变压器技术问答_10_

变压器技术问答(10) 《变压器》杂志编辑部 4.6变压器油有什么作用?不同牌号的变压器油能 混合使用吗?它有哪些主要指标? (1)变压器油的作用 变压器油具有一定的绝缘强度,在油浸式变压 器中主要当作绝缘介质使用。其主要指标也是围绕 其绝缘性能而制定的。 变压器油的质量热容也较大,所以它也可当作 冷却介质使用。 在有载调压变压器中,有载调压开关内的油有 吸收电弧的能力,所以它也能当作熄弧介质使用。 变压器油在运行中变质时会威胁变压器的正常 运行,因此要在变压器油箱下部装一油样活门,以便 从油样活门中定期放油检验变压器的油质。为保护 变压器油,在变压器上加储油柜以吸收因温度变化 而引起的油体积变化。变压器储油柜内还有防止油 老化用的胶囊,使油不与空气接触。在某些油箱上还 装净油器,内装硅胶或活性氧化铝以吸收运行中油 的水分。密封式变压器已趋于不装净油器。 (2)不同牌号变压器油的使用 变压器油有DB-25和DB-45两种牌号。前者 凝固点为-25℃,也称25号变压器油;后者凝固点 为-45℃,也称45号变压器油,可以用于寒冷地区。 变压器油是从石油中提炼出来的,产地不同的 变压器油一般因油基不同而不能混合使用。各地变 压器油的油基和工艺过程都不一定相同。变压器油 的化学成分为饱和碳氢化合物,其油基有石蜡基、芳 香基、环烷基和混合基等几种。不同油基的油有不同 的老化速度,因此不能混用。混用后的油,老化速度 要加快。同一油基不同油号的油可以混合使用,凝固 点介于原来两种油号之间,粘度要增高,而闪点要降 低,酸值要增高,而油的耐压强度在油使用一阶段后 要降低。不同工艺过程的油混用后会出现绝缘电阻 和吸收比的反常现象。 (3)变压器油的主要指标 a.粘度。粘度是说明变压器油的流动性的指标。 温度越低,粘度越低,流动性越大,变压器的冷却效 果越好。当油老化时,粘度要增加,冷却效果就差。新 油要求在 20℃时运行粘度不大于 30×10-6m20s,恩氏 粘度不大于4.2°E。 b.闪点。变压器油在加热到某一温度时,其蒸气 与空气形成的混合物能着火,这一温度称为闪点。闪 点越高,表明油蒸气挥发越少,油使用起来越安全, 因此要求闪点不低于135℃。如果检验运行中的油 时发现闪点比初始值降低超过 5℃,说明油质劣化。 油由于匝间短路、局部高温引起劣化时,会使闪点急 剧降低。 c.酸、碱含量。变压器油中残留的矿物酸和碱, 油氧化而形成的酸,都可以溶于水。这些溶于水的酸 和碱会促使油迅速老化,腐蚀金属和绝缘材料,降低 电气强度,所以变压器油中不应含有溶于水的酸和 碱。 d.酸价。中和1克油中所含自由酸性化合物所 必需的氢氧化钾的毫克数称为酸价。酸价增大,虽然 其他特性尚未改变,但说明油已处于氧化的初始阶 段。酸价的大小,可以判断油的老化程度。变压器油 的酸价应小于0.014mgKOH0g。 e.机械混合物。变压器油中浮游物、纤维质等称 机械混合物。这些混合物可能造成导电的路径影响 绝缘强度,也可能覆盖绝缘和堵塞油道而影响散热, 所以必须用滤油机等加以净化。 f.水分。油从空气中吸收潮气,使油中有了水 分。水分易和别的元素化合成低分子酸,使耐压水平 降低。 g.油的颜色。变压器油通常是透明亮黄色。运动 后的油由于炭质等的影响,会使油色变暗,甚至呈棕 色。 h.电气绝缘强度。油的电气绝缘强度以击穿油 层所需的电压计量。用于35kV及以上的变压器,油 在电极间试验时的电气强度在 40kV以上;用 于 6kV～35kV变压器,油的电气强度在 30kV以上; 用于6kV以下的变压器,油的电气强度在25kV以 上。 此外,变压器油与裸导线直接接触,会使油加速 老化。