变压器真空干燥方法综述

王增炫

【摘 要】自19世纪末发明变压器以来，随着电力事业的迅速发展，变压器作为一种常见的电力设备广泛运用于工业生产和日常生活中。变压器制造过程中，真空干燥则是一个重要的制造工艺，是在真空状态下，将湿气和空气抽出器身，经干燥后，再进行总装配及注油等工序。通过干燥得到更高的絕缘强度，干燥方法也在不断优化。

【关键词】目的原理;设备;方法种类;干燥节能

中图分类号： TM406;TB4 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）13-0099-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.045

Vacuum Drying Process Summary of Transformer Manufacturing

WANG Zeng-xuan

（Zhongshan ABB Transformer Co.， Ltd.， Zhongshan Guangdong 528449， China）

【Abstract】Since transformer developed in end of 19 century ， transformers are common equipment and  applied in different industry; Vacuum drying is one of important process in manufacturing ， moisture and air are abstracted， then product put into assembly or oil filling process. Drying process improve insulation level， drying methods are gradually optimized.

【Key words】Theory; Equipment; Methods; Energy Saving

变压器主要由铁心、线圈和绝缘材料等构成，在变压器器身装配好后，需对其进行干燥处理，再注入变压器油，这样就能除掉绝缘材料中的水分和气体，还能够把含水量控制在产品质量要求的范围内，增加变压器的绝缘强度和产品使用的寿命。特别注意的是，对高压变压器里面的绝缘材料含水量要控制在0.5%以内。

1 目的及原理

1.1 干燥的目的

（1）干燥的目的就是保证变压器身里面的绝缘材料和纸板的绝缘介电强度，通过干燥提高绝缘材料中的水分扩散系数，保证材料的电气强度和介质损耗。（2）在变压器的设备上，有大部分是绝缘材料，这些绝缘的材料大多是纸包绝缘或层压纸板等材料组成，除了铁心和铜导线，绝缘材料会出现受潮的现象，这现象就会让绝缘材料出现体积膨胀，进而影响产品的尺寸，更严重的时候，绝缘材料里面的水会影响介质的电气强度和影响绝缘油的绝缘质量。

1.2 干燥的原理

对于变压器器身进行加热干燥处理的目的就是要把在绝缘材料里面的水分蒸发出去，并且还要让这些蒸汽不断地进行扩散，让绝缘材料变得干燥起来。要想让绝缘材料里面的水分蒸发掉，就要把绝缘材料和外面空间的水蒸气有一个分压差，绝缘材料的分压差越高，周围的空间压力就会越低，绝缘材料中的水分蒸发的就会越快。所以要想增加绝缘材料的分压差，就要降低绝缘材料周围的一些压力，把里面变成真空的状态，真空度越高，周围的空间压力就越小，这样就能提高绝缘材料的温度和加热程度。

2 真空干燥设备有：真空罐、真空泵和油泵、监控装置、加热器

2.1 关于真空罐的介绍

真空干燥处理的最主要的设备就是真空罐，包括：立式和卧式两种，一般立式的用于大容量高电压要求的真空浸油。这种设备的特点就是：罐体型号较大，方便一些真空变压器的干燥处理，这些立体真空罐的放置位置一般都是立在地上的，方便大型变压器的出入炉，立式真空罐的密封性也是非常好的，适用于一些真空浸油的变压器。

2.2 关于真空泵和油泵的介绍

旋片式的真空泵就是一种容积泵，是由定子和旋片还有转子构成的，这种真空泵主要是通过旋片在泵腔中的连续转动之后把气体吸入并且进行压缩，最后再从排气口进行排出。

油泵则在干燥系统中起到输送变压器油、传送煤油、导热油的作用。

2.3 关于监控装置的介绍

干燥过程中，需要监控相关产品的温度和真空度等数据，且借助这些数据，编制工艺图表。相关仪表、传感器、可调阀门等附近件，借助PLC控制，实现对全过程的跟踪和实时操作。

2.4 加热器的介绍

干燥烘炉需要热源设备， 传统上有电加热器，有多个加热棒组成，功率达到400KW以上。 近年以来，国家提倡节省能源，很多厂家进行升级，比如选用电厂热尾气或热蒸气作为能源动力，结合相关转换设备，达到对真空罐的保温及加热目的，节约能源达30%。

3 主要干燥方法

研究表明变压器中水分主要是以毛细吸附的形式存在，附着在变压器绝缘材料的表面和内部。变压器干燥可以大体分为三个阶段，分别是表面干燥，内部干燥和深层干燥。通常情况下，变压器中水分蒸发的速度与周围介质中的水蒸气压强有关，即相同条件下真空度越大，水分蒸发越快，相同条件下温度越高水分蒸发越快，变压器真空干燥就是在这以原理的指导下进行的。

