【原创】变压器油失效分析

变压器是典型的“电磁互感”元件,亦即是一个互感式电量变换器。它可以把某一电压的交流电能转变为同一频率的另一电压的交流电能,同时也变换着电流和阻抗。工作过程中虽有一些功率损耗,但总体能量是守恒的。所以称之为变压器,是因为它在电路中主要作用是改变电压。

作为大型变压器来说,常见还是油浸式的,因此根据过往统计的失效变压器,失效表现在如下方面:

而其中油箱和油的部分,水分是关键影响因素,另外在户外放置的油箱也会意外吸引冷血动物的靠近,比如蛇类,所以在设计时除了考虑人员接近隔离,还要考虑如何防范野生动物的接近。

温度对油品的影响往往是间接的,比如绝缘纸的耐温能力会低于油品的耐温性能。当绝缘纸老化后,大量劣化产生的糠醛会进入油品,绝缘失效带来的局部击穿也是缩短油品寿命的一个因素。

既然高温是变压器失效的一个重要因素,那高温又由什么引起的,这也是业内比较关注的方面:

这些过热造成的温升是油品老化的加速剂,有台架测试表明,变压器油在50℃油温的氧化时间是75℃的10倍以上。

除了高温的影响外,低温也是需要考虑的,由于变压器一般都安装在户外,当环境温度下降到20℃以下时,需要保证油品不会凝固,另外关于低温密度,我们希望万一系统中混入水分后会在低温下结冰,冰块最好是沉在油箱底部方便排出。

水分和热对纤维素产生的复合降解,在20℃时水在变压器油中溶解度范围:(30-80)x10-6

由于存在绝缘纸,当油品中从空气中吸收水分时,水分会首先被绝缘纸吸附。即便是经过真空脱水处理的变压器,油品中水分降低时,水分会从绝缘纸中释放出来,这就解释了为什么系统经过长时间的脱水,系统中仍然会水分超标,这会给我们日常维护工作造成困惑。不断的去检查是否哪里存在与外界接触的泄漏点。

例子:一台600MV.A发电机变压器有10吨纤维绝缘纸,如果按纸的饱和水平中值2%含水量计算(可达5%以上),绝缘材料中的含水量将是200L,由此可以解释为什么现场油循环和干燥变压器油的工作进展非常缓慢并且繁重。

另外水分也是缩短绝缘纸寿命的主因,因此我们需要将水分控制在80℃时,油中含水量为(30-40)x10 -6

最后我们来谈谈空气对油品的影响,主要是其中的氧气,对油品的劣化起主导作用,比如油品中不饱和的双键氧化后,产生醛类、酮类不溶物,作为油泥的主体成分,影响的副作用很多,如散热、加速劣化、吸附磨损颗粒等等。另外氧在油中的溶解度(16%)远高于氮在油中的溶解度(7%)

油和氧气的降解是形成油泥的原因。过氧化物,有机酸,醇,醛,酮,清漆和芳香族化合物是污泥的早期前体。如果这些材料侵蚀纸,铁和铜之类的变压器零件,则会形成一种半固态材料,称为油泥。

既然油泥有这么多危害,如果有方法可以抑制其产生是比较好的手段。但是我们发现全世界范围内也分了几种不同的观点,由于英国是最早建立变压器油标准的,而且能轻松获得较好的环烷基基础油来满足其国内使用,因此,英国标准不建议采用含抗氧化剂的变压器油。

2、要尽可能保证变压器油在运行中抗氧化剂消耗之后,油不会马上严重地劣化。

英国的观点中包含了对供应商以次充好的担忧,假如供应商用劣质基础油添加较多抗氧剂来达到检测标准,会影响后续变压器的安全稳定运行。

美国及大多数欧洲国家标准:可以采用含抗氧化剂的变压器油抗氧化油适用于油的运行温度高于平均油温度的场合,例如热带地区。

而中国的标准结合了英国和欧美的标准,毕竟对于维度跨度较大的国家,同时作为发展中的国家来说很难按一个标准来执行。

在变压器油在线过滤和离线过滤中,我们还需要注意特殊的情况,比如静电积聚的问题:

这也是由于变压器油的特殊性决定的,作为绝缘材料,电荷是不容易被释放的和传导的。当变压器油快速从滤芯处流动时,这给摩擦带电提供机会,当电荷积累到一定电压时,会在局部出现放电现象,瞬间电压可能达到1万伏,虽然放电时间很短,但是对油品影响较大,造成油品提前老化。

变压器油作为特殊润滑剂来说,其润滑性不是主要考察的指标,实际运行中,需要定期监测其中气体含量、水分含量及击穿电压等,温度、水分及空气是其失效的主要诱因,需要我们对此积累经验和认识,以便找到更优的解决方案。

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