摘要：對(duì)變壓器油介損回升的原因作了具體分析，并提出了防止變壓器油介損回升的處理工藝。
關(guān)鍵詞：變壓器；變壓器油；介損；分析；處理
　　
　　
　　1前言
近年來(lái)變壓器油介損升高問(wèn)題一直困擾著供電部門。為解決此問(wèn)題，許多供電部門紛紛與廠家積極聯(lián)系，嘗試找出經(jīng)濟(jì)可行的解決辦法。但由于油介損升高原因不明，因此不能對(duì)癥下藥。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)處理后的變壓器油介損很快回升的現(xiàn)象主要有以下特點(diǎn)。
(1)介損容易恢復(fù)到接近處理前的水平或更高；
(2)從變壓器油處理后到產(chǎn)生介損回升現(xiàn)象的時(shí)間不長(zhǎng)，一般在處理后的一至兩年內(nèi)。
為解決上述問(wèn)題，本文根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)處理變壓器本體油介損的經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)資料，對(duì)變壓器油介損處理后回升原因作出分析，并提出防止變壓器本體油介損處理后回升的處理工藝要點(diǎn)。
　　2變壓器油介損回升實(shí)例
我局變壓器檢修人員對(duì)變壓器油進(jìn)行處理后，過(guò)段時(shí)間油介損又回升的實(shí)例不少，其典型例子如下。
［實(shí)例1］南方A廠家生產(chǎn)的變壓器
　　
　　
　　
處理方法：
(1)采用真空濾油機(jī)并用濾芯進(jìn)行吸附處理。
(2)處理時(shí)變壓器不放油，處理時(shí)間共約48h。
(3)濾油溫度控制在65～70℃。
注：該處理方法與A廠處理方法相似。
［實(shí)例2］220kV紅星站2號(hào)主變
　　
　　
　　
第三次處理后，經(jīng)一年多時(shí)間的觀察該主變油介損值沒(méi)有快速回升的跡象，因此得出變壓器油處理方法：
(1)將油放出本體，用廠家產(chǎn)的帶吸附劑濾紙來(lái)處理濾油至油介損小于0.5%為止。
(2)將油注入本體至浸過(guò)鐵心，然后在油溫度達(dá)70～75℃時(shí)，連續(xù)48h進(jìn)行熱油
　　循環(huán)后停止(期間每隔12h開(kāi)一次潛油泵)。處理過(guò)程如圖1所示。該處理方法與A廠家處理方法相似。
　　
　　
　　
［實(shí)例3］110kV富灣站1號(hào)主變
　　
　　
　　
處理方法
(1)第一次處理用南非產(chǎn)FLUIDEX變壓器油凈化車處理，處理時(shí)變壓器不放油，處理時(shí)間
　　共約48h，濾油溫度控制在60℃左右。
(2)第二次處理用廠家產(chǎn)帶吸附劑濾紙?zhí)幚?，處理時(shí)變壓器不放油，處理時(shí)間共約48h
　　，濾油溫度控制在55～60℃之間。
　　3變壓器油介損回升的原因分析
對(duì)變壓器油介損升高的原因眾說(shuō)紛紜，人們通常認(rèn)為是膠體或微生物引起的，但也有文獻(xiàn)提出不同看法，認(rèn)為是橡膠增塑劑引起油介損升高。文獻(xiàn)［1］則通過(guò)試驗(yàn)得出下面的結(jié)論：
(1)運(yùn)行中變壓器油的介質(zhì)損耗值增大，其主要原因是油受到氧化和金屬元素對(duì)油品氧化的催化作用，使油產(chǎn)生酸性氧化產(chǎn)物和油泥。酸性氧化產(chǎn)物腐蝕金屬，又使油中的金屬含量增加，加速油的氧化。
(2)油中羥基化合物的存在，明顯影響油的介質(zhì)損耗值。
(3)變壓器油中存在少量微生物，但對(duì)其介質(zhì)損耗值的影響不大。
