表1 變壓器油的油質(zhì)分級(jí)
| 等 級(jí) | 油 質(zhì) | 顏 色 | 酸 度 | 界面張力
/mN•m-1 | 對(duì)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(hù)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(huì)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(jí)的油具有各種優(yōu)良指標(biāo)；第2、3等級(jí)的油是在“預(yù)防維護(hù)”范圍內(nèi)，屬于較好等級(jí)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(shí)，標(biāo)志著溶解狀態(tài)的油泥已開始形成，建議這時(shí)應(yīng)對(duì)變壓器進(jìn)行檢修；后3級(jí)油為“故障維護(hù)”階段的油，要求馬上維護(hù)處理；幾乎所有油質(zhì)為“壞油”級(jí)變壓器的內(nèi)部零件上都有油泥沉積。油的等級(jí)到達(dá)“故障”級(jí)，此時(shí)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(yùn)行條件的影響。變壓器在正常條件下運(yùn)行時(shí)，油具有一定的氧化安定性，但當(dāng)變壓器超負(fù)荷運(yùn)行或因局部過熱而導(dǎo)致油溫升高時(shí)，油的老化會(huì)加速，油的質(zhì)量會(huì)變差。
?。?） 設(shè)備條件的影響。當(dāng)變壓器的密封性不好時(shí)，漏氣、漏水會(huì)加速油的氧化和老化；呼吸器內(nèi)的干燥劑失效沒有及時(shí)處理或凈油器（熱虹吸器）內(nèi)的吸附劑失效后未能及時(shí)更換等都會(huì)促使油氧化變質(zhì)；絕緣材料與油的相容性不好，也會(huì)促進(jìn)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(shí)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(dá)到0.10mgKOH/g就已經(jīng)明顯地?fù)p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(dá)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(jìn)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(yán)重。20℃時(shí)紙對(duì)水的親和力比變壓器油高3000倍，許多時(shí)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(qiáng)度的作用，當(dāng)含水量為干燥紙的3%時(shí)，纖維素實(shí)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(yàn)診斷及其對(duì)策
運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)油進(jìn)行周期性測試（1年1次），是可以促進(jìn)油質(zhì)經(jīng)常處于“良好”狀態(tài)的有效措施，尤其對(duì)于已經(jīng)進(jìn)行過處理的油而言則更是如此。對(duì)變壓器油的診斷及對(duì)策見表2。
表2 運(yùn)行中變壓器油的診斷及對(duì)策［１］
| 項(xiàng) 目 | 超標(biāo)數(shù)據(jù) | 診 斷 | 對(duì) 策 |
| 閃 點(diǎn) | 比新油標(biāo)準(zhǔn)低5℃
比前次試驗(yàn)低5℃ | 設(shè)備存在局部過熱或放電故障；補(bǔ)錯(cuò)了油 | 查明原因消除故障，進(jìn)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(jìn)行真空濾油或更換新油 |
| 界面張力/mN•m-1 | <19 | 油質(zhì)老化嚴(yán)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(duì)策，進(jìn)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(jìn)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(duì)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(jì)） | 油質(zhì)老化；雜質(zhì)污染 | 進(jìn)行油處理；如經(jīng)濟(jì)合理可換油 |
2 變壓器油的維護(hù)
根據(jù)對(duì)變壓器油進(jìn)行試驗(yàn)診斷的結(jié)果，運(yùn)行人員應(yīng)對(duì)變壓器油進(jìn)行維護(hù)，以使變壓器在“無油泥范圍”內(nèi)運(yùn)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(hù)措施
運(yùn)行現(xiàn)場常用的維護(hù)措施主要是：
?。?） 加強(qiáng)對(duì)油的監(jiān)督，采取合理對(duì)策，避免或減緩油的劣化。
?。?） 采用正確的方法對(duì)已劣化或不合格的油經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚恚ê偕?，使其恢?fù)到原有性能。
2.2 處理對(duì)策
?。?） 凈化。油凈化是變壓器有效的防護(hù)性措施，通過凈化可提高油的擊穿電壓水平。
（2） 再生。變壓器的全部油量通過濾油機(jī)重復(fù)循環(huán)獲得再生，與此同時(shí)，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(jìn)行。
（4） 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(shí)間較長。
2.3 維護(hù)措施分析
變壓器油和纖維質(zhì)絕緣材料正像其他有機(jī)材料一樣，在運(yùn)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(gè)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(jì)制造中采用了使設(shè)備密封防止空氣進(jìn)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(shí)，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(jìn)行油再生的方法已經(jīng)被IEC 422標(biāo)準(zhǔn)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
?。?） 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(hù)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(hù)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(shí)，對(duì)油進(jìn)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(biāo)要求，但必須根據(jù)油的試驗(yàn)確定。十分重要的是，對(duì)變壓器中的油進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(yán)重劣化的油（臟油），變壓器zui終還是一臺(tái)臟的變壓器，變壓器油還會(huì)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(shì)圖見圖3。
圖3 變壓器絕緣系統(tǒng)預(yù)期壽命趨勢(shì)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(diǎn)
?。?） 保護(hù)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(duì)大量用過的飽和的油再生材料進(jìn)行處理，從而省去了代價(jià)高昂的廢料處理工藝，避免了廢棄舊油和吸附劑對(duì)環(huán)境的污染。
