变压器绝缘下降原因分析及处理

doi :10．3969/j．issn．1008-0198．2013．Z2．002
变压器绝缘下降原因分析及处理
钱晖,冯斌
(国网湖南省电力公司电力科学研究院,湖南长沙410007)
摘㊀要:本文通过试验分析变压器绝缘电阻下降的原因,发现是由于绝缘油中铜含量超标导致;提出吸附净化处理及添加金属钝化剂的联合处理方法,并应用于实际,取得明显效果㊂
关键词:变压器;绝缘下降;处理;铜含量超标中图分类号:TM411㊀
文献标识码:B㊀
文章编号:1008-0198(2013)S2-0004-03
收稿日期:2013-06-18
㊀㊀2006年6月天顶#1主变在预防性试验中发现变压器主绝缘试验结果存在异常,高㊁中㊁低压3个线圈绝缘电阻与前次预试结果比较出现严重下降,高压和中压线圈的吸收比和极化指数不合格;高㊁中㊁低压线圈的介损超标;油介损由1．05%增长至6．28%,为保证设备的安全,该主变更换新油的处理措施,但换油后变压器的绝缘电阻提高不明显,油介损仍高达2．22%㊂
为查明该变压器绝缘下降㊁油介损升高的原因,对该台变压器新㊁旧油进行理化㊁电气等性能的全面分析,发现原变压器油中铜含量达到10．3mg /kg ,腐蚀性硫严重超标,更换后的油运行7d
后,油中铜含量仍有0．6mg /kg ,仍含有腐蚀性硫㊂
1㊀变压器绝缘下降及油介损升高分析
㊀㊀变压器油中不可避免会存在杂质,如果杂质中包含有带电粒子,就会在电场作用下移动形成电流,在一定程度上导电㊂引起变压器油的电导主要包括3个部分,即离子电导㊁胶粒电导和电子电导㊂变压器油中如果含有铜离子,铜离子本身作为活性带电离子,有增加电泳电导的倾向,在电场作用下,铜离子将激活周围的烃分子产生游离基团,使这些基团在电场中作定向运动,使油介损升高㊂同时铜离子的存在,使变压器油氧化过程中产生的过氧化物ROOH 分解成RO -或OH -,这2种离子在油品中进一步反应生成带电胶粒,从而进一步增
加电泳电导㊂铜离子自身也能与变压器油的氧化产物作用生成有机皂化物,这些皂化物也会导致电泳电导现象的产生,从而增加变压器油的介损 1 ㊂通过试验还发现当变压器油中铜含量达到0．5mg /kg 时,油介损开始出现不稳定现象,油中铜含量越高,油介损越不稳定㊂这是由于金属微粒的干扰,使油的介电性能受到不同程度的影响,随着油的粘度及温度变化,常出现 聚集 ㊁ 聚沉 过程,
使得油的介质损耗因数变化很大,呈现出很不稳定
现象㊂
当油中铜含量达到一定值时,随着绝缘油在变压器内循环,金属铜可能会逐渐吸附在油箱㊁围屏㊁绕组㊁铁芯及夹件等组件表面,沉积覆盖达到一定程度,就可能引起绕组匝间绝缘下降甚至击穿㊁夹件绝缘电阻下降甚至闪络等故障㊂同时如果变压器油中含有腐蚀性硫,铜离子会与腐蚀性硫发生反应,生成硫化亚铜沉积在绝缘纸的内层 2 ,对绝缘纸产生污染渗透,使绝缘纸击穿强度下降,同时硫化亚铜的沉积也使线圈绕组之间逐渐形成 小桥 ,从而降低了绕组内线圈的绝缘强度㊂
2㊀吸附剂筛选试验
2．1㊀吸附剂吸附铜含量试验
由于变压器绝缘下降是由油中铜含量高引起的,如果能找到一种吸附剂有效吸附油中金属铜含量,则可以有效提高变压器绝缘电阻㊂为此实验室
㊃
4㊃㊀
第33卷增刊2
湖㊀南㊀电㊀力
HUNAN ELECTRIC POWER
㊀
2013年9月
选择了3种不同含量的变压器油,分别采用活性氧化铝㊁A型硅胶㊁801㊁硅铝聚合物共4种吸附剂进行铜含量吸附小型试验,吸附剂比例4%,试验结果见表1㊂
表1㊀吸附剂吸附铜含量试验结果mg/kg
油样处理前
活性
氧化铝
A型硅胶801硅铝
聚合物
某进口变压器油9．508．02．80
某国产环烷基油2．201．00．20
