技術(shù)收藏 | 電力變壓器除潮技術(shù)綜述

0 引言

電力干式變壓器作為電力系統中不可或缺的設備，在電能傳輸中具有重要作用。電力干式變壓器的原理是通過(guò)繞組之間的交變電磁場(chǎng)的電磁感應來(lái)提高和降低電壓等級，同時(shí)保持電流頻率不變。過(guò)去幾十年中，我經(jīng)濟大力發(fā)展，電力系統領(lǐng)域發(fā)展也十分迅猛，水力和火力發(fā)電機組容量不斷提升。由于能源分布不均導致電能輸送的距離越來(lái)越遠，容量也越來(lái)越大，促使電力系統對電力干式變壓器安全穩定運行的要求也變得更加嚴苛。干式變壓器能否安全穩定運行對電力系統的供電可靠性有著(zhù)較為直接的影響。電力系統中的干式變壓器在我主要以油浸式干式變壓器為主，其中絕緣油紙是其十分重要的絕緣介質(zhì)之一，其本身的品質(zhì)間接決定了干式變壓器是否能夠安全運行。實(shí)際生產(chǎn)中由于絕緣油紙受潮引起的干式變壓器事故不在少數，因此關(guān)于絕緣油紙除潮技術(shù)的相關(guān)研究顯得尤為重要。本文主要針對目前常用的干式變壓器除潮技術(shù)和一種新型的干式變壓器除潮技術(shù)的相關(guān)方法及其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結和綜述[1-3。

1 傳統干式變壓器除潮技術(shù)

1.1 真空干燥法

真空干燥法的主要原理是將電力干式變壓器置入真空罐內，利用真空罐內部的加熱裝置進(jìn)行升溫，熱量將會(huì )通過(guò)干式變壓器本體由外至內進(jìn)行傳遞，使得吸附在干式變壓器內的繞組和油紙中的水分子吸收熱量而增加動(dòng)能，使得水分子運動(dòng)加速，較后從絕緣材料中蒸發(fā)出來(lái)。真空干燥法的除潮效果主要受3 個(gè)因素制約：（1）真空罐內的溫度，溫度越高，干燥效果越好，干燥速度越快，但不能一味追求干燥速度，因為絕緣材料的老化受溫度影響非常大，過(guò)高的溫度會(huì )加速絕緣材料的老化；（2）真空罐內的真空程度，真空度過(guò)高會(huì )使得罐內導熱性性能變差，使得水分子不能夠獲得足夠的動(dòng)能；（3）加熱干燥的時(shí)間，若時(shí)間過(guò)長(cháng)會(huì )浪費大量能源。真空干燥法具有較為明顯的缺點(diǎn)，即所耗時(shí)間較長(cháng)，且需要消耗較多的能源。因此，該方法在現在的干式變壓器油紙除潮中很少使用[4-5。

1.2 煤油氣相干燥法

煤油氣相干燥法是采用相變換熱的原理對干式變壓器的本體進(jìn)行加熱升溫，其除濕原理與真空干燥法類(lèi)似。通過(guò)改變蒸發(fā)器內的氣壓和溫度使得液態(tài)的煤油氣化，以氣化以后的小分子煤油作為載熱體通入真空罐中，而此時(shí)真空罐內表面溫度較低，使得煤油氣體遇冷液化在真空罐內壁中。液化將會(huì )釋放熱能，從而使得干式變壓器本體溫度升高，蒸發(fā)出附著(zhù)在干式變壓器各個(gè)部位的水分子，而液化的煤油通過(guò)冷凝系統再回到蒸發(fā)器中循環(huán)利用。該方法具有加熱速度快、加熱較為均勻的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于大容量干式變壓器的干燥處理中，且煤油的液化還可順帶除去干式變壓器內部的灰塵和污垢[6。

1.3 熱油干燥法

熱油干燥法主要分熱油循環(huán)法和熱油噴淋法。熱油循環(huán)法是在外部系統將干式變壓器油加熱后注入到干式變壓器內部，再由干式變壓器油將熱量傳遞給干式變壓器內的絕緣材料，巧妙地利用在一定的溫度下絕緣油紙水平平衡的原理，使得原本干式變壓器中的水分轉移至干式變壓器油中經(jīng)由循環(huán)系統轉移至干式變壓器外部進(jìn)行干燥處理。熱油噴淋干燥法與熱油循環(huán)法原理類(lèi)似，僅僅是將向干式變壓器內部注入干式變壓器油的方式改為采用噴嘴向干式變壓器內部噴射油霧。兩者都是通過(guò)干式變壓器油將水分帶至外部系統進(jìn)行干燥處理，常用于現場(chǎng)對干式變壓器進(jìn)行干燥[7。

