变压器油绝缘性能下降化学诊断及处理技术研究.pdf
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1、d o i:1 0.3 9 6 9/j.i s s n.1 0 0 7-2 9 0 X.2 0 2 3.0 7.0 0 8收稿日期:2 0 2 3-0 3-3 1 修回日期:2 0 2 3-0 5-3 0基金项目:中国南方电网有限责任公司科技项目(G D K J XM 2 0 2 0 0 3 6 3)变压器油绝缘性能下降化学诊断及处理技术研究林木松,钱艺华,李智,张丽,付强,彭磊(广东省电力装备可靠性企业重点实验室(广东电网有限责任公司电力科学研究院),广东 广州 5 1 0 0 8 0)摘要:针对近年来广东电网由于变压器油绝缘性能下降导致变压器绝缘电阻不合格缺陷频发的问题,通过热油循环、灭箘
2、过滤等试验排除了受潮、微生物对变压器绝缘电阻的影响,进一步通过检测油中以及变压器内壁漆的铜离子含量,查明变压器油绝缘性能下降是由变压器涂覆的铁红内壁漆富含铜溶解在油中造成的。选择-氧化铝、A型硅胶、8 0 1、改性Y型分子筛等4种铜离子吸附剂,通过吸附能力以及对油质影响的对比试验,最终确定最佳的吸附剂为改性Y型分子筛吸附剂,并进一步对比试验确定吸附剂的用量和处理温度。研究成果在中山供电局1 1 0 k V谷都站1号主变压器试点应用,处理后该变压器绝缘电阻得到大幅提升,恢复正常绝缘性能。关键词:变压器;绝缘缺陷;化学诊断;处理技术 中图分类号:TM 4 1 1;TM 2 1 4 文献标志码:A
3、文章编号:1 0 0 7-2 9 0 X(2 0 2 3)0 7-0 0 7 0-0 7S t u d y o n C h e m i c a l D i a g n o s i s a n d P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y f o r D e c l i n a t i o n o f T r a n s f o r m e r O i l I n s u l a t i o n P e r f o r m a n c e L I N M u s o ng,Q I AN Y i h u a,L I Z h i,ZHANG L i,F U Q
4、i a ng,P E NG L e i(G u a ngd o ng K ey L a b o r a t o ry o f E l e c t r i c P o w e r Equ ipm e n t R e l i a b i l i ty,E l e c t r i c P o w e r R e s e a r c h I n s t i t u t e o f G u a ngd o ng P o w e r G r i d.,L t d.,G u a ngz h o u,G u a ngd o ng 5 1 0 0 8 0,C h i n a)A b s t r a c t:A
5、i m i ng a t t h e pr o b l e m o f f r equ e n t d i squ a l i f i c a t i o n o f t r a n s f o r m e r i n s u l a t i o n r e s i s t a n c e d u e t o i n s u l a t i ng o i l i n s u l a t i o n pe r f o r m a n c e d e c l i n a t i o n i n G u a ngd o ng po w e r gr i d i n r e c e n t ye a
6、r s,h o t o i l c i r c u l a t i o n,s t e r i l i z a t i o n f i l t e r i ng a n d o t h e r t e s t s w e r e c a r r i e d o u t t o r u l e o u t t h e e f f e c t s o f d a mp a n d m i c r o o rga n i s m s.F u r t h e r m o r e,t h e c op pe r i o n c o n t e n t s i n t h e o i l a n d t
