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国电网变压器油技术研讨会论文集

 

 

变压器油滤油设备的新进展

 

 

重庆潜光机电研究所 罗固事

 

 

 

摘要

    文章叙述了电力设备对绝缘油的新要求,分析了变压器油中乙炔、氢气等气体产生的原因及色谱分析对变压器故障诊断的重要性。介绍了ZYA型双级真空滤油机的技术特点,它可以确保绝缘油中的乙炔为零,氢气和总烃指标符合标准,采用了电子净油技术的真空滤油机比一般滤油机有更强的脱水脱气能力。具有油处理效率高,真空抽速大,真空度高,真空分流方便,检测准确,真空注油的全过程可实现自动控制等特点。并举例介绍了大抽速双级真空滤油机在大修现场对变压器真空注油、对新安装的变压器进行真空处理和注油、现场干燥受潮变压器、现场再生变压器

油的应用情况。

关键词:变压器油 乙炔 ZYA型 滤油机

 

1电力设备对绝缘油的新要求--乙炔为零

    随着电网规模的不断扩大,大容量高等级的变压器在电力生产中广泛应用,为了确保电网运行的安全可靠,对绝缘油处理设备的性能提出了更高的要求。

    1.1  油中水分对设备的危害

    滤油设备的主要作用是脱除油中水分、气体和杂质,恢复和提高变压器油的物理性能和电气性能。其中,水分对绝缘油的性能、用油设备的寿命都有极大的危害,现分述如下:

    (1)降低油的击穿电压,绝缘油中含水量是影响击穿电压降低的主要原因。

    (2)使介质损耗因数升高,由于水分在油中的存在状态不同,而对介质损耗因数的影响也不一样。悬浮的乳化水使油的介损升高最为明显。水分的腐蚀产物,如环烷酸皂类极易使介损恶化,会急剧地使介损升高,这是水分影响介损的间接后果。

    (3)使绝缘纤维易于老化,并使它的介损升高。

    (4)水分助长了有机酸的腐蚀能力,加速了对金属部件的腐蚀。而金属腐蚀产物如金属皂类,又会促进油质迅速老化,即对油质老化起催化作用。

    综上所述,油中含水量愈多,则油质本身老化,设备绝缘老化以及金属部件的腐蚀速度就愈快,它将影响设备的安全运行,并缩短设备的使用寿命。

    1.2  对变压器进行安全监测的主要手段

    通过油中气体的色谱分析,检测油中气体含量的变化,从而分析变压器潜在的故障及隐患,以便及时维护或消除故障,防患于未然。溶解于油中的总烃、乙炔、氢气含量的变化是诊断变压器故障的主要参数。因此,采用气相色谱法定期分析溶于油中气体就能尽早发现设备内部的潜伏性故障,并随时掌握故障的发展情况和采取必要的措施。

    仅仅根据油中溶解气体分析结果的绝对值是很难对设备故障的严重性作出正确判断。必须考察故障的发展趋势,也就是故障点的产气速率。产气速率是与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况直接有关。所以,为了正确测定产气速率和进行气体分析,提高变压器的安全性能,要求新安装或检修后的变压器,或者跟踪故障变压器滤油后的绝缘油中特征气体含量不超过正常规定值,乙炔含量应为零,同时将气体总含量限制在一定范围内。

 

部分真空滤油机处理后,油中还存在乙炔的原因

    油中乙炔产生的原因:一是变压器油中本身含有的乙炔;二是真空滤油机处理时因电加热或泵压系统使油局部过热、发生分解—由高分子量变成低分子量,从而产生氢气、乙炔和CH4(甲烷)等气体。现在使用的滤油机,在处理油过程中一般产生有乙炔气体,如果在处理油结束时还未将其脱除,则处理后的油中总有少量氢气和乙炔气体。

    (1)油机的工作原理应该是将油中的水分、低馏分物—如氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、总烃、一氧化碳、二氧化碳等气体从油中蒸发分离出来。但是,由于极微量的水分、气体与油分子的结合力很强,一般真空滤油机的分离能力有限,不能保证油中水分、气体达到很低的程度,不能保证油中乙炔、氢气为零。所以,目前使用的部分真空滤油机存在含有乙炔的问题。

