吳 密

（中國(guó)石油大慶石化公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

石油在進(jìn)行分餾的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生變壓器油，變壓器油的絕緣性能非常好，理化性能也非常穩(wěn)定，屬于一種礦物油。變壓器油其品質(zhì)非常純凈，結(jié)構(gòu)上屬于非極性的分子結(jié)構(gòu)，由于其具有良好的絕緣性能，因此在變壓器、電纜、電容器等高壓電氣設(shè)備中起到了很好的作用。變壓器油可以填充在電器元件的空隙和氣孔中，這樣就能有效隔絕空氣。此外，變壓器油還能對(duì)電壓器的鐵芯、繞組等部位起到很好的冷卻作用。而變壓器油的高溫介質(zhì)損耗是評(píng)價(jià)變壓器油污染程度時(shí)一種非常重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。變壓器油本身的品質(zhì)非常純凈，介質(zhì)損耗比較小，但是在使用過(guò)程中如果受到污染出現(xiàn)了劣化現(xiàn)象，其極性雜質(zhì)以及膠體等含量就會(huì)升高，介質(zhì)損耗也會(huì)相應(yīng)升高。

1 影響因素分析

影響變壓器油在高溫下介質(zhì)損耗的因素有很多，如酸性物質(zhì)、取樣位置、油中老化產(chǎn)物、金屬離子、微生物污染、變壓器結(jié)構(gòu)、儀器屬性、溶膠雜質(zhì)及含水量等。

1.1 酸性物質(zhì)

介質(zhì)損耗與介質(zhì)的pH 值直接相關(guān)，在規(guī)定的pH 范圍內(nèi)介質(zhì)不易損耗；酸性物質(zhì)主要是通過(guò)pH 值來(lái)影響介質(zhì)損耗情況的，但是需要注意的是酸值合格的情況下，損耗因數(shù)也可能超標(biāo)。酸性物質(zhì)包含有機(jī)酸和無(wú)機(jī)酸，只是演變形成的途徑不同而已。

1.2 取樣位置

介質(zhì)底部含有大體積膠體含量高，雜質(zhì)由上至下長(zhǎng)時(shí)間積淀而成，另外雜質(zhì)體積過(guò)大但沉積速度很慢，即使是在中層的介質(zhì)也會(huì)由于膠體的不穩(wěn)定性導(dǎo)致周邊體系的非平衡不穩(wěn)定狀態(tài)，所以取樣位置不同介質(zhì)損耗的檢測(cè)數(shù)值差距也會(huì)很大。

1.3 油中老化產(chǎn)物

由于變壓器的長(zhǎng)期運(yùn)行，在電場(chǎng)和溫度等因素的綜合影響下，變壓器油會(huì)出現(xiàn)老化，并進(jìn)一步產(chǎn)生酸性物質(zhì)，從而導(dǎo)致介質(zhì)的損耗指數(shù)增大。

1.4 金屬離子

金屬離子融入介質(zhì)中也會(huì)增加介質(zhì)損耗數(shù)據(jù)，常見(jiàn)的金屬離子的來(lái)源主要是金屬構(gòu)件和金屬導(dǎo)線(xiàn)在經(jīng)歷磨損、燒損和腐蝕過(guò)程后離子的脫落。

1.5 微生物污染

微生物自帶蛋白質(zhì)膠體性質(zhì)，具有分布不均、散落速度慢等特點(diǎn)，同時(shí)其自身的帶電性也容易導(dǎo)致介質(zhì)電導(dǎo)過(guò)大引起損耗。微生物的生長(zhǎng)環(huán)境往往是由于安裝疏忽或者環(huán)境污染所引起的，需要特別注意，有時(shí)候運(yùn)行溫度也會(huì)影響微生物的生存情況。

1.6 變壓器結(jié)構(gòu)

含有凈油器的變壓器比不含凈油器的變壓器介質(zhì)損耗系數(shù)明顯偏低，更利于介質(zhì)的穩(wěn)定性，其降低介質(zhì)損耗系數(shù)的最核心途徑是減少介質(zhì)中水分的含量。

