王凌云 陳 黎 肖 灑 張 濤 任喬林 熊 煒 任貝婷 湯迎春 肖亞平

(1. 三峽大學(xué) 電氣與新能源學(xué)院， 湖北 宜昌 443002； 2. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司 孝感供電公司， 湖北 孝感 432100； 3. 國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司 隨州供電公司， 湖北 隨州 441300)

國(guó)網(wǎng)湖北省電力有限公司孝感供電公司西城35 kV變電站新站自2014年投運(yùn)以來(lái)，廢舊變壓器被拆除，閑置的變壓器油介損、微水、酸值以及色度快速超標(biāo)并持續(xù)上升，絕緣電阻明顯下降．其中孝感西城35 kV變電站1號(hào)主變?cè)诓坏?年期間4次用吸附紙或氧化鋁吸附過(guò)濾、3次換新油，既降低了變壓器可用率，加大了維護(hù)成本，又未取得理想效果，問(wèn)題依然存在．例如該主變2003年7月5日第3次換油后，油介損為0.29，微水、酸值、色度以及主絕緣電阻合格，到2016年5月8日油處理前，油介損上升到19.324，微水值上升到82，酸值0.3，高壓三相R60為394 MΩ，低壓R60為358M，鐵芯對(duì)地158 MΩ．在對(duì)絕緣油進(jìn)行抽樣檢驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，油色發(fā)紅，呈渾濁狀態(tài)，整個(gè)變壓器油處于一種嚴(yán)重劣化狀態(tài)．如果上述絕緣油不加以濾油吸附處理而直接運(yùn)用于新變壓器中，將會(huì)對(duì)變壓器造成安全運(yùn)行的隱患．為了節(jié)約變壓器絕緣油成本，擬對(duì)此油進(jìn)行油吸附處理，使達(dá)到正常標(biāo)準(zhǔn)以再次投入使用．孝感供電公司光源集團(tuán)研制的XDK吸附劑[1]經(jīng)過(guò)1998年葛洲壩換流站處理變壓器油以及1999年處理大亞灣主變油后，其吸附處理降介損的能力得到了廣泛認(rèn)可[2]．通過(guò)近20年的不斷創(chuàng)新探索，吸附劑不斷精制更新，油處理成套設(shè)備也不斷創(chuàng)新完善[3-4]．為消除絕緣油各類(lèi)缺陷，選用孝感供電公司研制的變壓器油處理成套設(shè)備融合新型XDK吸附劑和相關(guān)工藝對(duì)此絕緣油進(jìn)行組合現(xiàn)場(chǎng)濾油吸附處理，于2018年8月7日至8月9日對(duì)西城變電站一臺(tái)主變進(jìn)行油的吸附循環(huán)跟蹤處理．

1 降介損、微水和脫色初步試驗(yàn)

本次試驗(yàn)孝感西城變電站變壓器油顏色發(fā)紅、水分較高(因長(zhǎng)期久置室外，密封性能不好)且油介損偏高，因此對(duì)此油主要進(jìn)行降介損、微水和脫色處理．其他理化、電氣性能都很好，無(wú)需再另外進(jìn)行油處理．因此，選擇既能降介損、微水又能脫色效果好的吸附劑是此次現(xiàn)場(chǎng)廢油吸附處理的關(guān)鍵[5]．實(shí)驗(yàn)室模擬吸附實(shí)驗(yàn)是選取最適合吸附劑的證明前提．取孝感西城變電站廢棄變壓器絕緣油做小樣浸泡對(duì)比試驗(yàn)，即每100 g變壓器油中加2%的吸附劑，在烘箱保溫放置24 h后取出，過(guò)濾出吸附劑并進(jìn)行檢測(cè)，其結(jié)果見(jiàn)表1．