7、r a n s f o r m e r i n n e r w a l l pa i n t w e r e d e t e c t e d t o f i n d o u t t h a t t h e d e c r e a s e o f i n s u l a t i o n pe r f o r m a n c e o f t r a n s f o r m e r o i l w a s c a u s e d by t h e d i s s o l u t i o n o f t h e c op pe r r i c h i n i r o n r e d i n n e r
8、 w a l l pa i n t i n t h e t r a n s f o r m e r.F o u r k i n d s o f c op pe r i o n a d s o r b e n t s o f o f -a l u m i n a,A ty pe s i l i c a ge l,8 0 1,m o d i f i e d Y ty pe m o l e c u l a r s i e v e w e r e s e l e c t e d t o t e s t t h e a d s o rpt i o n c apa c i ty a n d t h e i
9、 mpa c t o n t h e o i l qu a l i ty.F i n a l ly t h e b e s t a d s o r b e n t w a s d e t e r m i n e d a s t h e m o d i f i e d Y ty pe m o l e c u l a r s i e v e a d s o r b e n t.F u r t h e r c o n t r a s t t e s t w a s c a r r i e d o u t t o d e t e r m i n e t h e a m o u n t o f a d
10、s o r b e n t a n d t r e a t m e n t t e mpe r a t u r e.T h e r e s e a r c h r e s u l t w a s ap pl i e d i n N o.1 m a i n t r a n s f o r m e r i n 1 1 0 k V G u d u s t a t i o n o f Z h o ngs h a n po w e r s up ply b u r e a u f o r t r i a l.T h e ap pl i c a t i o n e f f e c t i n d i c
11、a t e s t h a t t h e i n s u l a t i o n r e s i s t a n c e o f t h e t r a n s f o r m e r i s gr e a t ly i mpr o v e d a f t e r t r e a t m e n t a n d t h e n o r m a l i n s u l a t i o n pe r f o r m a n c e i s r e s t o r e d.K e y w o r d s:t r a n s f o r m e r;i n s u l a t i o n d e f
12、 e c t;c h e m i c a l d i agn o s i s;pr o c e s s i ng t e c h n o l og y 近年来,广东电网由于变压器油绝缘性能下降导致变压器绝缘电阻不合格缺陷频发,广东电网4 8 7台华鹏变压器,绝缘电阻明显下降的有4 3台,占比8.8%;4 9 2台中山A B B变压器,绝缘电阻明显下降的有9 2台,占比1 8.7%;据统计,沈阳变压器集团有限公司、衡阳变压器有限公司、广东电力设备厂等厂家的变压器均出现绝缘电阻明显下降问题1-2。国内外的学者普遍认为主变压器(以下简称“主变”)绝缘受潮、油中滋生微生物、油中存在杂质(包括金属或者其
13、它非金属)是导致变压器油绝缘性能下降主要要原因。第一,主变经过长时间的运行,会出现由于密封不良导致受潮,因水是强极性物质,第3 6卷 第7期广 东 电 力V o l.3 6 N o.7 2 0 2 3年7月G U A N G D O N G E L E C T R I C P OWE RJ u ly 2 0 2 3 在电场的作用下会与油中的纤维毛类物质在电极中聚集成桥,增加油的电导,从而引起主变绝缘电阻下降3-5。传统的诊断方法是测试变压器油中水分含量,或根据油中氢气含量进行判断,当油中的水分含量和氢气含量呈现上升趋势,表明主变受潮;处理方式是进行热油循环去除潮气使主变绝缘电阻恢复至正常水平,
