变压器油的运行维护

杨 虹

摘要 变压器油具有绝缘、散热、冷却、灭弧等多方面的功能作用,同时具有化学、物理、电气等多方面的基础特性,运行中受高备、运行条件等多种因素影响,使其性能发生变化。本文针对以上问题,对变压器油的运行如何进行维护进行了阐述。

关键词 变压器;功能特性;防劣措施

中图分类号 TM411 文献标识码 A 文章编号 1674-6708(2009)07-0071-03

0 引言

变压器是指用于压器、电抗器、互感器、套管、油断路器等输变电设备的矿物型绝缘油。运行中变压器油质量的好坏直按关系到充油设备的安全运行和使用寿命,乃至影响到整个电力系统的安全运行和经济效益。虽然油质的老化是不可避免的,但是加强对油质的监督和维护,采取合理而有效的防劣措施,是能够延缓油的老化进程,延长油的使用寿命和保证设备的建康运行。

1 变压器油的性能及变质

为了更好地发挥变压器油的绝缘、散热,灭弧等多方面的功能作用,变压器油必须具备良好的化学、物理、电气等方面基本特性,主要性能指标达到我国变压器油标准(GB2536和SH0040)。

1.1 化学性能

1.1.1 酸值

酸值是变压器油制造、使用中的一项重要指标,要求总的酸值含量必须很低,以减少电导和对金属的腐蚀,并使绝缘系统的寿命达到最长,即变压器油中酸值的大小从一定程度上反映了油的精制深度和氧化程度。一般要求新油酸值不大于0.03mgH/g。酸值也是判断使用中的油品能否继续使用的一项重要指标。

1.1.2 腐蚀性硫

硫可以以稳定而有益的化合物形式存在于油中而起天然抗氧剂作用,也可以以不安定的化合物和游离态的形式存在于油中。后两者硫的存在会促使有害皂类的形成和油的酸反应以及金属的腐蚀,因此,变压器油在精加工过程中不允许含有腐蚀性硫。

1.1.3 氧化安定性

变压器油在一定的条件下,抵抗氧化作用的能力称氧化安定性。在长期的使用过程中,变压器油不可避免地会与氧接角,而发生氧化反应过程,同时在运行温度下,因受电场、电弧、溶解在油中的水分及各种金属材料和金属化合物等杂质的崔化作用而加速其氧化、裂解等化学反应而不断变质,生成过氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化产物,再经过缩合反应而生成油泥等不溶物,这些氧化物将对变压造成致至命的影响。

2.2 主要物理性能

2.2.1 粘度

粘度是油流动阻力的度量标准。变压器油的功能之一就是填充于绝缘材料的缝隙之间,通过自身或强制循环进行传导散热,所以变压器油的粘度应该较低,不应过高,以免影响变压器油的有效流动和传热。一般要求在40℃条件下运动粘度不大于12mm2/s。

2.2.2 密度

密度是单位体积油品的质量,一般为0.8~0.9g/cm3。密度影响变压器油热传导率,在含水量较多而又处于寒冷气候条件下,必须确保用油设备中的水结成的冰不会漂浮在油面上引起油面上方的放电。

2.2.3 闪点

闪点是变压器油的一项安全指标,是指当油品加热到有足够的油气产生,并在其上处加一个火焰,使油一气在一瞬间就着火的最低温度。为保证充油设备的安全运行,IEC60296标准要求闪点不低于130℃,变压器油闪点高于此值就足以保证安全,因为变压器油运行中温度一般不超过100℃。闪点还是检验变压器油在储存和使用过程中有无污染,是否混油的参考依据。

2.2.4色度

色度是表征变压器油精制深度最直观的指标。但对于变压器油来说,色度并非越小越好,对其来说要求的是适度精制,精制深度过深或过线对油品的使用存在不利影响,在运行中,色度变化却可反映出油品的变质程度,因此对色度的检测可以表明油品是否有变质。

2.3 电气性能

2.3.1 绝缘强度

绝缘强度或击穿电压,是衡量变压器油在电气设备内部受电压的能力而不被破坏的尺度,是检验变压器油性能好坏的主要手段之一,影响变压器油绝缘强度的主要因素有水分、杂质等。干燥清洁的油品具有相当高的绝缘强度,当油中含有游离水、溶解水、固体污染物时,由于这些杂质本身具有比油本身大的电导率和介电常数,它们在电场作用下会形成导电桥路。从而降低的击穿电压。应该说绝缘强度试验可以判断油中是否存在有水份,杂质和导电微粒,但它不能判断油品是否存在酸性物质和油泥。