某国产石蜡基油5．304．00．60
试验表明活性氧化铝及硅铝聚合物2种吸附剂吸附效果最佳,A型硅胶吸附效果差㊂进一步考察吸附后油质状况,发现硅铝聚合物吸附剂吸附后油的抗氧化性能基本维持不变,而其余3种吸附剂吸附后油的抗氧化性能不同程度地有所下降㊂因此筛选出硅铝聚合物吸附剂是最佳的吸附剂㊂
2．2㊀温度对铜含量吸附的影响
温度对吸附能力影响的试验表明,采用铜含量3．1mg/kg的某变压器油,在30ħ,50ħ,60ħ油温下,加入3%的硅铝聚合物吸附剂,试验过程中未使用磁力搅拌器进行连续搅拌,静态吸附能力及吸附速度试验结果如图1所示㊂试验表明吸附时油温从30ħ至60ħ,温度越高,吸附效率越高,但油温在50ħ或60ħ时,吸附效率尤其是在吸附前期相差不大,因此实际处理时,油温需达到50 ~60ħ才能取得较好的效果㊂
图1㊀温度对铜含量吸附的影响
3㊀金属减活剂的筛选及作用
变压器油中的铜含量通过吸附处理可以得到有效降低,但变压器油本身的理化性能并未发生改变,而处理后变压器绝缘纸㊁线圈等中残存的铜在运行中会释放出来,在油的氧化过程中将作为催化剂,与变压器本身所含有的铜铁等材料一起,加速油的氧化反应,促使金属铜的溶解,产生含铜的螯合物,导致铜含量不断增长㊂金属减活剂的作用在于它能与金属离子生成螯合物,或在金属表面生成保护膜,因而它不仅抑制了金属或其离子对氧化的催化作用,成为有效的抗氧剂,同时也是一类很好的铜腐蚀抑制剂 3 ㊂
试验考察了苯三唑型和噻二唑型2种金属减活剂对变压器油中铜含量的抑制效果,试验用油为铜含量为0．3mg/kg的变压器油,采用开口老化杯法进行,金属减活剂添加比例均为0．03%,金属减活剂筛选试验结果见表2㊂
表2㊀金属减活剂筛选试验
油样状态酸值/mgKOH㊃g-1Cu/mg㊃kg-1老化前0．030．3
无金属减活剂0．08130．8
加入苯三唑型金属减活剂0．040
加入噻二唑型金属减活剂0．05221．8
注:试验条件为115ħ,72h后㊂
试验结果表明,添加苯三唑型金属减活剂更能有效阻止铜与变压器油反应产生铜离子,并大大提高油的抗氧化性能,主要是由于苯三唑型金属减活剂能在金属表面生成化学膜,阻止金属及其离子进入油中,减弱其对油品的催化氧化作用,这种化学膜还能防止活性硫㊁有机酸或自由基对金属表面的攻击,从而达到保护金属表面的作用㊂
试验还发现在一定温度(50~60ħ)下,添加有0．01%~0．03%苯三唑型金属减活剂的变压器油在放入铜片的情况下,经过一段时间可以降低油中金属铜含量1．0mg/kg以上㊂由此可以预期,在运行变压器油中添加苯三唑型金属减活剂是可以降低并抑制变压器油中铜离子的产生的,这是因为变压器运行油温一般也在50~60ħ,变压器本身含有大量的铜质材料,这样在变压器的运行过程中,所添加的金属减活剂就能发挥降低油中铜含量的作用㊂进一步的试验表明油中添加少量苯三唑型金属减活剂还能大大降低变压器油介损,改善变压器油的电气性能 4 ㊂
4㊀现场应用实例
4．1㊀怀化新街#1主变处理
2009年6月怀化电业局在新街#1主变(型号
㊃5㊃
第33卷增刊2钱晖等:变压器绝缘下降原因分析及处理2013年9月
SSZ9-31500/110)的例行试验中发现变压器整体绝缘水平严重下降,高㊁中㊁低压线圈绝缘电阻与2006年结果比较下降了50%~69%,分别为1700MΩ,1600MΩ,1500MΩ,油介损由0．425%升至0．895%,升高1倍以上,通过检测发现油中铜含量为0．7mg/kg,同时变压器油中存在腐蚀性硫㊂