14、具体的处理方法是将变压器油加热到8 0 9 0,抽真空0.0 8 M P a保持一段时间,并用普通滤纸循环过滤以除去其中的水和气体。第二,在变压器使用过程中,油中滋生的微生物影响其电气绝缘性能6-7。由于微生物无处不在,变压器油在储存和使用过程中不可避免地接触到微生物。微生物个体微小,肉眼不易看见,是单细胞个体、简单的多细胞或没有细胞结构的低等生物,类群庞杂,油中微生物增加,造成主变绝缘电阻快速下降;处理方式是先灭菌再滤油处理,主变绝缘电阻可恢复至正常水平。第三,杂质在电场的作用下排列成“桥”,从而导致变压器油的绝缘性能下降。目前,国内外研究人员普遍认为杂质颗粒的来源包括以下几方面:变压器在生
15、产、运输、检修带来的杂质;变压器潜油泵长期运行中磨损产生的金属磨屑;油净化过程采用活性氧化铝和硅酸净化处理油也易使铝和硅污染油品。油中杂质去除方法主要通过过滤和吸附,吸附剂包括硅铝矿物吸附剂8-9、活性炭等等。为了探明广东电网主变绝缘电阻下降的原因,通过热油循环方法去除潮气1 0,但经过热油循环后,重新检测主变的绝缘电阻仍不合格,说明受潮不是主变绝缘电阻下降的诱因;采用滤油灭菌方法去除油中的微生物1 1-1 2,但经过处理后,重新检测主变的绝缘电阻也不合格,排除了油中微生物对主变绝缘电阻的影响;此外,进一步试验表明,排掉旧油换新油后,主变的绝缘电阻测试是合格的,但不久主变绝缘电阻再次不合格,排
16、除了生产、运输、检修混入杂质以及金属磨屑等原因。杂质的来源可能是变压器内部存在某种极性物质溶解到油中,造成变压器绝缘电阻下降,为此开展了影响主变绝缘电阻的新型特征物探明和处理技术的研究.分别采用石蜡基油和环烷基油浸泡铁红内壁漆和天蓝内壁漆,发现内壁漆中的铜离子能够溶解于变压器油,特别是环烷基油的溶解性能更好,确定了主变绝缘电阻不合格的原因是内壁漆中的铜离子溶解到变压器油中导致的。通过-氧化铝等4种吸附剂对油种铜离子的吸附能力对比试验,最终确定-氧化铝及改性Y型分子筛吸附剂作为铜离子的吸附剂。将研究成果试点应用于广东电网某台主变,并验证结果。1 影响变压器绝缘性能的新型特征物研究1.1 油中铜含
17、量对变压器绝缘性能的影响对东莞供电局1 1 0 k V桑园站3号主变、三涌站2号主变、白马站2号开展主变预防性试验(以下简称“预试”)时,发现3台主变的绕组绝缘电阻均严重下降,试验结果见表1,其中1 5 s、6 0 s为2种不同的试验时长。由表1可见,3台主变的绕组绝缘电阻超出预试规程1 3-1 4“绝缘电阻换算至同一温度下,与前一次测试结果相比应无显著变化,一般不低于上次值的7 0%”的要求,主变的绝缘电阻不合格。对桑园站3号主变进行了滤油及干燥处理后,复检绝缘电阻仍不合格,同时对油样介质损耗(以下简称“介损”)、体积电阻率、击穿电压、酸值、水溶性酸、微水、氧化安定性、糠醛、色谱分析、腐蚀性
18、硫等项目进行检测,结果均为合格1 5-1 7,试验表明这些项目不是造成绝缘电阻不合格的原因。为此对1 1 0 k V桑园站3号主变、三涌站2号主变、白马站2号主变的变压器油中铜含量(质量分数)进行测定,结果见表2。表1 3台主变预试结果T a b.1 P r e t e s t r e s u l t s o f t h r e e m a i n t r a n s f o r m e r s试验主变绝缘电阻/M变高绕组 变低绕组及地变低绕组 变高绕组及地1 5 s6 0 s1 5 s6 0 s桑园3号交接试验3 0 0 0 04 5 0 0 02 2 5 0 03 3 0 0 0预试1 8
19、 7 42 9 6 71 1 7 12 4 2 1三涌2号交接试验1 0 9 3 41 5 2 0 46 5 6 01 0 6 2 2预试2 5 4 13 8 9 62 0 3 23 5 5 7白马2号交接试验1 0 6 2 51 2 8 3 95 6 5 88 2 2 5预试5 7 3 98 6 0 92 2 9 53 8 2 617 第7期林木松,等:变压器油绝缘性能下降化学诊断及处理技术研究表2 变压器油中铜含量结果T a b.2 C o p p e r c o n t e n t i n t r a n s f o r m e r o i l序号变电站主变编号厂家型号出厂月份投产月份铜
