高赫

(江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇連云港222004)

電力設備的狀態(tài)監(jiān)測大大降低了維修周期內的設備故障率，為設備狀態(tài)檢修提供依據(jù)并及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷和異常征兆，確保設備安全運行，從而提高供電可靠性[1]。傳統(tǒng)的油絕緣變壓器維護采用以時間為基準的TBM（Time Based Monitoring）方式，按照預防性試驗規(guī)程定期進行例行檢查，既不能及時發(fā)現(xiàn)設備缺陷和潛在的故障風險，也浪費大量的人力財力，同時還影響電力系統(tǒng)為用戶提供長期穩(wěn)定電源的能力。因此依托在線監(jiān)測技術的以實時狀態(tài)為基準的CBM（Condition Based Monitoring）維護方式成為電網檢修發(fā)展的方向[2]。目前對于油絕緣變壓器的在線監(jiān)測領域已經有較多成果，但是對絕緣油的凈化處理較難滿足在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求[3，4]。

變壓器油是變壓器的重要組成部分之一，他的絕緣可靠性直接影響線圈、分接開關等關鍵部位能否正常工作，關系到整個電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。系統(tǒng)內曾多次出現(xiàn)變壓器因油質劣化問題造成變壓器退出運行的案例[5]。目前對變壓器絕緣油的例行試驗項目主要包括擊穿電壓、水分含量、介質損耗因數(shù)、酸值和油中含氣量，以上檢測項目主要在常規(guī)例行離線檢測或者新投運交接檢測時完成。隨著電力變壓器在線監(jiān)測技術的不斷發(fā)展，其裝用量已達到一定的規(guī)模，在線監(jiān)測裝置的檢測精度和穩(wěn)定性顯得尤為重要，也對絕緣油的凈化技術提出了更高的要求[6]。

1 在線監(jiān)測中絕緣油凈化技術原理

對于新投運變壓器或對核心部件進行解體性檢修后重新投運的變壓器，需要對注入的變壓器油進行凈化處理，以達到去除油中水分、機械顆粒雜質、可燃性烴類和CO，CO2等雜質氣體的目的，提高變壓器油的耐壓能力和絕緣強度。作為絕緣油在線監(jiān)測裝置的一項重要組成部分，需要滿足在規(guī)定的時間內達到國家標準規(guī)定的技術指標。根據(jù)不同的電壓等級，及其對應的絕緣油技術指標，絕緣油凈化系統(tǒng)需要能夠提供不同的處理能力。

絕緣油凈化技術中提高凈化效率的關鍵在于油溫和真空度，尤其對于330 kV及以上等級的變壓器絕緣油，一般需要將含水量達到≤15mg/L（注意值）、含氣量達到≤3%（≤2%，750 kV）、顆粒雜質半徑1μm以下，此時需要對絕緣油進行深度脫水和脫氣處理。適當提高油溫可以降低油黏度，提高雜質被凈化劑吸收的速度，從而增加凈化效率，但是油溫過高會導致絕緣油自然老化加快，且油中摻雜的抗氧化劑損耗加劇，降低油的品質。因此凈化過程中應該將油溫控制在50～60℃，最高不可超過80℃。真空度的提高一般通過多級真空泵級聯(lián)的形式來實現(xiàn)，利用絕緣油飽和蒸汽壓強遠低于溶解氣體的特性進行凈化，因此需要增大絕緣油的表面積，提高氣體逸出效率，同時要及時地排除分離出的雜質氣體，保證真空分離室的工作環(huán)境。另外，為了滿足在線監(jiān)測的實時性需求，需要在過濾油路的前端增加絕緣油質量檢測模塊，根據(jù)檢測結果實現(xiàn)對各凈化子模塊的實時控制。

綜上所述，對絕緣油的凈化處理包括在線監(jiān)測模塊以及真空脫氣模塊、分級雜質過濾模塊和精確控制脫水模塊，各功能模塊通過在線監(jiān)測模塊獲取的油品數(shù)據(jù)進行相應的控制。

2 結構設計

在線監(jiān)測模塊的關鍵技術是保證檢測數(shù)據(jù)的實時性和準確性，因此常規(guī)的油色譜分析無法滿足要求，油品的測試通過檢測水分含量和耐壓強度來進行。從結構上來說，為了防止超過30μm以上的機械顆粒雜質干擾在線監(jiān)測的穩(wěn)定運行，將分級雜質過濾模塊中的第一級粗過濾器設置在進油口到在線監(jiān)測裝置之間。同時，根據(jù)不同的變壓器油流速差異，進油口設置進油流量調節(jié)閥，選擇合理的進油速度達到優(yōu)化凈化處理效率的目的。某些低電壓等級變壓器對凈化能力要求不高，無須使用高真空的分離室脫氣，而選用高分子復合濾芯同時濾除水分和雜質顆粒，這種情況下在線監(jiān)測模塊將取消真空脫氣模塊，直接將粗過濾后完成油品檢測的絕緣油直接送入分級雜質過濾模塊中。在線監(jiān)測模塊的結構設計如圖1所示。

圖1 在線監(jiān)測模塊的結構設計

絕緣油經過粗過濾器后已經去除大顆粒和金屬屑，再經過紅外加熱器加熱到合適的溫度，進入真空分離室，在噴淋裝置轉化下分散成霧狀，并且在分離室沿著蜂巢形結構形成很薄的油膜向下流動，從而產生較大的揮發(fā)面積和滯留時間，使水分與雜質氣體充分的逸出。實現(xiàn)凈化后的絕緣油通過油泵進入分級過濾模塊，水分與雜質氣體通過排氣裝置排出。真空脫氣模塊的流程框圖如圖2所示。

