高温下变压器油介质损耗的不稳定原因探析

吴 密

（中国石油大庆石化公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

石油在进行分馏的时候会产生变压器油，变压器油的绝缘性能非常好，理化性能也非常稳定，属于一种矿物油。变压器油其品质非常纯净，结构上属于非极性的分子结构，由于其具有良好的绝缘性能，因此在变压器、电缆、电容器等高压电气设备中起到了很好的作用。变压器油可以填充在电器元件的空隙和气孔中，这样就能有效隔绝空气。此外，变压器油还能对电压器的铁芯、绕组等部位起到很好的冷却作用。而变压器油的高温介质损耗是评价变压器油污染程度时一种非常重要的评价指标。变压器油本身的品质非常纯净，介质损耗比较小，但是在使用过程中如果受到污染出现了劣化现象，其极性杂质以及胶体等含量就会升高，介质损耗也会相应升高。

1 影响因素分析

影响变压器油在高温下介质损耗的因素有很多，如酸性物质、取样位置、油中老化产物、金属离子、微生物污染、变压器结构、仪器属性、溶胶杂质及含水量等。

1.1 酸性物质

介质损耗与介质的pH 值直接相关，在规定的pH 范围内介质不易损耗；酸性物质主要是通过pH 值来影响介质损耗情况的，但是需要注意的是酸值合格的情况下，损耗因数也可能超标。酸性物质包含有机酸和无机酸，只是演变形成的途径不同而已。

1.2 取样位置

介质底部含有大体积胶体含量高，杂质由上至下长时间积淀而成，另外杂质体积过大但沉积速度很慢，即使是在中层的介质也会由于胶体的不稳定性导致周边体系的非平衡不稳定状态，所以取样位置不同介质损耗的检测数值差距也会很大。

1.3 油中老化产物

由于变压器的长期运行，在电场和温度等因素的综合影响下，变压器油会出现老化，并进一步产生酸性物质，从而导致介质的损耗指数增大。

1.4 金属离子

金属离子融入介质中也会增加介质损耗数据，常见的金属离子的来源主要是金属构件和金属导线在经历磨损、烧损和腐蚀过程后离子的脱落。

1.5 微生物污染

微生物自带蛋白质胶体性质，具有分布不均、散落速度慢等特点，同时其自身的带电性也容易导致介质电导过大引起损耗。微生物的生长环境往往是由于安装疏忽或者环境污染所引起的，需要特别注意，有时候运行温度也会影响微生物的生存情况。

1.6 变压器结构

含有净油器的变压器比不含净油器的变压器介质损耗系数明显偏低，更利于介质的稳定性，其降低介质损耗系数的最核心途径是减少介质中水分的含量。

1.7 仪器属性

试验仪器的配型和厂家不同，对设备介质损耗的程度也有明显差异，当然也与人的操作水平有关。

1.8 溶胶杂质

介质中常因为杂质导致胶体析出，体积一般在具有体积小、扩散慢、自带电量的特性，这些特性也是导致分散体系不稳定、容易出现凝结的原因。在引起介质损耗系数增大的因素中，与溶胶直接或间接相关的可以占到70%以上。

1.9 含水量

介质油的特殊性要求介质油高度纯净，如果不小心渗入水分或其他物质势必会对介质特性产生影响，进而引起损耗。不过水分含量低于40 mg/L 时，对介质的损耗可以忽略不计，但如果超过60 mg/L 损耗程度就会非常明显。

2 影响路径分析

2.1 变压器在安装时受到污染

变压器油内出现增液溶胶，是导致变压器油介质损耗不稳定的主要原因。变压器油中的胶体，在受到外界光照、温度变化、电厂及机械力影响时就会出现凝结甚至沉淀现象，在变压器油的提纯、运输、保存及注入变压器油的时候，如果方法不得当就有可能引起其性质发生变化。例如，在安装变压器的时候，如果附带了灰尘及水分等杂质，在后期运行过程中就会逐渐出现胶体杂质。虽然刚开始出现的胶体粒径比较小，而且扩散速度较慢，但是由于其粒子具有一定的活动能量、会自行凝聚，胶体就会逐渐变大并形成一种粗分散系。其实胶体本身就处在一种非平衡的不稳定状态下[1]。

当胶体不断扩大最终会出现沉积现象，但是胶体很容易受到温度和电压变化的影响，实际沉积速度非常慢。由于胶体在凝聚过程中处于不稳定的状态，因此其在不同水平面上凝聚的浓度也不相同，通常认为高压电器设备底部起绝缘效果的油的浓度会大于上层绝缘油，所以变压器油介质损耗较大的部分来自底部的绝缘油，而上层的要小一些。因此，测定变压器油介质损耗时要在高压电器油箱的下方取样。