20、含量/1 0-611 1 0 k V白马站2号江苏华鹏S Z 1 1-6 3 0 0 0/1 1 02 0 1 0-1 22 0 1 2-0 40.2 6 521 1 0 k V三涌站2号江苏华鹏S Z 1 1-6 3 0 0 0/1 1 02 0 1 0-1 22 0 1 1-1 20.4 4 531 1 0 k V桑园站3号江苏华鹏S Z 1 0-6 3 0 0 0/1 1 02 0 1 0-0 32 0 1 1-1 20.8 5 6 由表2可知:出现绝缘电阻超标的3台主变油中铜含量均大于0.11 0-6。根据相关文献及经验值,铜含量高于0.11 0-6会导致干燥良好的变压器油体积电阻率
21、下降,进而影响绝 缘电阻1 8-2 0。与表1进行对比,铜含量越高,主变的绝缘电阻下降越严重,试验表明铜离子是造成主变绝缘电阻下降的原因。为了验证油中铜离子对变压器绝缘性能的影响规律,配置9种铜含量的油样:分别是0、0.51 0-6、11 0-6、2.51 0-6、51 0-6、7.51 0-6、1 01 0-6、1 2.51 0-6、1 51 0-6,用量均为2 0 0 g(约2 5 0 m l油样),进行介损、体积电阻率测定,结果如图1、图2所示。图1 铜含量与介损关系曲线F i g.1 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c o p p e r c
22、 o n t e n t a n d d i e l e c t r i c l o s s f a c t o r图2 铜含量与体积电阻率关系曲线F i g.2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n c o p p e r c o n t e n t a n d v o l u m e r e s i s t i v i t y由图1、图2可见:随着油中铜离子含量的增加,介损迅速上升,体积电阻率快速下降,证明了油中的铜离子是造成变压器绝缘性能下降的重要因素,含量越高,变压器的绝缘性能下降越为严重。铜离子有2个来源:一是通过添加剂带入;二是变压器内部含有铜
23、的物质溶解到油中。油的各种添加剂中不含铜离子,变压器油运行一段时间后铜离子才出现上升的趋势,说明铜离子来自于含有铜的物质溶解到油中。变压器中的绕组是铜的漆包线,铜线没有直接接触油,而且单质铜也很难溶解到油,因此铜离子可能来自于变压器内的涂层材料。将江苏华鹏变压器厂提供的变压器散热器、油箱内壁漆送往第三方检测机构进行铜含量检测,结果见表3。表3 内壁漆铜含量测试结果T a b.3 C o p p e r c o n t e n t t e s t r e s u l t s o f i n n e r w a l l p a i n t编号名称铜含量/1 0-6油漆1常州迪利铁红内壁漆4 8 0
24、油漆2常州迪利天蓝内壁漆5 5 0由表3可见,江苏华鹏变压器厂提供的变压器散热器、油箱内壁漆确实含有大量铜,为此进行了内壁漆与各种变压器油的相容性试验。试验方法如下:铁红内壁漆和天蓝内壁漆分别浸泡在变压油中,在1 0 0 条件下老化1 6 4 h后,测定油中铜、铁的含量,其中1号样为克拉玛依油与铁红内壁漆,2号样为加氢油与铁红内壁漆,3号样为克拉玛依油与天蓝内壁漆,4号样为加氢油与天蓝内壁漆,5号样为克拉玛依油空白样,6号样为加氢油空白样,测定结果见表4。表4 变压器内壁漆与变压器油相容性试验后油样中金属含量T a b.4 M e t a l c o n t e n t s i n o i l
25、 s a m p l e a f t e r c o m p a t i b i l i t y t e s t o f i n n e r w a l l p a i n t a n d t r a n s f o r m e r o i l编号铜含量/1 0-6铁含量/1 0-610.1 4 30.6 1 420.0 2 40.2 1 530.0 1 20.0 5 440.0 1 20.0 5 450.0 1 20.0 5 460.0 1 20.0 5 4由表4可见:克拉玛依环烷基油浸泡铁红内壁27第3 6卷 漆后,油中铜含量达到0.1 4 31 0-6,而浸泡天蓝内壁漆有少量铜离子出现;
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- 变压器 绝缘 性能 下降 化学 诊断 处理 技术研究
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