、直流高壓發(fā)生器、電纜故障測試儀
、繼電保護測試儀,是一家專業(yè)生產(chǎn)
、研發(fā)
、銷售于一體的電氣試驗設備生產(chǎn)廠家
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一起絕緣油老化導致變壓器絕緣電阻降低案例分析

 
發(fā)布者: 發(fā)布時間:2025-2-5 閱讀:134

在廠內(nèi)例行試驗過程中,一臺500kV變壓器的高壓繞組

、中壓繞組和低壓繞組對地絕緣電阻測試值均與同批次
、同型號變壓器的測試結(jié)果差異較大,不符合國標要求
。特變電工科技投資有限公司、特變電工衡陽變壓器有限公司的陳鈉
、徐浩
、丁嘉樂、賈倩倩
、李璋成
,在2024年第9期《電氣技術(shù)》上撰文從變壓器生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手
,對可能導致變壓器絕緣電阻降低的因素進行排查驗證
,最終確定主要因素為絕緣油老化
。根據(jù)排查結(jié)果進行絕緣油更換后,故障被成功排除


繞組對地絕緣電阻測量是變壓器的例行試驗項目,絕緣電阻的大小直接關(guān)系著變壓器的穩(wěn)定運行和壽命

。由于在變壓器的制造過程中影響繞組絕緣性能的因素較多
,因此繞組對地絕緣電阻偏小的原因往往難以排查并確認,這成為變壓器制造企業(yè)經(jīng)常遇到且較難處理的產(chǎn)品質(zhì)量問題


在某變壓器廠進行廠內(nèi)例行試驗時,一臺500kV變壓器繞組對地絕緣電阻與同批次

、同型號變壓器繞組對地絕緣電阻對比相差較大
,本文從變壓器生產(chǎn)工藝、器身受潮
、絕緣油性能等方面進行排查
,以確認導致此問題的原因并給出解決方法



1  故障變壓器介紹


某變壓器廠家生產(chǎn)的同一批次500kV變壓器共計7臺

,型號為ODFSZ—500000/500,進行廠內(nèi)例行試驗時
,其中一臺變壓器(以下簡稱異常變壓器)的繞組對地絕緣電阻相對于同批次其他變壓器(以下簡稱正常變壓器)的繞組對地絕緣電阻出現(xiàn)大幅度下降


2  導致絕緣電阻降低的可能原因


根據(jù)相關(guān)文獻報道

,可能導致變壓器絕緣電阻下降的原因主要有器身絕緣受潮、油中滋生微生物和油中存在雜質(zhì)(包括金屬或其他非金屬極性物質(zhì))


2.1  器身絕緣受潮


變壓器在生產(chǎn)過程中

,器身絕緣會暴露在大氣中并吸收一定的潮氣
。因水是強極性物質(zhì)
,在電場的作用下會與油中的纖維類物質(zhì)在電極間聚集成橋,增加油的電導
,從而引起變壓器絕緣電阻減小


2.2  絕緣油中滋生微生物


在絕緣油儲存及變壓器制造過程中

,空氣中的水分
、灰塵、微生物會擴散到油中
。這些物質(zhì)的比重較大
,隨著時間的增加及環(huán)境的不斷變化
,這些物質(zhì)會沉積到油罐底部
,形成污水層
,導致球菌、桿菌
、放線菌等微生物在此大量繁殖
。微生物的滋生導致油的介質(zhì)損耗因數(shù)值逐漸上升,當每毫升油中的純菌含量達到約105107個時
,會對油的電氣絕緣性能造成較大影響,且油的電氣性能會隨油中微生物的增長而逐步劣化


當變壓器油中水分足夠(≥140mL/L)且溫度適宜(35~40℃)時

,微生物極易大量繁殖擴散;當油中pH>5或者環(huán)境溫度≥50℃時
,微生物會停止繁殖;當溫度≥85℃時
,大量微生物的蛋白質(zhì)凝固
,在油中不能存活,只有少量的微生物能繼續(xù)存活
;當溫度上升到120℃以上時
,絕緣油中的微生物基本死亡


2.3  變壓器油中存在雜質(zhì)