2.3.2 在电场作用下产生气体的倾向(析气性)

变压器是由石油精炼而成的一种精加工产品,其主要组成成份为碳氛化合物,即烃类,它包括烷烃、环烷氛和芳香烃。变压器油在受到电场的作用下,部分烃分子会发生裂解而产生气体,这部分气体以微小的气泡从油中释放出来,如果小气泡量增多,它们会相互连接而形成大气泡。由于气体与油之间的电导率有很大差异,在高电场的作用下,油中会产生气隙放电现象,而有可能导致绝缘破坏,这种现象在超高压设备中显得优为突出,为克服这种倾向,对用于超高压设备的油品,要求具有吸气性能,而芳香烃具有吸气性能,当其达到一定值时,表现为吸气性能,我国要求超高压油的析气性不大于+5。

2.3.3 体积电阻率

体积电阻率可以判断变压器油的老化程度与污染程度。变压器油精制程度越深,绝缘性能越好,体积电阻率就越高。影响体积电阻率的因素很多,油中的水份、污染杂质和酸性产物均可影响电阻率的降低;温度对体积电阻率的影响也很大,当温度升高时,形成电质漏导的离子数及离子移动的速度增大,体积电阻率也随之下降。

3 变压器油的运行维护

3.1 运行中设备的取样

常规分析试验取样。对于变压器、油开关或其它充油电气设备,应从下部阀门处取样。取样前油阀门需先用干净的棉布擦净,再放油冲洗干净阀门、管路然后取样。

对有特殊要求的项目,应按有关试验方法进行取样。

3.2 变压器油劣化的因素

3.2.1 设备条件

变压器设备设计制造时采用小间隔,运行中易出现热点,不仅使固体绝缘材料老化,也加速油的老化。也就是说热量或者温度是一种主要的增加油的反应加速剂,而油与氧的化学反应的速度取决于变压器运行时的工作温度(即油温)。一般温度从60~70℃起,每增加10℃油氧化速度约增加1倍。另外,水份也是油氧化的主要崔化剂,由于设备的严密性不够,水分可以通过大气中的湿气从设备外部侵入油中,同时纤维素所吸附的水分而浸入油中,或是纤维素的老化而形成的水分,会促进油的老化,所选用固体绝缘材料不当,与油的相容性不好,也会促进油的老化,所以,设备设计和选用绝缘材料都对油的使用寿命有影响。

3.2.2 运行条件

变压器、电流器等充油电气设备如在正常规定条件下运行,一般油品都应具有一定的氧化安定性,但当设备超负荷运行或出现局部过热、油温增高时,油的老化则相应加速。当环境温度较高时,若不能及时调整通风和降温措施,将影响设备固、液体绝缘,缩短设备的使用寿命。

3.2.3 污染问题

新油注入设备时,都要通过真空的精密过滤、脱气、脱水和除去杂质,但当清洁干燥的油注入设备后,此时,油的特性与新油有所差异,主要表现为物理的和电气性能的变化,如有的油在注入设备前各项性能指标均很好,但注入设备后介质损耗因数有时会增大,甚至超过运行中规定的2%的最低极限值,这主要是由于污染而造成的,其原因包括:由于设备加工过程环境不清洁,微小杂质颗粒附在变压器线圈和铁芯上,注油后浸入油中;由于某些有机绝缘材料溶解于油中,导致油的下降。

3.3 变压器油劣化的危害性

充油电气设备投入运行后,变压器油在运行过程中,油因受氧气、温度、电场、电弧及水分、杂质和金属催化剂等的作用,发生氧化、裂解等化学反应,会不断变质,生成大量的过氧化物及醇、醛、酮、酸等氧化产物,再经过缩合反应而生成油泥等不溶物。