對(duì)此，筆者另有不同看法，分析討論如下。
　　3.1變壓器油化學(xué)成分及特點(diǎn)
(1)變壓器油是由烷烴、環(huán)烷烴和芳香烴等組成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜的液態(tài)烴類混合物。
(2)油中烴類的幾種組分中，以芳香烴最不易氧化，環(huán)烷烴次之，烷烴在高溫時(shí)抗氧化安定性最?，F(xiàn)將烴類的氧化及其生成物概述如下。
①芳香烴。帶側(cè)鏈的芳香烴比無(wú)側(cè)鏈的芳香烴更易氧化。隨芳香烴環(huán)數(shù)的增加、側(cè)鏈的增加和側(cè)鏈碳原子數(shù)目的增加，芳香烴被氧化的傾向就增大。無(wú)側(cè)鏈芳香烴氧化產(chǎn)物為酸及其聚合物，帶側(cè)鏈的芳香烴隨著側(cè)鏈長(zhǎng)度的增加而聚合產(chǎn)物減少，生成酸性和中性產(chǎn)物，如酸、醇、醛、酮、酯等的數(shù)量就增加。
②環(huán)烷烴。環(huán)烷烴的氧化傾向也隨其分子體積增大和結(jié)構(gòu)復(fù)雜而增加，如有側(cè)鏈也會(huì)增加氧化傾向。氧化產(chǎn)物大部分是由環(huán)斷裂生成羧酸和羥酸，少部分由于縮合生成膠質(zhì)和瀝青質(zhì)。
③烷烴。烷烴在低溫下是比較穩(wěn)定的，其氧化過(guò)程隨溫度升高而急劇加快。氧化產(chǎn)物為酸、醇、醛、酮、酯等。只有在深度氧化并有分支結(jié)構(gòu)的烷烴氧化時(shí)才會(huì)生成烴基酸，以及羥基酸縮合的產(chǎn)物和少量的膠質(zhì)。
④烴類混合物的氧化。上述芳香烴、環(huán)烷烴、烷烴的氧化規(guī)律，是他們呈單體形態(tài)氧化時(shí)的規(guī)律。如是烴類混合物，則其氧化規(guī)律就不一樣。隨各種烴類的結(jié)構(gòu)不同，各種烴類的數(shù)量比例不同，其氧化規(guī)律也就不同。
綜上所述，烴類的氧化反應(yīng)是很復(fù)雜的，其氧化產(chǎn)物也是多樣性的。
(3)油品的化學(xué)性能與其煉制工藝、精制深度，以及基礎(chǔ)油的化學(xué)組成有關(guān)。油品的化學(xué)性能可隨環(huán)境的影響而變化，或自身的氧化而變質(zhì)。
(4)油中所含的有機(jī)酸主要是環(huán)烷酸，是環(huán)烷烴的羧基衍生物，通式為C_nH₂n-1COOH。此外還有在貯存、運(yùn)輸時(shí)因氧化生成的酸性物質(zhì)，某些油品中還含有酚、脂肪酸和一些硫化物、瀝青質(zhì)等酸性化合物。
　　3.2變壓器油劣化的有關(guān)理論
(1)溫度、氧氣及金屬氧化物是促使油品老化的重要因素。如油品的抗氧化安定性好，則氧化后油的酸值與沉淀物少。
(2)熱、電壓是油品氧化的加速劑，但纖維基絕緣在較高工作電壓下，尤其在超高壓下對(duì)油氧化作用有什么影響尚不清楚。
(3)水分是油氧化過(guò)程的主要催化劑，而在電應(yīng)力作用下纖維基絕緣卻會(huì)加速生成更多的水。
(4)油劣化過(guò)程的主要生成物是過(guò)氧化物、酸類、醇類、酮類和油泥。在早期劣化階段，一旦生成了一系列的過(guò)氧化物，這種不穩(wěn)定的化合物就開(kāi)始了鏈反應(yīng)，其遞增順序如表4所示。
(5)烴類氧化反應(yīng)是以自由基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理來(lái)解釋的。氧化反應(yīng)包括三個(gè)階段，即鏈的引發(fā)，鏈的延續(xù)和發(fā)展，以及鏈的中斷和反應(yīng)的熄滅。
