表1 變壓器油的油質(zhì)分級
| 等 級 | 油 質(zhì) | 顏 色 | 酸 度 | 界面張力
/mN•m-1 | 對變壓器的影響程度 |
| 1 | 良好 | 淺黃 | 0.03～0.10 | 30～45 | 可提供有效的冷卻，保護絕緣 |
| 2 | 較好 | 黃色 | 0.05～0.10 | 27～30 | 油的氧化物引起界面張力下降，油泥開始形成 |
| 3 | 合格 | 亮黃 | 0.11～0.15 | 24～27 | 脂肪酸覆蓋繞組，絕緣中可能有污物排入油中 |
| 4 | 不良 | 琥珀色 | 0.16～0.40 | 18～24 | 鐵心和繞組上開始有油泥沉積， 散熱片內(nèi)表面會首先沉積油泥 |
| 5 | 很壞 | 褐色 | 0.41～0.65 | 14～18 | 沉積的油泥不斷氧化和硬化，絕緣發(fā)生收縮 |
| 6 | 極壞 | 深褐色 | 0.66～1.50 | 9～14 | 油泥隔絕冷卻表面，堵塞油道 |
| 7 | 故障 | 黑色 | ≥1.51 | 6～9 | 大量油泥形成 |
由表1可知，第1等級的油具有各種優(yōu)良指標；第2、3等級的油是在“預(yù)防維護”范圍內(nèi)，屬于較好等級的油。這種油雖然所有功能仍能維持，但當(dāng)其界面張力降到27.0mN/m時，標志著溶解狀態(tài)的油泥已開始形成，建議這時應(yīng)對變壓器進行檢修；后3級油為“故障維護”階段的油，要求馬上維護處理；幾乎所有油質(zhì)為“壞油”級變壓器的內(nèi)部零件上都有油泥沉積。油的等級到達“故障”級，此時要考慮的應(yīng)是變壓器的剩余壽命而不僅僅
是油質(zhì)狀況了。
1.2 油質(zhì)劣化的原因
?。?） 運行條件的影響。變壓器在正常條件下運行時，油具有一定的氧化安定性，但當(dāng)變壓器超負荷運行或因局部過熱而導(dǎo)致油溫升高時，油的老化會加速，油的質(zhì)量會變差。
?。?） 設(shè)備條件的影響。當(dāng)變壓器的密封性不好時，漏氣、漏水會加速油的氧化和老化；呼吸器內(nèi)的干燥劑失效沒有及時處理或凈油器（熱虹吸器）內(nèi)的吸附劑失效后未能及時更換等都會促使油氧化變質(zhì)；絕緣材料與油的相容性不好，也會促進油的老化。
（3） 油污染的影響。容器內(nèi)表面不清潔造成的污染較為常見，而混油時處理不當(dāng)也可造成污染。
?。?） 油中酸和水的影響。① 酸。變壓器油的酸值（或中和值）達到0.10mgKOH/g就已經(jīng)明顯地損害了變壓器的纖維質(zhì)（紙），變壓器油酸值的升高是緩慢、恒穩(wěn)和持續(xù)的，并且與油的全面降解密切相關(guān)，當(dāng)酸值達到0.2～0.5mgKOH/g以后，油和絕緣材料的降解過程加速并伴隨著油泥的生成，變壓器層壓紙板在250倍電子顯微鏡下的照片見圖1。② 水。油和纖維素在其自身降解和化學(xué)反應(yīng)中都要產(chǎn)生水，這些水反過來又進一步加速油
和纖維素降解，從外部侵入變壓器的水將使問題更加嚴重。20℃時紙對水的親和力比變壓器油高3000倍，許多時候變壓器內(nèi)的絕緣紙含水很高，而油卻是干燥的，水參與紙絕緣的化學(xué)分解、水還有形成減弱紙絕緣強度的作用，當(dāng)含水量為干燥紙的3%時，纖維素實際上已經(jīng)開始在變壓器油中松散飄逸。
圖1 變壓器層壓紙板在250倍電子顯微鏡下的照片
（a）酸值為0.05；（b）酸值為0.10；（c）酸值為0.20；（d）酸值為0.30
1.3 試驗診斷及其對策
運行經(jīng)驗表明，對油進行周期性測試（1年1次），是可以促進油質(zhì)經(jīng)常處于“良好”狀態(tài)的有效措施，尤其對于已經(jīng)進行過處理的油而言則更是如此。對變壓器油的診斷及對策見表2。
表2 運行中變壓器油的診斷及對策［１］
| 項 目 | 超標數(shù)據(jù) | 診 斷 | 對 策 |
| 閃 點 | 比新油標準低5℃
比前次試驗低5℃ | 設(shè)備存在局部過熱或放電故障；補錯了油 | 查明原因消除故障，進行真空脫氣處理或換油 |
| 擊穿電壓/kV | 500kV設(shè)備：≤50
300kV設(shè)備：≤45
66～220kV設(shè)備：≤35