油在劣化早期,一旦氧化开始,就很难抑制,各种影响因素互相影响,促进氧化反应,生成了系列的过氧化物,直至油值变坏。开始氧化时,变压器内纤维素(纸)材料很容易与过氧化物反应,生成氧化纤维素,造成绝缘材料的脆化、机械强度差,经受不住电压波所产生的冲击,随着油品氧化程度的加深,油中含有各种酸及酸性物质,它们会提高油品的导电性,降低油的绝缘性能,并随着温度升高,促使固体纤维质绝缘材料的老化,尤其油中含有较多量的低分子或水溶性酸,又有水时就会降低设备绝缘水平,缩短设备的使用寿命。同时,油中的酸性物质使设备构件中所使用的铜、铁、铝等金属材料腐蚀,产生的金属盐又加速了油的氧化过程,使油产生更多的酸,对油的老化过程产生叠加效应。油质深度劣化的最终产物是油泥,它是一种树脂状的部分导电物质,能适度溶于油中并最终从油中沉淀出来,粘附在绝缘材料、变压器的壳体边缘的壁上、沉积于循环油道、冷却散热片等地方,不仅加速固体绝缘的老化,导致绝缘收缩,使变压器丧失其吸收冲击负荷的能力,严重影响散热、线圈局部过热,工作温度升高,降低变压器的额定出力等。

3.4 运行中变压器油的评定

运行中变压器油的维护,首先应对设备中的油质情况有一基本的评估,并根据评估制定对变压器油的维护措施。

3.5 变压器油的维护

3.5.1 油的相溶性(混油)

1)电气设备充油不足需要补充油时,最好补加同牌号的油,补加油品的各项特性指标不低于设备内的油。当补充的油量小于5%时,一般不会出现问题,如果新油补入量较多,特别是将较多的新油补充到严重老化至接近运行油质量标准下限的油中时,可能导致油泥析出,影响油的散热和绝缘性能,因此,混油前必须进行混油试验,确实无油泥析出且各项指标合格方可混油。,以保证其运行特性基本不变。

2)原则上不同牌号的油不宜混合使用,必须混用时只有在通过混油试验后方可混合使用。这是由于不同牌号的油其特性并不完全相同,适用范围也不同,例如在低凝点油中混入高凝点的油,就会导致混合油的凝点发生变化,影响设备在寒冷地区的正常使用;如果将含有不同添加剂的油混合使用,就可能由于发生化学变化而产生杂质,威胁设备的安全运行。在特殊条件下,如必须将不同牌号的新油混合使用时,应按混合油的实测凝点决定是否可混合使用,如需在运行油中混入不同牌号的新油或已使用过的油,除事先测定混合油凝点外,还应通过油泥析出试验,合格后方可混油。

3)不同厂家生产的变压器必须经过混油试验合格后,方可混合使用。

4)进口油品、来源不明的油与运行油混合使用时,由于油的组成所含添加剂的类型并不完全相同,在混油时应特别慎重。当必须混用时,应预先进行参加混合的各种油及混合后的油样按DL429.6方法进行老化试验,当混合油的质量不低于原运行油时,方可混合使用;若相混的都是新油,其混合油的质量不低于,其中最差的一种油,并需按实测凝点决定是否可以混用。

3.5.2 运行油防劣化措施

1)油中添加T501抗氧化剂,T501具有高度的抗氧化性能,能延缓油的氧化,油中加入抗氧化剂后,能有效地改善油的氧化稳定性降低油氧化形成的酸性产物、沉淀物的含量,并抑制低分子有机酸的生成。

2)安装油保护装置(包括呼吸器与密封式储油柜),以防止水分、氧气和其它杂质侵入,使变压器油不受潮和延缓油氧化的早期发生,延长绝缓材料的使用寿命。

3)安装油连续再生装置即净油器,既能有效防止外界水分侵入,又能清除油中存在的水分,游离碳和其它老化产物。

为增进油防劣措施的效果,应注意对几种防劣措施的配合使用和加强有关监督维护工作。对大容量或重要的电力变压器,必要时可采用两种以上防劣措施的配合使用,以发挥它们的协同作用,促进防劣效果;在运行维护上,应避免足以引起油质劣化的运行方式(超负荷、超温运行)和采取防止油质劣化的因素(如降低运行油的温度,定期清除油中气体、水分、油泥与杂质等)。另外,还要做好设备检修时的加油,补油和内部清洗工作等。

4 结论

运行中变压器油的好坏,直接关系到变压器的正常运行。变压器是电网中的重要设备,变压器能否正常运行关系到电网的安全,因此,搞好变压器的运行维护工作,是提高电网安全运行的重要保障。

