牵引变压器真空干燥工艺论文

牵引变压器真空干燥工艺改进

【摘要】本文阐述了机车变压器变压法真空干燥的原理，并对变压法真空干燥各个阶段及其优缺点进行了分析。对目前变压法真空干燥中普遍存在的问题，从设备与工艺方法两个方面提出了一系列的改进措施。通过这些改进措施的运用，进一步提高了真空干燥设备的加热效率及安全性能。同时，改进后的变压法干燥工艺提高了机车变压器器身受热的均匀性，降低了变压器铁心生锈的可能，从而提高了产品的干燥质量。时间、温度、真空度是变压法真空干燥过程中的三个要素。基于三个干燥要素及有效的终点判断，可以缩短干燥周期，提高生产产能并减少能源消耗。

1.前言

变压器器身除导线外，大部分材料都是绝缘材料（这些材料以绝缘纸占大多数），而绝缘纸又是纤维质材料，里面通常含有4%-8%（质量）的水分。正是因为这些水分的存在而使得变压器绕组的电气性能受到很大的影响，主要影响局部击穿电压，介质损耗及闪络等。同时水分存在也使绕组的轴向，幅向尺寸得不到保证。为了保证变压器的绝缘性能，在变压器的制造过程中，须对变压器绕组及器身分别进行干燥处理。

电力机车上车载牵引主变压器的电压等级为25kV，目前车载牵引主变压器容量一般为几千至一万千伏安左右。机车牵引主变压器线圈及器身一般采用变压法真空干燥。变压法真空干燥全过程可以采用自动化程序控制。干燥曲线能够实时显示真空度、温度，且可保留历史

干燥数据。各种质量数据均可以进行报表查询及曲线查询。配合操作人员的全程巡视及记录，真空干燥后产品的质量可靠性及追溯性高。因其自动化及安全程度高，且可有效的进行干燥终点判断等优势，已广泛运用于110kV及以下电压等级的变压器干燥场所。

2.干燥过程简述

变压法真空干燥工艺过程主要分为四个阶段，依次为预热阶段、过渡阶段、主干阶段及终干阶段。其中预热阶段在40000Pa～80000Pa 的真空环境下进行。真空环境使得预热阶段水蒸气不易饱和，从而减少了铁心生锈的可能性。但热的传递方式有三种：传导、对流、辐射，对于在真空干燥设备中的变压器器身来讲，对流效果最好，其次是靠辐射，传导的效率最低。变压法真空干燥因其在低于大气压的状态下预热，对流介质（空气）相应减少，因此其热效率和热均匀性也将相应降低。过渡阶段及主干阶段是变压器各类绝缘件的主要脱水阶段。绝缘件中的水份受热后蒸发，抽真空使周围介质蒸汽分压减少则有利于绝缘材料内部水分子快速逸出。这一系列过程将带走大量的热量，为了避免在此阶段器身温度降低的幅度过大，变压法真空干燥一般在此阶段采取逐级抽真空。终干阶段是为了让残余在绝缘材料中的水分最大限度的逸出来。在终干阶段当真空罐内的真空度、各监控点温度、泄露率等条件均满足判断条件后，即可进行变压法真空干燥终点判断，确定变压器的干燥是否已符合质量要求。变压法真空干燥曲线见图1。

3.常见问题分析

尽管变压法真空干燥采取抽真空预热及逐级抽真空等一系列措施，避免炉内水蒸气饱和，防止水分逸出过快。但根据现场长期干燥效果统计结果来看，以下几个方面问题均不同频次的出现过。

1）偶有发现铁心生锈（集中在下铁轭部位）、绝缘件开裂等现象；在以下两种情况下，该现象将更加突出，一种情况是变压器器身制作完成后，摆放在厂房内较长时间未及时进行真空干燥处理，另一种情况是变压器铁心及绝缘件在引线焊接及相关工序中接触了较多的水份或厂房内未达到恒温恒湿要求，厂房内的空气呈现季节性湿度偏高。当绝缘件中的水份含量大时，一旦加热升温速度或真空抽速过快，绝缘件中的水份将大量逸出，从而引起绝缘件开裂。