20～35kV設(shè)備：≤30 | 油中水分含量過大；油中有雜質(zhì)顆粒污染 | 查明原因，進行真空濾油或更換新油 |
| 界面張力/mN•m-1 | <19 | 油質(zhì)老化嚴重，油中有可溶性酸或沉淀性油泥析出；油質(zhì)污染 | 結(jié)合酸值、油泥的測定采取對策，進行再生處理或更換新油 |
| 介質(zhì)損耗因數(shù)（90℃） | 500kV設(shè)備：>0.02
300kV以下設(shè)備：>0.04 | 油質(zhì)老化程度較深；油被污染；油中含有極性雜質(zhì) | 檢查酸值、水分、界面張力、進行再生處理，或更換新油 |
| 體積電阻率（90℃）/Ω·m | <（1010～1011） | 油質(zhì)老化程度較深；油被污染；油中含有極性雜質(zhì) | 應(yīng)查明原因，對少數(shù)設(shè)備可換油 |
| 油泥與沉淀物 | 有油泥和沉淀物存在（質(zhì)量在0.02%以下可忽略不計） | 油質(zhì)老化；雜質(zhì)污染 | 進行油處理；如經(jīng)濟合理可換油 |
2 變壓器油的維護
根據(jù)對變壓器油進行試驗診斷的結(jié)果，運行人員應(yīng)對變壓器油進行維護，以使變壓器在“無油泥范圍”內(nèi)運行，從而防止在變壓器油中形成氧化產(chǎn)物而縮短變壓器的壽命。
2.1 維護措施
運行現(xiàn)場常用的維護措施主要是：
?。?） 加強對油的監(jiān)督，采取合理對策，避免或減緩油的劣化。
?。?） 采用正確的方法對已劣化或不合格的油經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚ê偕蛊浠謴?fù)到原有性能。
2.2 處理對策
?。?） 凈化。油凈化是變壓器有效的防護性措施，通過凈化可提高油的擊穿電壓水平。
?。?） 再生。變壓器的全部油量通過濾油機重復(fù)循環(huán)獲得再生，與此同時，他還能*地“沖洗”變壓器，比換油的效果更好。
（3） 去油泥。去油泥是早期的現(xiàn)場處理，應(yīng)當(dāng)在油泥硬化之前進行。
?。?） 干燥。一般采用傳統(tǒng)工藝，即在現(xiàn)場加熱析出水分，需要的時間較長。
2.3 維護措施分析
變壓器油和纖維質(zhì)絕緣材料正像其他有機材料一樣，在運行中受到水分、氧氣、熱量以及銅和鐵等制造材料催化作用影響，發(fā)生化學(xué)變化，這個過程稱為“老化”。zui終的結(jié)果是限制了變壓器的使用壽命。盡管制造廠在設(shè)計制造中采用了使設(shè)備密封防止空氣進入等方法以改善油質(zhì)，但是油和紙絕緣的劣化仍可能發(fā)生。
其實，變壓器油的再生和油泥去除早在35年以前就已經(jīng)在美國和其他國家得以應(yīng)用，且用硅藻土進行油再生的方法已經(jīng)被IEC 422標準所采納和推薦。油凈化和再生的工藝圖見圖2。
圖2 油凈化和再生工藝圖
（a）油凈化工藝；（b）油再生工藝
（1） 油凈化處理。油凈化處理就是將油過濾除去顆粒懸浮物、氧化物等。通過高真空處理以除去水分、潮氣和空氣是有效的防護措施。這是國內(nèi)變壓器制造廠、變壓器安裝公司和電力公司正常使用的方法，通過凈化處理，可將油的擊穿電壓提高到要求水平，以保證油和變壓器絕緣處于良好的狀態(tài)。
?。?） 油再生處理。預(yù)防性維護是充油設(shè)備的保養(yǎng)方法，其zui大的好處就是既可延長變壓器的使用壽命，又可延長變壓器油的使用壽命。當(dāng)變壓器油還沒有劣化到只能靠檢修才能完*其中油泥問題的程度時，對油進行再生處理是zui可取的中間措施。再生處理是讓油在變壓器和濾油設(shè)備之間閉路循環(huán)，使變壓器油在60～70℃ 的油溫下重復(fù)循環(huán)8～10次，變壓器油的質(zhì)量將可滿足IEC和國標要求，但必須根據(jù)油的試驗確定。十分重要的是，對變壓器中的油進行再生熱循環(huán)處理,不僅可將油恢復(fù)到類似或超出新油標準的狀態(tài)，而且通過熱油循環(huán)，還可使沉積在變壓器內(nèi)部的油老化生成物溶解于熱油中，變壓器油通過再生設(shè)備可除去油中的酸、水分及油降解的其他生成物，即他對變壓器可起到一次*“沖洗”作用。如果單純用干凈油更換變壓器內(nèi)嚴重劣化的油（臟油），變壓器zui終還是一臺臟的變壓器，變壓器油還會很快劣化。變壓器絕緣系統(tǒng)采用油再生、去油泥、換新油等方法后的預(yù)期壽命趨勢圖見圖3。
