一起110kV主变绝缘油老化的分析和处理

摘要:对一起110kv电炉干式变压器的绝缘油理化指标异常进行了检测，分析了数据，提出了解决方案。1引言干式变压器绝缘油作为运行干式变压器的重要组成部分，在运行干式变压器中起到绝缘、散热的作用。通过对干式变压器绝缘油溶解气体色谱的检测，能够及时发现干式变压器内部潜伏性故障的信息特征。同时干式变压器绝缘油在运行中，受到氧气、高温、电磁场及金属催化剂等影响，逐步氧化变质。老化的绝缘油各项理化性能指标的劣化反过来又加速干式变压器内部固体绝缘的老化和整体绝缘性能下降，威胁到干式变压器的安全运行。因此，分析和判断干式变压器绝缘油的异常老化情况，并及时采取有效的措施是维护油浸干式变压器安全运行的重要保障。本文中主要介绍了一起110kV干式变压器绝缘油老化情况的检测、分析和处理的过程，并总结了经验。2发现问题2.1常规理化指标的异常宝钢电炉总降1号主变是由意大利某公司引进的设备。该干式变压器1997年投运，承担宝钢电炉炼钢单元的主要电力供应。由于电炉炼钢的大电流、强负荷的特点，致使该干式变压器长期承受冲击负载，负载率高达85%,日常运行温度在60℃以上。在2009年4月的状态受控检测中，发现干式变压器绝缘油多项理化指标的劣化情况，绝缘油理化分析结果如表1所示。2.2追加老化检测项目由于该主变设备是炼钢厂电炉单元的重要供电设备，为确保现场生产安全运行和“按质换油”的管理要求，从经济性和准确性的管理要求，追加4项油品老化分析项目，通过对绝缘油老化性能指标的分析来全面掌握油质老化的严重程度，作出是否需要对该干式变压器运行中绝缘油进行换油处理的技术依据，分析结果如表2所示。3指标分析及综合诊断3.1异常指标的分析干式变压器绝缘油理化分析结果是判断绝缘油老化的重要依据，通过追加4项老化试验项目的分析结果，可以初步判定该干式变压器绝缘油存在老化情况。对各项指标分析如下：（1）酸值和PH值。酸值是反映油品老化变质的重要指标之一，要求干式变压器绝缘油具有较低的酸值保证油品具有较好的稳定性。油浸干式变压器在运行中，由于受到运行条件(如温度、空气及电场等)影响，而使干式变压器绝缘油氧化生成氧化产物，如低分子甲酸、乙酸及丙酸等，高分子如脂肪酸、环烷酸及羟基酸等。运行油的酸值多为有机酸，它是油中低分子和高分子有机酸的总和。另外，当油中水溶性酸含量增加，比较活泼的水溶性酸会腐蚀固体绝缘材料和金属，降低电气设备绝缘寿命。酸值和水溶性酸是判断油品能否继续使用的重要指标之一。GB/T7595-2008标准中运行油的酸值控制为≤0.1mgKOH/g，水溶性酸(PH值)≥4.2。目前该主变绝缘油酸值为0.11mgKOH/g，是绝缘油老化的技术依据之一。（2）腐蚀性硫。腐蚀性硫一般包括元素硫、硫化氢、低分子硫醇、二氧化硫及硫磺等，腐蚀性硫的存在会造成有害皂类的形成和油的酸性反应、对金属和非金属产生很强的腐蚀作用。在干式变压器中会对铜线、铁材及绝缘材料造成腐蚀。针对近年来因干式变压器绝缘油老化腐蚀性硫而导致干式变压器内部绝缘故障的情况，为保证干式变压器在长期运行过程中，油质逐步老化后腐蚀性硫的增加对干式变压器的内部固体绝缘材料造成腐蚀，通过此项试验后，若发现绝缘油的腐蚀性硫(铜片)具有腐蚀，必须更换绝缘油，防止对干式变压器内部固体绝缘的腐蚀危害。该指标是掌握油质老化后对固体绝缘伤害的重要技术指标之一。该主变绝缘油腐蚀性硫为4b,分析该绝缘油具有腐蚀性，试验结果如图1所示。