变压器油再生系统

1.  简 介

变压器在电力系统中具有举足轻重的作用。而在实际运行中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定整个电力设备的寿命。统计表明，电力设备运行中60%~80%的事故是由绝缘故障导致的。其中，变压器油循环系统在具有电气绝缘及散热功能的同时，也直接影响变压器的安全运行。

在变压器运行过程中，由于受到电场、热场、机械应力、化学腐蚀以及环境条件等的影响，变压器绝缘的品质逐渐劣化（老化），可能导致绝缘系统的破坏。变压器油老化通常表现为油中产生金属氧化、纤维素分解及油中不饱和碳氢类化合物的分解产物，诸如各类有机酸、醛、酮类物质等。当绝缘油的某些绝缘特征量低于规定标准时，就很可能引发变压器故障。为避免该情况发生，各国电力部门均采取定期抽取油样进行预防性试验的方法，并分别检测油样的各项性能指标是否符合相关标准。必要时，必须对变压器进行滤油或换油的处理方法。而更换的旧油则可采用再生方法重新恢复各项性能，并能够显著降低费用。

2. 变压器油品质各项指标

在绝缘油试验项目中，经常进行的电气性能试验主要有电气强度试验与介质损耗因数试验。随着变压器容量及电压等级的升高，变压器油的检测项目也随之增多。例如在超高压油的新油验收时进行的析气性能实验等。110kV及以上电压等级变压器油要求的主要测试项目有：击穿电压、酸值、含水量、介质损耗因数、界面张力、体积电阻率及抗氧化剂含量（对于添加抗氧化剂的变压器油）。此外，对于容量大于100MVA变压器也采用气相色谱法对油中溶解气体进行定性及定量分析。各测试项目的具体内容如下。

击穿电压(kV)

影响绝缘油电气强度的主要因素是油中的水分和杂质。尤其是油中的各类杂质，当它与高含量的溶解水结合时，将大大降低绝缘油的耐压水平。因此，对于电气强度不合格的绝缘油来说，通常经过过滤处理以去除其中所含的水分及杂质后，油的击穿电压就会相应提高。

酸值

变压器油中所含的酸性物质为无机酸和全部有机酸的总和。随着氧化作用加剧油中酸值也相应增高，金属材料受到腐蚀后也加剧了绝缘材料老化，主要表现为纤维素材料的机械强度大为降低。氧化作用的最终产物是形成不可溶的油泥及沉积物，并降低了油的散热能力。

含水量

密封性能不佳的变压器油箱导致空气中的水分侵入变压器油循环系统，此外在缩聚反应过程中也会有水生成。乳化水分及逐渐析出的游离水将大大降低绝缘油的击穿电压及导电性能。若油中水分含量超过规定值，则必须对油进行干燥处理。

介质损耗因数(tgδ)

介质损耗因数是反映油质受到污染或老化的重要电气指标，介质损耗因数随温度变化并对油中可溶性的极性物质、老化产物或中性胶质以及油中微量的金属化合物极为灵敏，甚至采用一般化学方法不能检出的轻微污染也可采用测量其介质损耗因数来监督其变化。因此，测定绝缘油的介质损耗因数，对检测运行油的老化及污染都是十分重要的。

界面张力（油-水界面）

通过测定界面张力可以确定油中是否存在痕量极性物质，变压器油受到极性物质污染后，界面张力显著下降。而运行中的变压器油随着老化产物的不断增加，界面张力会越来越低。

体积电阻率

体积电阻率与油的湿度、杂质含量以及氧化程度有关。体积电阻率与温度成反比。

抗氧化剂含量

变压器中添加的抗氧化剂含量约为绝缘油的0.3%~0.5%以延缓绝缘油的氧化进程。抗氧化剂在变压器运行过程中会不断被消耗。因而，有必要定期测定变压器油中抗氧化剂的实际含量。

通过上述各项测试（其它测试项目如绝缘油比重、外观检测等）可充分了解运行中变压器油循环系统的各项性能。

表1. 运行中变压器油试验项目及极限指标准(IEC422-1983)

注：       O类：420kV以上的电力变压器；

       A类：170~420kV电力变压器和非常重要需连续供电的任何电压等级变压器及类似设备；

       B类：72.5~170kV的电力变压器；

       C类：72.5kV的电力变压器（含油断路器）；

       D类：170kV以上的互感器；

       E类：170kV的互感器；

3. 变压器油处理

若希望能够延长变压器油的使用寿命，必须从最初向变压器注油开始做好绝缘油防护工作（如需避免过高温度、与外界空气接触等）。

变压器在制造、运输、安装和运行过程中不可避免地会产生绝缘缺陷，其中油中含水量的增加会导致固体绝缘受潮并加速绝缘老化（纤维素因水分及氧化作用而分解）。若老化程度并不严重，则可通过“滤油”改善绝缘油品质。

