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【技術解析】--油浸式電力變壓器安全運行與維護

【技術解析】--油浸式電力變壓器安全運行與維護

一、引言

隨著我國經濟的快速發展,供電建設出現了爆發性增長,裝機容量每年超過15%的增長速度。同時多年來我國油浸式變壓器在運行時也發生了多起燃燒和爆炸事故,造成了對人員和設備威脅,給社會經濟帶來嚴重損失。特別35kV以下油浸式變壓器在中、小企業發揮著重要的作用,其構造簡單,運行可靠性較高,在額定條件下帶額定負荷可連續運行20~25年。為了社會經驗發展提升更好的服務,保障變壓器的安全運行,下面談談如何做好日常性的油浸式變壓器維護和檢修工作,確保正常供電。

 

二、變壓器運行中的檢查

變壓器的運行情況,可通過儀表,保護裝置及各種指示信號等設備來反映,對儀表不能反映的問題,需值班人員去觀察、監聽,及時發現,如運行環境的變化、變壓器聲音的異常等等。經常有人值班的,每天至少檢查一次,每星期進行一次夜間巡視檢查。無固定值班人員的至少每兩個月檢查一次。在有特殊情況或氣溫急變時,要增加檢查次數或進行即時檢查。油浸式變壓器是電力系統中輸配電力的主要設備。

1.監視儀表

變壓器控制盤的儀表,如電流表、電壓表、功率表等應1-2h抄表一次,畫出日負荷曲線。在過負載下運行時,應每0.5h抄表一次,表計不在控制室時,每班至少記錄兩次。

2.監視變壓器電源電壓

電源電壓的變化范圍應在士5%額定電壓以內。如電壓長期過高或過低,應通過調整變壓器的分接開關,使二次電壓趨于正常。

3.測量三相電流是否平衡

對于變壓器三相負荷,線電流不應超過低壓側額定電流的25%,超過時應調節每相負荷,盡量使各相負荷趨于平衡。

4.變壓器的允許溫度和溫升

(1)允許溫度

變壓器在運行時,要產生銅損和鐵損,使線圈和鐵芯發熱。變壓器的允許溫度是由變壓器所使用絕緣材料的耐熱強度決定的。油浸式電力變壓器的絕緣屬于A級,絕緣是浸漬處理過的有機材料,如紙、木材和棉紗等,其允許溫度是105℃。變壓器溫度最高的部件是線圈,其次是鐵芯,變壓器油溫最低。線圈匝間的絕緣是電纜紙,而能測量的是線圈的平均溫度,故運行時線圈的溫度應≤95℃。

為了監視變壓器運行時各部件的溫度,規定以變壓器上層油溫來確定變壓器允許溫度,為了防止油質劣化及變壓器油不過快氧化,油浸式變壓器頂層油溫一般規定值如表1所示。

電力變壓器的運行溫度直接影響到變壓器的輸出容量和使用壽命。溫度長時間超過允許值,則變壓器絕緣容易損壞,使用壽命降低。變壓器的使用年限的減少一般可按“八度規則”計算,即溫度升高8℃,使用年限減少1/2。試驗表明:如果變壓器繞組最熱點的溫度一直維持在95℃,則變壓器可連續運行20年。若繞組溫度升高到105℃,則使用壽命降低到7.5年,若繞組溫度升高到120℃,使用壽命降低到2.3年,可見變壓器使用壽命年限主要決定于繞組的運行溫度。

   變壓器繞組溫度與負載大小及環境溫度有關。變壓器溫度與環境溫度的差值叫變壓器的溫升。對A級絕緣的變壓器,當環境溫度為40℃(環境最高溫度)時,國家標準規定繞組的溫升為65℃,上層油溫的允許溫升為45℃,只要上層油溫及溫升不超過規定值,就能保證變壓器在規定的使用年限內安全運行。

   允許溫度=允許溫升+40℃,當環境溫度>40℃,散熱困難,不允許變壓器滿負荷運行。當環境溫度<40℃時,盡管有利散熱,但線圈的散熱能力受結構參數限制,無法提高,故不允許超負荷運行。如當環境溫度為零度以下時,讓變壓器過負荷運行,而上層油溫維持在90℃以下,未超過允許值95℃,但由于線圈散熱能力無法提高,結果線圈溫度升高,發熱,超過了允許值。