(6)在烴類液相氧化過(guò)程中，通常鏈?zhǔn)椒磻?yīng)是靠氧化中間產(chǎn)物來(lái)作為新鏈的引發(fā)中心。不是所有的初次氧化物都分解為自由基，而是有一大部分分解為氧化二次產(chǎn)物。由于氧化的最初產(chǎn)物——烴基過(guò)氧化氫(ROOH)的分解需要足夠的能量，還需要一段積累(停滯)時(shí)間，不象氣相氧化那樣劇烈，通常把這叫做“退化分支”。從鏈反應(yīng)到退化分支的形成所需的時(shí)期，就是誘導(dǎo)期。一般油品的誘導(dǎo)期愈長(zhǎng)，其抗氧化安定性愈好。
(7)環(huán)烷烴的抗氧化性能差，容易氧化生成酸和其他產(chǎn)物，但其對(duì)抗氧化劑感受性較好，彌補(bǔ)了不足之處，因此是變壓器油理想組分。烷烴的抗氧化性能與環(huán)烷烴差不多，但在強(qiáng)電場(chǎng)作用下容易發(fā)生脫氫反應(yīng)，產(chǎn)生高分子聚合物，通常稱為X—蠟。芳香烴對(duì)變壓器油的氧化安定性能起著重要作用。
　　
　　
　　
　　3.3與變壓器油中溶解的水分、纖維基絕緣有關(guān)的理論
(1)水分的腐蝕產(chǎn)物，如環(huán)烷酸皂類極易使介損升高，這是水分影響介損的間接后果；
(2)溫度升高時(shí)油中含水量增加，纖維中含水量減少；溫度下降時(shí)，則相反。
(3)水分助長(zhǎng)了有機(jī)酸的腐蝕能力，加速了對(duì)金屬部件的腐蝕，形成金屬皂化物，會(huì)促使油質(zhì)迅速老化，即對(duì)油質(zhì)老化起催化作用。
(4)新油對(duì)水的溶解能力與其精制程度有關(guān)，如精制質(zhì)量不高，油中含有未除盡的酚類、酸類、樹(shù)脂皂化物等，會(huì)增加油的吸濕性。
(5)變壓器中的水約99%存在于固體絕緣中，只有約1%的水分溶解在油中。
(6)紙絕緣中吸收的變壓器油最高可達(dá)注入變壓器本體油的10%。
(7)纖維基絕緣老化會(huì)生成水及極性基團(tuán)。
　　3.4與變壓器油介損、界面張力有關(guān)的理論
(1)油介損隨油老化產(chǎn)物的增加而增大，但其與擊穿電壓、酸值和其它參數(shù)之間并不是直線關(guān)系，要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行綜合分析。
(2)實(shí)踐表明，變壓器本體介損與油介損之間無(wú)明顯規(guī)律性。
(3)在油中老化產(chǎn)物甚微，用化學(xué)方法尚不能察覺(jué)時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)就已能將其明顯地分辨出來(lái)。
(4)油水之間界面張力的測(cè)定是檢查油中含有因老化而產(chǎn)生的可溶性極性雜質(zhì)的一種間接有效的方法，是檢查油早期氧化的一種手段。
(5)新油的界面張力高表明油中不含極性雜質(zhì)，但該指標(biāo)最主要用途是用來(lái)靈敏指示已老化的油被浸于其中的固體材料所污染和劣化的程度。
　　3.5石蠟基油和環(huán)烷基油的比較
(1)石蠟基油的氧化物比環(huán)烷基油的氧化物更有害，由石蠟基油生成的各種類型的酸明顯地強(qiáng)于環(huán)烷基油生成的酸。
(2)石蠟基油固有較高的苯胺點(diǎn)溫度(79～94℃)，與它相比環(huán)烷基油苯胺點(diǎn)溫度較低(59～82℃)。因此石蠟基油的再生明顯比環(huán)烷基油再生困難，這是石蠟基油固有的缺點(diǎn)。
(3)石蠟基油需進(jìn)行合適的混油、脫蠟及加入流動(dòng)改良劑才可能具有與傳統(tǒng)環(huán)烷基油相似的特性。
　　4變壓器本體油介損升高的原因分析