滤 油

滤油的作用是去除或减少劣化油中不必要的悬浮颗粒、水分及气体含量。迈射智能科技生产的FOL系列移动式滤油装置的过滤系统可确保滤除大于3微米（或0.5微米可选）的杂质，同时采用真空干燥分离技术进行绝缘油的干燥及脱气。采用FOL系列滤油装置进行一次滤油可使油含水量降低为原来的1/5、气体含量可降至原有水平的1/10。当过滤后绝缘油的电气性能达标后，就可继续安全使用。

随着油劣化进程加剧，当其酸值接近约0.2 mg KOH/g时，“过滤”方法即不再适用。此时，则可选择油再生方法重新恢复或接近油的原有理化性能。若选择进行油再生处理，首先须对油样进行必要的测试。主要目的是确定油中是否含有多氯联苯(PCBs)成分，以免整套设备在油再生过程中被多氯联苯污染。

油再生

所谓“再生”就是采用化学和物理方法清除油中的溶解及不溶解杂质，重新恢复或接近油原有的性能指标。油再生处理包括滤除油中的杂质、采用吸附材料分离极性物质、真空干燥及脱气等步骤。传统的物理化学再生方法的关键步骤是采用由吸附剂填充的渗滤器，废油连续通过渗滤器与吸附剂接触，反复循环达到再生目的。其中所采用的吸附剂通常为具有较大吸附面积的漂白土（200m2/g）。为获得最佳再生效果，应保证油与吸附剂的接触时间至少为40分钟。按重量计算，吸附剂可再生约10倍重量的绝缘油。若过度使用该吸附剂，则其再生能力及效率均有所下降。此时应停止进油、更换吸附剂，而残留于吸附剂中的剩油重量约为吸附剂重量的60%。

上述的油再生方法已沿用了几十年，而对充满残油的吸附剂常规的处理方法是填埋或送交垃圾焚烧电厂进行焚烧处理。因而在油再生技术方面的基本突破就是采用可循环再生使用的吸附材料，随之也带来了直接在变压器油箱内实现油再生的可能性。

由迈射智能科技开发的BF系列油再生装置采用了先进的吸附剂再生技术，可在“过滤”或“再生”模式下工作，并可根据用户具体的要求定制各种容量的油再生装置，如具有5,000L/h处理能力的BF5000型油再生装置等。

BF 系列变压器油再生装置

BF系列油再生装置用于处理中等老化程度且不含多氯联苯的变压器油。对于严重老化的绝缘油再生时，性能较前者略有下降。整套装置设有两个基本工作模式：

a)  油再生

装置将油泵入后，采用加热器将油加热至再生的最佳温度，过滤器将滤除油中超过5微米的杂质。随后将油注入吸附柱，当油缓慢通过含有吸附剂的平行柱体时将发生一系列物理化学变化。该过程中，油中的劣化产物（如有机酸、脂肪酸酯、醛、酮及一系列不饱和碳氢类化合物等）将被吸附。再将经过精滤器的油喷入真空腔进行真空干燥及脱气处理。整个再生过程根据设备容量及油泵功率不同，大约需要60分钟。

当然，吸附材料不可能无限次地使用下去。当连续使用一定时间（约5~7小时）后，吸附剂即达饱和，因而流出油的颜色也会加深。此时就需要进行吸附剂再生过程。

b)  吸附剂再生

从油再生装置出油口流出再生油的颜色是其酸度的直接体现。而吸附剂再生则可保证再生油的品质。吸附剂的再生过程采用由吹风机送出的热空气对柱体进行干燥，残油则收集在柱体底部的储油罐内。而后柱内发生的热化学反应将持续约4小时，在该过程内吸附剂所吸附的物质将被完全置换。然后采用干燥空气使柱体缓慢冷却，冷却过程另需约8小时。

再生后的吸附剂几乎与新吸附剂具备相同的性能，并且一批吸附剂可反复再生使用约一年时间。客观上讲，吸附剂的使用寿命与其中活性颗粒的老化程度有关。上述一系列复杂的油及吸附剂再生过程可在24小时内完成。从该装置实际运行角度上讲，在每天的油再生后重复一次吸附剂再生过程对设备的运行是有好处的。

若采用直接在变压器油箱内进行油再生的做法，则需要较多体积的油更缓慢地通过吸附柱。同时应在部分吸附剂具备吸附能力时就开始吸附剂再生过程，从而可获得最佳的使用效果。因而整个再生过程也将持续更长时间才可达到满意的结果（通常需要4~6个循环）。

整个油再生及吸附剂再生过程均根据一系列设定的参数值（如油重量、老化程度、连续采集的油样参数、工作模式等）自动进行转换。同时，在整个过程中废油仅占处理油量的1~2%。为便于说明，下面列举了有关标准油再生装置的一些参数。

• BF1000型变压器油再生装置技术指标：

再生能力:  ..........................................................   1,000 ~ 2,500 L/h（可选）；

输入功率: ............................................................   min. 30kW, max. 80 kW；

外形尺寸:  ..........................................................   2100 (宽) x 4500 (长) x 2400 (高) mm；

重       量:  .....................................................   4500 kg；

工作周期: ............................................................   5 - 24 小时油再生；12 小时吸附剂活化；

吸附剂再生次数: .................................................   min. 200次

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