氣相干燥變壓器鐵芯生銹的問題和解決

氣相干燥變壓器鐵芯生銹的問題和解決梁業(yè)彪【摘要】本文主要是通過對干燥過程分析,從中找出生銹的原因，并提出解決生銹的方法.【期刊名稱】《電子測試》【年（卷），期】2019（000）012【總頁數(shù)】3頁（P109-110,106）【關(guān)鍵詞】真空;生銹;溫度;水蒸氣飽和壓力;水分【作者】梁業(yè)彪【作者單位】中山凱旋真空科技股份有限公司，廣東中山,528478【正文語種】中文0引言氣相干燥過程通常是分為四個階段（準(zhǔn)備階段、加熱階段（含中間降壓和蒸餾）、降壓階段、高真空階段）。按以前的工藝設(shè)置，在加熱階段沒能有效控制干燥罐水蒸氣濃度，此過程有大量水蒸氣蒸發(fā)不能及時抽走，導(dǎo)致干燥罐內(nèi)水蒸氣達(dá)到飽和狀態(tài)。因此導(dǎo)致加熱壓階段鐵芯剪切面凝結(jié)成水，并在氧氣作用下，經(jīng)常出現(xiàn)嚴(yán)重生銹，從而使生產(chǎn)出來的變壓器噪聲增大，增加變壓器運(yùn)行損耗，內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得不穩(wěn)定，為變壓器穩(wěn)定運(yùn)行帶來不安全因素。因此，很多大型的變壓器公司都在尋找解決生銹的辦法。1鐵芯生銹原因分析1.1鐵芯生銹的條件先了解鐵芯生銹的條件，鐵芯生銹是一種比較復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)過程，鐵銹的化學(xué)成分是Fe2O3,鐵銹容易吸收水蒸氣，吸收水蒸氣后變成2Fe2O3.nH2O.其化學(xué)反應(yīng)議程式：4Fe+3O2+XH2O=2Fe2O3XH2O，生銹反應(yīng)速率與環(huán)境溫度、周圍壓強(qiáng)有關(guān)，溫度越高，壓強(qiáng)增大反應(yīng)的速率越快，反之反應(yīng)變慢。另夕卜鐵芯要生銹必須滿足2個基本條件：鐵需要與水分接觸；鐵表面水分必須要有氧氣參與。1.2變壓器干燥過程中鐵芯生銹形成分析1.2.1水分是如何產(chǎn)生的。在將變壓器進(jìn)行絕緣干燥處理之前，水主要是產(chǎn)生在變壓器的絕緣件中，這些絕緣件作為原材料就有含有一定水分，并且存放和裝配過程中吸入相當(dāng)一部分水。這些絕緣件在干燥加熱階段初期，變壓器絕緣材料受熱后，水分不斷蒸發(fā)成水蒸氣，此時由于鐵芯比熱容比絕緣材料大，鐵芯升溫速度就會遠(yuǎn)低于繞組及絕緣件溫度，由此導(dǎo)致鐵芯的溫度要比絕緣的溫度及空間溫度都低。正因?yàn)檫@個溫差較大，造成從絕緣件升溫中所蒸發(fā)的水蒸氣在低溫鐵芯表面形成水蒸氣飽和狀態(tài)，很容易導(dǎo)致鐵芯的表面出現(xiàn)凝結(jié)水分。1.2.2有氧環(huán)境的產(chǎn)生。在進(jìn)行氣相干燥時，按照氣相干燥工藝要求，在準(zhǔn)備階段抽空，干燥罐的真空度一般只能抽空至7mbar，才能進(jìn)入到加熱階段，所以干燥罐內(nèi)還是有存在相當(dāng)一部分氧氣。從目前的氣相干燥設(shè)備來看，都已經(jīng)是全自動進(jìn)行控制，只要確保工藝參數(shù)的準(zhǔn)確，從控制的角度來看，真空度控制的精度不會有太大的問題。但在實(shí)際操作中，為了節(jié)約時間，如果沒有嚴(yán)格按照工藝要求抽空到標(biāo)準(zhǔn)真空度，就會導(dǎo)致干燥罐中殘留著較多氧氣。真空傳器使用多年后，由于材料的疲勞變形和電子器件漂移，真空度傳感器會偏差較大，造成抽空過低而引氧氣量過多。