水分在油浸式電力變壓器內的生活軌跡

水分在油浸式電力變壓器內的生活軌跡

  油浸式電力變壓器常用的油紙絕緣，由變壓器油和絕緣紙（固體絕緣材料）構成。

變壓器用絕緣紙和絕緣紙板一般含有約90％的纖維素，6－7％的半纖維素和大約3－4％的木質素。纖維素是由葡萄糖基組成的聚合度很高的鏈狀高聚合碳氫化合物，結構方程式如下圖所示，分子式為(C6H10O5)n，C6H10O5就是葡萄糖分子。

油紙絕緣電力變壓器裏麵的水分是一個非常重要的存在。纖維素在老化的過程中水分是產物之一，而同時水分又是纖維素氧化反應的催化劑，參與各種纖維素的老化反應。這將是一個正反饋模式，因此水分對纖維素老化的影響不可忽視。同時，由於水分的存在，絕緣紙含水量的增加會使其電氣強度迅速下降，介質損耗因數（tanδ）增大，局部放電和圍屏放電的起始電壓將降低，使圍屏放電更易於發展，從而加速絕緣紙的電老化過程。

下圖是不同含水量的纖維素老化速度的一組試驗數據，顯示試驗環境溫度確定的情況下，纖維素的老化速率與含水量基本上成正比關係。

電力變壓器內部水分的來源主要有，生產過程中因工藝控製的問題造成變壓器油和絕緣紙中含有的水分，運輸、安裝、運行過程中變壓器油和絕緣紙中吸收的水分，變壓器運行中變壓器油和絕緣紙老化產生的水分等等。乐鱼官网通過各個環節的管理措施，可以把水分含量控製在一個很低的水平。下表數據為某電網運行中的變壓器油中水分含量占比分析，由數據可見運行中變壓器內部水分正常時含量很低。

油紙絕緣的電力變壓器中，水分的分布涉及到很多方麵的問題。

第一，由於水分子為極性分子，因此很難溶解在變壓器油中。但是這又不是絕對的，隨著變壓器的老化，作為分解產物的有機酸會增大水在變壓器油中的溶解度。而溫度的影響也非常明顯，下圖為不同溫度下水分在變壓器油中的溶解度曲線。從圖中可以看出，隨著溫度的增高，水分在變壓器油中的溶解度成指數形式迅速增大。

第二，由於纖維素為多孔結構，且為極性分子。因此，油紙絕緣結構中絕緣紙比變壓器油的吸水性要強很多。從而，運行中的變壓器中，水分將主要存在於固體絕緣材料中。

第三，水分在變壓器油和固體絕緣材料中的分布不是一成不變的，而是處在動態平衡的過程當中。水分含量、壓力、溫度在不同的情況下作為主要因素影響著水分的運動過程和分布情況。比如對變壓器油進行過濾處理後，絕緣紙中和變壓器油中水分含量的不平衡性驅使水分由固體絕緣中向變壓器油中運動；在真空脫水的過程中，壓力成為水分脫離固體絕緣的動力；而在變壓器的運行過程中，溫度的變化則是水分在變壓器油和固體絕緣中運動的主要決定因素。下麵的幾個圖片是比較經典水分在油紙絕緣間分布的平衡曲線，能夠描述在某一恒定溫度下水分在油紙間的穩定分布情況。

分析這些曲線，乐鱼官网可以得到一個簡單的結論。

隨著溫度增加，水分從固體絕緣中脫離，進入變壓器油中，絕緣紙中水分減少；隨著溫度降低，變壓器油中水分的溶解度降低，水分從變壓器油中向絕緣紙中移動，絕緣紙含水率增加。溫度越高，水分動態分布的過程越短，達到穩態平衡的速度越快。

根據這個結論，變壓器運行中有兩個問題就可以得到理解。

一是當變壓器油中水分超標的時候，運維人員一般會采用濾油的方法降低水分含量。但經常會遇到過濾完的變壓器油數據合格，但運行一段時間後水分含量又超標的情況。這就是因為水分正常時主要集中在絕緣紙中，變壓器油中的水分雖然濾除了，但運行後絕緣紙中的水分又會進入到變壓器油裏麵。所以說，這種濾油操作一般需要多次和比較長的時間，特別是溫度高些，效果會更好。

二是恍惚記得有變壓器運行規範講變壓器跳閘後要盡快停用冷卻設備。我覺得主要的原因是防止變壓器的油溫降低過快，水分在變壓器油中溶解度迅速降低，可能會出現水分析出呈液態水的情況，會造成變壓器絕緣的降低。