PNAS:发现储存“时间记忆”的脑部细胞

据国外媒体报道,美国麻省理工大学的神经学家通过实验发现人类大脑中储存“时间记忆”的神经元细胞。

数十年来,神经学科的科学家在理论上推测人类的大脑中有一部分细胞可以在大脑中为我们日常发生的事件打上“时间标签”,这样我们可以及时回想起过去所发生事情的时间。但是,在科学界一直没有找到可以让人信服的证据证明这部分帮助我们记忆事件发生时间的脑细胞的存在。

近日,麻省理工大学的安-格雷布耶尔(Ann Graybiel)教授和他的研究小组发现,在灵长类动物的大脑中有一类神经元细胞可以将时间信息精确的编译储存。安-格雷布耶尔说:“我们的大脑对所有事情都加上时间的标签,这样就使得我们回忆事情显得非常简单。我们回忆事情的时候首先通过过滤这些时间标签,然后通过时间标签将相关的事情从记忆中提取出来。”这种准确的时间记忆对于开车或弹钢琴等日常活动以及对于我们回忆往事极为重要。这个发现发表在新一期的美国《国家科学院院刊》(PNAS)上。这项研究成果可用于治疗帕金森综合征等导致记忆力丧失疾病的治疗上。

安-格雷布耶尔的实验小组首先训练两只猕猴按照规定完成一个简单的眼部运动实验。当接到“开始”的命令后,两只猕猴按照自己的速度去完成眼部运动实验的过程。研究小组用相应的仪器同步记录两只猕猴大脑中数百个神经元细胞的电信号。同时,实验小组用相关的仪器同步记录两只猕猴大脑中数百个神经元细胞的电信号,并由日本脑部研究所的直孝藤井(NaotakaFujii)和宾夕法尼亚州立大学的金德哲(DezheJin)领导的研究小组用数学的方法来分析这些电信号。

经分析后发现,当猕猴接到“开始”的实验命令后,猕猴脑部的神经元细胞总是在特定的时间内由脑部发出,比如说:在猕猴接到“开始”实验命令后的100ms、110ms或者150ms时等等。安-格雷布耶尔说:“这些实验数据的分析表明,我们已经找到了一直在寻找而没有发现的猕猴大脑内储存时间记忆的脑部细胞。”

这些储存时间记忆的神经元细胞位于脑部前额叶皮层和纹状体区域,这些区域同时也是人类大脑掌控学习、运动和思维的重要区域。安-格雷布耶尔表示,尽管这次实验主要集中在研究猕猴脑部前额叶皮层和纹状体区域,但是脑部其他的区域肯定也存在这些可以储存时间记忆的神经元细胞。

对于这次研究结果的应用,安-格雷布耶尔表示,这次研究的结果可以帮助帕金森综合症患者康复。帕金森综合症的患者正是由于脑部时间记忆功能受损,在寻找和传输时间记忆时总是比正常人要慢。因此帕金森综合症患者不能像正常人一样按照正确的时间规律来完成日常行动。根据这次实验的结果,在为帕金森综合症患者治疗时,可以通过轻轻拍打等外部刺激帮助患者脑部加速寻找关于时间的记忆,这样患者讲话时会显得更加清楚一些。另外,医生还可以通过神经元修复装置或者神经元修复药物(这些药物中含有神经元细胞所需的多巴胺和羟色胺等)来帮助帕金森综合症患者恢复。

在下一步的研究中,安-格雷布耶尔将集中研究脑部是怎样制造这些含有“时间记忆标签”的神经元细胞的,并研究这些时间记忆细胞是如何控制人们的行为和学习活动的。还有一个重要的研究问题是,脑部究竟为何对于不同环境下对时间的感受并不相同。安-格雷布耶尔说:“我们有时候会感觉时间过的很快,有时候却感觉时间过的很慢,所有这些都将可以用带有时间记忆的神经元细胞来解释说明原因所在。”

美国匹兹堡大学的神经生物学教授彼得-施特瑞克(Peter Strick)对这次实验结果给予高度的评价,施特瑞克认为这次实验结果是对脑部如何记录和表述时间概念的一次全新阐释。施特瑞克说:“对于光线、声音、触觉、冷热感知、嗅觉等,我们人体有特定的感觉接受器,但是对于时间我们并没有特定的感觉接受器,对于时间的感知和储存是由大脑自己形成并运行的。