2）主干阶段的铁心温度达不到程序设定的温度，从而延长干燥周期造成产能损失；变压法真空干燥预热阶段、主干阶段程序结束条件是铁心温度应达到程序设定值。铁心温度未达到设定值，干燥程序将不会跳转至下一个程序阶段。温度传感器故障或放置错误、加热系统故障等因素均可能导致铁心温度达不到程序设定值。

3）在设备的漏率大的情况下，干燥曲线失真；变压法真空干燥的主要特征之一是真空干燥炉内的真空度与干燥阶段相适应，随干燥阶段不同而逐步变化。真空干燥设备漏率大时，真空度的变化将不能适应不同干燥阶段的需要，导致干燥曲线是真，干燥质量受到影响。

4）随着使用时间的增长，导热油内杂质亦逐渐增加，导热效率降低，产品升温缓慢；导热油内杂质增加将使得导热油的传热性及流动性变差。例如，某生产厂家一台真空干燥设备曾发生过一次加热器

起火的事故，分析事故原因得知，导热油内杂质过多导致导热油粘度大，由此而引起加热排管内油压过低，加热器内的导热油不能及时传送至加热排管的其他位置是事故发生的主要原因之一。而加热器本身温度控制程序失常是事故发生的另一主要原因。

5）炉内不同位置的温差较大；卧式真空干燥设备（炉门在侧面）的加热排管一般设置在炉壁左右两侧、炉壁后侧、及炉壁底面。炉门侧及炉顶部一般不设置加热排管。因此，炉门侧温度相对较低。从真空干燥设备的结构上看，立式真空干燥设备（炉门在顶部）因其加热排管在四周及底部，加热温度更为均匀。

与绝缘件相比，硅钢片的比热相对较大。因此，铁心的升温速度要慢于各类绝缘件。经验表明，当铁心与绕组之间的温度相差30℃以上时，绝缘件上蒸发出来的水份就易凝结在铁心上，造成铁心生锈。另外。真空干燥设备的加热排管分布在炉壁的各部位，在对流减弱时，真空罐的空间越大，温度的均匀性也越差。为了提高设备利用率，一般多台机车车载牵引变压器同时入炉进行真空干燥。摆放在真空干燥炉平车中间及靠近炉门侧的产品受热相对较慢，铁心容易生锈且绝缘件易开裂。因此要使得变压器真空干燥效果更好，需要进一步提高变压器受热效率及受热均匀性，控制真空干燥炉的漏率及抽真空速度。

4.设备工装方面的改进

真空干燥设备一般由真空干燥罐、罐门启闭系统、真空系统、低温冷凝系统、加热系统、气动系统、液压系统、控制与测量系统几个部分组成。为了提高干燥效率，避免铁心生锈及绝缘件开裂。对真空

干燥设备及工装中实施了一系列的改进措施。主要措施体有以下几点；

1）增加了一套热风循环系统，其中热风循环风机安装在真空干燥炉的顶部，主要用于真空罐中热空气内循环，从而提高变压法真空干燥预热阶段的空气对流。

2）在罐门上增加辅助加热系统，采用电阻加热的方式。电阻加热管安装在炉门壁内，用以解决真空干燥炉内炉门侧温度低的问题。

3）在前级泵（旋片泵或油环泵）与二级真空泵之间的主抽空管路上设置主、旁通阀，主要控制连续抽真空时的真空抽速，防止初期抽空速度过快导致器身温度下降及绝缘件开裂。

4）加热器温度低或导热油管道内油压过低，将直接对加热效果产生影响，严重时可能产生安全隐患。建议在导热油管路上设置耐高温的油流速度继电器，与加热系统联锁。

5）平车上表面采用条形钢板焊接，相邻的两条之间留有一定间隙（30mm～60mm），若产品附带工装放置在平车上，工装上也应设置通风孔，以便于热空气对流。

通过上述设备工装方面的改进举措，可以加强炉内空气的对流，提高导热油的传热效率，从而为变压器器身受热更加均匀创造了有利的外部条件。

5.工艺方面的改进

在工艺要求方面，主要从以下几个方面进行改善。

1）①严格控制升温速度，空间温度升温速度一般控制在20℃±