目前

,國內(nèi)外研究人員普遍認為變壓器絕緣油中雜質(zhì)顆粒的來源包括以下兩方面:一是在變壓器生產(chǎn)、運輸
、檢修過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)
;二是采用活性氧化鋁和硅酸凈化處理變壓器油時
,其中的金屬雜質(zhì)污染油品
。在電場的作用下,變壓器油中雜質(zhì)被極化
,被吸引到電場強度大的地方
,即電極的附近,并按電場線排列
,因此在電極附近形成導電的“小橋”
。當雜質(zhì)較少時
,只能形成斷續(xù)的“小橋”
,絕緣性能下降不明顯;當雜質(zhì)較多時,在兩極之間形成連通的“小橋”,使絕緣油的絕緣性能快速下降。


目前

,變壓器產(chǎn)業(yè)使用的絕緣油為環(huán)烷基油,環(huán)烷基油的溶解性較好
,會使變壓器內(nèi)部的極性材料溶解在變壓器油中
,隨著極性物質(zhì)溶解量的增加,變壓器油的電氣性能會快速下降
。有研究及相關(guān)文獻表明
,油中銅離子含量≥0.1mL/L就會導致變壓器油絕緣電阻明顯下降



3  絕緣電阻降低原因排查


3.1  器身絕緣受潮排查

對異常變壓器生產(chǎn)工藝流程中易造成受潮的工序進行排查

同時,對正常變壓器和異常變壓器使用的絕緣油進行微水含量和耐壓測試


由表1和表2可以看到

,異常變壓器的極化指數(shù)及吸收比均滿足國標要求;根據(jù)表3排查結(jié)果可知
,異常變壓器生產(chǎn)過程符合工藝要求
;根據(jù)表4對比結(jié)果可知,異常變壓器用油中含水量滿足國家標準要求
。綜上所述,可以判斷異常變壓器絕緣電阻大幅度減小并非由器身絕緣受潮導致


3.2  油中微生物排查


該批次同型號變壓器共7臺產(chǎn)品進行試驗

,全部使用中石油潤滑油有限公司生產(chǎn)的25#變壓器油,在產(chǎn)品注油及油處理過程中
,使用的注油設備
、管道全部一致
,且該批次變壓器用油全部經(jīng)過熱油循環(huán)工藝處理
,熱油循環(huán)過程中,油溫≥70℃
,持續(xù)時間48h
,長時間高油溫可殺死油中可能存在的微生物
,因此可以排除因油中微生物含量過高而造成絕緣電阻偏小


3.3  變壓器油中雜質(zhì)排查


經(jīng)排查,該廠廠內(nèi)存有一批用于變壓器出廠試驗的工藝用油

,該批工藝用油在變壓器油系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用
,可能存在老化或摻入金屬雜質(zhì)的情況
。如果變壓器使用該批工藝用油,就可能導致絕緣電阻減小


根據(jù)上述排查結(jié)果

,初步懷疑異常變壓器使用了長期使用的工藝用油,該批工藝用油可能存在金屬雜質(zhì)或絕緣油老化裂解產(chǎn)生了極性小分子的情況
,進而導致變壓器絕緣電阻異常減小
。為了進一步確認原因
,進行相關(guān)測試及試驗驗證



4  油樣測試及試驗驗證


4.1  介質(zhì)損耗因數(shù)及體積電阻率測試


取與異常變壓器所用絕緣油同牌號的未使用油樣(以下稱原油樣)與異常變壓器所用絕緣油(以下稱產(chǎn)品油樣)進行對比測試。


從表5可以看出:相比于原油樣

,產(chǎn)品油樣介質(zhì)損耗因數(shù)及體積電阻率雖仍滿足國標要求
,但其介質(zhì)損耗因數(shù)值大幅度提高,約為原油樣的7倍
,體積電阻率大幅度下降
,比原油樣下降了約65%,說明變壓器油在使用及試驗過程中已劣化或污染


4.2  電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測試


使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(inductively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP- OES)對油中可能存在的金屬元素進行定量檢測,并將原油樣與產(chǎn)品油樣進行對比


從表6數(shù)據(jù)可以看到

,原油樣及產(chǎn)品油樣中均未檢測出金屬元素,因此可以排除由于油中溶解金屬元素導致其絕緣電阻減小


4.3  頻域介電譜測試


使用寬介電頻譜對原油樣和產(chǎn)品油樣在不同頻率

、溫度下的相對介電常數(shù)及介質(zhì)損耗因數(shù)進行檢測對比,測試結(jié)果如圖1所示
。由于變壓器油主要由烷烴
、環(huán)烷烴等中性和弱極性組分構(gòu)成,其分子偶極矩較小
,屬于中性或弱極性液體
,極化能力非常弱,因此在

