康 亮,王 冰发布
摘 要: 针对变压器进行吊罩检修后因清洗不彻底,常常出现变压器油中溶入溶胶杂质,造成变压器绝缘电阻严重下降、变压器油介质损耗因数快速增长的现象,结合具体实例,在理论分析的基础上,重点阐述利用排除法进行判断的分析过程。
绝缘油是一种发供电设备的重要绝缘介质,充入变压器中起着绝缘、散热的作用,其质量的好坏,直接影响供电设备的安全经济运行。所以电力系统对绝缘油的质量有严格的规定和要求,并在运行中定期进行检验,以保证其良好的性能。绝缘油的绝缘性是相对的,并且直接影响到变压器本身的整体绝缘。影响绝缘油的绝缘性能有击穿电压、介质损耗因数、体积电阻率等,而影响这些指标的主要因素是油品中的水分和极性杂质,其中的极性杂质还要看其粒度和极性如何。下面是一个由于油中的极性杂质影响油的介质损耗因数,从而影响油绝缘性能和变压器整体绝缘的实例,以供在变压器大修滤油、补油时借鉴。
1问题的提出
吉林省白城供电公司松原变电所2号主变压器(简称主变)由长春变压器厂 1993年8月制造,型号为SFZ7-20000 /66。2003年6月14日吊罩检修处理铁心对地电阻 (2 kΨ)不合格缺陷,6月19日检修结束后进行验收试验,结果发现变压器整体绝缘电阻大幅下降。以高—低中地为例(以下类推),变压器吊罩前(2003年4月21日测量)绝缘电阻R15为53900MΨ、绝缘电阻R60为83600MΨ、R60/R15为1.55。变压器吊罩检修完毕回油后测量R15为760MΨ,R60为860MΨ,R60/R15为1.13。经过试验,发现变压器油介质损耗因数tanW值在短短7天时间里增长了近56倍,其余指标变化不大(见表1),其中pH项代表水溶性酸值。此变压器油tanW虽然在合格范围内看,但其增长速度异常,应引起高度重视。
2原因分析
导致变压器绝缘电阻下降、变压器油tan W值增大的因素很多。然而根据现场实际情况,此次变压器吊罩检修过程中变压器油基本未变,补油量也不多,各项指标在变压器吊罩检修前又都在高位。因此判断影响因素主要集中在水分、极性杂质及现场处理设备上。
2.1油中水分的影响根据现场情况,在能导致变压器绝缘电阻严重下降的因素中,当时认为受潮的可能性最大。在变压器吊罩的前2天,当地连续下雨,湿度很大,吊罩当天空气湿度为70%,虽满足《电力设备预防性试验规程》(DL/T596-1996)规定(空气相对湿度在65%~75%之间时变压器铁心暴露在空气的时间不得超过12h,空气相对湿度超过75%时,不宜进行吊罩检修),但已经接近要求上限。依此判断,立即投入真空滤油机进行24h不间断滤油,至6月22日再次对变压器绝缘电阻进行测试,结果R15为1700MΨ,R60为2000MΨ,R60/R15为1.18。虽有回升,但与变压器吊罩前数据相比,差距还是很大。同时测得变压器油中水的质量比为9mg/kg,与6月18日测得的数据相比变化不大,可以判断水分不是主要影响因素。
2.2 检修设备因素从表1不难看出,变压器回油前后,油中水分并无增加,同时从主变真空滤油前后的色谱试验数据看(见表2) ,此真空滤油机效率符合要求。
在变压器吊罩时发现变压器底部有大量油泥及其他杂质(这也是其铁心对地电阻不合格的原因),检修人员虽按规程操作工艺进行清扫、冲洗,变压器铁心对地电阻处理也合格,但不能排除变压器底部很多死角中还存在一些油泥及其他杂质,在变压器回油后被带出并溶入变压器油中,导致变压器绝缘电阻下降。开始,在真空滤油机后面串联了1台压力滤油机。 通过几天的不间断真空过滤、净化处理,试验测得油的含水量很小,而油的tanW值(90℃)不 降反升,实践证明直径大多在10-6~10-4 mm之间的溶胶粒子,能通过一般滤纸,所以经过二级真空滤油机及串联压力滤油机处理不能使其滤出,其tanW值(90℃)也降不下来。为此,在压力滤油机中换装了带吸附剂的特种滤板,对绝缘油过滤吸附处理,效果显著。7月14日测量变压器绝缘电阻,其中R15为12200MΨ,R60为16500MΨ,R60 /R15为1. 34。变压器油tanW值 (90℃)下降至0. 05%。所以,可以确定此次变压器绝缘电阻不合格,变压器油tanW值增大的原因就是变压器油溶入直径为10-6~10-4mm溶胶杂质。