表1 XD-03和XDK2-02吸附劑降介損和脫色效果對(duì)比圖

由此可知，綜合脫色效果、降水分和降介損能力，XD-03吸附劑占有優(yōu)勢(shì)，相比于降微水能力而言，脫色及降介損效果更好．

2 現(xiàn)場(chǎng)油處理吸附劑的確定

為了選出適用于變壓器油現(xiàn)場(chǎng)處理并且具有高效降介損，降微水脫色效果好的吸附劑，參照1999～2017年在大亞灣核電站濾油多次經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合孝感供電公司研制的XDK吸附劑種類(lèi)和主要適用對(duì)象進(jìn)行排查，初步選定此次現(xiàn)場(chǎng)油處理選用XDK1-03型號(hào)吸附劑，具體情況通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)證明．對(duì)孝感西城變電站1號(hào)主變變壓器油做模擬試驗(yàn)，取西城變電站1號(hào)主變變壓器油3 kg，分別加用XDK1-03吸附劑和XD-03吸附劑各60 g，循環(huán)一遍，約6 h后取樣分析，介損分別降為0.012和0.019，微水分別降為41和50，酸值分別降為0.004和0.005．通過(guò)真空濾油機(jī)將油真空過(guò)濾后，分別經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)設(shè)備檢測(cè)介損、微水及酸值，前后對(duì)比見(jiàn)表2．

表2 XDK1-03和XD-03吸附劑的處理效果對(duì)比

由此可知，西城變1號(hào)油用XDK1-03型吸附劑降介損效果優(yōu)于XD-03吸附劑，吸附劑的用量?jī)H需2%的油重即可將介損降到0.012左右，酸值降到0.004，色度也符合要求，符合35 kV變電站變壓器安全運(yùn)行的技術(shù)要求．且根據(jù)實(shí)驗(yàn)可知，XDK1-03吸附劑為0.1～0.5mm的顆粒狀，而XD-03吸附劑為粉末狀，粉末狀的吸附劑不利于油路的流通，所以最終確定選用XDK1-03吸附劑作為本次孝感西城變壓器現(xiàn)場(chǎng)處理用吸附劑．考慮到線圈的絕緣電阻很低，水分仍然很高，需要提高吸附深度，加大吸附力度．所以西城1號(hào)油吸附劑用量定為油重的4.25%，處理油溫40%～60%．

3 現(xiàn)場(chǎng)油處理的臺(tái)式試驗(yàn)

為了保證孝感西城35 kV變電站變壓器油現(xiàn)場(chǎng)處理項(xiàng)目工程能夠如期順利進(jìn)行，利用簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)裝置做了油處理的臺(tái)架試驗(yàn)，具體試驗(yàn)步驟如下．

第1步：根據(jù)之前模擬試驗(yàn)的數(shù)據(jù)確定吸附劑用量為油重的4.25%，采用3 kg西城變電站廢棄變壓器絕緣油做模擬試驗(yàn)[6]，組成試驗(yàn)流程，如圖1所示．根據(jù)1999～2017年大亞灣處理油經(jīng)驗(yàn)，在吸附劑進(jìn)入吸附罐之前需要達(dá)到一定溫度，所以，在模擬試驗(yàn)時(shí)就接入了加熱器，對(duì)油加熱．

在試驗(yàn)中，要保證3個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)：吸附劑的加入量，吸附時(shí)間，吸附溫度．為了保證實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確性，油杯幾乎要密封，油不能與空氣接觸．油的溫度通過(guò)加熱器升至55℃以上，降低粘性后進(jìn)入吸附罐．在3 kg變壓器油中加入XDK1-03吸附劑127.5 g，吸附劑用量為4.25%．吸附時(shí)間定為6 h，記錄各指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果．

圖1 現(xiàn)場(chǎng)模擬試驗(yàn)流程圖

第2步：取西城變電站1號(hào)主變備用廢棄油進(jìn)行二次吸附，XDK1-3吸附劑用量為4.25%，分兩次加用，每次吸附循環(huán)6 h，結(jié)果見(jiàn)表3．

表3 XD-03和XDK2-02吸附劑降介損和脫色效果對(duì)比圖

處理結(jié)果表明，經(jīng)XDK1-3吸附劑處理后，變壓器油介損指標(biāo)達(dá)到35 kV主變投運(yùn)前的油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，且該油處理過(guò)程流暢可行．實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，油中微水量幾乎沒(méi)有下降，說(shuō)明在實(shí)際濾油處理過(guò)程中，要嚴(yán)格控制油的密封以及油的真空過(guò)濾處理．