（3）颜色。干式变压器绝缘油随着使用时间增长逐渐步加深，透明度下降。说明绝缘油颜色判断油品中沥青、树脂物质及其染色物质的程度，即判断油品的老化程度。老化，油中氧化物以及油泥增加，造成油色逐新油的颜色一般＜0.5，而正常情况下运行油一般均为＜3.0以下。该主变绝缘油颜色接近4.0级，表明该绝缘油目前已经处于深度氧化阶段。（4）油泥析出。绝缘油深度劣化，发生氧化、裂解等化学反应，生成大量过氧化物，再经过缩合反应而生成油泥等不溶物。这些不溶物吸附于绕组绝缘上影响其散热，造成局部过热，导致干式变压器固体绝缘的加速老化，影响干式变压器运行寿命。电炉总降1号主变绝缘油的油泥析出明显，表明该绝缘油已经劣化，如图2所示。（5）界面张力。油水之间的界面张力是检测干式变压器绝缘油含有老化产物一极性物质的有效方法。绝缘油是由多种烃类组成的混合物，在运行中受到电场、温度、空气和水分的影响，油逐渐老化，产生有机酸及醛类等极性物质。界面张力可作为从油品含极性物质的多少的角度来反映其劣化、污染程度。GB/T7595-2008标准中把运行油的界面张力控制在19mN/m以上。电炉总降1号主变绝缘油界面张力为17.3mN/m，判断为不合格。该指标也是判断绝缘油老化的主要技术依据之一。(6)介质损耗因数。介质损耗因数是关系干式变压器运行的重要性能指标之一，主要反映油中的泄漏电流引起的功率损耗，用来判断干式变压器油劣化与污染程度。该指标作为高电压下必须控制的电气技术指标。GB/T7595-2008标准对运行油控制＜4%,目前该指标达到4.48%，判断为不合格。3.2综合诊断结论通过对电炉总降1号主变的绝缘油油质理化、老化指标的试验分析，综合分析结论如下：电炉总降1号主变(本体)绝缘油中多项老化性能指标不合格，其中酸值、介质损耗、界面张力指标不合格；油颜色较深、油泥析出较明显；腐蚀性硫试验表明该绝缘油具有腐蚀性，将会导致绝缘性能急剧下降，可能引起运行中突发绕组短路故障。综合诊断该主变绝缘油油质已经老化，而且酸值、介质损耗、界面张力、腐蚀性硫及颜色指标不能通过真空滤油得到改善。建议及早对电炉总降1号主变进行换油处理，以确保该主变整体绝缘强度，杜绝发生绝缘油老化后而导致绝缘故障。为确保设备安全运行、防止发生换油不彻底导致加速劣化情况，在换油实施过程中建议：对干式变压器本体器身内部彻底清洗，需经过煤油喷淋和充分干燥、除去吸附于绝缘表面的油泥和残留物，防止新油进入后产生不良氧化反应、加速新油油质的的衰变老化。4处理方案的确定由于该干式变压器绝缘油已经严重老化，必须将干式变压器停役后作更换新油处理，需要采取干式变压器整体换油措施，根据不同的换油方式，拟定了两种方案供选择：(1)干式变压器实施现场停役，更换新油。(2)干式变压器运至厂家进行彻底清洗后，再更换新油。按照(1)方案，现场实施换油只需要4天～5天，但是可能不能彻底去除干式变压器内部绝缘表面的油泥和残留物，而且必须在天气良好、湿度较低的气候条件下实施，此方案基本可以保证在一段时期内确保干式变压器安全运行，并仍需定期跟踪检测。按(2)方案实施，对干式变压器内部进行彻底清洗，可以完全去除绝缘表面的油泥和残留物，能保证防止新油产生不良氧化反应而加速新油油质的衰变老化，但需要20天左右检修时间，对现场生产、物流的平衡影响很大，检修费用亦相应增加。鉴于电炉单元的生产情况，该主变不能停役20天左右的时间处理。