    (2)有些真空滤油机存在有真空抽气速率、真空蒸发空间、加热功率与其生产能力(既流量)不相匹配的状况。这样的设备要实现其生产能力是小马拉大车,力不从心;只有通过多次反复滤油才能解决。

    (3)真空滤油机的脱气、脱水能力主要由四个因素确定:工作真空度、油温度、真空罐内油膜蒸发面积,蒸发时间。油膜蒸发面积和时间,由它的结构及尺寸大小所确定。如果尺寸太小,必然减小油膜蒸发面积和蒸发时间,从而影响其脱气脱水能力。真空脱气脱水实质是一个负压状态下的蒸发过程,油中的水分蒸发时,带走大量的热量,为维持油机的生产能力,必须设置与之相匹配的加热功率。

 

3 ZYA型双级真空滤油机的技术特点。

 

    (1)提高分离能力

    ZYA型双级真空滤油机 采用了电子净油技术,在真空分离室内采用特殊结构和油液流动方式,形成有巨大油膜表面积的油沫分子状态,再辅以高真空度大抽气速率的蒸发氛围,使其达到了极强的分离能力,能将油中水分、气体脱到很低的程度,并保证乙炔为零,氢气和总烃含量符合标准;极限脱水达1.12PPm。

    例如:重庆电力局、云南通海变压器厂、江苏安泰变压器厂、无锡特种油品厂、无锡双龙油脂厂等单位都曾有多台真空滤油机,但都存在有乙炔问题。选用我所新研制的ZYA型双级真空滤油机,保证了油中乙炔为零。

    (2)采用了电子净油技术的真空滤油机比一般滤油机有更强的脱水脱气能力

    因为该机配备有进油过滤器、可控电流的高压电子发生器、电子分离室、高真空脱气塔和精密过滤器及微电脑自动控制室等。其工作原理可简述为:①在油液中引入可控电流—电位的高压电场。②溶解于油中的水分和气体被电子作用聚结为游离状态,易于在真空脱气塔中分离。③油液中的颗粒物不论大小分别带上正负电荷,带相反电荷的颗粒物相互吸引,发生电中和并增大其体积,易于被精密过滤器滤除。结果,清除了细微颗粒物,消除了水分气体赖以依附并结合的载体表面,使整个机体内部的油系统被彻底净化。

 

4  大抽速双级真空滤油机的应用

    随着电力事业的发展,大容量高电压等级的变压器投入越来越多。为了保证系统安全运行,对变压器的安装和检修提出了严格的要求。正是为了适应这种要求,大抽速的双级真空滤油机被研制出来。采用这种滤油机可在规定时间内完成对绝缘油的处理以及对变压器本体抽真空和真空注油。遇有变压器受潮导致其本体绝缘强度达不到要求时,还可进行变压器的真空热油循环干燥。它的典型特点是:油处理效率高,真空抽速大,真空度高,真空分流方便,检测准确,真空注油的全过程可实现自动控制。因此,它已经成为大型变压器安装或检修的专用设备。

4.1 大流量滤油机在润滑油厂的应用

    (1)天津大港油田港润公司,2003年订购ZYA-500型双级真空滤油机,用于解决夏季生产的变压器油含水问题。该机连续运行8小时,处理变压器油152吨,平均每小时19吨,处理后徽水达7ppm,耐压78KV,其它指标均合格。经天津电力试验研究院检测,该机处理变压器油脱微水极限1.12ppm。

    (2)中国石油兰州石化公司炼油厂,2001年购ZYA-500型油机,该机处理的变压器油乙炔气体为零,PH值从4.1提高到6.0,其它指标均合格。

    (3)辽河油田石化总厂,为解决夏季生产的变压器油含水问题,于2000年购置了ZYA-500型双级真空滤油机,生产能力为30m³/h。经过处理105#罐变压器油,油温控制在50℃,一次过滤将变压器油的击穿电压从23.7KV升高到53.6KV,含水量从37ppm降至9ppm。该厂验收结果表明:“该滤油机可以解决我厂变压器油夏季生产中击穿电压不合格的问题,达到了预期的效果”。

