對變壓器油微量水分問題的探討
眾所周知,變壓器油是眾多潤滑油中對水分要求嚴(yán)酷的一種絕緣油品,因為微量的水能使變壓器油的耐電壓性能降低,介質(zhì)損失變大導(dǎo)致變壓器故障。所以限定普通變壓器油和特殊變壓器油(超高壓)的水分均需控制在30~40mg/ kg (ppm)。
對此,我們來分析一下變壓器油在使用期間微水分和其它可能出現(xiàn)的幾種狀況。
1. 運(yùn)行中的變壓器很少要求測定水分。常用的油浸式變壓器,(還有空冷式的變壓器,一般為小型變壓器)其鐵芯和線圈是浸在油中的,整個變壓器包括散熱部分是一個完全封閉的系統(tǒng)。整個系統(tǒng)內(nèi)部充滿油液,僅留有極少量的空間,供油液熱漲冷縮用。為此,變壓器油通常不會與空氣和水接觸。運(yùn)行的變壓器油基本與變壓器同壽命。除非,在發(fā)生故障性電、熱(瞬間強(qiáng)電,高溫)或設(shè)備大修,變壓器更換部件,同時換油。因此運(yùn)行中的變壓器油不需或很少要求測量水分。
2. 變壓器油老化的原因分析。與其說變壓器油的變質(zhì)衰敗單純因氧化引起的,還不如說是因老化而導(dǎo)致更為恰當(dāng)。變壓器油的老化過程是指變壓器油在光、熱、氧、電弧、電場、磁場、輻射等物理化學(xué)因素作用下,顏色、氣味、黏度、酸值及介質(zhì)損耗等性能發(fā)生變化。其介電性能下降或變壞的過程,是一個復(fù)雜的物化過程。該過程可分為熱氧老化,電氣老化兩種。⑴. 熱氧老化,是指變壓器油暴露在光、熱、輻射線及氧氣或氧化性氣體等活性物質(zhì)中受到氧化作用;或者在使用過程中由于繞組、鐵芯及固體絕緣物因故障發(fā)熱而導(dǎo)致變壓器油產(chǎn)生的老化。光和輻射線對變壓器油老化具有促進(jìn)作用。光和輻射線給于油分子以一定的能量,活躍油分子,對油的老化有助長作用。它能切斷分子鏈從而使絕緣油的黏度發(fā)生變化,油品變渾濁,同時產(chǎn)生懸浮物和沉淀。在光、熱和輻射線的作用下,變壓器油內(nèi)部發(fā)生自動氧化的游離基鏈?zhǔn)椒磻?yīng),產(chǎn)生酸性物質(zhì),導(dǎo)致酸值增加。熱氧老化是一個惡性循環(huán)過程,結(jié)果是使變壓器油的顏色變深、黏度變大、酸值增加、水溶性成份變大、導(dǎo)電性增強(qiáng)、絕緣性變差、介電性能明顯降低,氧化安定性變差、腐蝕設(shè)備的金屬部件。⑵.電氣老化,是指變壓器油使用時,始終處于變化的電場之中,長期使用,電場的作用會導(dǎo)致變壓器油逐漸衰敗變質(zhì),同時產(chǎn)生許多非理想組分,如酸性物質(zhì)和弱堿性物質(zhì)。由于電和熱的作用,尤其在強(qiáng)過電和過熱的電熱故障時,可使變壓器油分子的碳?xì)滏I(C-H)和碳碳鍵(C-C)斷裂,伴隨生成少量活潑的氫分子和不穩(wěn)定的碳氧化合物的自由基,這些氫原子和低分子烴隨著不同的電氣故障時間的作用可能產(chǎn)生碳?xì)渚酆衔锛肮腆w碳粒。最終影響變壓器的正常使用。變壓器油的老化性評價有多種,而電氣老化評定并不多見。中石化潤滑油有限公司上海分公司分析中心備有曾經(jīng)是全國唯一一套作為評比或仲裁的變壓器油臺架評定設(shè)備,模擬運(yùn)行中的變壓器油,尤其適用于評定其電氣老化性能。
3. 變壓器油中微水的狀態(tài)及危害。變壓器在運(yùn)輸、貯存、使用過程中都可能由外界進(jìn)入或油品吸水,產(chǎn)生的水分會以下列狀態(tài)存在:一是游離水。多為外界入侵的水分,如不攪動不易與水結(jié)合。不影響油的擊穿電壓,但也不允許,表明油中可能有溶解水,應(yīng)立即處理。二是極度細(xì)微的顆粒溶于水。通常由空氣中進(jìn)入油中,急劇降低油的擊穿電壓。介質(zhì)損耗加大,應(yīng)予真空濾油。三是乳化水。油品精煉不良,或長期運(yùn)行造成油質(zhì)老化,或油被乳化物污染,都會降低油水之間的界面張力,如油水混合在一起,便形成乳化狀態(tài)。其危害:一是降低油品的擊穿電壓。100~200mg/kg擊穿電壓大幅度降至1.0kV,油中纖維雜質(zhì)極易吸收水分,在電場作用下,在電極間形成導(dǎo)電的“小橋”,因而容易擊穿。二是使介質(zhì)損耗因數(shù)升高。懸浮的乳化水影響最大,不均勻。三是促使絕緣纖維老化,絕緣纖維的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分進(jìn)入纖維分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物質(zhì),降低纖維機(jī)械強(qiáng)度和聚合度。實驗證明,在120℃情況下,絕緣纖維中的水分每增加1倍,纖維的機(jī)械強(qiáng)度下降1/2。當(dāng)溫度升高,油中的水增加,纖維的水降低,溫度降低,則相反。因此,應(yīng)監(jiān)視油中的微水,進(jìn)而監(jiān)視絕緣纖維的老化。四是水分助長了有機(jī)酸的腐蝕能力,加速了對金屬部件的腐蝕。
綜上所述,油中含水量愈多,油質(zhì)本身的老化、設(shè)備絕緣老化及金屬部件的腐蝕速度愈快,因此監(jiān)測油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。當(dāng)然,變壓器油微水分的控制和檢測主要的關(guān)注點,應(yīng)該是在變壓器油灌裝后和裝機(jī)前。畢竟,運(yùn)行中的變壓器油,處于密閉的機(jī)體內(nèi),外界的水分子,是不易進(jìn)入的。
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