另外，有很多干燥設(shè)備，由于生期任務(wù)重，長期使用，并沒有及時進(jìn)行保養(yǎng)的一些干燥設(shè)備，加上設(shè)備很多罐體、部件和管路都是高溫運(yùn)行，密封件容易老化，經(jīng)常會出現(xiàn)干燥罐體及連接管路發(fā)生泄漏的情況，例如罐們的密封膠帶出現(xiàn)老化情況，甚至是變硬或者開裂，由此導(dǎo)致罐門的密封處出現(xiàn)罐內(nèi)進(jìn)空氣的情況，罐體在抽取真空后，加速氧氣吸入量。在生產(chǎn)的過程中，由于精過濾器濾芯堵塞需要更換，需要經(jīng)常開啟粗過濾器的上蓋，由此導(dǎo)致這上面的密封圈容易出現(xiàn)損壞，一旦損壞后又沒有及時發(fā)現(xiàn)并更換，就會導(dǎo)致空氣順著煤油管路進(jìn)到蒸發(fā)器中，并由此進(jìn)入干燥罐內(nèi)，與變壓器的鐵芯接觸。此外，干燥罐運(yùn)行時處于120^左右溫度，產(chǎn)品出罐后，干燥罐溫度降到常溫，冷熱交替，容易使連接溫度傳感器接線的電極接桿松動泄漏，吸入空氣氧氣。此外設(shè)備中的各個閥門如果維護(hù)不及時，還容易出現(xiàn)閥芯泄露的情況，由此導(dǎo)致空氣會通過管路進(jìn)入到干燥罐中，這些因素都會增加干燥罐內(nèi)的氧氣量。1.2.3生銹的形成。從上面的情況分析，我們可以清晰了解水分和氧氣的來源。根據(jù)氣相干燥設(shè)備原有控制要求，在加熱階段，收集罐真空度控制在42-48mbar之間，在加熱的前期，干燥罐與收集罐是連通，即干燥罐與收集罐的真空度是相同的，通過水蒸氣分壓表見圖1。圖1水蒸氣飽和分壓表部分我們知道，在42mbar時，水蒸氣飽和溫度為30°C,也就是說，這個溫度以下，干燥罐內(nèi)只要水蒸氣足夠多，就會結(jié)露，形成水分，而我們變壓器進(jìn)干燥罐很多時候都是在30C以下，尤其冬天，溫度更低，更容易結(jié)露，形成水分，并且在干燥罐加熱初期，鐵芯升溫最慢，溫度最低，所以水分更容易凝結(jié)在鐵芯上，加上氧氣的作用下，所以我們看到鐵芯生銹現(xiàn)象發(fā)生了，如圖2所示。圖2變壓器生銹圖片1.3變壓器鐵生銹的危害如果鐵芯出現(xiàn)生銹的情況，首先會導(dǎo)致鐵芯截面出現(xiàn)氧化，導(dǎo)致磁導(dǎo)率下降，損耗增加，而且發(fā)熱加大；其次，容易導(dǎo)致出現(xiàn)渦流，致使變壓器發(fā)熱越發(fā)嚴(yán)重，甚至還會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)燒毀的情況。如果生銹嚴(yán)重，還會導(dǎo)致變壓器出現(xiàn)非常大的噪聲，內(nèi)部結(jié)構(gòu)將會變得很不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致變壓器的內(nèi)部出現(xiàn)局部解體問題，損壞變壓器。2解決生銹辦法通過上面分析了解，只要控制干燥罐內(nèi)的水蒸氣一直處于不飽和狀態(tài)，冷凝水就無法形成，從而切斷了鐵芯生銹這一基本條件，鐵芯就不會生銹。為此，我們做了以下處理辦法。（1） 對應(yīng)水蒸氣分壓力表（圖1）,要想水蒸氣不飽和，要么控制溫度快速升高，要么將真空度降低。由于干燥工藝的控制要求，變壓器升溫過快，會造成絕緣材料受熱不均勻而變形開裂，其控制升溫速率在10°C/H以下，無法實(shí)現(xiàn)快速升溫，因而只能通過降低真空度來實(shí)現(xiàn)（注：真空度數(shù)值越小，真空度越低），而且控制真空度降低，在實(shí)際的操作中是簡單可行的。