王增炫

【摘 要】自19世紀(jì)末發(fā)明變壓器以來(lái)，隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，變壓器作為一種常見(jiàn)的電力設(shè)備廣泛運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。變壓器制造過(guò)程中，真空干燥則是一個(gè)重要的制造工藝，是在真空狀態(tài)下，將濕氣和空氣抽出器身，經(jīng)干燥后，再進(jìn)行總裝配及注油等工序。通過(guò)干燥得到更高的絕緣強(qiáng)度，干燥方法也在不斷優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】目的原理;設(shè)備;方法種類;干燥節(jié)能

中圖分類號(hào)： TM406;TB4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）13-0099-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.045

Vacuum Drying Process Summary of Transformer Manufacturing

WANG Zeng-xuan

（Zhongshan ABB Transformer Co.， Ltd.， Zhongshan Guangdong 528449， China）

【Abstract】Since transformer developed in end of 19 century ， transformers are common equipment and ?applied in different industry; Vacuum drying is one of important process in manufacturing ， moisture and air are abstracted， then product put into assembly or oil filling process. Drying process improve insulation level， drying methods are gradually optimized.

【Key words】Theory; Equipment; Methods; Energy Saving

變壓器主要由鐵心、線圈和絕緣材料等構(gòu)成，在變壓器器身裝配好后，需對(duì)其進(jìn)行干燥處理，再注入變壓器油，這樣就能除掉絕緣材料中的水分和氣體，還能夠把含水量控制在產(chǎn)品質(zhì)量要求的范圍內(nèi)，增加變壓器的絕緣強(qiáng)度和產(chǎn)品使用的壽命。特別注意的是，對(duì)高壓變壓器里面的絕緣材料含水量要控制在0.5%以內(nèi)。

1 目的及原理

1.1 干燥的目的

（1）干燥的目的就是保證變壓器身里面的絕緣材料和紙板的絕緣介電強(qiáng)度，通過(guò)干燥提高絕緣材料中的水分?jǐn)U散系數(shù)，保證材料的電氣強(qiáng)度和介質(zhì)損耗。（2）在變壓器的設(shè)備上，有大部分是絕緣材料，這些絕緣的材料大多是紙包絕緣或?qū)訅杭埌宓炔牧辖M成，除了鐵心和銅導(dǎo)線，絕緣材料會(huì)出現(xiàn)受潮的現(xiàn)象，這現(xiàn)象就會(huì)讓絕緣材料出現(xiàn)體積膨脹，進(jìn)而影響產(chǎn)品的尺寸，更嚴(yán)重的時(shí)候，絕緣材料里面的水會(huì)影響介質(zhì)的電氣強(qiáng)度和影響絕緣油的絕緣質(zhì)量。

1.2 干燥的原理

對(duì)于變壓器器身進(jìn)行加熱干燥處理的目的就是要把在絕緣材料里面的水分蒸發(fā)出去，并且還要讓這些蒸汽不斷地進(jìn)行擴(kuò)散，讓絕緣材料變得干燥起來(lái)。要想讓絕緣材料里面的水分蒸發(fā)掉，就要把絕緣材料和外面空間的水蒸氣有一個(gè)分壓差，絕緣材料的分壓差越高，周圍的空間壓力就會(huì)越低，絕緣材料中的水分蒸發(fā)的就會(huì)越快。所以要想增加絕緣材料的分壓差，就要降低絕緣材料周圍的一些壓力，把里面變成真空的狀態(tài)，真空度越高，周圍的空間壓力就越小，這樣就能提高絕緣材料的溫度和加熱程度。

2 真空干燥設(shè)備有：真空罐、真空泵和油泵、監(jiān)控裝置、加熱器

2.1 關(guān)于真空罐的介紹

真空干燥處理的最主要的設(shè)備就是真空罐，包括：立式和臥式兩種，一般立式的用于大容量高電壓要求的真空浸油。這種設(shè)備的特點(diǎn)就是：罐體型號(hào)較大，方便一些真空變壓器的干燥處理，這些立體真空罐的放置位置一般都是立在地上的，方便大型變壓器的出入爐，立式真空罐的密封性也是非常好的，適用于一些真空浸油的變壓器。

2.2 關(guān)于真空泵和油泵的介紹

旋片式的真空泵就是一種容積泵，是由定子和旋片還有轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，這種真空泵主要是通過(guò)旋片在泵腔中的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)之后把氣體吸入并且進(jìn)行壓縮，最后再?gòu)呐艢饪谶M(jìn)行排出。