   例如,一臺油浸自冷式變壓器,當環境溫度為32℃時,其上層油溫為60℃,未超過95℃,上層油的溫升為60℃-32℃=28℃,<允許溫升45℃,變壓器可正常運行。若環境溫度為44℃,上層油溫為99℃,雖然上層油的溫升為99℃-44℃=55℃,沒超過溫升限定值,但上層油溫卻超過了允許值,故不允許運行。若環境溫度為一20℃時,上層油溫為45℃,雖<95℃,但上層油的溫升增為45℃一(—20)℃=65℃,已超過溫升限定值,也不允許運行。

   因此,只有上層油溫及溫升值均不超過允許值,才能保證變壓器安全運行。

   5.變壓器油的運行

   檢查油枕和充油套管內油面的高度,密封處有無滲漏油現象。油標指示一般應在1/4~3/4處。油面過高,一般是由于冷卻裝置運行不正;蜃儔浩鲀炔抗收系人斐傻挠蜏剡^高引起的。油面過低,應檢查變壓器各密封處是否有嚴重漏油現象,放油閥是否關緊。油標管內的油色應是透明微帶黃色,如呈紅棕色,可能是油位計臟污造成的,也可能是變壓器油運行時間過長,油溫高,使油質變壞引起。

   我國常用的變壓器油有國產I-10℃(老標準25#)、I-40℃(老標準45#)兩種。在油浸式變壓器中,變壓器油既是絕緣介質,又作為冷卻介質。因此,變壓器油質量的優劣直接影響到變壓器的運行質量。新的和運行中的變壓器油都需要做試驗,以保證變壓器安全可靠運行。

  (1)油的試驗

   ①耐壓試驗。測量油的介質強度,它是指試油器兩電極間油層擊穿時電壓表所顯示的最小值。擊穿電壓的高低說明油中水、雜質的含量。一般要求介質強度愈高愈好。

   ②介質損耗試驗。在外加電壓作用下測量絕緣介質中功率損耗的數值,它反映出油質的好壞及凈化程度,一般要求介質損失角正切值在20℃時≤0.5%。

   ③簡化試驗。為了掌握變壓器油運行的情況,一般僅作如下簡化試驗項目:酸價試驗KOH新油的標準≤0.05mg/g,運行中的油應≤0.4mg/g。耐壓試驗同前述。閃點試驗一般在130~140℃。游離碳,機械混合物,最好沒有新油的酸堿度pH值一般為5.4~5.6。

   (2)油在運行中的要求

   對電壓在35kV以下的變壓器每兩年至少取樣作一次簡化試驗,對電壓在35kV以上的變壓器,每年至少作一次簡化試驗。在兩次簡化試驗之間作一次耐壓試驗。當變壓器經受短路故障后,或出現異常情況時,應根據油樣進行分析。通過簡化試驗后,若不符合上述標準時,則說明油已變質,應及時處理,使其恢復到標準值如發現油受潮,應進行干燥,如油已老化,應進行凈化和再生一般可用過濾法,澄清法,干燥后將油與水分、雜質分離,或者使用化學處理法,除去油的酸堿,然后再過濾、干燥,使油再生,恢復其原有的良好性能。

   (3)油質量簡易鑒別

   ①油的顏色。新油一般為淺黃色,氧化后顏色變深。運行中油的顏色迅速變暗,表明油質變壞。

   ②透明度。新油在玻璃瓶中是透明的,并帶有紫色的熒光,否則,說明有機械雜質和游離碳。

   ③氣味。變壓器油應沒有氣味,或帶一點煤油味,如有別的氣味,說明油質變壞。如燒焦味說明油干燥時過熱;酸味則說明油嚴重老化;乙炔味則說明油內產生過電弧。其他味可能是隨容器產生的。

  (4)補油和取油樣

  補油:

   ①新補入的油應經試驗合格。35kV變壓器應補入相同牌號的油,l0kV及以下的變壓器可補入不同牌號的油(應作混合油耐壓試驗)。

   ②補油后要檢查氣體繼電器,并及時放出氣體,24h后無問題,再將重氣體保護接入掉閘位置。

   ③不準從變壓器底部油閥處補油,以防止底部污穢物質進入變壓器內。

   取油樣:

   ①從變壓器中取油樣應在天氣干燥時進行。

   ②取油樣時,先從變壓器底部閥門處放掉底部積存的污油,然后用干凈布將油閥擦凈,再放少許油沖洗油閥,將油樣放入洗凈的毛玻璃瓶中。此過程,應防止灰塵、水分等浸入油中。裝油后將瓶口塞緊,用火漆或石蠟加封。

   ③簡化試驗取油0.9kg,耐壓試驗取油約0.45kg。啟瓶時,室溫應接近油樣溫度,以防油樣受潮,每次取油試驗結果,應與上次取樣試驗結果作比較,以掌握油質性能的變化和趨勢。

   6.檢查變壓器響聲

   變壓器正常運行時,一般有均勻的嗡嗡聲,這是由于交變磁通引起鐵芯振顫而發出的聲音。如果運行中有其他聲音,則屬于聲音異常。

   7.檢查絕緣套管  檢查絕緣套管是否清潔,有無破損裂紋及放電燒傷痕跡。

   8.檢查一、二次母線

   母線接頭應接觸良好,不過熱,如貼有示溫蠟片的,應檢查蠟片是否熔化。

   9.檢查干燥劑

   送電前和運行中的變壓器,應檢查吸濕器中的硅膠,如硅膠已由淺藍色變成粉紅色,則說明硅膠已飽和吸濕,已失去作用應及時換用干燥的硅膠,或對受潮硅膠進行還原處理后再用。

   當吸濕器下部變壓器油的酸值KOH的含量達到。0.1~0.15mg/g,而且酸值不再降低時,應更換干燥劑。更換方法:旋下法蘭盤上的螺釘,將吸濕器及儲油柜相連的呼吸器管脫開,再旋松內部螺母,卸下蓋板,即可倒出或裝入干燥劑。新裝或更換硅膠的質量一般為變壓器油質量的0.8%~0.9%;硅膠粒度為3~7mm,<LMM的應篩去。

   受潮變色后的硅膠可以再生。方法是:將回收的受潮硅膠,置于電熱爐或熱風爐內焙烘,溫度115~120℃,加熱15~20h。待全部硅膠呈現藍色時,即可再次使用。硅膠每再生一次,其吸濕力將有所降低。

   10.檢查壓力釋放閥或防爆管及氣體繼電器

   釋放閥或防爆管的防爆膜應完整無裂紋,無存油。氣體繼電器無動作。

   11.檢查接地、保護設備及變壓器室

   外殼接地及保護設備應良好。變壓器室門窗是否完整,通風是否良好。對于變壓器應有計劃地進行停電清掃瓷套管及有關附屬設備,檢查母線的接線端子等連接點接觸情況,搖測繞組的絕緣電阻及接地電阻。

 

三、油浸式電力變壓器發生火災的原因

   1.變壓器線圈絕緣損壞發生短路。變壓器線圈的紙質和棉紗絕緣材料,如果經常受到過負荷發熱或絕緣油酸化腐蝕等作用,將會發生老化變質,損壞絕緣,引起匝間、層間短路,使電流急增造成線圈發熱燃燒。同時,絕緣油因熱分解,產生可燃氣體,與空氣混合達到一定的比例,形成爆炸性混合物,當遇到火花時就會發生燃燒或爆炸。變壓器線圈短路也可能由于制造質量不好,絕緣損壞引起。也可能在檢修過程中,碰動高低壓線圈引線和銅片時,使其與箱壁相碰或接近,造成絕緣間距太小而形成接地或相間短路,使高低壓線圈起火。

   2.接觸不良。在線圈與線圈間、線圈端部與分接頭間、分接頭轉換開關觸點接觸部分等,如果接觸不良,連接不好,都可能由于接觸電阻過大造成局部高溫,引起油燃燒,甚至爆炸。