3 油中溶胶杂质的来源及对变压器油的影响
3.1 油中溶胶杂质的来源变压器在出厂前残油或固体绝缘材料中存在着溶胶杂质;在安装或大修过程中也有可能再次溶入溶胶杂质;在运行中还可能产生溶胶杂质。
3.2溶胶杂质对变压器油的影响变压器油的介质损耗因数主要取决于油的电导,可用下式〔1〕表示: tanW= (k/Xf )V式中:k为系数,取1.8×1012;V为体积电导系数;X为介电常数; f为电场频率。由上式可知,油的tanW正比于体积电导系数,油中存在溶胶粒子后,由电泳现象引起的电导系数,可能超过介质正常的几倍或几十倍,因此,tanW值增大。变压器油中由于存在极性物质和带电胶体,在电场作用下引起泄漏电流及功率损失,而油介质损耗因数是一个表征在交流下功率损失大小的参数,可用于判断变压器油的劣化和污染程度。一般来说,合格新油中极性杂质含量甚少,其介质损耗因数小于0. 5( 90℃) ,但当油氧化或过热引起劣化,或混入 其他杂质时,随着油中极性杂质或带电胶体物质含量增加,油介质损耗因数会随之增大,甚至可达10%以上。合格变压器油注入变压器内,可能对设备内的某些绝缘材料如橡胶、油漆及其他有关材料具有溶解作用,形成某些胶体杂质,也会引起油介质损耗因数上升,即存在所谓的“相溶性”问题。未经试验的混油也可能导致油介质损耗升高,同时变压器油介质损耗异常超标时常伴有绝缘电阻下降现象。
4 处理过程变压器油中的水分与大颗粒杂质,一般采用真空或压力滤油机即可过滤处理好。对于上述被胶质类溶胶杂质污染的变压器油,应采用净化吸附处理法。常用的现场吸附方法有2种:一种是硅胶(白土)过滤吸附处理,另一种是吸附滤板净化处理。第1种方法耗费人力、物力较多,还产生大量污染环境的废渣,且净化处理的速度较慢。第2种方法是以特制滤板和高效微粒吸附剂为原料加工组合成吸附滤板,它集吸附和过滤于一体,是一种多重分离作用的新型组合净化材料。当被净化的变压器油垂直通过滤板表面时,首先将变压器油中的机械杂质分离出来,而后变压器油在压力作用下与吸附剂充分接触,变压器油中的老化物、胶体、微生物细菌、水分等各种异物大多被吸附,变压器油经过滤纸层将污染物及吸附剂分离,从而达到净化变压器油的目的。此种方法效果好、见效快、经济实用,在采用中滤油管路连接方式如图1所示。
吸附滤板在70℃时吸附效果较好,因此首先通过真空滤油机将变压器油循环加热,当真空滤油机进口温度升至65℃~70℃后,暂停滤油,并迅速将压力滤油机中普通滤纸换装吸附滤板,换装时注意吸附滤板夹装在中间,两边各放5张普通滤纸,每隔6~8 h更换一次吸附滤板和滤纸,且每8 h取一次油样进行监测。通过上述方法经24 h不间断处理,效果显著,测量变压器绝缘电阻,其中R15为12200 MΨ, R60为16500 MΨ,R60/R15为1. 34。变压器油简化试验数据见表3。从以上试验及跟踪数据可以看出,因处理方法针对性强,可以证明此次变压器吊罩检修后主变绝缘电阻不合格、变压器油tanW值异常增大是变压器油中溶入了直径在10-6~10-4mm之间溶胶杂质感染所致,由于此次处理效果非常好且很彻底,运行至今一切正常。
压力下运行,其开断电流仍为40kA,达到了提高开断能力的目的。同时发现,也存在断路器灭弧室内SF6气体温度分配不均匀、灭弧室顶部与底部SF6气体有一定温差的问题。
2.3两种方案评价
以上2种方案中,方案2对断路器本体结构改动最少,尤其是不需要将与绝缘拉杆连接的连杆加长,所以首选方案为“拐臂箱加热”方案,这是“加装支座”方案所不具备的优势。
3 总结
提高SF6断路器低温工况下的开断能力主要有3种方式,对于采用SF6气体加热方式,我们提出了2种具体的解决方案,为此做了大量的结构设计和断路器低温试验工作,并不断地总结实际运行经验。试验数据表明,“加装支座”方案和“拐臂箱加热”方案都具有可行性与实效性,其中“拐臂箱加热”方案更具优势,因此可作为首选方案,实际运行结果也充分证明了这一点。通过以上研究,解决了由于低温环境下高压SF6断路器中SF6气体液化、在应用上受到地域(环境温度)限制的问题,为高压SF6断路器在低温地区安全运行提供了可行的技术方法。