2.2 微生物的污染

微生物在自然环境中是无处不在的，边缘汽油的存储以及制造过程中也会接触到一些微生物，这样就会污染变压器。微生物污染变压器的途径有很多，在变压器油制造过程中，在生产跟销售的环节中存在库存储存的情况，储存罐中的有会通过罐体上的气孔与大气进行接触，这样空气中的水分、灰尘、微生物等会逐渐扩散至变压器油内。由于灰尘和微生物的比重大于变压器油，这些物质在变压器油中最终会沉积在油管的底部。一些微生物在变压器有的油水、有机物、矿物质等环境下会迅速繁殖，而变压器油的高温介质损耗对微生物非常敏感，而变压器在不同阶段的负荷情况也不相同，运行过程中油温也会对微生物的繁殖速度有一定影响，这就导致变压器有的高温介质损耗也呈现出不稳定的情况。大量实验表明，当油温高于90 ℃时，其高温介质损耗的变化很小。虽然变压器油中不可避免地会出现一些微生物，但是变压器油纯净的品质并不适合微生物生长，只有当变压器中含有水分及杂质且在适当的温度环境下，微生物才会大量产生。因此，在实际使用过程中变压器油可以通过真空及提升油温的方式阻止微生物繁殖。

2.3 大颗粒携带电荷对变压器介质损耗的影响

变压器油中的杂质、导电粒子、胶体杂质等会导致电导，从而影响变压器油介质损耗值的不稳定性。随着科学技术的发展，人们研发出测试变压器油中金属元素含量的等离子发射光谱法，通过高效的吸附剂处理变压器油的介质损耗，如铜、铝、铁等金属离子的含量高会导致油介质损耗增大。大量研究发现，向变压器油中添加苯并三唑可以有效降低变压器油的带电度，这样可以有效控制介质损耗。

2.4 油—固体绝缘的水平衡交换

充油设备中常常会通过外部的侵入及内部自生而产生一些绝缘油和绝缘材料：外部侵入的绝缘材料主要是因为设备自身的绝缘材料在水分为彻底干燥的情况下，使得设备在安装、运输过程中再次受潮，设备在运行过程中由于进气系统的呼吸使得潮气通过油面进入油层；设备内部的绝缘材料在运输的过程中由于氧化热裂解产生了水分，在设备运行过程，随着温度的升高变压器油在溶解氧的作用下很快被氧化，产生有机酸水[2]。

在特定的温度下，水—纤维、空气—纤维又会达到分布平衡，油中的水分会在随着温度的升高而升高，而纸的水分含量会随着温度的升高而降低，因此在夏季温度较高的时候变压器油的含水量会相对较高，而冬季相对较低，因此变压器油的高塔介质损耗会因季节的不同而有所变化。

3 处理措施分析

介质损耗严重时，介质损耗系数变化较快，此时除了及时更换设此类彻底的方法以外，还有诸多补救和再生的措施，例如串联过滤法、真空抽滤法、吸附剂吸附法、更换变压器油、去除老化产物等诸多方式。

3.1 串联过滤法

由于介质损的耗程度高，80%是介质中微生物、金属离子、水分或者溶胶杂质等含量高。因此，合理的过滤更够直接有效的减少介质的损耗程度，在实际应用中经常采用的是至少两种机器的串联过滤法。具体是，压板滤油机和真空滤油机进行串联，如果在过滤后介质损耗系数仍没有下降迹象或下降较少，则需要考虑其他方式进行再生处理。

3.2 真空抽滤法

真空抽滤机有时会单独使用应用于以变压器介质的再生，在实际应用中常用于水分含量过高引起的介质耗损过大，真空抽滤针对水分原因效果较好。

3.3 吸附剂吸附法

针对抽滤和吸滤效果不佳的情况，可以采用吸附剂强力吸附，如对极性物质吸附效果很好的三氧化二铝、801 颗粒吸附剂或细孔硅胶等，效果都很好。对于粗孔硅胶，可以采用新型精华材料及设备。但在使用过程要注意以下4 个问题：①使用滤油机的过程中应注意保持加热状态；②要严格控制吸附剂的使用量，不能超限；③处理系统的材料只能是尼龙或聚乙烯；④过滤终点以滤油检测合格为止。

吸附剂更换的最小周期为3 个月，更换吸附剂时应将变压器的本体温度控制在一个稳定的水平，配合吸附罐联合开展吸附。吸附剂的使用剂量通常为3%～10%。

3.4 更换变压器油法

更换变压器油是操作最简便、降低介质损耗最快的一种方式，但材料成本较高、耗时较长，严格把控故障油与新的变压器油的混合交界，可以规避不必要的损失，否则污染严重有可能造成变压器油的大量浪费、介质损耗系数反而更大。操作时，控制好机芯保持真空状态、不进空气，不被空气污染，通过少量变压器油喷淋的方式避免油劣化。具体说，喷淋需要真空滤油机和根淋管的配合，在温度适宜的情况下进行循环喷淋。所谓温度适宜，最重要的是进、出油口的温度均在75 ℃以上并保持恒温状态，循环过2 次之后及时对变压器油进行系数检测，根据检测结果决定是否进行下一个循环。

3.5 除去老化产物法

引起介质损耗严重的原因有很多，其中运行时间长导致老化产物增多是重要的一条。对于这些老化产物，硫酸可以起到一次性的强力除去作用，但除污后的残余化学物质同样需要净化去除。在实际运行中，去酸最常用的是白土，具体包括以下4 个流程：

（1）沉降。通过沉降罐中的静置过程，将水分和杂质分离。

（2）加入硫酸除杂。硫酸除杂的入酸需分至少两次进行，每次间隔0.5 h 除杂质，直至酸渣排净。

（3）白土除酸。材料操作前在100～110 ℃环境下预热，预热后的材料入油除酸，当材料由白色转为黑色时此阶段结束。（4）最后将变黑的白土材料过滤干净。