1.7 儀器屬性

試驗(yàn)儀器的配型和廠家不同，對(duì)設(shè)備介質(zhì)損耗的程度也有明顯差異，當(dāng)然也與人的操作水平有關(guān)。

1.8 溶膠雜質(zhì)

介質(zhì)中常因?yàn)殡s質(zhì)導(dǎo)致膠體析出，體積一般在具有體積小、擴(kuò)散慢、自帶電量的特性，這些特性也是導(dǎo)致分散體系不穩(wěn)定、容易出現(xiàn)凝結(jié)的原因。在引起介質(zhì)損耗系數(shù)增大的因素中，與溶膠直接或間接相關(guān)的可以占到70%以上。

1.9 含水量

介質(zhì)油的特殊性要求介質(zhì)油高度純凈，如果不小心滲入水分或其他物質(zhì)勢(shì)必會(huì)對(duì)介質(zhì)特性產(chǎn)生影響，進(jìn)而引起損耗。不過(guò)水分含量低于40 mg/L 時(shí)，對(duì)介質(zhì)的損耗可以忽略不計(jì)，但如果超過(guò)60 mg/L 損耗程度就會(huì)非常明顯。

2 影響路徑分析

2.1 變壓器在安裝時(shí)受到污染

變壓器油內(nèi)出現(xiàn)增液溶膠，是導(dǎo)致變壓器油介質(zhì)損耗不穩(wěn)定的主要原因。變壓器油中的膠體，在受到外界光照、溫度變化、電廠及機(jī)械力影響時(shí)就會(huì)出現(xiàn)凝結(jié)甚至沉淀現(xiàn)象，在變壓器油的提純、運(yùn)輸、保存及注入變壓器油的時(shí)候，如果方法不得當(dāng)就有可能引起其性質(zhì)發(fā)生變化。例如，在安裝變壓器的時(shí)候，如果附帶了灰塵及水分等雜質(zhì)，在后期運(yùn)行過(guò)程中就會(huì)逐漸出現(xiàn)膠體雜質(zhì)。雖然剛開(kāi)始出現(xiàn)的膠體粒徑比較小，而且擴(kuò)散速度較慢，但是由于其粒子具有一定的活動(dòng)能量、會(huì)自行凝聚，膠體就會(huì)逐漸變大并形成一種粗分散系。其實(shí)膠體本身就處在一種非平衡的不穩(wěn)定狀態(tài)下[1]。

當(dāng)膠體不斷擴(kuò)大最終會(huì)出現(xiàn)沉積現(xiàn)象，但是膠體很容易受到溫度和電壓變化的影響，實(shí)際沉積速度非常慢。由于膠體在凝聚過(guò)程中處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，因此其在不同水平面上凝聚的濃度也不相同，通常認(rèn)為高壓電器設(shè)備底部起絕緣效果的油的濃度會(huì)大于上層絕緣油，所以變壓器油介質(zhì)損耗較大的部分來(lái)自底部的絕緣油，而上層的要小一些。因此，測(cè)定變壓器油介質(zhì)損耗時(shí)要在高壓電器油箱的下方取樣。

