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對變壓器油微量水分問題的探討

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瀏覽:- 發布日期:2017-09-20 11:25:57【

眾所周知,變壓器油是眾多潤滑油中對水分要求嚴酷的一種絕緣油品,因為微量的水能使變壓器油的耐電壓性能降低,介質損失變大導致變壓器故障。所以限定普通變壓器油和特殊變壓器油(超高壓)的水分均需控制在30~40mg/ kg (ppm)。


對此,我們來分析一下變壓器油在使用期間微水分和其它可能出現的幾種狀況。


1. 運行中的變壓器很少要求測定水分。常用的油浸式變壓器,(還有空冷式的變壓器,一般為小型變壓器)其鐵芯和線圈是浸在油中的,整個變壓器包括散熱部分是一個完全封閉的系統。整個系統內部充滿油液,僅留有極少量的空間,供油液熱漲冷縮用。為此,變壓器油通常不會與空氣和水接觸。運行的變壓器油基本與變壓器同壽命。除非,在發生故障性電、熱(瞬間強電,高溫)或設備大修,變壓器更換部件,同時換油。因此運行中的變壓器油不需或很少要求測量水分。


2. 變壓器油老化的原因分析。與其說變壓器油的變質衰敗單純因氧化引起的,還不如說是因老化而導致更為恰當。變壓器油的老化過程是指變壓器油在光、熱、氧、電弧、電場、磁場、輻射等物理化學因素作用下,顏色、氣味、黏度、酸值及介質損耗等性能發生變化。其介電性能下降或變壞的過程,是一個復雜的物化過程。該過程可分為熱氧老化,電氣老化兩種。⑴. 熱氧老化,是指變壓器油暴露在光、熱、輻射線及氧氣或氧化性氣體等活性物質中受到氧化作用;或者在使用過程中由于繞組、鐵芯及固體絕緣物因故障發熱而導致變壓器油產生的老化。光和輻射線對變壓器油老化具有促進作用。光和輻射線給于油分子以一定的能量,活躍油分子,對油的老化有助長作用。它能切斷分子鏈從而使絕緣油的黏度發生變化,油品變渾濁,同時產生懸浮物和沉淀。在光、熱和輻射線的作用下,變壓器油內部發生自動氧化的游離基鏈式反應,產生酸性物質,導致酸值增加。熱氧老化是一個惡性循環過程,結果是使變壓器油的顏色變深、黏度變大、酸值增加、水溶性成份變大、導電性增強、絕緣性變差、介電性能明顯降低,氧化安定性變差、腐蝕設備的金屬部件。⑵.電氣老化,是指變壓器油使用時,始終處于變化的電場之中,長期使用,電場的作用會導致變壓器油逐漸衰敗變質,同時產生許多非理想組分,如酸性物質和弱堿性物質。由于電和熱的作用,尤其在強過電和過熱的電熱故障時,可使變壓器油分子的碳氫鍵(C-H)和碳碳鍵(C-C)斷裂,伴隨生成少量活潑的氫分子和不穩定的碳氧化合物的自由基,這些氫原子和低分子烴隨著不同的電氣故障時間的作用可能產生碳氫聚合物及固體碳粒。最終影響變壓器的正常使用。變壓器油的老化性評價有多種,而電氣老化評定并不多見。中石化潤滑油有限公司上海分公司分析中心備有曾經是全國唯一一套作為評比或仲裁的變壓器油臺架評定設備,模擬運行中的變壓器油,尤其適用于評定其電氣老化性能。


3. 變壓器油中微水的狀態及危害。變壓器在運輸、貯存、使用過程中都可能由外界進入或油品吸水,產生的水分會以下列狀態存在:一是游離水。多為外界入侵的水分,如不攪動不易與水結合。不影響油的擊穿電壓,但也不允許,表明油中可能有溶解水,應立即處理。二是極度細微的顆粒溶于水。通常由空氣中進入油中,急劇降低油的擊穿電壓。介質損耗加大,應予真空濾油。三是乳化水。油品精煉不良,或長期運行造成油質老化,或油被乳化物污染,都會降低油水之間的界面張力,如油水混合在一起,便形成乳化狀態。其危害:一是降低油品的擊穿電壓。100~200mg/kg擊穿電壓大幅度降至1.0kV,油中纖維雜質極易吸收水分,在電場作用下,在電極間形成導電的“小橋”,因而容易擊穿。二是使介質損耗因數升高。懸浮的乳化水影響最大,不均勻。三是促使絕緣纖維老化,絕緣纖維的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分進入纖維分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物質,降低纖維機械強度和聚合度。實驗證明,在120℃情況下,絕緣纖維中的水分每增加1倍,纖維的機械強度下降1/2。當溫度升高,油中的水增加,纖維的水降低,溫度降低,則相反。因此,應監視油中的微水,進而監視絕緣纖維的老化。四是水分助長了有機酸的腐蝕能力,加速了對金屬部件的腐蝕。

綜上所述,油中含水量愈多,油質本身的老化、設備絕緣老化及金屬部件的腐蝕速度愈快,因此監測油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。當然,變壓器油微水分的控制和檢測主要的關注點,應該是在變壓器油灌裝后和裝機前。畢竟,運行中的變壓器油,處于密閉的機體內,外界的水分子,是不易進入的。


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