因为铜或铝是加速变压器油老化的催化剂,所 第44卷 第10期 2007年10月 TRANSFORMER Vol.44 October No.10 2007 第44卷 以变压器中的裸导线需涂一层绝缘清漆,以避免金 属和油直接接触。 4.7 器身绝缘为什么要真空干燥处理? 因为器身中有大量的绝缘纸板,绝缘纸板在空 气中容易吸潮,如将潮气带入变压器油中,就会影 响变压器油的绝缘强度,因此器身一定要经过干燥 处理。 那么,为什么在干燥时还要抽真空呢?这是因 为干燥时抽真空可加速干燥的过程。水在标准气压 下是100℃变成气,所以不抽真空,一定要加热到 100℃才能达到干燥的目的。如将压力降低到0.5个 大气压,80℃时就变成气;0.4个大气压时,75℃时就 变成气;0.3个大气压时,68℃时就变成气;0.2个大 气压时,60℃时就变成气;0.1个大气压时,45℃时就 变成气;0.006个大气压时,0℃就变成气。因此,器身 放在真空罐内真空干燥,当真空罐温度还没有达到 很高温度时,水已开始蒸发成气而被抽走了,缩短 了干燥时间。 绝缘内含水量(用百分数表示)严重地影响着 介质绝缘强度(闪络电压)、介质损耗和油中的含水 量,从而影响绝缘结构尺寸和运行的寿命。 绝缘纸板的含水量与击穿电压的关系如图 46 所示。可见,只要含水量为1%左右,在不同温度下 闪络电压就很高,其变化也小。 绝缘纸板的含水量与介质损失角的关系如图 47所示。可见,当含水量小于1%时,介质损失角不 但很小,而且趋于平稳。 绝缘纸板的含水量与油的含水量 (用百万分之 一表示)会自动平衡,不同温度有不同的平衡点,它 们之间的关系见图48。纸的含水量为1%时,油的含 水量约为15μL0L(80℃)。这可以认为是变压器绝缘 中含水量的标准值。当纸的含水量为2%时,如果油 的含水量大于30μL0L,承受电压会降低。可以按变 压器电压等级,控制绝缘纸中的含水量。 由此可见,为了取得绝缘纸的较低含水量,只有 从提高干燥温度和真空度着手,这就是要采用真空 干燥的原因。 4.8 变压器干燥有哪些方法? 变压器干燥的目的是除去变压器绝缘材料中的 水分,增加其绝缘电阻,提高其承受电压。在真空罐 中的干燥方法有如下几种。 (1)加热真空干燥法 加热真空干燥法是靠真空罐周围的蒸气或电加 热器,利用空气的对流和辐射来加热变压器的器身, 利用热传导而使器身内部温度上升。当开始抽真空 时,由于水分的蒸发,绝缘内部的温度大幅度下降, 仅靠辐射来补充热量不能维持较高的温度。这样,抽 真空初期绝缘内部温度可能下降到 50℃,以后也很 难达到 110℃～120℃,因而干燥时间很长,现在已较 少采用。 (2)热风真空干燥法 热风真空干燥法是目前常用的方法,是将 105℃～130℃的干燥热空气送入真空罐,用来加热器 身,使器身内部均匀受热,并提高温度,以达到蒸发 水分的目的。 对于大容量变压器,加热和抽真空需反复交替 进行。如先用热风加热 40h,抽真空 10h～15h;再加 热 10h～20h,抽真空 10h～15h,如此反复进行。所反 复的次数决定于电压等级,电压等级越高,反复次数 越多。这是由于超高压变压器绝缘件多,引线包扎 20℃ 50℃ 70℃ 90℃ 60 50 40 30 20 10 0 1 2 3 4 5 6 7 闪 络 电 压 0k V 含水量0% 图46 5mm浸油层压纸板闪络电压与含水量的关系 3 2 1 0 0.25 0.1 0.05 0.01 含水量0% 介 质 损 失 角 δ0 ( ° ) 图47 1.6mm绝缘纸板介质损失角与含水量的关系 20℃ 50℃ 70℃ 80℃ 90℃ 11 9 7 5 3 1 102030405060708090 油中含水量0μL·L-1 纸 中 含 水 量 0% 图48 油与纸含水量的平衡曲线 70 《变压器》杂志编辑部:变压器技术问答(10)第10期 厚,因此油道间隙更小的缘故。 