4 西城變電站1號(hào)主變現(xiàn)場(chǎng)油處理

4.1 油處理方案

利用孝感供電公司研制的吸附罐，定于2018年8月7日08：00至2018年8月10日08：00對(duì)孝感西城35 kV 1號(hào)主變廢棄變壓器油進(jìn)行了油處理．該變現(xiàn)場(chǎng)油處理方案包括油處理系統(tǒng)流程，運(yùn)行條件如介損檢測(cè)溫度、壓力、流量、真空度、吸附劑的添加和更換等，均嚴(yán)格按照孝感供電公司變壓器組合濾油質(zhì)量安全計(jì)劃實(shí)施．

4.1.1 吸附劑及其使用條件

根據(jù)廢棄變壓器中的油質(zhì)情況分析和上述模擬結(jié)果，選用油重4.25%的XDK1-03吸附劑．吸附劑為顆粒狀，粒度0.1～0.5 mm，裝入吸附罐，油流出吸附罐后先經(jīng)緩沖罐進(jìn)行緩沖，后經(jīng)高精度離心機(jī)進(jìn)行吸附劑離心，最后通過(guò)真空濾油機(jī)過(guò)濾以保證油中無(wú)吸附劑或其他雜質(zhì)污染．XDK1-03吸附劑的最佳吸附溫度為50℃，這樣吸附效率最高，處理所需時(shí)間最短．所以，在變壓器組合濾油系統(tǒng)中加入了加熱器，以保證油溫升高至50℃．

4.1.2 介損檢測(cè)設(shè)備及其使用條件

由于成套設(shè)備中的介損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)油管口徑較小而變壓器油處理成套設(shè)備PVC管道口徑較大，導(dǎo)致從PVC管流入介損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)油口的流量達(dá)不到平衡，如果直接將介損檢測(cè)設(shè)備和PVC管相連可能會(huì)造成PVC管漲裂，所以在進(jìn)油口處加一個(gè)孝感供電公司研發(fā)的油流平衡器，這樣可以防止油流不平衡問(wèn)題．另外，由于變壓器油介損檢測(cè)最適溫度為90℃，所以在系統(tǒng)控制介損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)油之后，介損檢測(cè)設(shè)備會(huì)自動(dòng)進(jìn)行加溫、升壓．為了保證測(cè)量的精確性，通過(guò)用待測(cè)油沖洗油杯，設(shè)置進(jìn)油時(shí)間約1 min，油靜止時(shí)間10 min，從初始油溫50℃升至90℃約25 min，一次測(cè)量整個(gè)過(guò)程約40 min．

系統(tǒng)進(jìn)行初始化后，首先設(shè)置檢測(cè)項(xiàng)目，從進(jìn)油口取樣，絕緣油靜放一段時(shí)間后，測(cè)量絕緣油溫度與設(shè)定值進(jìn)行比較．當(dāng)油溫不滿足設(shè)定值時(shí)，進(jìn)行加溫控制；否則，系統(tǒng)進(jìn)行恒溫控制．接著進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)量，并將檢測(cè)的結(jié)果保存，系統(tǒng)自帶微型打印機(jī)打印結(jié)果，程序返回．當(dāng)下次需要重新檢測(cè)介損時(shí)，重新采集新油樣，重復(fù)上述步驟，將兩次檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析，從而判斷油吸附劑是否需要更換．

4.1.3 油處理流程圖

吸附劑60 kg分裝在2個(gè)特制的吸附罐內(nèi)，分兩組，每組1個(gè)吸附罐循環(huán)濾油15 h，再切換到另一組運(yùn)行．具體流程如圖2所示．

1.變壓器本體；2.變壓器出口閥；3.補(bǔ)充油閥；4.油泵；5.吸附罐抽油泵；6.加熱器；7.吸附罐；8.緩沖罐；9.高精度離心機(jī)；10.精密濾油機(jī)；11.真空濾油機(jī)；12.介損檢測(cè)設(shè)備進(jìn)油閥；13.油流平衡器；14.介損檢測(cè)設(shè)備；15.吸附罐連通管出油閥；16.補(bǔ)充油罐；17.流量計(jì)；18.變壓器進(jìn)油閥；19.內(nèi)循環(huán)閥圖2 西城變電站1號(hào)變組合濾油流程圖