(1)從本文所舉例子來(lái)看，膠體雜質(zhì)微生物不是致使油介損升高的主要原因，尤其是紅星站2號(hào)變已于1996年下半年處理過(guò)，且一直到1998年5月28日油介損值仍只是1.829%，但到了1999年5月22日變壓器油介損卻驟升至8.0628%，這與膠體、微生物本身引起油介損升高的漸進(jìn)規(guī)律不相符。另外，文獻(xiàn)［1］中亦提出：所謂微生物問(wèn)題未見(jiàn)有關(guān)詳細(xì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是膠體雜質(zhì)和微生物對(duì)變壓器油介損的影響問(wèn)題，多為理論分析與推斷，反而文獻(xiàn)［1］通過(guò)試驗(yàn)證明介損高的油里并無(wú)微生物且假設(shè)有微生物也很容易通過(guò)吸附處理去除。因而膠體雜質(zhì)、微生物應(yīng)不是變壓器油介損升高的主要原因。
(2)有人認(rèn)為橡膠制品中的增塑劑“丁酯”、“辛酯”以及醇酸樹(shù)脂是油介損升高的主要原因，但由于這三種物質(zhì)釋放溶入油中的速度較慢，且各廠家使用的材料不同，不易造成油介損普遍升高或回升。
(3)文獻(xiàn)［1］認(rèn)為金屬是油介損增加的主要原因，是羥基化合物明顯影響油介損，但上述兩種材料本身在吸附處理后，絕大部分已去掉，應(yīng)不會(huì)再導(dǎo)致油介損在短時(shí)間內(nèi)又迅速升高，除非是另有物質(zhì)導(dǎo)致金屬微粒和羥基化合物再度生成并擴(kuò)散。
(4)變壓器本體絕緣吸附的物質(zhì)中含有導(dǎo)致油介損升高的物質(zhì)。從紅星2號(hào)變、富灣1號(hào)變本體油處理后油介損很快回升的現(xiàn)象來(lái)看，由于本體油已用帶吸附劑濾油的方式將油介損處理至較低水平，但在不到兩年的時(shí)間，油介損又迅速回升(尤其是紅星2號(hào)變)。對(duì)此現(xiàn)象，由于已排除膠體、微生物、橡膠增塑劑、金屬微粒的影響，注意到變壓器本體大量采用紙絕緣，而紙絕緣和絕緣板是多孔性的吸附物質(zhì)，故可判斷應(yīng)是變壓器本體繞組絕緣紙、層壓紙板等吸附的某種物質(zhì)導(dǎo)致油介損升高，且其過(guò)程大致如下
(1)變壓器投運(yùn)時(shí)可能已含有一定數(shù)量該物質(zhì)。
(2)變壓器投運(yùn)后，該物質(zhì)與油中某些物質(zhì)反應(yīng)生成導(dǎo)致油介損升高的某物質(zhì)，但即使在濾油后該物質(zhì)總量未見(jiàn)明顯減少。
(3)濾好的油進(jìn)入變壓器本體后，該物質(zhì)又再度進(jìn)入好油中(或許會(huì)與好油反應(yīng))，導(dǎo)致油介損升高。
(4)當(dāng)該物質(zhì)與油反應(yīng)到一定程度時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)類似雪崩效應(yīng)的加速反應(yīng)現(xiàn)象，加快生成某物質(zhì)，致使油介損大幅升高。
　　4.5綜上所述，可有如下推斷
(1)油介損回升應(yīng)主要與油本身有關(guān)，與膠體、微生物、橡膠增塑劑、金屬微粒等外來(lái)雜質(zhì)無(wú)明顯關(guān)系。
(2)上述例子中的變壓器油均是石蠟基油。由于石蠟基油本身固有的特性，其生成的各種酸明顯強(qiáng)于環(huán)烷基油生成的酸(尤其是石蠟基油油質(zhì)不夠好時(shí)，這種現(xiàn)象更明顯)
　　，因而從油注入變壓器后開(kāi)始，出現(xiàn)以下情況：
①主變投運(yùn)前，一切正常，油充分浸潤(rùn)紙絕緣，僅含微量有機(jī)酸(其中主要是環(huán)烷酸)。