   3.鐵芯過熱。變壓器鐵芯硅鋼片間絕緣損壞、夾緊螺栓絕緣損壞、鐵芯硅鋼片固定不緊密等,會使變壓器運行中鐵芯發熱過大,造成起火,并使絕緣油分解燃燒。

   4.油中電弧閃絡。變壓器線圈之間、與油箱壁之間由于損壞而放電產生電弧閃絡;雷擊過電壓擊穿等引起電弧閃絡,使油發生燃燒。變壓器漏油,使油箱中的油面降低而減弱油流的散熱作用,也會使變壓器的絕緣材料過熱和燃燒。

   5.變壓器引起爆炸主要因為變壓器油為可燃液體,當變壓器內部出現嚴重過載、短路、絕緣損壞等故障時,絕緣油受到高溫或電弧作用下,迅速使變壓器油分解氣化、閃燃并著火(變壓器油閃點為140℃,燃點為165~180℃左右,自燃點為332℃),受熱分解產生大量烴類混合氣體,使變壓器內部的壓力急劇上升,然后導致變壓器油箱的結構破壞爆裂。

   因為乙炔和氫氣超標后與空氣混合形成爆炸性氣體,遇高溫可以發生爆炸,變壓器油是變壓器火災爆炸事故的根源。

   6.外部線路短路。由于外力損壞或自然災害,如砍樹或大風刮倒樹木倒在線路上引起短路或斷線接地;風箏落在導線上,引起短路;變壓器高低壓套管上爬上鼠類、鳥類等小動物造成短路;高低壓保護在故障時拒動,不能切斷電路等都可能造成變壓器起火。

 

四、油浸式變壓器運行中防火防爆措施及預防

   如果變壓器內部發生過載或短路,絕緣材料或絕緣油就會因高溫或電火花作用而分解,膨脹以至氣化,使變壓器內部壓力急劇增加,可能引起變壓器外殼爆炸,大量絕緣油噴出燃燒,油流又會進一步擴大火災危險。所以我們總結出幾點防火防爆措施供用戶參考:

   1.防止變壓器過載運行。如果長期過載運行,會引起線圈發熱,使絕緣逐漸老化,造成匣間短路、相間短路或對地短路及油的分解。

   2.保證絕緣油質量。變壓器絕緣油在貯存、運輸或運行維護中,若油質量差或雜質、水分過多,會降低絕緣強度。當絕緣強度降低到一定值時,變壓器就會短路而引起電火花、電弧或出現危險溫度。因此,運行中變壓器應定期化驗油質,不合格的油應及時更換。

   3.防止變壓器鐵芯絕緣老化損壞。鐵芯絕緣老化或夾緊螺栓套管損壞,會使鐵芯產生很大的渦流,引起鐵芯長期發熱造成絕緣老化。

   4.防止檢修不慎破壞絕緣。變壓器檢修吊芯時,應注意保護線圈或絕緣套管,如果發現有擦破損傷,應及時處理。

   5.保證導線接觸良好。線圈內部接頭接觸不良,線圈之間的連接點、引至高、低壓側套管的接點、以及分接開關上各支點接觸不良,會產生局部過熱,破壞絕緣,發生短路或斷路。此時所產生的高溫電弧會使絕緣油分解,產生大量氣體,變壓器內壓力加。當壓力超過瓦斯斷電器保護定值而不跳閘時,會發生爆炸。

   6.防止電擊。電力變壓器的電源一般通過架空線而來,而架空線很容易遭受雷擊,變壓器會因擊穿絕緣而燒毀。

   7.短路保護要可靠。變壓器線圈或負載發生短路,變壓器將承受相當大的短路電流,如果保護系統失靈或保護定值過大,就有可能燒毀變壓器。為此,必須安裝可靠的短路保護裝置。

   8.保持良好的接地。對于采用保護接零的低壓系統,變壓器低壓側中性點要直接接地當三相負載不平衡時,零線上會出現電流。當這一電流過大而接觸電阻又較大時,接地點就會出現高溫,引燃周圍的可燃物質。

   9.防止超溫。變壓器運行時應監視溫度的變化。如果變壓器線圈導線是A級絕緣,其絕緣體以紙和棉紗為主,溫度的高低對絕緣和使用壽命的影響很大,可根據變壓器絕緣老化“八度法則”計算。所以一定要保持良好的通風和冷卻,必要時可采取強制通風,以達到降低變壓器溫升的目的。

 

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