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，導致干燥罐內水蒸氣達到飽和狀態(tài)。因此導致加熱壓階段鐵芯剪切面凝結成水，并在氧氣作用下，經(jīng)常出現(xiàn)嚴重生銹，從而使生產出來的變壓器噪聲增大，增加變壓器運行損耗，內部結構變得不穩(wěn)定，為變壓器穩(wěn)定運行帶來不安全因素。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雜的化學反應過程，鐵銹的化學成分是Fe2O3,鐵銹容易吸收水蒸氣，吸收水蒸氣后變成2Fe2O3.nH2O.其化學反應議程式：4Fe+3O2+XH2O=2Fe2O3XH2O，生銹反應速率與環(huán)境溫度、周圍壓強有關，溫度越高，壓強增大反應的速率越快，反之反應變慢。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水分是如何產生的。在將變壓器進行絕緣干燥處理之前，水主要是產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低于繞組及絕緣件溫度，由此導致鐵芯的溫度要比絕緣的溫度及空間溫度都低。正因為這個溫差較大，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)，很容易導致鐵芯的表面出現(xiàn)凝結水分。1.2.2有氧環(huán)境的產生。在進行氣相干燥時，按照氣相干燥工藝要求，在準備階段抽空，干燥罐的真空度一般只能抽空至7mbar，才能進入到加熱階段，所以干燥罐內還是有存在相當一部分氧氣。從目前的氣相干燥設備來看，都已經(jīng)是全自動進行控制，只要確保工藝參數(shù)的準確，從控制的角度來看，真空度控制的精度不會有太大的問題。但在實際操作中，為了節(jié)約時間，如果沒有嚴格按照工藝要求抽空到標準真空度，就會導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，有很多干燥設備，由于生期任務重，長期使用，并沒有及時進行保養(yǎng)的一些干燥設備，加上設備很多罐體、部件和管路都是高溫運行，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，由此導致罐門的密封處出現(xiàn)罐內進空氣的情況，罐體在抽取真空后，加速氧氣吸入量。在生產的過程中，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，就會導致空氣順著煤油管路進到蒸發(fā)器中，并由此進入干燥罐內，與變壓器的鐵芯接觸。此外，干燥罐運行時處于120^左右溫度，產品出罐后，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。此外設備中的各個閥門如果維護不及時，還容易出現(xiàn)閥芯泄露的情況，由此導致空氣會通過管路進入到干燥罐中，這些因素都會增加干燥罐內的氧氣量。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，干燥罐內只要水蒸氣足夠多，就會結露，形成水分，而我們變壓器進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，首先會導致鐵芯截面出現(xiàn)氧化，導致磁導率下降，損耗增加，而且發(fā)熱加大；其次，容易導致出現(xiàn)渦流，致使變壓器發(fā)熱越發(fā)嚴重，甚至還會導致變壓器出現(xiàn)燒毀的情況。如果生銹嚴重，還會導致變壓器出現(xiàn)非常大的噪聲，內部結構將會變得很不穩(wěn)定，甚至導致變壓器的內部出現(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，無法實現(xiàn)快速升溫，因而只能通過降低真空度來實現(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）,確定鐵芯溫度對應的干燥罐真空度（即水蒸氣飽和壓力），作出邏輯比較運算，當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） 在進罐前，對變壓器高低側引線的焊接時，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，應盡可能做到恒溫恒濕，如果變壓器在進罐干燥前已生銹，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，應穿戴防汗水套，避免裝配過程，將汗液污染到鐵芯。設備應做定期維修保養(yǎng)。重點檢查罐體密封性能，罐門大密封膠圈磨損和雜質清理、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。如果高真空階段結束時，真空度不能小于20Pa時，必須查找罐體泄漏點。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)。在干燥生產的過程，每小時巡檢設備一次，對關鍵部件進行檢查，如果發(fā)現(xiàn)故障或真空度異常，可用手動干預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，確保干燥罐內無法形成水分。設備上使用的溫度、真空度傳感器每年都要送去檢驗單位檢驗校正，對不在精度范圍內的傳感器，應及時更換處理，這樣可以避免因為傳感器精度偏差較大引起控制水分形成。(10)增強操作人員對氣相干燥設備及原理知識培訓，充分理解了氣相干燥的工作原理。做到能根據(jù)設備當前運行狀態(tài)，確認對應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，但歸根結底是圍繞著鐵生銹的兩個基本的必要條件水和氧氣來進行的，本文著重點在影響水分形成，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，在原有氣相干燥設備中，做簡單的控制改造后就可以實現(xiàn)，改造成本低，解決客戶困擾已久問題。參考文獻【相關文獻】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