②主變投運(yùn)后，溫度升高，電應(yīng)力加強(qiáng)，另外金屬、水分也參與作用，油老化過(guò)程開(kāi)始，生成酸、水、金屬皂化物等產(chǎn)物，其中低分子酸、環(huán)烷酸皂類易被纖維吸附，發(fā)生反應(yīng)的應(yīng)以紙絕緣所吸的油、水為主，此時(shí)紙絕緣周圍形成一層油氧化的強(qiáng)反應(yīng)區(qū)。
③經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后(一般約為一年或兩年)，老化生成物中易使介損升高的極性物質(zhì)(其中主要是環(huán)烷酸皂類)，大多積聚于紙絕緣內(nèi)，并已積累至一定程度，開(kāi)始使油介損明顯升高，但此時(shí)油的各類常見(jiàn)化學(xué)指標(biāo)未見(jiàn)任何異常。
④發(fā)現(xiàn)油介損異常升高，用常規(guī)方法進(jìn)行濾油處理后，油中的老化產(chǎn)物大部分去除，雜質(zhì)基本清除，但實(shí)際上變壓器的紙絕緣中含有老化產(chǎn)物(如環(huán)烷酸、環(huán)烷酸皂類)及大量未處理好的油。當(dāng)處理后的好油灌入后，致使油介損劣化的物質(zhì)總體上原來(lái)相差不多。于是，變壓器投運(yùn)后，又重復(fù)著②、③的過(guò)程，甚至可能出現(xiàn)反應(yīng)加速現(xiàn)象。一段時(shí)間后，油介損“變本加厲”地升高!
⑤再次處理變壓器油時(shí)，只有在處理過(guò)程中能有效地去除部分紙絕緣中的環(huán)烷酸皂類及一部分水分，再加上繞組以外的油已處理得相當(dāng)好，這樣，②、③過(guò)程才會(huì)顯著不如以前發(fā)展迅速，從而油介損在一段較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)顯著上升。
　　5相關(guān)情況及討論
(1)根據(jù)上述分析，處理變壓器油介損時(shí)，不但要用油凈化機(jī)對(duì)變壓器油進(jìn)行除水、除酸、除雜質(zhì)，使其達(dá)到好油的標(biāo)準(zhǔn)，而且更重要的是用好油在接近其苯胺點(diǎn)的較高的溫度下，不斷地沖刷變壓器繞組，使繞組上吸附的變壓器油氧化產(chǎn)物及水分(包括纖維老化產(chǎn)生的水分)不斷被熱油帶走，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，繞組才會(huì)變得“干燥”而且“干凈”。
(2)在實(shí)際處理中，有些變壓器的油介損在處理后兩三年內(nèi)并無(wú)顯著回升。對(duì)此，筆者認(rèn)為由于油介損回升是多種重要因素共同作用的結(jié)果，如水分、油再生程度、處理時(shí)間等，繞組干燥程度好壞，或油再生所用的吸附劑的好壞，均會(huì)對(duì)介損回升程度有明顯影響。富灣1號(hào)變采用質(zhì)量較好的南非FLUIDEX油凈化機(jī)處理，因而變壓器油介損回升慢、幅度較小，但兩年半后，因未能對(duì)癥處理，油介損上升幅度還是很大。
(3)紅星2號(hào)主變?cè)诘诙翁幚砗螅溆徒閾p為1.829%，實(shí)際上未處理好，因而根據(jù)上述分析，不難預(yù)測(cè)油介損回升勢(shì)頭甚猛，而事實(shí)正是如此。
(4)經(jīng)驗(yàn)表明，變壓器油處理后介損最好小于0.1%(且越小越好)，方可將油回注變壓器本體內(nèi)。