圖3 變壓器絕緣系統(tǒng)預(yù)期壽命趨勢圖
1-新油；2-換油以后；3-油再生以后；4-去油泥以后
3 變壓器油的再生處理
3.1 優(yōu)點
?。?） 保護環(huán)境，防止污染（濾油設(shè)備應(yīng)具備此功能）。吸附劑再活化工藝不必對大量用過的飽和的油再生材料進行處理，從而省去了代價高昂的廢料處理工藝，避免了廢棄舊油和吸附劑對環(huán)境的污染。
（2） 保護資源，節(jié)省費用。變壓器油再生可以節(jié)省資金，IEEE變壓器委員會堅持認為，推廣油再生所獲得的zui大好處在于用適當(dāng)?shù)脑偕痛娲罅績r格昂貴、通常在運行中需要加以維護和補充的新油。
（3） 延長變壓器的使用壽命。通過在現(xiàn)場進行變壓器油再生循環(huán)處理，可大大提高變壓器的絕緣電阻，降低變壓器的本體介損，從而提高變壓器安全運行的可靠性及其使用壽命。目前，110kV及以下的變壓器可以帶電進行油再生處理。
3.2 經(jīng)濟合理性
一般來說,變壓器油再生的費用低于重新充注新油的費用。但是，在確定是否采用油再生處理時，應(yīng)在經(jīng)濟上證明是合理的。
IEEE提出，在證明變壓器油再生處理的經(jīng)濟合理性時要考慮下列因素：① 材料費用； ② 在運行中對老化和/或受污染材料的處置；③ 依zui終產(chǎn)品質(zhì)量而異的過程的總費用；④ 設(shè)備維護和折舊；⑤ 油的收集和貯存費用；⑥ 勞務(wù)和運輸費用；⑦ 試驗室費用。
重要的是，油再生處理不僅僅只是將油恢復(fù)到“類似新的”狀態(tài)，他還具有使變壓器復(fù)原的功用，這一點正日益被人們所認識。
3.3 油再生處理設(shè)備
油再生處理設(shè)備是將一種或幾種再生方法組合成為一套移動式、車載或固定系統(tǒng)，包括油泵和其所需的儀表。車載系統(tǒng)可以到變壓器的現(xiàn)場進行油處理--重整或再生。在現(xiàn)場，利用車載再生系統(tǒng)可以使劣化油恢復(fù)到新油標準。
3.4 油再生處理的過程
油再生處理的過程是使嚴重劣化的變壓器油簡單地通過諸如白土吸附劑床，以除去油中大部分的裂解產(chǎn)物，將油加工（加入足夠的抗氧化劑）恢復(fù)到像新油一樣運行特性的過程。
就地再生處理,就是用泵將油從變壓器底部抽出，經(jīng)過加熱，然后通過諸如白土吸附劑床進行過濾、脫氣和脫水后再從上部返回到變壓器。該過程是連續(xù)進行的，當(dāng)油達到規(guī)定的指標時，結(jié)束處理過程。
經(jīng)過正確再生處理過的油，其各項化學(xué)和物理指標幾乎可以達到新油的標準，甚至可把他當(dāng)作新油看待。
4 變壓器油的再生實例
4.1 大亞灣核電站2號500 kV主變壓器
對大亞灣核電站2號500 kV主變壓器的現(xiàn)場油再生處理，在18天內(nèi)完成了235t不合格變壓器油的再生處理，并*達到新油標準。表3為變壓器油再生后的實測數(shù)據(jù)。
表3 大亞灣核電站2號主變壓器油再生前、后的實測數(shù)據(jù)
| 項 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃 點
/℃ | 水溶性酸
（pH值） | 界面張力
/mN•m-1 | 微 水
/μL·L-1 | 介損（90℃）
/% | 擊穿電壓
/kV |
再生前
再生后 | 清
清 | 棕紅
黃色 | 145
145 | 5.2
6.01 | 28.3
44.7 | 9
2.8 | 7.5
0.465 | 59.2
84 |
| 結(jié) 論 | 再生前，油的擊穿電壓、水溶性酸、界面張力等指標偏低，介損超出運行油標準。經(jīng)再生處理后，各項指標明顯提高，均達到新油標準 |
4.2 珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號110kV主變壓器
對珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號110kV主變壓器在現(xiàn)場帶電情況下進行油再生處理, 解決器身受潮的問題,油處理結(jié)果見表4。油再生處理后*,且絕緣電阻明顯升高，本體介損可降至1.0%。
4.3 清遠電力局百佳變電站2號220kV主變壓器
1999年3月,對清遠電力局百佳變電站2號220kV主變壓器在現(xiàn)場進行不帶電油再生處理，處理結(jié)果見表5。
5 油再生處理應(yīng)注意的問題
?。?） 應(yīng)注意以下3種來源的變壓器油不能用再生的方法進行處理：① 含有阿斯卡列多氯聯(lián)苯電解液體的油； ② 含有微量硅油的油；③ 含有大量懸浮炭的故障變壓器的油。他們通常應(yīng)當(dāng)單獨處理。
表4 珠海新堂變電站1號主變壓器油再生處理結(jié)果
| 項 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃點（閉口）
/℃ | 界面張力
/mN•m-1 | 微 水
/μL·L-1 | 介損（90℃）
/% | 擊穿電壓
/kV | 體積電阻率（90℃）
/Ω·m |
再生前
再生后 | 清
清 | 淺黃
淺黃 | 135
159 | 29.4
49.9 | 10.8
6.1 | 6.28
0.014 | 34.6
76.8 | 7.2×109 20×1012 |
| 結(jié) 論 | 再生前，油的閃點、界面張力將近臨界值，介損、擊穿電壓超出運行油標準。再生處理后，本體介損各項標準達到并優(yōu)于新油標準，本體介質(zhì)損耗因數(shù)降至1.0% |
表5 清遠電力局百佳變電站2號主變壓器油再生處理結(jié)果
| 項 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃點（閉口）
/℃ | 界面張力
/mN•m-1 | 微 水
/μL·L-1 | 介損（90℃）
/% | 擊穿電壓/kV | 體積電阻率（90℃）/Ω·m |
再生前
再生后 | 清
清 | 淡黃
淡黃 | 159
162.8 | 38.8
46.7 | 39
5 | 5.43
0.033 | 44.9
82.2 | 6.21×109
1.2×1012 |
| 結(jié) 論 | 再生前，油微水、擊穿電壓將近臨界值，介損超出運行油標準。經(jīng)再生處理后，各項指標明顯提高，均達到新油標準 |
（2） 油再生過程中值得注意的2個問題：① 有時剛經(jīng)過再生處理的油，其所有的試驗指標（包括酸值在內(nèi)）都符合標準要求，但使用不久后，酸值又很快地增高。其原因可能是一些溶于油的氧化物在再生處理過程中尚未被*清除干凈，也可能是油里原有的抗氧化物質(zhì)在再生處理過程中被破壞而消失了，使油易于氧化。有經(jīng)驗的運行人員會在再生油中適當(dāng)加一些新油混合使用，利用新油中的抗氧化物質(zhì)來起到保護作用，但混合的*比例需要經(jīng)過較為詳細的混油試驗確定。220kV及以上電壓等級的新變壓器不宜使用再生油。② 有時剛經(jīng)過再生處理的油，其所有的試驗指標都符合標準要求，但介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ卻未得到*改善。
?。?） 油再生處理應(yīng)在變壓器中進行。濾油設(shè)備和變壓器組成閉路系統(tǒng)，對強迫油循環(huán)變壓器，其冷卻器油泵要不斷開啟以保證變壓器繞組內(nèi)和冷卻器內(nèi)的油也*一起處理。
6 結(jié)束語
變壓器的正常運行是對電力系統(tǒng)安全、可靠、、經(jīng)濟運行的重要保證，必須防止和減少變壓器故障和事故的發(fā)生。及時維護變壓器，保證絕緣油處于良好運行狀態(tài)是運行單位預(yù)防事故的重要手段之一。處理不同運行工況的變壓器油，應(yīng)通過試驗診斷來確定其絕緣狀態(tài)，并采取相應(yīng)的對策進行維護處理。再生處理方法是運行現(xiàn)場zui為有效的經(jīng)濟處理方法。通過油再生處理后，變壓器油介質(zhì)可以達到新油的標準，變壓器的絕緣電阻可大大
提高，而介質(zhì)損耗卻大大降低。
7 參考文獻
［1］ GB/T 7595-2000 運行中變壓器油質(zhì)量標準.