3.1 传统真空干燥方法

（1）传统的真空干燥方法是在近地表大气压下进行，使用的介质为空气，首先将变压器预热到100℃以上，然后进行抽真空处理。

缺点：大量实践表明，该种方法的主要缺点是导热能力不足，传热速度慢导致处理时间长，干燥不彻底。加热不均容易导致内部温度低，达不到干燥的效果，同时容量大电压高的变压器绝缘层较厚，预热时间通常在100小时以上，效率低。

优点：是设备简单，容易操作。综合来看该种方法工艺较为落后，效率低，不推荐使用。

（2）另一种过去常用的干燥方法是喷油干燥法，该方法通过在变压器上喷洒加热过的变压器油来进行变压器的加熱，然后在真空状态下进行干燥作业。

缺点：不足之处在于喷油操作在变压器内部水分蒸发之前进行，在进入变压器后，变压器油的扩散系数与水相比低得多，在一定程度上影响了绝缘材料中的水分蒸发效率。

优点：该种方法改进之处在于变压器油的加热效率高，同时流动过程中可以加热变压器内部，加热更加均匀，干燥时间相对较短。

3.2 近年成熟的真空干燥方法：

（1）第一种是气相干燥方法。

气相干燥方法是比较流行的工艺，特别是在大型变压器干燥工艺中。他主要是通过加热煤油，以煤油和蒸气为导热体，喷洒在器身中，对变压器身进行快速升温，然后通过多次降压和抽真空过程，达到抽出水分的过程。

气相干燥有四个阶段：第一是准备阶段，把真空罐抽真空;第二阶段是加热阶段，将煤油蒸气输入真空罐，加热器身;第三阶段是低真低阶段，当加热阶段达到一定温度及真空度后，停止输入蒸气，转入到对真空罐抽真空;第四阶段是高真空阶段，进一步提高真空度，让绝缘材料中的水分和蒸气蒸发，抽出，达到干燥的过程。

此方法优点是加热均匀、温度高，干燥效率高;同时有效清理杂质异物，极大提高变压器性能。

（2）第二种是变压发真空干燥方法。

提升温度和抽真空是进行变压器干燥处理的两个基本条件，通过提升绝缘材料的温度提高变压器内部水蒸气的分压强，通过真空操作降低周围介质中水蒸气的分压强，通过多次“变压”阶段，有效调节温度提升和真空度的变化，达到提升干燥效率的目的。

其主要的干燥工艺分析如下：

该方法分四个阶段进行，分别是预热阶段、变压控制、脱水作业和终干。

（1）预热阶段，使用空气作为导热介质，在真空罐引发对流作用之后，加速热交换作用，变压器中铁芯和线圈温度升高较快。

（2）变压控制，，随着温度的升高，线圈的升温速度降低，铁芯的升温速度上升，此过程需要控制内部压强的变化。

（3）脱水阶段，不断抽走变压器中脱出的水蒸气。

（4）终干阶段，变压器内部的水分存留较少，仅靠辐射能就可以满足水分蒸发所需的能量，不断抽真空加大绝缘材料和热空气的水蒸气压强差。

变压法的优点有：投资费用相对少，比气相干燥低30%左右;干燥时间短;安全性高和环境的污染低。

3.3 循环压力法真空干燥

循环压力真空干燥在传统干燥方法的基础上进行改造，传统干燥方法在控制温度和真空度范围内，绝缘材料的水分蒸发和凝结在特殊条件下达到动态平衡，阻碍了后续干燥操作。循环压力干燥法，在适当时候加入加热之后的干燥空气，提高变压器内的空气分子热传导，使得存在于毛细管内的水分子得到足够的能量逸出，并被真空泵抽走，达到干燥的目的。

在真空泵工作一定时间后，再次开启放气罐，补充干燥的热空气，如此往复直至干燥结束。

循环压力法真空干燥工艺设备流程，主要有：真空罐加热装置，通过热辐射的方式加热空气和变压器;真空机组主要设备为真空泵，保持变压器内足够的真空度;冷凝系统，目的是为了将抽出的含有水分的热空气进行冷凝，同时加装一个储水罐，定期将冷凝水放出。

循环压力法的优点是干燥时间短，适（下转第102页）（上接第100页）用于中小型变压器。

结论：总而言之，变压器的真空干燥处理方法就是要把水分转移出去，从而提高产品的相关电气性能。文中所述的变压器真空干燥的办法各有利弊，我们在使用的时候，基于应用场景、生产规模和成本等因素进行选择。随着技术不断的发展和产品结构的变化，包括节能降耗的要求，相关干燥工艺及设备亦会发生变化。

【参考文献】

[1]黄健.浅谈变压器器身变压法真空干燥工艺[J].电工技术：理论与实践，2015（7）：71-71.

[2]白阳.电力变压器变压法真空干燥技术研究[J].科技展望，2016，26（16）.

[3]变压器制造技术丛书编审委员会编.变压器处理工艺.北京：机械工业出版社，1998.4.

[4]Martin J Heathcote著，王晓莺等译，变压器实用技术大全 [M].北京：机械工业出版社，2008.7.

[5]谢毓城.电力变压器手册[M].北京：机械工业出版社，2003.2.