当内部温度升高到一定程度时,水分大量蒸发, 油隙中的湿度较大,继续通热风难以进入器身内部, 绝缘体温度就会显著下降,热风循环加热效果很小。 在此情况下抽真空,降低气压,绝缘件和油隙间的水 分得到了较快的蒸发,就可使绝缘体中的水汽浓度 下降;达到一定程度时,再次进行热风加热,就可保 持变压器内部的温度下降不会太大,且下降后又较 快得到恢复,因而会得到较好的干燥效果。 真空管路系统连接示意图如图49所示。由于真 空罐的真空要求较高(10Pa～133Pa),真空管路中应 选配二级真空泵。这样既可达到真空要求,又可缩短 抽真空时间。一般前级泵宜选取 H-9滑阀式真空 泵,后级宜选ZJ-1200机械增压泵。为保证整个真空 管路系统的密封性,选配各种规格的高真空阀门 (GI、GIQ型)。在抽真空时,为防止潮湿气体进入真 空泵凝结成水,特配制冷凝器,泵前泵后配制水油分 离器。 为保证送入罐中的热空气为干净空气,泵前配 备空气过滤器。 (3)气相真空干燥法 这种干燥法是采用汽化点高于水的有机溶剂作 介质,一般是用某种型号的煤油。煤油蒸气通入真空 罐内,当与变压器器身接触时,凝结成液体,释放出 大量的汽化热来加热器身。气相真空干燥法已在国 内得到广泛应用。 当然还有其他一些方法,但原理与以上三种方 法类似。 长期抽真空,如发现真空度仍低,这主要是抽气 系统不良造成的。泵油过多或过少、泵油氧化或太 脏、机械泵内零件磨损等都是使真空度提不高的原 因。另外,真空系统和罐内密封不严也能产生这种现 象。 在现场如没有真空罐,则可利用变压器油箱进 行真空干燥。如果油箱的强度不够,就不能采用真空 干燥法,通常60kV及以上电压等级的变压器,其油 箱强度可以承受住真空下的机械强度。现场干燥的 加热方法有如下几种。 (1)油箱涡流加热法 油箱涡流加热法是在油箱外表面加石棉等绝热 保温层,再绕上导线通以交流电而加热的方法。由于 交流电的感应作用,使箱壁产生涡流而发热,从而可 使箱内空间的温度升高到 90℃～110℃,达到干燥的 温度。通常电流为150A左右,导线截面为40mm2左 右,电压为400V或220V,缠绕的匝数不宜过多,所 组成的磁化绕组应有调整的匝数。 (2)零序电流加热法 该方法是把变压器自身一侧的三相绕组依次串 联或并联起来,通入电压为220V或400V的单相交 流电,而其余绕组开路的加热方法,如图 50(a)所 示。这样,三相铁心的磁通是同向的零序磁通,在三 柱心式铁心中(只适用于这种铁心)无回路而经油箱 闭合。油箱因涡流发热使保温的箱内空间温度升高, 而铁心中也因涡流而发热,通电的绕组也产生热量, 均起加热作用。 (3)零序短路干燥法 三相绕组变压器可以采用零序短路干燥法。如 Yyd联结的变压器,可在中压加零序电压400V,其 零序电流均为30%In,其结线图如图50(b)所示。这 种方法使热量集中在器身上,温升较快,油箱发热量 小,不需保温,所需功率也小。 (4)直流辅助干燥法 这种方法是为了弥补现场涡流干燥法速度慢、 绕组内外温差大、干燥效果差的缺点。该方法主要 是算出等值电阻R,电流I取变压器额定相电流的 1>3～1>4,则所加直流电压U=IR。 采用以上这些方法时油箱底部温度有时较低, 分离器 分离器 冷凝器 滑阀式真空泵 机械增压泵 空气 过滤器 分离器 冷凝器 空气 过滤器 净油器 机械增压泵滑阀式真空泵 真 空 罐 除 湿 热 风 装 置 图49 热风真空干燥时真空管路系统连接示意图 220V 220V A B CO a b c a b c a b c Am Bm Cm 400VOm (a) (b) 图50 零序电流加热法(a)和零序短路干燥法(b) 71 第44卷 箱底常需辅助加热。 