料造成腐蝕，通過(guò)此項試驗后，若發(fā)現絕緣油的腐蝕性硫(銅片)具有腐蝕，必須更換絕緣油，防止對干式變壓器內部固體絕緣的腐蝕危害。該指標是掌握油質(zhì)老化后對固體絕緣傷害的重要技術(shù)指標之一。該主變絕緣油腐蝕性硫為4b,分析該絕緣油具有腐蝕性，試驗結果如圖1所示。（3）顏色。干式變壓器絕緣油隨著(zhù)使用時(shí)間增長(cháng)逐漸步加深，透明度下降。說(shuō)明絕緣油顏色判斷油品中瀝青、樹(shù)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，而正常情況下運行油一般均為＜3.0以下。該主變絕緣油顏色接近4.0級，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，生成大量過(guò)氧化物，再經(jīng)過(guò)縮合反應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(guò)熱，導致干式變壓器固體絕緣的加速老化，影響干式變壓器運行壽命。電爐總降1號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(lèi)組成的混合物，在運行中受到電場(chǎng)、溫度、空氣和水分的影響，油逐漸老化，產(chǎn)生有機酸及醛類(lèi)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(lái)反映其劣化、污染程度。GB/T7595-2008標準中把運行油的界面張力控制在19mN/m以上。電爐總降1號主變絕緣油界面張力為17.3mN/m，判斷為不合格。該指標也是判斷絕緣油老化的主要技術(shù)依據之一。(6)介質(zhì)損耗因數。介質(zhì)損耗因數是關(guān)系干式變壓器運行的重要性能指標之一，主要反映油中的泄漏電流引起的功率損耗，用來(lái)判斷干式變壓器油劣化與污染程度。該指標作為高電壓下必須控制的電氣技術(shù)指標。GB/T7595-2008標準對運行油控制＜4%,目前該指標達到4.48%，判斷為不合格。3.2綜合診斷結論通過(guò)對電爐總降1號主變的絕緣油油質(zhì)理化、老化指標的試驗分析，綜合分析結論如下：電爐總降1號主變(本體)絕緣油中多項老化性能指標不合格，其中酸值、介質(zhì)損耗、界面張力指標不合格；油顏色較深、油泥析出較明顯；腐蝕性硫試驗表明該絕緣油具有腐蝕性，將會(huì )導致絕緣性能急劇下降，可能引起運行中突發(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不能通過(guò)真空濾油得到改善。建議及早對電爐總降1號主變進(jìn)行換油處理，以確保該主變整體絕緣強度，杜絕發(fā)生絕緣油老化后而導致絕緣故障。為確保設備安全運行、防止發(fā)生換油不徹底導致加速劣化情況，在換油實(shí)施過(guò)程中建議：對干式變壓器本體器身內部徹底清洗，需經(jīng)過(guò)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、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)施現場(chǎng)停役，更換新油。(2)干式變壓器運至廠(chǎng)家進(jìn)行徹底清洗后，再更換新油。按照(1)方案，現場(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)期內確保干式變壓器安全運行，并仍需定期跟蹤檢測。按(2)方案實(shí)施，對干式變壓器內部進(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，對現場(chǎng)生產(chǎn)、物流的平衡影響很大，檢修費用亦相應增加。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)行現場(chǎng)原地換油處理，確保高溫季節干式變壓器的正常穩定運行，減小因停機時(shí)間過(guò)長(cháng)而影響現場(chǎng)生產(chǎn)、物流的平衡。5現場(chǎng)處理實(shí)施5.1換油前的準備工作（1）檢修用材料準備，包括真空濾油機、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、設備外觀(guān)檢查及記錄拆卸數據。（3）檢修前做好預防性試驗: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》標準的要求，對新油各項理化指標進(jìn)行分析檢測，保證新油品質(zhì)的合格。新油數據見(jiàn)表3。5.2現場(chǎng)排油、沖洗排除干式變壓器本體及三相110kV電纜筒體內絕緣油，處理時(shí)間8h?，F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)對天氣有較高要求，鐵心暴露在空氣中的時(shí)間規定如下：空氣相對濕度不超過(guò)65%時(shí)為16h；空氣相對濕度65%～75%時(shí)為12h;空氣相對濕度大于75%時(shí)，不宜進(jìn)行。排油應盡量徹底排空干式變壓器箱體內的殘油。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)行內部沖洗，沖洗應從上到下進(jìn)行。沖洗的部位主要有鐵心、油道、繞組、絕緣夾件及油箱內壁等。充分清洗帶出附著(zhù)的殘油、油泥等物。5.3真空脫氣及注油現場(chǎng)真空脫氣采用6000L/h真空凈油機，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(mén)。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16OOOkVA容量以下0.051MPa,16OOOkVA以上增至0.08MPa,220kV等級增至O.lOIMPa。真空注油及熱油循環(huán)。將干式變壓器新油過(guò)濾加熱后，注入干式變壓器本體油箱內，注油及熱循環(huán)時(shí)間24h。根據油位高低情況進(jìn)行油位補充調整，排凈儲油柜和散熱器氣體,補油到位稍偏高,靜放36h以上。然后取油樣進(jìn)行理化全面檢測，并定期跟蹤有無(wú)變化。處理后的干式變壓器絕緣油的理化指標跟蹤情況如表4所示。

表4換油后理化指標跟蹤結果表明，換油后干式變壓器絕緣油常規理化指標均正常、情況良好，各項指標沒(méi)有快速劣化的傾向。6結束語(yǔ)(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(cháng)期受到?jīng)_擊負載，運行溫度變化大，容易導致絕緣油加速老化情況的發(fā)生，對此類(lèi)特殊干式變壓器應加強檢測監督。(2)對于新油的牌號原則上應與原運行油相同，如新油不同于原運行油，應用新油徹底沖洗清理；新油的品質(zhì)應嚴格把關(guān)，完全按照《干式變壓器油》標準進(jìn)行驗收，確保油品質(zhì)量。更換新油后，應在干式變壓器送電前后進(jìn)行絕緣油的跟蹤檢測，掌握其數據變化的趨勢。(3)由于企業(yè)往往從經(jīng)濟性能和檢修時(shí)間角度考慮，對干式變壓器的絕緣油老化處理不及時(shí)，有可能導致絕緣油的深度老化，嚴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部散熱導致固體絕緣的異常老化，進(jìn)一步縮短干式變壓器的運行使用壽命。(4)近年來(lái)，電力系統對大型干式變壓器的腐蝕性硫試驗越加重視，GB/T7595-2008《運行中干式變壓器油質(zhì)量》也把該試驗項目納入其中。由于腐蝕性硫會(huì )對干式變壓器固體絕緣和金屬造成一定腐蝕，進(jìn)而導致設備故障，所以對于大型干式變壓器的絕緣油應進(jìn)行腐蝕性硫的試驗，作為判斷干式變壓器絕緣油是否能繼續使用的重要技術(shù)依據之一。

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