油泵則在干燥系統(tǒng)中起到輸送變壓器油、傳送煤油、導(dǎo)熱油的作用。

2.3 關(guān)于監(jiān)控裝置的介紹

干燥過(guò)程中，需要監(jiān)控相關(guān)產(chǎn)品的溫度和真空度等數(shù)據(jù)，且借助這些數(shù)據(jù)，編制工藝圖表。相關(guān)儀表、傳感器、可調(diào)閥門等附近件，借助PLC控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)全過(guò)程的跟蹤和實(shí)時(shí)操作。

2.4 加熱器的介紹

干燥烘爐需要熱源設(shè)備， 傳統(tǒng)上有電加熱器，有多個(gè)加熱棒組成，功率達(dá)到400KW以上。 近年以來(lái)，國(guó)家提倡節(jié)省能源，很多廠家進(jìn)行升級(jí)，比如選用電廠熱尾氣或熱蒸氣作為能源動(dòng)力，結(jié)合相關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備，達(dá)到對(duì)真空罐的保溫及加熱目的，節(jié)約能源達(dá)30%。

3 主要干燥方法

研究表明變壓器中水分主要是以毛細(xì)吸附的形式存在，附著在變壓器絕緣材料的表面和內(nèi)部。變壓器干燥可以大體分為三個(gè)階段，分別是表面干燥，內(nèi)部干燥和深層干燥。通常情況下，變壓器中水分蒸發(fā)的速度與周圍介質(zhì)中的水蒸氣壓強(qiáng)有關(guān)，即相同條件下真空度越大，水分蒸發(fā)越快，相同條件下溫度越高水分蒸發(fā)越快，變壓器真空干燥就是在這以原理的指導(dǎo)下進(jìn)行的。

3.1 傳統(tǒng)真空干燥方法

（1）傳統(tǒng)的真空干燥方法是在近地表大氣壓下進(jìn)行，使用的介質(zhì)為空氣，首先將變壓器預(yù)熱到100℃以上，然后進(jìn)行抽真空處理。

缺點(diǎn)：大量實(shí)踐表明，該種方法的主要缺點(diǎn)是導(dǎo)熱能力不足，傳熱速度慢導(dǎo)致處理時(shí)間長(zhǎng)，干燥不徹底。加熱不均容易導(dǎo)致內(nèi)部溫度低，達(dá)不到干燥的效果，同時(shí)容量大電壓高的變壓器絕緣層較厚，預(yù)熱時(shí)間通常在100小時(shí)以上，效率低。

優(yōu)點(diǎn)：是設(shè)備簡(jiǎn)單，容易操作。綜合來(lái)看該種方法工藝較為落后，效率低，不推薦使用。

（2）另一種過(guò)去常用的干燥方法是噴油干燥法，該方法通過(guò)在變壓器上噴灑加熱過(guò)的變壓器油來(lái)進(jìn)行變壓器的加熱，然后在真空狀態(tài)下進(jìn)行干燥作業(yè)。

缺點(diǎn)：不足之處在于噴油操作在變壓器內(nèi)部水分蒸發(fā)之前進(jìn)行，在進(jìn)入變壓器后，變壓器油的擴(kuò)散系數(shù)與水相比低得多，在一定程度上影響了絕緣材料中的水分蒸發(fā)效率。

優(yōu)點(diǎn)：該種方法改進(jìn)之處在于變壓器油的加熱效率高，同時(shí)流動(dòng)過(guò)程中可以加熱變壓器內(nèi)部，加熱更加均勻，干燥時(shí)間相對(duì)較短。

3.2 近年成熟的真空干燥方法：

（1）第一種是氣相干燥方法。

氣相干燥方法是比較流行的工藝，特別是在大型變壓器干燥工藝中。他主要是通過(guò)加熱煤油，以煤油和蒸氣為導(dǎo)熱體，噴灑在器身中，對(duì)變壓器身進(jìn)行快速升溫，然后通過(guò)多次降壓和抽真空過(guò)程，達(dá)到抽出水分的過(guò)程。