2.2 微生物的污染

微生物在自然環(huán)境中是無(wú)處不在的，邊緣汽油的存儲(chǔ)以及制造過(guò)程中也會(huì)接觸到一些微生物，這樣就會(huì)污染變壓器。微生物污染變壓器的途徑有很多，在變壓器油制造過(guò)程中，在生產(chǎn)跟銷(xiāo)售的環(huán)節(jié)中存在庫(kù)存儲(chǔ)存的情況，儲(chǔ)存罐中的有會(huì)通過(guò)罐體上的氣孔與大氣進(jìn)行接觸，這樣空氣中的水分、灰塵、微生物等會(huì)逐漸擴(kuò)散至變壓器油內(nèi)。由于灰塵和微生物的比重大于變壓器油，這些物質(zhì)在變壓器油中最終會(huì)沉積在油管的底部。一些微生物在變壓器有的油水、有機(jī)物、礦物質(zhì)等環(huán)境下會(huì)迅速繁殖，而變壓器油的高溫介質(zhì)損耗對(duì)微生物非常敏感，而變壓器在不同階段的負(fù)荷情況也不相同，運(yùn)行過(guò)程中油溫也會(huì)對(duì)微生物的繁殖速度有一定影響，這就導(dǎo)致變壓器有的高溫介質(zhì)損耗也呈現(xiàn)出不穩(wěn)定的情況。大量實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)油溫高于90 ℃時(shí)，其高溫介質(zhì)損耗的變化很小。雖然變壓器油中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一些微生物，但是變壓器油純凈的品質(zhì)并不適合微生物生長(zhǎng)，只有當(dāng)變壓器中含有水分及雜質(zhì)且在適當(dāng)?shù)臏囟拳h(huán)境下，微生物才會(huì)大量產(chǎn)生。因此，在實(shí)際使用過(guò)程中變壓器油可以通過(guò)真空及提升油溫的方式阻止微生物繁殖。

2.3 大顆粒攜帶電荷對(duì)變壓器介質(zhì)損耗的影響

變壓器油中的雜質(zhì)、導(dǎo)電粒子、膠體雜質(zhì)等會(huì)導(dǎo)致電導(dǎo)，從而影響變壓器油介質(zhì)損耗值的不穩(wěn)定性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們研發(fā)出測(cè)試變壓器油中金屬元素含量的等離子發(fā)射光譜法，通過(guò)高效的吸附劑處理變壓器油的介質(zhì)損耗，如銅、鋁、鐵等金屬離子的含量高會(huì)導(dǎo)致油介質(zhì)損耗增大。大量研究發(fā)現(xiàn)，向變壓器油中添加苯并三唑可以有效降低變壓器油的帶電度，這樣可以有效控制介質(zhì)損耗。

2.4 油—固體絕緣的水平衡交換

充油設(shè)備中常常會(huì)通過(guò)外部的侵入及內(nèi)部自生而產(chǎn)生一些絕緣油和絕緣材料：外部侵入的絕緣材料主要是因?yàn)樵O(shè)備自身的絕緣材料在水分為徹底干燥的情況下，使得設(shè)備在安裝、運(yùn)輸過(guò)程中再次受潮，設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中由于進(jìn)氣系統(tǒng)的呼吸使得潮氣通過(guò)油面進(jìn)入油層；設(shè)備內(nèi)部的絕緣材料在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中由于氧化熱裂解產(chǎn)生了水分，在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程，隨著溫度的升高變壓器油在溶解氧的作用下很快被氧化，產(chǎn)生有機(jī)酸水[2]。

在特定的溫度下，水—纖維、空氣—纖維又會(huì)達(dá)到分布平衡，油中的水分會(huì)在隨著溫度的升高而升高，而紙的水分含量會(huì)隨著溫度的升高而降低，因此在夏季溫度較高的時(shí)候變壓器油的含水量會(huì)相對(duì)較高，而冬季相對(duì)較低，因此變壓器油的高塔介質(zhì)損耗會(huì)因季節(jié)的不同而有所變化。

3 處理措施分析

介質(zhì)損耗嚴(yán)重時(shí)，介質(zhì)損耗系數(shù)變化較快，此時(shí)除了及時(shí)更換設(shè)此類(lèi)徹底的方法以外，還有諸多補(bǔ)救和再生的措施，例如串聯(lián)過(guò)濾法、真空抽濾法、吸附劑吸附法、更換變壓器油、去除老化產(chǎn)物等諸多方式。