?。?） 保護(hù)資源，節(jié)省費(fèi)用。變壓器油再生可以節(jié)省資金，IEEE變壓器委員會(huì)堅(jiān)持認(rèn)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(jià)格昂貴、通常在運(yùn)行中需要加以維護(hù)和補(bǔ)充的新油。
?。?） 延長變壓器的使用壽命。通過在現(xiàn)場進(jìn)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(yùn)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(jìn)行油再生處理。
3.2 經(jīng)濟(jì)合理性
一般來說,變壓器油再生的費(fèi)用低于重新充注新油的費(fèi)用。但是，在確定是否采用油再生處理時(shí)，應(yīng)在經(jīng)濟(jì)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(jì)合理性時(shí)要考慮下列因素：① 材料費(fèi)用； ② 在運(yùn)行中對(duì)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(fèi)用；④ 設(shè)備維護(hù)和折舊；⑤ 油的收集和貯存費(fèi)用；⑥ 勞務(wù)和運(yùn)輸費(fèi)用；⑦ 試驗(yàn)室費(fèi)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(diǎn)正日益被人們所認(rèn)識(shí)。
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(dòng)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(jìn)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(biāo)準(zhǔn)。
3.4 油再生處理的過程
油再生處理的過程是使嚴(yán)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(yùn)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(jìn)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(jìn)行的，當(dāng)油達(dá)到規(guī)定的指標(biāo)時(shí)，結(jié)束處理過程。
經(jīng)過正確再生處理過的油，其各項(xiàng)化學(xué)和物理指標(biāo)幾乎可以達(dá)到新油的標(biāo)準(zhǔn)，甚至可把他當(dāng)作新油看待。
4 變壓器油的再生實(shí)例
4.1 大亞灣核電站2號(hào)500 kV主變壓器
對(duì)大亞灣核電站2號(hào)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(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn)。表3為變壓器油再生后的實(shí)測數(shù)據(jù)。
表3 大亞灣核電站2號(hào)主變壓器油再生前、后的實(shí)測數(shù)據(jù)
| 項(xiàng) 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃 點(diǎn)
/℃ | 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(biāo)偏低，介損超出運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)再生處理后，各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高，均達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn) |
4.2 珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號(hào)110kV主變壓器
對(duì)珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站1號(hào)110kV主變壓器在現(xiàn)場帶電情況下進(jìn)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(yuǎn)電力局百佳變電站2號(hào)220kV主變壓器
1999年3月,對(duì)清遠(yuǎn)電力局百佳變電站2號(hào)220kV主變壓器在現(xiàn)場進(jìn)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
（1） 應(yīng)注意以下3種來源的變壓器油不能用再生的方法進(jìn)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(dú)處理。
表4 珠海新堂變電站1號(hào)主變壓器油再生處理結(jié)果
| 項(xiàng) 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃點(diǎn)（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(diǎn)、界面張力將近臨界值，介損、擊穿電壓超出運(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。再生處理后，本體介損各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到并優(yōu)于新油標(biāo)準(zhǔn)，本體介質(zhì)損耗因數(shù)降至1.0% |
表5 清遠(yuǎn)電力局百佳變電站2號(hào)主變壓器油再生處理結(jié)果
| 項(xiàng) 目 | 外 觀 | 顏 色 | 閃點(diǎn)（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(yùn)行油標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)再生處理后，各項(xiàng)指標(biāo)明顯提高，均達(dá)到新油標(biāo)準(zhǔn) |
?。?） 油再生過程中值得注意的2個(gè)問題：① 有時(shí)剛經(jīng)過再生處理的油，其所有的試驗(yàn)指標(biāo)（包括酸值在內(nèi)）都符合標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)的運(yùn)行人員會(huì)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(hù)作用，但混合的*比例需要經(jīng)過較為詳細(xì)的混油試驗(yàn)確定。220kV及以上電壓等級(jí)的新變壓器不宜使用再生油。② 有時(shí)剛經(jīng)過再生處理的油，其所有的試驗(yàn)指標(biāo)都符合標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行。濾油設(shè)備和變壓器組成閉路系統(tǒng)，對(duì)強(qiáng)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(yùn)行是對(duì)電力系統(tǒng)安全、可靠、、經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(shí)維護(hù)變壓器，保證絕緣油處于良好運(yùn)行狀態(tài)是運(yùn)行單位預(yù)防事故的重要手段之一。處理不同運(yùn)行工況的變壓器油，應(yīng)通過試驗(yàn)診斷來確定其絕緣狀態(tài)，并采取相應(yīng)的對(duì)策進(jìn)行維護(hù)處理。再生處理方法是運(yùn)行現(xiàn)場zui為有效的經(jīng)濟(jì)處理方法。通過油再生處理后，變壓器油介質(zhì)可以達(dá)到新油的標(biāo)準(zhǔn)，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(xiàn)
［1］ GB/T 7595-2000 運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn).