10-1106Hz范圍內(nèi)

,其相對介電常數(shù)較小
;而在10-210-1Hz頻段內(nèi)
,原油樣和產(chǎn)品油樣開始出現(xiàn)極化現(xiàn)象,根據(jù)不同種類電介質(zhì)極化特性(見表7),判斷油中極化類型為偶極子極化
,即在此低頻段交流電壓作用下
,油中極性電介質(zhì)的偶極子得以充分極化。


隨著變壓器油的不斷老化

,油中的鏈烷烴斷裂
,不斷產(chǎn)生非對稱結(jié)構(gòu)的極性分子
,這類極性分子在低頻電壓下更容易且更充分地被極化
,進而導致絕緣油的相對介電常數(shù)隨之提升。因此
,絕緣油的相對介電常數(shù)越高
,意味著電介質(zhì)在電場作用下的極化能力越強,其中的極性分子含量越多
,老化程度越深


根據(jù)圖1中不同溫度下,原油樣與產(chǎn)品油樣的相對介電常數(shù)隨測試頻率的變化可以看到

,產(chǎn)品油樣比原油樣更早出現(xiàn)相對介電常數(shù)快速變化的現(xiàn)象
,說明產(chǎn)品油樣比原油樣更易被極化,油中極性分子含量更多
,老化程度更深
。此外,電介質(zhì)極化時會產(chǎn)生極化電場
,而極化電場與外加電場方向相反,因此會抵消一部分外加電場的作用
,從而降低電流通過電介質(zhì)的能量損耗
,使絕緣電阻減小。


根據(jù)排查和后續(xù)測試驗證結(jié)果

,可確認本案例中的異常變壓器使用了廠內(nèi)長期使用的工藝用油
,該批工藝用油因老化產(chǎn)生的極性小分子是導致變壓器絕緣電阻異常減小的原因。


5  處理措施


根據(jù)上述結(jié)論

,對異常變壓器使用的絕緣油進行更換
,更換工藝流程如下:


1)準備未使用過的合格絕緣油。


2)異常變壓器充干燥空氣排油


3)用4000m3/h的抽真空機組對變壓器抽真空

,抽真空至30Pa后再持續(xù)抽真空48h
,用以脫出器身絕緣吸收的絕緣油。


4)變壓器充干燥空氣破空,打開變壓器上的人孔蓋板

,操作人員從人孔進入變壓器
,用蘸酒精白布擦拭油箱內(nèi)壁殘油。


5)用油泵將下節(jié)油箱底部殘油抽凈

,并密封油箱
。按原工藝重新抽真空,并注入已準備好的未經(jīng)使用的合格絕緣油


6)按原工藝進行熱油循環(huán)處理

,并靜置48h。


7)復測各繞組絕緣電阻


由表9測試結(jié)果可以看到

,異常變壓器更換絕緣油后,其絕緣電阻恢復正常



6  結(jié)論


本文對同一批次變壓器絕緣電阻進行測量對比,排查生產(chǎn)過程

,并進行試驗驗證
,通過總結(jié)各項試驗數(shù)據(jù)及對各油樣試驗結(jié)果的對比分析,主要得到以下結(jié)論:


1)絕緣油試驗次數(shù)過多

,試驗過程中的高電場強度導致變壓器油老化裂解
,油中產(chǎn)生極性分子,這類極性分子會導致變壓器繞組對地絕緣電阻偏小


2)絕緣油的常規(guī)檢測方法及合格標準

,不能準確反映絕緣油老化程度,可通過增加ICP-OES
、頻域介電譜等檢測方法實現(xiàn)對變壓器油老化程度的進一步判斷


3)將絕緣電阻偏小的變壓器內(nèi)絕緣油更換為新油,并經(jīng)過熱油循環(huán)處理后可使絕緣電阻恢復正常


4)變壓器廠內(nèi)用于出廠試驗用的工藝絕緣油

,應規(guī)定其用于高壓試驗的次數(shù),并定期更換


本工作成果發(fā)表在2024年第9期《電氣技術(shù)》,論文標題為“ 一起絕緣油老化導致變壓器絕緣電阻降低案例分析 ”
,作者為陳鈉
、徐浩、丁嘉樂
、賈倩倩
、李璋成

 

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