3.1 串聯(lián)過(guò)濾法

由于介質(zhì)損的耗程度高，80%是介質(zhì)中微生物、金屬離子、水分或者溶膠雜質(zhì)等含量高。因此，合理的過(guò)濾更夠直接有效的減少介質(zhì)的損耗程度，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常采用的是至少兩種機(jī)器的串聯(lián)過(guò)濾法。具體是，壓板濾油機(jī)和真空濾油機(jī)進(jìn)行串聯(lián)，如果在過(guò)濾后介質(zhì)損耗系數(shù)仍沒(méi)有下降跡象或下降較少，則需要考慮其他方式進(jìn)行再生處理。

3.2 真空抽濾法

真空抽濾機(jī)有時(shí)會(huì)單獨(dú)使用應(yīng)用于以變壓器介質(zhì)的再生，在實(shí)際應(yīng)用中常用于水分含量過(guò)高引起的介質(zhì)耗損過(guò)大，真空抽濾針對(duì)水分原因效果較好。

3.3 吸附劑吸附法

針對(duì)抽濾和吸濾效果不佳的情況，可以采用吸附劑強(qiáng)力吸附，如對(duì)極性物質(zhì)吸附效果很好的三氧化二鋁、801 顆粒吸附劑或細(xì)孔硅膠等，效果都很好。對(duì)于粗孔硅膠，可以采用新型精華材料及設(shè)備。但在使用過(guò)程要注意以下4 個(gè)問(wèn)題：①使用濾油機(jī)的過(guò)程中應(yīng)注意保持加熱狀態(tài)；②要嚴(yán)格控制吸附劑的使用量，不能超限；③處理系統(tǒng)的材料只能是尼龍或聚乙烯；④過(guò)濾終點(diǎn)以濾油檢測(cè)合格為止。

吸附劑更換的最小周期為3 個(gè)月，更換吸附劑時(shí)應(yīng)將變壓器的本體溫度控制在一個(gè)穩(wěn)定的水平，配合吸附罐聯(lián)合開(kāi)展吸附。吸附劑的使用劑量通常為3%～10%。

3.4 更換變壓器油法

更換變壓器油是操作最簡(jiǎn)便、降低介質(zhì)損耗最快的一種方式，但材料成本較高、耗時(shí)較長(zhǎng)，嚴(yán)格把控故障油與新的變壓器油的混合交界，可以規(guī)避不必要的損失，否則污染嚴(yán)重有可能造成變壓器油的大量浪費(fèi)、介質(zhì)損耗系數(shù)反而更大。操作時(shí)，控制好機(jī)芯保持真空狀態(tài)、不進(jìn)空氣，不被空氣污染，通過(guò)少量變壓器油噴淋的方式避免油劣化。具體說(shuō)，噴淋需要真空濾油機(jī)和根淋管的配合，在溫度適宜的情況下進(jìn)行循環(huán)噴淋。所謂溫度適宜，最重要的是進(jìn)、出油口的溫度均在75 ℃以上并保持恒溫狀態(tài)，循環(huán)過(guò)2 次之后及時(shí)對(duì)變壓器油進(jìn)行系數(shù)檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果決定是否進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。

3.5 除去老化產(chǎn)物法

引起介質(zhì)損耗嚴(yán)重的原因有很多，其中運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)導(dǎo)致老化產(chǎn)物增多是重要的一條。對(duì)于這些老化產(chǎn)物，硫酸可以起到一次性的強(qiáng)力除去作用，但除污后的殘余化學(xué)物質(zhì)同樣需要凈化去除。在實(shí)際運(yùn)行中，去酸最常用的是白土，具體包括以下4 個(gè)流程：

（1）沉降。通過(guò)沉降罐中的靜置過(guò)程，將水分和雜質(zhì)分離。

（2）加入硫酸除雜。硫酸除雜的入酸需分至少兩次進(jìn)行，每次間隔0.5 h 除雜質(zhì)，直至酸渣排凈。

（3）白土除酸。材料操作前在100～110 ℃環(huán)境下預(yù)熱，預(yù)熱后的材料入油除酸，當(dāng)材料由白色轉(zhuǎn)為黑色時(shí)此階段結(jié)束。（4）最后將變黑的白土材料過(guò)濾干凈。