为了尽快恢复该变压器的绝缘性能,对变压器油采取了吸附净化及添加苯三唑型金属减活剂联合处理的方法进行处理,经过96h的处理,油介损降为0．178%,高㊁中㊁低压线圈绝缘电阻提高6 ~10倍,分别达到17000MΩ,11000MΩ,10000 MΩ,油中铜含量为0．1mg/kg,处理后变压器油腐蚀性硫试验合格㊂
采用新方法处理节约检修费用17万元,节约检修时间4d,处理后该主变迅速投入正常运行, 2010年5月进行油介损跟踪分析,介损为0．078%,油中铜含量降为0,目前主变一直处于良好的运行状态中㊂
4．2㊀益阳毛家塘#1主变油处理
毛家塘变电站#1主变是2001年7月出厂,10月投运的220kV变压器,其型号为SFPS9-120000/220,油重33t㊂
2006年2月及2009年12月电业局分别对主变进行了2次绝缘电阻测试,发现变压器整体绝缘均不佳,其中2006年高㊁中㊁低压线圈绝缘电阻分别为2100MΩ,3000MΩ,2000MΩ;2009年高㊁中㊁低压线圈绝缘电阻分别为1390MΩ,1330 MΩ,1120MΩ;2009年与2006年绝缘电阻结果相比下降了35%~56%,2009年油介损达到1．26%㊂
2007年首次对该主变进行油中金属含量分析,铜含量为1．4mg/kg,2009年7月再次对其进行油中金属含量的跟踪检测发现,其铜含量有上升趋势,达到2．2mg/kg㊂
为提高该变压器的绝缘性能,于2009年12月对该变压器油采用吸附净化及添加少量金属减活剂的方法进行处理,经过120h的处理,主变整体绝缘水平大大提高;高㊁中㊁低压线圈绝缘电阻分别达到6330MΩ,4866MΩ,2670MΩ;分别上升356%,234%,132%;油介损由1．26%降至0．2%,油中铜离子含量降为0．2mg/kg,处理取得了圆满成功㊂2010年7月进行了油介损及铜含量跟踪检测,油介损为0．051%,油中铜含量为0．1
mg/kg,目前主变运行良好㊂
4．3㊀湘西梅花#2主变油处理
湘西电业局梅花#2主变(型号为SSZ9-20000/110)从2004年开始的历次电气试验均发现主变整体绝缘呈明显下降趋势,2010年9月,高㊁中㊁低压绕组绝缘电阻已降至的1500MΩ,1730 MΩ,1300MΩ;油介损超标达到4．729%,严重影响变压器的安全运行,检测油中铜含量达到6．1 mg/kg,油中含有腐蚀性硫㊂2010年9月对该主变进行了吸附净化及添加少量金属减活剂处理,处理后主变高㊁中㊁低压三侧绕组及铁芯绝缘电阻值显著提高至7500MΩ,5500MΩ,5470MΩ;主变绝缘性能恢复良好,主变油介损降至0．074%,油中铜含量降至0．1mg/kg,变压器油腐蚀性硫试验合格㊂
5㊀结论
1)变压器油中铜含量升高会导致变压器绝缘下降㊂
2)硅铝聚合物吸附剂能有效吸附变压器油中的铜含量㊂
3)变压器油中添加少量苯三唑型金属减活剂可有效抑制铜的产生㊂
4)采用硅铝聚合物吸附并添加少量苯三唑型金属减活剂的联合处理方法能有效处理由于铜含量升高导致绝缘下降的变压器,现场处理效果良好,经济效益明显㊂
参考文献
1 陈丽华,张有序.金属减活剂改善变压器油使用性能的探讨
J .石油学报(石油加工),2003,19(2):62-68.
2 钱艺华,姚唯建,周永言.变压器油中腐蚀性硫的分析研究
J .广东电力,2007,20(11):38-41.
3 张竟诚,仲伯禹.T551㊁T561金属减活剂作用机理的研究
J .石油学报(石油加工),1994,10(1):88-92.
4 钱晖,欧阳军,胡旭.采用添加金属减活剂方法处理铜含量
超标的变压器油 J .湖南电力,2009,29(6):13-16.
作者简介
钱㊀晖(1969 ㊀),女,本科,高级工程师㊂主要从事电网化学技术监督㊁电力化学专业技术工作㊂
㊃6㊃
第33卷增刊2湖㊀南㊀电㊀力2013年9月。