    (4)北京统一石油化工有限公司,2003年订购ZYA-500型双级真空滤油机。处理车用发动机油,液压油等,脱除油中水分、气体、杂质符合标准。

    (5)广东力源润滑油有限责任公司,2002年购买DYJ-1000型多功能油处理机。流量50m³/h,用于柴油机油、机械油、变压器油、压缩机油及基础油的脱水脱气。含水乳化浑浊的润滑油,经该机一次处理后油液清澈透亮,油含水分:无。

4.2 重庆电力超高压工程局的应用情况

    重庆电力超高压工程1994年购买2台ZYA-150型双级真空滤油机,该局多次成功用于现场检修变压器,完全能满足110KV、220KV和500KV级变压器的油质要求。该机已顺利使用10年,操作性能仍然优良。

    2004年4月,在万州变电站对500KV的电抗器作在线处理:该电抗器装油量25t,处理前乙炔气含量为23ppm,处理3天后乙炔含量为零,耐电压68KV,气体和总烃含量均合格。

    2003年5月,110KV的小南海变电站1号主变压器(型号为SFSZQ-50000/110)发生事故。总烃升至1274ppm。经过现场器身检修,用ZYA-150滤油机真空注油,真空脱气处理48小时后,油中乙炔降为零,总烃降为10.1ppm,耐电压71KV。结果:主变压器二次线恢复调试合格;主变电气试验、油质试验合格。

4.3 大修现场对变压器真空注油

    1998年5月,浙江泰山核电厂检修一台有载调压分裂变压器,型号为SFF27-50 000/220,装油量是39.7t。采用ZYA-100型大抽速双级真空滤油机作现场处理。首先将变压器内的油抽出,进行真空滤油处理后注入储备油罐。抽出的油击穿电压为40KV,真空处理后提高到60KV。其后对变压器进行检修。检修完毕后,采用真空分流阀门对变压器本体抽真空,抽气2h后真空度达133Pa。停止增压泵工作,仅用旋片真空泵继续抽真空,保压12h后进行真空注油。将储油罐内的油抽出,真空过滤加热后注入变压器,连续6h注油36t,注油温度50℃,真空度133Pa,结束时再次充氮气破除真空。最后对储油柜和散热器进行常压注油,其注油3.3t。

4.3 对新安装的变压器真空处理和注油

    1999年9月,徐州送变电公司安装两台220KV的变压器,仅用一台ZYA-150型大抽速双级真空滤油机对变压器本体抽真空及真空注油。,一台型号为OSFPS9-180 000/220、户外型、装油量为41.2t的自耦变压器已安装到位。按照要求,需对变压器抽真空达133Pa以下,保压后进行真空注油。现场管道连接如图1所示。

    工作过程如下:用钢丝增强透明软管将ZYA-150型滤油机的真空分流阀门与变压器上部的抽气阀门连通,滤油机进油阀门与储油罐连通,滤油机出油阀门与变压器下部连通,真空计设置在变压器上部。首先启动滤油机的真空系统,对变压器本体抽真空,大约3h后,变压器本体真空度即达70Pa,然后停机,关闭阀门,变压器自然保持真空的状态。在经过10h以后,该变压器的真空一点未漏,真空压力反而从70Pa降低至45Pa,足见该变压器密封良好。真空压力降低估计是因为夜晚气温降低约10℃,变压器内气体分子的运动——即平均自由能降低所引起的。6时30分再开启滤油机的真空系统,至8时,变压器本体真空度达35Pa。中午气温高达42℃,真空度维持在70Pa。到晚上,变压器的真空度又回到40~50Pa,气温约28℃。9月12日开始注油,滤油机在对变压器本体抽真空的同时,将变压器油过滤加热后注入变压器内。注油温度恒定在68℃,油的击穿电压在60KV以上,变压器内压力为70~80Pa,注41t油的时间约8h。