除此之外,小型变压器可以在烘房(100℃)内不 抽真空进行干燥。 (5)带电热油循环法 以上这些方法是在变压器停止运行时进行的, 既影响供电,又需外来热源,很不经济。为补救此缺 点,可采用带电热油循环法。 热油循环的如图51所示。油从变压器下部 经滤油机过滤后,由脱气罐顶部进罐中,经静置、脱 气、抽真空后从罐底部放出,然后由加压泵打入变压 器中。 脱气罐使油扩容静置,气泡溢出,再佐以抽真 空,使油中氧分下降,防止油质劣化。罐内装有两袋 硅胶,以便吸附水分。罐内有并联装置的电阻丝,可 作为辅助调温,但温度的调整主要是利用散热器或 冷却器投运的台数来得到的。油温要低于极限温度 (A级绝缘不超过105℃)。开始温度不宜过高,以防 绝缘电阻降得太低而出现意外。当绝缘电阻上升稳 定后干燥就结束了,此时介质损失角正切值和吸收 比也应在允许范围内。 (6)涡流加热、热风真空干燥 为了提高干燥速度、提高器身温度和油箱内真 空度,大型变压器可以采用涡流加热、热风真空干 燥,如图52所示。 用油箱干燥时,油箱的机械强度会限制 真空度的提高,因此在抽真空过程中,必须 随时检测油箱变形情况,要求油箱局部最大 凹陷尺寸不得超过箱壁厚度的2倍。 油柱保护是按照变压器油箱的真空度 的要求换算成油柱的高度进行保护。电接点 真空保护可采用带电接点真空表进行保护, 当真空度达到允许的极限值时,能发出报警 信号,比较可靠。 在干燥变压器过程中,绕组绝缘电阻是 先下降后上升的。如在 90℃～100℃范围内, 绝缘电阻 12h保持不变,吸收比或极化指 数>1.3;在规定的最高真空度下,绕组温度稳 定在额定值下无凝结水,油的工频耐压不低于 40kV,则可判定变压器干燥完毕。 4.9 变压器套管有什么作用?它有哪几种? 套管的用途是将变压器绕组的出线端引出油箱 外部,以便与线路相连接。套管都用瓷套支撑,瓷套 外表面做成一圈一圈的伞裙,以增大外绝缘沿面爬 电距离。35kV低电压套管内部不另加绝缘或加一些 附加绝缘;Um≥72.5kV的套管常采用油纸电容芯子 作内绝缘,目前已很少采用胶纸电容芯子。因此,套 管可分为复合瓷绝缘式、单体瓷绝缘式、有附加绝缘 式、注油式和电容式几种。 各种变压器套管常采用的型号字母排列顺序如 表20所示。 例:BRDLW-2209600表示变压器用 220kV 600A可装电流互感器的油纸电容耐污式短尾套管。 (1)复合瓷绝缘式套管 复合瓷绝缘式套管(BF型)额定电压为 1kV及 以下,额定电流为300A～3000A。套管由上瓷套和下 瓷套组成绝缘部分。上瓷套作为径向绝缘和空气侧 轴向绝缘,下瓷套作为油侧或空气侧轴向绝缘。导电 杆穿过瓷套的中心,并利用导杆下端焊接的定位件 和上端的螺母将上下瓷套串压在变压器安装孔周围 的箱盖上,如图53(a)所示。 这种套管上部接线头形式有杆式和板式两种; 下部接线头形式有一件软接线片、两件软接线片和 板式三种。 (2)单体瓷绝缘式套管 单体瓷绝缘式套管分导杆式(BD型)和穿缆式 (BDL型)两种,常用于20kV及以下的电压等级中, 穿缆式的结构如图53(b)所示。 单体瓷绝缘只有一个瓷套,瓷套中部有固定台 脱 气 罐 真空泵 加压泵 滤油机 变压器主体 油位计 图51 带电热油循环干燥的流程示意图 汽 水 冷凝器 排水器 接点真空泵 至报警器 变压器 磁化线圈 进气阀 电阻加热器 空气加热罐 排油器 总进汽阀 净化罐 真空泵 进气阀 旁路阀 测 温 元 件 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 图52 变压器涡流加热、热风连续真空干燥示意图 逆止阀 72 《变压器》杂志编辑部:变压器技术问答(10)第10期 以便用压钉卡装在变压器箱盖上。