1.4 油箱渦流加熱法

油箱渦流加熱法又稱(chēng)做鐵損法，原理是通過(guò)交變電流在鐵芯等處渦流作用進(jìn)行加熱達到升溫的目的。先先需要將干式變壓器的部分附件拆卸下來(lái)，然后將干式變壓器油抽出，將保溫材料包裹在即將處理的干式變壓器外部，并在外部纏繞通流導線(xiàn)并施加交變電流，從而在交變電流的作用下干式變壓器油箱內部的鐵芯等處將會(huì )由于渦流作用而升溫，實(shí)現對絕緣材料進(jìn)行加熱和干燥。干式變壓器底部所受到的渦流作用較小，溫度通常相比其他區域要低。為了使得加熱均勻，通常需采用電熱絲對干式變壓器底部進(jìn)行輔助加熱。

1.5 熱風(fēng)干燥法

熱風(fēng)干燥法是通過(guò)向干式變壓器內部通入加熱空氣將附著(zhù)在干式變壓器鐵芯和繞組上的水分帶出到干式變壓器箱外，一般從底部向干式變壓器內吹入熱風(fēng)。具體地，將干式變壓器放置到干燥室中，從干式變壓器底部向上吹入熱風(fēng)，經(jīng)由套管吹出。這里需要保證干燥室盡可能小，干燥室內壁距離干式變壓器外壁盡量保證在20 cm 內，熱風(fēng)溫度需要低于95 ℃。進(jìn)風(fēng)口處需要加裝過(guò)濾器以保證熱風(fēng)的干凈，避免灰塵、雜質(zhì)通過(guò)氣流進(jìn)入干式變壓器內部。向干式變壓器底部通入熱風(fēng)時(shí)盡量保證均勻，不能直接向干式變壓器本體吹熱風(fēng)。該種方法的缺點(diǎn)是干燥不夠充分。

1.6 工頻短路電流法

工頻短路電流法通常用于中小型干式變壓器的干燥處理，原理是將干式變壓器中的低壓側繞組進(jìn)行短路，同時(shí)在高壓側繞組加以工頻交流電流，繞組在交變電磁場(chǎng)的作用下將會(huì )發(fā)熱，相當于直接給干式變壓器進(jìn)行了加熱處理。加熱過(guò)程中務(wù)必將電流大小的通電時(shí)間控制好，以免加熱溫度過(guò)高而破壞絕緣材料的絕緣性能，但溫度過(guò)低不能對干式變壓器內部起到干燥作用。因此，施加交流電流的大小和通電時(shí)間對該種干燥方法的效果至關(guān)重要。短路電流的銅損加熱后，干式變壓器內部的絕緣材料上附著(zhù)的水分將會(huì )氣化，通過(guò)抽真空的方式將水分子抽出干式變壓器本體之外，達到對干式變壓器內部進(jìn)行干燥的目的。由于該種方法的熱量來(lái)源于繞組自身的銅損而不是從外部向內部進(jìn)行熱傳導，且短路電流產(chǎn)生的熱量足以使水分氣化，因此不需要采取額外的保溫措施。該種干燥處理方法也有一定的局限性。由于在工頻電流作用下干式變壓器繞組的自阻抗較大，所施加的工頻電流較大時(shí)，對一次側施加的工頻電源的電壓和容量有很高要求?；诖?，工頻短路電流的干燥方法一般適合用于中小型干式變壓器干燥[8。

2 新型干式變壓器除潮技術(shù)—低頻短路電流法

低頻短路電流加熱法基本原理與工頻短路電流加熱法類(lèi)似，但是該方法是以PWM 脈寬調制控制技術(shù)為基礎，在PWM 控制軟件上進(jìn)行操作，并且將三相整流單相逆變作為該系統的主拓撲，設計出在低頻條件下對干式變壓器繞組進(jìn)行短路加熱的一種裝置。這種方法相比于工頻短路電流的干燥處理方法，能夠明顯減小一次側施加的加熱電源的電壓和容量，在相同的電源電壓和容量條件下能夠提升干燥處理的效率，并且能夠大幅提升外加電源的功率因數，同時(shí)裝置的結構簡(jiǎn)單，便攜性能優(yōu)于傳統干燥處理方法，適用于干式變壓器現場(chǎng)干燥處理[9。

3 結論

干式變壓器除潮的處理方法種類(lèi)較多，但是不同的方法優(yōu)缺點(diǎn)不同。傳統的真空干燥法由于耗時(shí)較長(cháng)且干燥效果所受影響因素較多，慢慢被其他方法所取代；煤油氣相干燥法和熱油干燥法原理類(lèi)似，干燥效果較好，但所耗能源較多；油箱渦流加熱法對干式變壓器進(jìn)行干燥處理效果明顯，但工序較為復雜，需拆卸較多干式變壓器附件；熱風(fēng)干燥法對干燥處理時(shí)的條件要求較為苛刻；工頻短路電流法對加熱電源容量要求較高，僅適用于中小型干式變壓器；新型干式變壓器干燥處理方法——低頻短路電流法能夠有效解決傳統干式變壓器干燥技術(shù)的各種缺陷，且結構較為簡(jiǎn)單，干燥效果好。

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