（2） 在程序控制中，增加監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)控變壓器鐵芯溫度和干燥罐真空度，對照水蒸氣分壓表（圖1）,確定鐵芯溫度對應(yīng)的干燥罐真空度（即水蒸氣飽和壓力），作出邏輯比較運(yùn)算，當(dāng)干燥罐真空度接近水蒸氣飽和壓力時，及時啟動抽空系統(tǒng)對收集罐抽空，把干燥罐真空度控制在水蒸氣飽和壓力以下，確保干燥罐內(nèi)的水蒸氣無法形成水分，并及時將蒸發(fā)出來的水蒸氣抽出干燥罐外。（3） 在變壓器器身組裝干燥前，對所用的變壓器絕緣件進(jìn)行提前干燥，減少變壓器絕緣件含水量，從而減少變壓器器身干燥時的水分。（4） 在進(jìn)罐前，對變壓器高低側(cè)引線的焊接時，為了降溫，盡可能的減少澆水的量，從而減少絕緣件的含水量。變壓器組裝的車間，應(yīng)盡可能做到恒溫恒濕，如果變壓器在進(jìn)罐干燥前已生銹，用干凈的擦布沾工業(yè)酒精擦除，涂上變壓器油，在加熱階段初期，由于水蒸氣不斷蒸發(fā)，罐內(nèi)濕度大，如果原來鐵芯生銹未清除，將可能加重生銹現(xiàn)象發(fā)生。對裝配過程中，如疊裝變壓器鐵芯時，應(yīng)穿戴防汗水套，避免裝配過程，將汗液污染到鐵芯。設(shè)備應(yīng)做定期維修保養(yǎng)。重點(diǎn)檢查罐體密封性能，罐門大密封膠圈磨損和雜質(zhì)清理、各連接口密封膠圈、電極接桿密封膠圈、氣動閥門閥芯密封松緊、煤油輸送泵密封情況，發(fā)現(xiàn)問題及時處理解決。每半年檢一次干燥罐泄漏率，新罐泄漏率小于500Pa?L/s，舊罐泄漏率小于1000Pa?L/s，管路泄漏率小于200Pa?L/s。如果高真空階段結(jié)束時，真空度不能小于20Pa時，必須查找罐體泄漏點(diǎn)。如果真空泵的抽空性能明顯下降，請及時維修，確保抽真空性能。對于主冷凝器檢漏，可通入0.6MPa壓縮空氣，保壓2小時無掉壓為無泄漏的判斷依據(jù)。在干燥生產(chǎn)的過程，每小時巡檢設(shè)備一次，對關(guān)鍵部件進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)故障或真空度異常，可用手動干預(yù)辦法打開真空泵和閥門，將干燥罐真空降低到水蒸氣飽和壓力以下，確保干燥罐內(nèi)無法形成水分。設(shè)備上使用的溫度、真空度傳感器每年都要送去檢驗(yàn)單位檢驗(yàn)校正，對不在精度范圍內(nèi)的傳感器，應(yīng)及時更換處理，這樣可以避免因?yàn)閭鞲衅骶绕钶^大引起控制水分形成。(10)增強(qiáng)操作人員對氣相干燥設(shè)備及原理知識培訓(xùn)，充分理解了氣相干燥的工作原理。做到能根據(jù)設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)，確認(rèn)對應(yīng)的真空度和溫度是否正常，及時發(fā)現(xiàn)問題所在，并根據(jù)問題作出針對性處理。3結(jié)束語通過上面的介紹，可以得知，氣相干燥過程避免變壓器鐵芯生銹的因素很多，但歸根結(jié)底是圍繞著鐵生銹的兩個基本的必要條件水和氧氣來進(jìn)行的，本文著重點(diǎn)在影響水分形成，通過控制真空度在水蒸氣飽和壓力以下，使水分不能形成這一物理原理，解決變壓器鐵芯生銹的辦法，在原有氣相干燥設(shè)備中，做簡單的控制改造后就可以實(shí)現(xiàn)，改造成本低，解決客戶困擾已久問題。參考文獻(xiàn)【相關(guān)文獻(xiàn)】張濤,張書生，王斌.變壓器真空干燥后鐵芯生銹問題的解決方法[J].中國電力企業(yè)管理,2011年06期.袁正華，范曉雷.變壓