氣相干燥有四個(gè)階段：第一是準(zhǔn)備階段，把真空罐抽真空;第二階段是加熱階段，將煤油蒸氣輸入真空罐，加熱器身;第三階段是低真低階段，當(dāng)加熱階段達(dá)到一定溫度及真空度后，停止輸入蒸氣，轉(zhuǎn)入到對(duì)真空罐抽真空;第四階段是高真空階段，進(jìn)一步提高真空度，讓絕緣材料中的水分和蒸氣蒸發(fā)，抽出，達(dá)到干燥的過(guò)程。

此方法優(yōu)點(diǎn)是加熱均勻、溫度高，干燥效率高;同時(shí)有效清理雜質(zhì)異物，極大提高變壓器性能。

（2）第二種是變壓發(fā)真空干燥方法。

提升溫度和抽真空是進(jìn)行變壓器干燥處理的兩個(gè)基本條件，通過(guò)提升絕緣材料的溫度提高變壓器內(nèi)部水蒸氣的分壓強(qiáng)，通過(guò)真空操作降低周圍介質(zhì)中水蒸氣的分壓強(qiáng)，通過(guò)多次“變壓”階段，有效調(diào)節(jié)溫度提升和真空度的變化，達(dá)到提升干燥效率的目的。

其主要的干燥工藝分析如下：

該方法分四個(gè)階段進(jìn)行，分別是預(yù)熱階段、變壓控制、脫水作業(yè)和終干。

（1）預(yù)熱階段，使用空氣作為導(dǎo)熱介質(zhì)，在真空罐引發(fā)對(duì)流作用之后，加速熱交換作用，變壓器中鐵芯和線圈溫度升高較快。

（2）變壓控制，，隨著溫度的升高，線圈的升溫速度降低，鐵芯的升溫速度上升，此過(guò)程需要控制內(nèi)部壓強(qiáng)的變化。

（3）脫水階段，不斷抽走變壓器中脫出的水蒸氣。

（4）終干階段，變壓器內(nèi)部的水分存留較少，僅靠輻射能就可以滿足水分蒸發(fā)所需的能量，不斷抽真空加大絕緣材料和熱空氣的水蒸氣壓強(qiáng)差。

變壓法的優(yōu)點(diǎn)有：投資費(fèi)用相對(duì)少，比氣相干燥低30%左右;干燥時(shí)間短;安全性高和環(huán)境的污染低。

3.3 循環(huán)壓力法真空干燥

循環(huán)壓力真空干燥在傳統(tǒng)干燥方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，傳統(tǒng)干燥方法在控制溫度和真空度范圍內(nèi)，絕緣材料的水分蒸發(fā)和凝結(jié)在特殊條件下達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，阻礙了后續(xù)干燥操作。循環(huán)壓力干燥法，在適當(dāng)時(shí)候加入加熱之后的干燥空氣，提高變壓器內(nèi)的空氣分子熱傳導(dǎo)，使得存在于毛細(xì)管內(nèi)的水分子得到足夠的能量逸出，并被真空泵抽走，達(dá)到干燥的目的。

在真空泵工作一定時(shí)間后，再次開(kāi)啟放氣罐，補(bǔ)充干燥的熱空氣，如此往復(fù)直至干燥結(jié)束。

循環(huán)壓力法真空干燥工藝設(shè)備流程，主要有：真空罐加熱裝置，通過(guò)熱輻射的方式加熱空氣和變壓器;真空機(jī)組主要設(shè)備為真空泵，保持變壓器內(nèi)足夠的真空度;冷凝系統(tǒng)，目的是為了將抽出的含有水分的熱空氣進(jìn)行冷凝，同時(shí)加裝一個(gè)儲(chǔ)水罐，定期將冷凝水放出。

循環(huán)壓力法的優(yōu)點(diǎn)是干燥時(shí)間短，適（下轉(zhuǎn)第102頁(yè)）（上接第100頁(yè)）用于中小型變壓器。

結(jié)論：總而言之，變壓器的真空干燥處理方法就是要把水分轉(zhuǎn)移出去，從而提高產(chǎn)品的相關(guān)電氣性能。文中所述的變壓器真空干燥的辦法各有利弊，我們?cè)谑褂玫臅r(shí)候，基于應(yīng)用場(chǎng)景、生產(chǎn)規(guī)模和成本等因素進(jìn)行選擇。隨著技術(shù)不斷的發(fā)展和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，包括節(jié)能降耗的要求，相關(guān)干燥工藝及設(shè)備亦會(huì)發(fā)生變化。

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