圖2 真空脫氣模塊的流程框圖

真空脫氣模塊主要應用于較高電壓等級的變壓器絕緣油凈化處理，為了達到高效分離雜質氣體的目的，需要滿足以下條件：良好的真空提升能力，使用三級真空泵組成的級聯(lián)結構，迅速將真空分離室抽到較高真空度；帶溫度監(jiān)控的自動加熱裝置，保證油路循環(huán)到真空分離室時能達到合適的工作溫度；高效率的排氣排水裝置，將凈化過程中分離出的水分和雜質氣體迅速排出凈化系統(tǒng)，適應長期不間斷的在線運行要求。

為實現(xiàn)以上功能，當絕緣油通過在線監(jiān)測模塊后，首先接入紅外加熱裝置，根據(jù)不同的流速計算相應的加熱功率，利用溫度控制儀控制加熱器功率保證溫度在50～60℃。加熱后的絕緣油經過霧化噴淋裝置送入真空分離室，在蜂巢形結構的閃蒸塔充分滯留分離氣體雜質，凈化后的油液從底部經過冷卻送入分級過濾模塊中。揮發(fā)出的氣體雜質和水蒸汽的混合物首先通過水氣分離裝置將主要的水分冷凝成液態(tài)排出，再通過多級級聯(lián)的真空泵組抽出氣體成分，保證真空分離室足夠的真空度。真空脫氣模塊結構圖如圖3所示。

圖3 真空脫氣模塊結構圖

分級過濾模塊的第一級需要過濾大于30μm的機械雜質，包括因碰撞脫落的大顆粒物以及維修或者運行磨損過程中產生的金屬碎屑等，設置于進油口和在線監(jiān)測裝置之間。第二級過濾裝置需根據(jù)不同的電壓等級和凈化需求而定。當電壓等級較低，例如110 kV以下的變壓器，一般只需雜質顆粒不超過20μm即可，此時采用簡化的分級過濾設計，將第二級雜質過濾合并到脫水模塊中，形成過濾、脫水復合過濾器，以水含量滿足要求為標準，將絕緣油處理合格后回送到變壓器中。此時分級過濾模塊及脫水模塊如圖4所示。

圖4 低凈化需求下的分級過濾模塊以及脫水模塊

對于高凈化等級的分級過濾模塊，需要在脫氣完成后再進行兩級過濾，第二級過濾器去除10μm以上的固體雜質，再通過第三級精密過濾器將雜質水平降低到1μm以下。其中，第二級過濾器不僅實現(xiàn)前級過濾功能，同時對精密過濾器起到保護作用。過濾后的油樣通過取樣口連接到在線監(jiān)測模塊實現(xiàn)油品監(jiān)控，并送入精確脫水模塊。高凈化等級的分級過濾模塊如圖5所示。

圖5 高凈化等級的分級過濾模塊

精確脫水模塊一般在高凈化等級的情況下有較高的實用價值。因高電壓等級下絕緣油中水含量要求較高，超過0.01‰會導致絕緣油的耐電強度下降，變壓器中會產生放電現(xiàn)象，而過于干燥條件下會導致變壓器繞組中夾件的夾緊力減小，在雷擊或者開關動作時變壓器經受機械或電動沖擊力作用下，變壓器繞組易產生變形。而且過分干燥也會影響絕緣油添加劑和抗氧化劑的性能，導致變壓器油老化速率升高，因此，一般500 kV以上變壓器的水分含量不宜低于5mg/L。

基于上述需求，精確脫水模塊在傳統(tǒng)的脫水技術基礎上，通過內置式微水檢測儀實時測定絕緣油中水含量，將該數(shù)據(jù)引入在線監(jiān)測模塊中，通過軟件來控制脫水模塊的工作狀態(tài)，當微水含量介于5～10mg/L時停止脫水模塊的運行。

3 結束語

（1）整個技術方案為模塊化設計，可根據(jù)實際需要進行組件選擇，可滿足不同油質、不同電壓等級、不同凈化需求的變壓器進行最優(yōu)組合，以合理的成本高效地完成絕緣油凈化。

（2）所有模塊的油品質檢測和油凈化處理都具有實時性，能夠滿足在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

（3）真空脫氣模塊采用級聯(lián)真空泵，能夠滿足高真空度的需求，達到高電壓等級變壓器的絕緣油凈化標準，而且高真空度有助于最短時間實現(xiàn)油氣分離，降低凈化系統(tǒng)的運行時間，提高利用效率。

（4）通過油中水含量檢測精確控制干燥的強度，避免由于過度凈化影響絕緣油的使用壽命。

綜上所述，應用于在線監(jiān)測的絕緣油凈化技術能夠很好地滿足當前基于在線監(jiān)測的檢修系統(tǒng)需求，在降低成本的基礎上提高油處理的效率，產生巨大的經濟效益。

[1]金 逸，劉 偉，查顯光，等.智能變電站狀態(tài)監(jiān)測技術及應用[J].江蘇電機工程， 2012，31(2)：12-15.

[2]周 龍.變壓器狀態(tài)檢修的研究[D].貴陽：貴州大學工程碩士畢業(yè)論文，2006.

[3]賈瑞君.關于變壓器油中溶解氣體在線監(jiān)測的綜述[J].變壓器，2002，39(S1)：39-45.

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[5]陳 偉.變壓器油質劣化問題分析及處理[J].江蘇電機工程，2003，22(2)：39-40.

[6]邊耀維.運行電器設備絕緣油帶電處理[J].電網技術，1994，18(1)：41-43.