 

    9月13日对另一台新安装的自耦变压器进行真空注油。该变压器型号为OSFPS8-120 000/220,装油量32.3t。该变压器安装要求为:首先对变压器铁心预热到高于环境温度30℃,然后吊盖检查,合盖后对变压器本体抽真空达300Pa以下,保压后进行真空注油。

    现场处理过程如下当晚7时,操作滤油机对变压器进行循环加热,油从变压器下部流出,经滤油机过滤加热后注入变压器上部,加热温度恒定在70℃,次日6时停止加热,将32t变压器油全部泵出存入储油罐。

然后吊盖检查、安装导管及部件接线等。检查安装完毕后,通过真空分流阀门对变压器抽真空,抽真空软管与变压器上部连通,真空计设置在变压器下部。2h后,真空度达240Pa。在大气压力作用下,变压器上下盖的螺栓大部分都松动了。重新拧紧螺栓后,继续对变压器抽真空。真空注油时,滤油机本身已处于工作状态,开启进油阀门,启动加热器,储油罐内的油通过软管进入滤油机、被过滤加热后注入变压器。注油温度恒定在60℃,变压器内真空度维持在200~240Pa,真空注油时间共6h。

 

4.5 现场干燥受潮变压器

    真空热油循环的适用场合

    (1)制造厂内,变压器绝缘特性试验不合格,如绝缘电阻低,介损较高等情况,需对绝缘再度干燥的场合。

    (2)现场安装吊罩后,发现绝缘受潮时。

    (3)安装前绝缘特性试验,出现变压器绝缘特性试验不合格时。

    (4)变压器因雨水漏入,严重受潮时。例如,柳州供电局基隆变电站一台110KV的电力变压器(装油量为14.5t),因雨水漏入,严重受潮,采用150型滤油机真空热油循环方式干燥。油从变压器下部流出,进入滤油机,经加热脱水干燥后的油又经变压器上部注入,昼夜连续循环处理。开始时油温度为28℃,连续加热处理10h后,温度升至68℃。然后对变压器本体抽真空,达-0.05Mpa,3h后油温已达到70℃。

    此后滤油机一直连续运行,变压器本体真空度最高达-0.08Mpa。处理过程中变压器内真空度、油温度及绝缘电阻值的变化参见图示。从图上可看到,开始20h内,变压器内油温度从28℃逐渐升至70℃,与此同时,变压器本体的绝缘电阻却从200 MΩ逐渐降至4MΩ。继续保持变压器的温度和真空度,滤油机继续进行真空热油循环干燥,变压器本体的绝缘电阻值在低位保持3天后开始逐渐回升,经过6天以后,绝缘电阻恢复到正常标准。

    提高变压器油温和真空度并辅以真空热油循环,有利于脱除变压器内的水分。耐人寻味的是,在处理初期,随着变压器内油温度和真空度升高,变压器本体的绝缘电阻为何反而从200 MΩ降到4MΩ,而且在低位保持了较长的时间?

    从表面看这似乎违背常理,仔细分析却符合实际干燥过程。这是因为,该台变压器受潮严重,进入大量水分,当变压器内的油温升高,沉积在变压器底部和铁心、绕组内部的水分就大量蒸发出来。这些水蒸气或弥散在变压器内部空间,或凝结在变压器内部各处表面上,或溶入变压器油中,所以变压器本体的绝缘电阻值就越来越低。它也说明变压器内接收了大量热量,水分在迅速蒸发。这一过程继续进行下去,水分逐渐减少,游离的水蒸发完以后,变压器的绝缘电阻值就逐渐升高。

    最后干燥时间的长短,取决于浸入变压器内水分的多少。在干燥过程中,进一步提高变压器本体的真空度,可能会大大缩短干燥时间。

    现场干燥受潮的变压器,在长时间工作和油中含水量较多时需特别注意,当真空泵油乳化变质时应立即更换,以保证真空泵连续平稳工作。对变压器进行保温和防雨淋,有利于加快现场干燥过程。

