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【周末课堂】对变压器油微量水分问题的探讨

众所周知,变压器油是众多润滑油中对水分要求严酷的一种绝缘油品,因为微量的水能使变压器油的耐电压性能降低,介质损失变大导致变压器故障。所以限定普通变压器油和特殊变压器油(超高压)的水分均需控制在30~40mg/ kg (ppm)。

 

对此,我们来分析一下变压器油在使用期间微水分和其它可能出现的几种状况。

 

1. 运行中的变压器很少要求测定水分。常用的油浸式变压器,(还有空冷式的变压器,一般为小型变压器)其铁芯和线圈是浸在油中的,整个变压器包括散热部分是一个完全封闭的系统。整个系统内部充满油液,仅留有极少量的空间,供油液热涨冷缩用。为此,变压器油通常不会与空气和水接触。运行的变压器油基本与变压器同寿命。除非,在发生故障性电、热(瞬间强电,高温)或设备大修,变压器更换部件,同时换油。因此运行中的变压器油不需或很少要求测量水分。

 

2. 变压器油老化的原因分析。与其说变压器油的变质衰败单纯因氧化引起的,还不如说是因老化而导致更为恰当。变压器油的老化过程是指变压器油在光、热、氧、电弧、电场、磁场、辐射等物理化学因素作用下,颜色、气味、黏度、酸值及介质损耗等性能发生变化。其介电性能下降或变坏的过程,是一个复杂的物化过程。该过程可分为热氧老化,电气老化两种。⑴. 热氧老化,是指变压器油暴露在光、热、辐射线及氧气或氧化性气体等活性物质中受到氧化作用;或者在使用过程中由于绕组、铁芯及固体绝缘物因故障发热而导致变压器油产生的老化。光和辐射线对变压器油老化具有促进作用。光和辐射线给于油分子以一定的能量,活跃油分子,对油的老化有助长作用。它能切断分子链从而使绝缘油的黏度发生变化,油品变浑浊,同时产生悬浮物和沉淀。在光、热和辐射线的作用下,变压器油内部发生自动氧化的游离基链式反应,产生酸性物质,导致酸值增加。热氧老化是一个恶性循环过程,结果是使变压器油的颜色变深、黏度变大、酸值增加、水溶性成份变大、导电性增强、绝缘性变差、介电性能明显降低,氧化安定性变差、腐蚀设备的金属部件。⑵.电气老化,是指变压器油使用时,始终处于变化的电场之中,长期使用,电场的作用会导致变压器油逐渐衰败变质,同时产生许多非理想组分,如酸性物质和弱碱性物质。由于电和热的作用,尤其在强过电和过热的电热故障时,可使变压器油分子的碳氢键(C-H)和碳碳键(C-C)断裂,伴随生成少量活泼的氢分子和不稳定的碳氧化合物的自由基,这些氢原子和低分子烃随着不同的电气故障时间的作用可能产生碳氢聚合物及固体碳粒。最终影响变压器的正常使用。变压器油的老化性评价有多种,而电气老化评定并不多见。中石化润滑油有限公司上海分公司分析中心备有曾经是全国唯一一套作为评比或仲裁的变压器油台架评定设备,模拟运行中的变压器油,尤其适用于评定其电气老化性能。

 

3. 变压器油中微水的状态及危害。变压器在运输、贮存、使用过程中都可能由外界进入或油品吸水,产生的水分会以下列状态存在:一是游离水。多为外界入侵的水分,如不搅动不易与水结合。不影响油的击穿电压,但也不允许,表明油中可能有溶解水,应立即处理。二是极度细微的颗粒溶于水。通常由空气中进入油中,急剧降低油的击穿电压。介质损耗加大,应予真空滤油。三是乳化水。油品精炼不良,或长期运行造成油质老化,或油被乳化物污染,都会降低油水之间的界面张力,如油水混合在一起,便形成乳化状态。其危害:一是降低油品的击穿电压。100~200mg/kg击穿电压大幅度降至1.0kV,油中纤维杂质极易吸收水分,在电场作用下,在电极间形成导电的“小桥”,因而容易击穿。二是使介质损耗因数升高。悬浮的乳化水影响最大,不均匀。三是促使绝缘纤维老化,绝缘纤维的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分进入纤维分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物质,降低纤维机械强度和聚合度。实验证明,在120℃情况下,绝缘纤维中的水分每增加1倍,纤维的机械强度下降1/2。当温度升高,油中的水增加,纤维的水降低,温度降低,则相反。因此,应监视油中的微水,进而监视绝缘纤维的老化。四是水分助长了有机酸的腐蚀能力,加速了对金属部件的腐蚀。

 

综上所述,油中含水量愈多,油质本身的老化、设备绝缘老化及金属部件的腐蚀速度愈快,因此监测油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。当然,变压器油微水分的控制和检测主要的关注点,应该是在变压器油灌装后和装机前。毕竟,运行中的变压器油,处于密闭的机体内,外界的水分子,是不易进入的

 

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