穿缆式瓷套的上 部有一固定槽,而导杆式瓷套的下部有一固定槽, 以便卡入电缆接头的凸台和导电杆下端定位件,使 其不致转动。 (3)有附加绝缘的套管 有附加绝缘的套管就是单体绝缘式套管上增加 了绝缘而形成的。由于单体瓷绝缘套管的径向电场 不均匀,瓷套的介电系数大,而空气或变压器油介 电系数小,电位主要分布在空气或变压器油上。为 了改善电位的分布,需要在导电杆外面套有绝缘管 或在电缆上包以 3mm～4mm厚的绝缘纸以加强绝 缘,以用于35kV和40kV的电压等级中。在40kV 套管下部一个瓷伞至安装固定台之间的瓷套外表 面涂以半导体漆(含有锌粉或铝粉),改善接地处的 电场。 (4)注油式套管 附加绝缘套管是由变压器油和绝缘筒形成内 绝缘。 注油式套管曾用于60kV电压等级的小容量变 压器及高压试验变压器中,常用连通型结构如图53 (c)所示。连通型的结构没有下部瓷套,套管内的油 是从变压器油箱内注入,套管下部比较短。 (5)电容式套管 110kV及以上电压等级的套管如使用注油式套 管,外形尺寸太大,因此需采用由电容分压原理制成 的固体绝缘作主绝缘,即用电容芯子。根据电容芯子 的材质和制造方法,电容式套管分为胶纸式和油纸 式两种。 a.胶纸电容式套管。胶纸电容式套管的结构如图 54(a)所示,其电容芯子由单面胶纸和铝箔加温加压 交错卷制成型,经加热硬化后,外表面进行机械加工 并浸防潮漆。铝箔在胶纸层间每隔1mm～2mm放一 层,形成许多同心圆柱体电容屏,使径向和轴向的电 位分布趋向均匀。电容芯子最里屏为零屏,它与导管 相连成同电位;最外屏为地屏,经接地小套管安装法 兰一起接地。接地套管可供测量套管tanδ的端子。 胶纸电容式套管的机械压紧方式一般是在中部 将锥形环卡入电容芯子的槽内,然后用法兰将锥形 环压紧,而头部用卡紧螺杆夹紧,即分段卡装的方 式。 b.油纸电容式套管。油纸电容式套管的径向尺 寸比胶纸电容式还小,这是因为油中发生电晕的电 压高,因而电容屏间的绝缘厚度可以减薄。但是,油 纸电容式套管要求有非常好的密封性能,且其下部 必须有瓷套,所以套管下部较长。油纸电容芯子由电 缆纸和铝箔加压力交错卷制成型,表面经过机械加 工,然后进行真空干燥和真空浸油。 表20 套管型号字母意义 顺序 字母符号和代表的意义 1 B———“变”压器用 2 F———“复”合瓷绝缘式,D———“单”体瓷绝缘式,J———有附 “加”绝缘的,R———电“容”式 3 Y———注“油”式,L———穿“缆”式,D———“短”尾,长尾不表示 4 L———可装电“流”互感器的 5 W———耐污型,普通不表示,W后数字表示爬电比距 6<7 数字<数字———额定电压,kV<额定电流,A 螺母和衬垫 瓷盖 上瓷套 下瓷套 导杆 接线头 密封垫圈 纸垫圈 电缆 压钉 瓷套 衬垫 电缆接头 放气塞 导杆 引线接头 瓷套 压圈 升高座 绝缘筒均压环 (a) (b) (c) 图53 复合瓷绝缘式套管(a)、单体瓷绝缘穿缆式套管 (b)以及注油式套管(c) 放气塞 储油柜 卡紧螺杆 瓷套 胶纸电容芯 导管 铭牌 接地套管 下瓷套 油纸电容芯 均压球 中间法兰 取油样塞 上瓷套 压钉 安装法兰 压圈 法兰 锥形环 底座 放油塞 螺母 (a) (b) 图 54 分段卡装式胶纸电容式套管(a)及串装式油纸 电容式套管(b) 73 变压器类产品专利(070089～070105) 专 利 信 息 070089油浸式变压器活线油处理系统的安全保护 监视装置 200420118274. 