4.6 现场再生变压器油

    ZH型真空再生油机吸收了现代油处理设备中成功的因素,融合了真空滤油机机和变压器油再生设备的功能。经它处理的油,其含水量、含气量、PH值和介损值等均符合标准,还能滤除游离碳及微生物等,是现场检修常用的设备。

    珠海华能前山发电厂进口两台31.5MVA、110KV电力变压器,每台装油量达12.5t。从1988年投运已有12年多,油品已经严重劣化,PH值已降至4.1。为了保证变压器安全运行,必须更换或者再生变压器油。是依靠进口的变压器油来更换两台变压器的油,还是采用国内的油再生设备解决油质劣化问题?

    该厂进行广泛的调查后,决定采用ZH型真空再生油机现场再生这两台变压器的油质。现场再生时,首先操作油处理机进行内部循环,除去再生系统中的杂质和潮气,然后用软管与变压器连通,形成封闭的油循环系统,让变压器处在带电运行之中再生油质。经过3天时间连续再生,油质颜色明显好转,取样化验,PH值已达5.6,其它各项指标均为合格,由于变压器运行中的油温度分布及热运动状态最有利于吸附再生,所以,经过几天时间的处理,整台变压器的油质得以全部净化。彻底解决了进口变压器油油质劣化问题。

 

在变压器运行中再生油质需注意以下几点:

    ①对再生系统作预处理,滤油合格后才可注入变压器;

    ②油应从变压器下部流出,经滤油机净化后,从上部储油柜流回变压器(接管过程可停电操作);

    ③操作自动排气,控制流量为15~20L/min,使再生净化后的油连续平稳、无气泡地从上部储油柜流回变压器。

 

    江苏省南通市友邦变压器有限公司2003年9月订购ZYA-100型双级真空滤油机,处理高电压等级变压器油,油样送南京电力试验研究院化验结果:水分2ppm,击穿电压73KV,乙炔=0,氢气=0。用该机处理一台作高电压试验被击穿的变压器,其中油含乙炔为46,经本机处理后乙炔为零。

 

5  ZYA-200型双级电子真空滤油机取得新成果

    河南某铝业公司拥有多台大型变压器,在使用中因高电压大负荷连续运行,变压器油的氢气和总烃值已严重超标。为了确保变压器正常运行,分析特征气体的产气速率和故障原因,急需处理这些变压器油,使油中的水分、乙炔、氢气、总烃等全部符合要求。该厂已有4台真空滤油机,但都不能彻底清除变压器油中的乙炔、氢气和总烃。今年8月,该厂采用了带有电子净油技术的ZYA-200型双级真空滤油机将滤油机送往该厂后,通过48小时昼夜不停地处理,完成了4# 、5# 2台大型变压器的绝缘油净化,彻底解决了油中乙炔、氢气和总烃的问题。

5#主变(装63t变压器油)处理前后油质化验部分指标对比见表1:

 

1  5号主变压器处理前后油质化验部分指标对比    μL/L

    处理前           处理后

    乙炔C2H2:          0.17               0

    氢气H2:            5345.9            7.59

    总烃:              400.38            2.78

 


      综上所述: ZYA型双级真空滤油机,有其自身的特点和独特的功能,可以确保绝缘油中的乙炔为零,氢气和总烃指标符合标准。在电力冶金等诸多行业中有广泛的应用前景。

 

 

参考文献:

罗固事.绝缘油处理设备的现状及发展.变压器.1994(3)

王永忠,王嘉涛.真空脱水工艺成功应用于变压器油夏季生产.石油化工设备.2001年1月.

 

作者简介:所长罗固事,在滤油机完善、推广、应用方面作出了巨大的贡献,获得5项国家专利。发表过《油处理设备的应用》等多篇论文,并被重庆高新技术开发区评为“优秀企业家”。电话:023-68576585


 

 

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