(5)文獻(xiàn)［1］中提到發(fā)現(xiàn)羥基物質(zhì)存在并對(duì)油介損有明顯影響，筆者認(rèn)為，這主要是由于環(huán)烷烴氧化、由環(huán)斷裂生成羥基酸所致。正是由于油中有環(huán)烷烴等的存在，源源不斷地“供給”生成氧化物的“原料”，所以變壓器油雖經(jīng)多次處理仍不可能完全根絕介損升高的隱患。
(6)文獻(xiàn)［1］關(guān)于“運(yùn)行中變壓器油的介質(zhì)損耗值增大，其主要原因是油的氧化和金屬元素對(duì)油品氧化的催化作用，使油產(chǎn)生酸性氧化產(chǎn)物和油泥。酸性氧化產(chǎn)物腐蝕金屬，又使油中的金屬含量增加，加速油的氧化”的結(jié)論應(yīng)是本文所述油介損回升原因中與金屬有關(guān)的反應(yīng)過(guò)程的反映。
(7)近年開(kāi)展的變壓器油界面張力測(cè)試應(yīng)有助于揭示油中極性物質(zhì)與油介損間的規(guī)律。但筆者認(rèn)為，按現(xiàn)在的測(cè)試周期取油的時(shí)間間隔過(guò)長(zhǎng)，取樣點(diǎn)過(guò)少，不易及時(shí)反映短短幾年內(nèi)的油質(zhì)變化規(guī)律與趨勢(shì)。
　　6結(jié)論
(1)變壓器油介損處理后回升的主要原因不是因?yàn)橛褪苣z體雜質(zhì)、微生物、橡膠增塑劑、金屬微粒污染。
(2)變壓器油介損回升與石蠟基油油質(zhì)關(guān)系較大。石蠟基油與環(huán)烷基油相比(尤其是油質(zhì)較差時(shí))易生成有害氧化物及強(qiáng)酸，故容易在變壓器本體中富集水分、金屬(主要是繞組)產(chǎn)生氧化產(chǎn)物，其中主要是環(huán)烷酸皂化類物質(zhì)致使油介損升高。由于該類物質(zhì)易被吸附于纖維基絕緣上，較難除掉，故用普通油處理方法不易去除，多次處理后仍不斷積累并使油介損迅速回升。
(3)徹底解決石蠟基油處理后介損回升的辦法只能是換油(換成環(huán)烷基油為宜)，進(jìn)行濾油處理只能是延緩油介損回升的時(shí)間、降低油介損回升的幅度。
(4)現(xiàn)場(chǎng)處理變壓器油介損時(shí)，為防止油介損很快回升，在確定處理工藝時(shí)應(yīng)注意做好以下幾項(xiàng)工作。
①應(yīng)先將變壓器油放出，在變壓器外用帶吸附劑濾紙將油介損處理至小于0.5%(越小越好)。②用符合標(biāo)準(zhǔn)的變壓器油處理變壓器本體時(shí)，可采用熱油噴淋或熱油循環(huán)方式，但應(yīng)注意油溫應(yīng)接近石蠟基油苯胺點(diǎn)(根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)，約為75℃)。
③由于是用變壓器油帶走氧化物、水分，而這些均與纖維基絕緣油有較好的親和力，故處理時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)，一般實(shí)際處理時(shí)間不能少于48h。
④采用大流速、交叉循環(huán)的油循環(huán)方式，會(huì)使處理效果更好。
⑤處理時(shí)不能僅用壓力式濾油機(jī)處理，必須串聯(lián)上真空濾油機(jī)進(jìn)行處理，以隨時(shí)除去油中的水分。
(5)處理變壓器油介損時(shí)，用沈變產(chǎn)的帶吸附劑濾紙?zhí)幚硇Ч^好。
　　7結(jié)束語(yǔ)
電力變壓器油處理后介損回升是近年變壓器運(yùn)行中的一個(gè)突出問(wèn)題。本文所述觀點(diǎn)難免有局限性，只是希望有關(guān)部門能對(duì)此問(wèn)題予以足夠重視，切實(shí)解決好油介損回升問(wèn)題。
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