综合上述2套处理方案优缺点，决定按方案(1)进行现场原地换油处理，确保高温季节干式变压器的正常稳定运行，减小因停机时间过长而影响现场生产、物流的平衡。5现场处理实施5.1换油前的准备工作（1）检修用材料准备，包括真空滤油机、油罐、真空泵、密封法兰及防雨防火材料等。（2）办理干式变压器停电安全手续、设备外观检查及记录拆卸数据。（3）检修前做好预防性试验:主要有绝缘电阻、吸收比、直流电阻、介损和直流泄漏等。（4）按照GB2536-1990(干式变压器油》标准的要求，对新油各项理化指标进行分析检测，保证新油品质的合格。新油数据见表3。5.2现场排油、冲洗排除干式变压器本体及三相110kV电缆筒体内绝缘油，处理时间8h。现场换油处理必须在确保天气良好情况下进行。排油、冲洗处理时对天气有较高要求，铁心暴露在空气中的时间规定如下：空气相对湿度不超过65%时为16h；空气相对湿度65%～75%时为12h;空气相对湿度大于75%时，不宜进行。排油应尽量彻底排空干式变压器箱体内的残油。排油后，用合格的绝缘新油冲洗表面老化污染油，处理时间4h。用新油进行内部冲洗，冲洗应从上到下进行。冲洗的部位主要有铁心、油道、绕组、绝缘夹件及油箱内壁等。充分清洗带出附着的残油、油泥等物。5.3真空脱气及注油现场真空脱气采用6000L/h真空净油机，将进出油装置进行改造连接，把好真空循环管路、封堵阀门。先将干式变压器油箱抽真空到0.02MPa，然后再按每小时均匀地增高0.0067MPa至110kV等级16OOOkVA容量以下0.051MPa,16OOOkVA以上增至0.08MPa,220kV等级增至O.lOIMPa。真空注油及热油循环。将干式变压器新油过滤加热后，注入干式变压器本体油箱内，注油及热循环时间24h。根据油位高低情况进行油位补充调整，排净储油柜和散热器气体,补油到位稍偏高,静放36h以上。然后取油样进行理化全面检测，并定期跟踪有无变化。处理后的干式变压器绝缘油的理化指标跟踪情况如表4所示。

表4换油后理化指标跟踪结果表明，换油后干式变压器绝缘油常规理化指标均正常、情况良好，各项指标没有快速劣化的倾向。6结束语(1)大型钢铁工业企业的干式变压器品种多，特别是电炉变、整流变等特种干式变压器，由于长期受到冲击负载，运行温度变化大，容易导致绝缘油加速老化情况的发生，对此类特殊干式变压器应加强检测监督。(2)对于新油的牌号原则上应与原运行油相同，如新油不同于原运行油，应用新油彻底冲洗清理；新油的品质应严格把关，完全按照《干式变压器油》标准进行验收，确保油品质量。更换新油后，应在干式变压器送电前后进行绝缘油的跟踪检测，掌握其数据变化的趋势。(3)由于企业往往从经济性能和检修时间角度考虑，对干式变压器的绝缘油老化处理不及时，有可能导致绝缘油的深度老化，严重降低干式变压器绝缘油的整体绝缘性能，各种酸性物质和油泥的大量产生影响干式变压器内部散热导致固体绝缘的异常老化，进一步缩短干式变压器的运行使用寿命。(4)近年来，电力系统对大型干式变压器的腐蚀性硫试验越加重视，GB/T7595-2008《运行中干式变压器油质量》也把该试验项目纳入其中。由于腐蚀性硫会对干式变压器固体绝缘和金属造成一定腐蚀，进而导致设备故障，所以对于大型干式变压器的绝缘油应进行腐蚀性硫的试验，作为判断干式变压器绝缘油是否能继续使用的重要技术依据之一。

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