2(赖昭村(赖昭村、赖 志洋) 本实用新型是一种用于油浸式变压器活线油处 理系统的安全保护监视装置,包括:一气泡分离兼油 位监视器、一排气处理设备、一旁通循环管、一电气 式流量计和一变压器、一输送回路及一油处理设备, 该气泡分离兼油位监视器和该旁通循环管并连于变 压器和油处理设备之间,形成一经变压器内的内部 循环回路及另一旁通循环管的外部循环回路,使该 气泡分离兼油位监视器不论在内部循环时或外部循 环时都成为油流必须经过的唯一通路,可以将循环 油流中的气泡分离及排除后,再让无气泡的油料进 入变压器内部,确实保护供电中的变压器仍然可安 全而有效地实施活线油处理作业,不必为了油处理 作业而停电。 070090变压器套管试验装置及其试验方法 200410020904. 7(特变电工沈阳变压器集团有 限公司(赵 静) 本发明涉及一种变压器套管试验装置及其试验 方法。在保证变压器组件(尤指油—六氟化硫套管) 的正常安装情况下,将油—六氟化硫套管顶端与另 一只同电压等级的油—空气套管尾部电连接,两套 管连接处设在均压屏蔽罩,屏蔽罩的外部设有外部 升高座将其套住、密封,用于装油,变压器油—六氟 化硫套管下部安装在高压出线升高座上。本发明的 有益效果是能够使油—六氟化硫套管和变压器同时 进行试验,保证了产品的质量以及使用的安全。 070091变 压 器 过 负 荷 保 护 回 路 200410025368. X(上海乐金广电电子有限公司 (金灿泰) 本发明是关于变压器过负荷保护回路,是一种 利用交流电源的输入能够产生产品所需各种直流电 压的电压产生装置,包括:脉宽调制控制回路,对电 压产生装置的交流电源进行脉宽调制控制;保护回 路,在电压产生装置的输出接线端中,选择作为标准 的输出接线端并与其相连,以此反馈电压产生装置 的输出电压,并向脉宽调制控制回路输出信号;短路 监视回路,与电压产生装置的所有输出接线端连接, 以此监视所有输出接线端的短路现象;衰减装置,当 短路监视回路检测到某一处输出接线端短路时,衰 减反馈标准电压。由于本发明具有防止以及监视变 压器的二次侧过电压发生的功能,从而可以控制稳 定的电源供给,提高了产品的信赖度。 070092一种具有高压计量装置的组合式变压器 200420121861. 7(许继集团有限公司 (李建坤、 高德义、杨国杰、马仪成) 本实用新型公开了一种具有高压计量装置的组 合式变压器,包括变压器主体,变压器具有 A、B、C 三相高压进出线,该高压进出线均使用电缆及电缆 接头,变压器主体内具有电流互感器的电流测量回 路及电压互感器的电压测量回路,所述电压、电流测 量回路是由电流互感器、电压互感器通过电缆线及 电缆连接件安装在变压器的高压进线上而构成。本 实用新型采用电缆及电缆连接件来连接电流互感器 和电压互感器,使高压互感器的一次接线方式与原 变压器的高压进出线相一致,无任何外露的元气件, 从而保留了原变压器高压全绝缘、全封闭的优点,安 全可靠。不需另外再加高压计量装置,降低了制造、 运输、安装费用。 070093电力机车变压器原边一次电流接地保护装 置 200420069456. 5(株洲联诚集团富力实业有 限责任公司(向宏伟) 本实用新型及用于电力机车变压器原边一次电 流接地的保护装置;它是电力机车变压器原边一次 电流回路必不可少的组件。本装置是在现有的接地 油纸电容式套管完全用串压方式,即在头部用 强力弹簧通过导管借底座串压成一个整体。为使套 管上下部的油贯通无阻,安装法兰的内壁与电容芯 子之间需有一定间隙,所以机械强度不如胶纸电容 式好,安装角度不能太大。 油纸电容式套管的局部放电量小,因此要控制 局部放电量的变压器常用选用油纸电容式套管。 (待续) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 第44卷 第10期 2007年10月 TRANSFORMER Vol.44 October No.10 2007