4.2 油處理過(guò)程

4.2.1 內(nèi)循環(huán)過(guò)程

為了確保濾油工程項(xiàng)目結(jié)果的準(zhǔn)確性，在濾油之前應(yīng)進(jìn)行成套設(shè)備油處理系統(tǒng)內(nèi)部循環(huán)，具體就是保證吸附罐處理油過(guò)程中不會(huì)有大量氣泡以及吸附罐、濾油機(jī)和其他設(shè)備的工作穩(wěn)定性．具體做法是用補(bǔ)充油充滿油處理管道、吸附罐、濾油機(jī)并將緩沖罐注油至一定的油位后，關(guān)閉變壓器出口閥2、開(kāi)啟內(nèi)循環(huán)閥19，將油泵4、吸附罐7、緩沖罐8、高精度離心機(jī)9、精密濾油機(jī)10和真空濾油機(jī)11組成油循環(huán)系統(tǒng)并運(yùn)行約2 h．這樣就使油處理系統(tǒng)進(jìn)入變壓器本體循環(huán)后穩(wěn)定可靠．同時(shí)為了使油溫能在50℃以上，系統(tǒng)中加入了加熱器，以保證測(cè)量的精確性．

4.2.2 監(jiān)控和取樣分析

為控制現(xiàn)場(chǎng)油處理效果和決定是否需要更換吸附劑，在油循環(huán)過(guò)程中每6 h左右取油樣分析試驗(yàn)，主要是測(cè)試油的tanδ、微水、酸值以及色度以考察油處理效果．表4給出了該變壓器現(xiàn)場(chǎng)油處理過(guò)程中各指標(biāo)參數(shù)隨時(shí)間而變化的情況．

表4 油處理過(guò)程跟蹤試驗(yàn)結(jié)果

從表4可見(jiàn)，西城35 kV變電站1號(hào)廢舊變壓器油介損，酸值，微水以及顏色隨著吸附時(shí)間增長(zhǎng)數(shù)值下降顯著，具有時(shí)間短、見(jiàn)效快的高效特點(diǎn)．在吸附前24 h，微水、介損、酸值以及色度下降梯度很大，隨著循環(huán)處理繼續(xù)進(jìn)行，微水、介損、酸值以及色度衰減越來(lái)越緩慢，最后趨向于一個(gè)穩(wěn)定值幾乎保持不變．綜合上述試驗(yàn)報(bào)告可知，成套設(shè)備進(jìn)行油處理更能體現(xiàn)油處理的優(yōu)越性，介損檢測(cè)設(shè)備的接入更加促進(jìn)濾油處理結(jié)果的準(zhǔn)確性，1號(hào)主變廢棄油經(jīng)吸附罐油處理后全面達(dá)到投運(yùn)前介損標(biāo)準(zhǔn)要求．

5 結(jié)論及改進(jìn)

1)使用XDK型吸附劑對(duì)孝感西城35 kV 1號(hào)主變組合濾油吸附處理較以往使用吸附紙或活性氧化鋁吸附相比，時(shí)間縮短近50%，降低油介損，提高變壓器本體絕緣收到特效，再次證明XDK的新型吸附劑的高效性和廣泛適用性．

2)通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析，用人工取樣檢測(cè)油樣介損略大于自動(dòng)檢測(cè)油樣介損，證明油與空氣接觸會(huì)增大油的介損，降低絕緣性能．

3)變壓器成套設(shè)備油處理系統(tǒng)中加入了加熱器，升高了油溫，既保證最佳吸附溫度，又可以降低介損檢測(cè)時(shí)間，提高了工作效率．

4)應(yīng)對(duì)變壓器介損檢測(cè)設(shè)備設(shè)置定時(shí)檢測(cè)，整個(gè)過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)人工操作，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確．同時(shí)將變壓器絕緣油含硫檢測(cè)與介損檢測(cè)進(jìn)行聯(lián)合，共同完成變壓器油吸附處理．

5)下一步重點(diǎn)研究如何脫除變壓器油中的DBDS問(wèn)題，對(duì)廢舊油進(jìn)行再生研究．