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質損耗因素、擊穿電壓的影響因素主要是雜質和水分。潤滑油茂名分公司通過改造抽真空過濾系統,增強脫水效果,有效降低介質損耗因素和含水量,提高擊穿電壓,確保變壓器油的質量。
中國石化潤滑油茂名分公司北山改擴建項目于2005年5月竣工后,將原1基礎油罐區的變壓器油儲存、過濾系統遷移到該罐區,由于新投用的油罐和工藝管線雖經嚴格吹掃、清洗后,但不可避免的存在一定的程度機雜;二級真空脫水罐液面只能手動調節進料閘閥開度控制液面,調節的滯后使液面難以控穩,有時為了控低液面減少夾帶,而不得不解除(破壞,真空度減少壓差)減少進料量,二級真空度只能控制在0.085~0.090MPa,造成變壓器油經多次抽真空過濾后,介質損耗因素和擊穿電壓仍未能達標。因此,制定切實可行的解決方案,確保變壓器油的質量,滿足市場的需求是當務之急。
1變壓器油的功能1.1絕緣功能由于空氣和油的介電常數不同,油的絕緣強度要比空氣好很多,在電器設備中填充了變壓器油后,能將不同電勢的部分隔離開,使其不能構成短路,增加了絕緣強度。油的質量越好,則設備的安全系數越高。
散熱冷卻作用變壓器等電氣設備運行過程中,由于電流通過線圈等,會因電阻引起功率損耗,并以發熱的形式表現出來,如果熱量過高不能及時散發出去就會燒壞線圈,變壓器油可以吸收這部分熱量并通過強制自然的風冷或水冷方式循環散發熱量,起到散熱冷卻作用,保證設備的安全運行。
滅弧作用在開關電氣設備中的固定觸頭和滑動觸頭在帶電接觸或分離的瞬間會產生電弧,電弧的溫度很高,與電流強度大小成正比,如果不能將這種熱量及時消除,就很容易燒毀設備,而變壓器油的作用是將設備中的各觸頭直接浸泡接觸,可以吸收大量的電弧熱量,冷卻各觸頭,起到滅弧的作用。
2變壓器油質量的主要影響因素目前,評價變壓器油電氣性能的指標主要是:介質損耗因數、擊穿電壓。眾所周知,變壓器油的主要使用性能要求是:①良好的熱傳導性和流動性;②良好的氧化安定性;③良好的電氣性能。而高質量的變壓器油首要條件是具備良好的電氣性能,也就是說,介質損耗因數很小,而擊穿電壓要高。
2.1介質損耗因數是指介質在一定電壓作用下產生的一切電流損失,它應是有效電流損失總和對無功電流總和之比。
介質損耗因數取決于油品當中的污染物質和極性雜質的數量,介質損耗因數越小,電流損耗越小,油的絕緣性越好。水分的存在對油品的介質損耗因數也有明顯的影響。此外,水分還能促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用,產生的皂化物會惡化油品的介質損耗因數,增加油的吸潮性,并對油品的氧化反應起催化作用。
2.2擊穿電壓變壓器油的擊穿電壓指將變壓器油放到裝有一對電極的容器中施加電壓,當電壓升至一定值時,油的電阻突然降低為0ft,電流以火花或電弧的形式穿過油,此時的臨界電壓叫做擊穿電壓。
擊穿電壓是衡量電器內部耐受電壓的能力而不被破壞的尺度,是檢驗變壓器油性能的主要手段之一。變壓器油的擊穿電壓愈高,其絕緣性能愈好。影響變壓器油擊穿電壓的因素主要為雜質和水分,干燥1982-),男,助理工程師,安徽肥西人,2005年畢業于遼寧石油化工大學化學工程與工藝專業,從事潤滑油的生產和研究清潔的油品具有相當高的擊穿電壓值,但當油中含有游離水、溶解水或其他固體污染物時,由于這些物質具有的較大的電導率和介電常數,在電場作用下會構成導電橋路,終降低了油品的擊穿電壓。
茂名分公司利用現有的設備對變壓器油進行一系列的過濾、干燥處理之后,測量其含水量及擊穿電壓值,找出擊穿電壓與含水量的大概對應關系。
表1擊穿電壓與含水量的對應關系序號擊穿電壓/kV備注:1為直接測試;2為靜置12h,溫度22相對濕度72;3、4為干燥器中靜置6h;5、6為干燥器中靜置18h;7為干燥器中靜置24h;8為加熱過濾后干燥18h;以上條件皆為溫度22相對濕度72.國內外很多廠商規定變壓器油成批交貨時,含水量>30mg/kg;包裝油桶交貨時,含水量>40mg/kg.從表1可以看出,含水量>難以保證變壓器油的擊穿電壓合格。所以,結合潤滑油茂名分公司變壓器油的實際情況,將變壓器油的含水量控制在40mg/kg以內,方能保證變壓器油的擊穿電壓合格。
3存在的問題及原因分析石油產品本身具有一定程度吸水性,油中的水分主要取決于基礎油的精制深度及脫水程度,所以變壓器油在生產過程中就含一定量水分。此外,由于變壓器油有一定程度的吸水性,能從大氣中吸收和溶解一部分水。變壓器油吸水性能力與其組成及所處的溫度、濕度環境有關。茂名分公司由于地處南海之濱,屬于熱帶季雨林帶地區,天氣潮濕多雨,降雨量較大,空氣相對濕度常年在80以上,因此通過考察過濾前變壓器油的含水量一般達到左右。
車間現用的型號為ZL-300S雙級高效真空濾油機是根據油與水存在較大的沸點差,在高真空狀態下水的沸點大大下降,由真空干燥原理和分離工程及精密過濾技術設計的。其一、二級真空脫水罐均采用液面蒸發,易造成突沸性霧沫夾帶,使真空栗出口放空嚴重帶油或油霧,并非采用真正意義上的真空膜式蒸發脫水機理,未達到理論上大的蒸發強度,導致雖經多次抽真空過濾后,含水量只下降到40mg/kg左右(見表2),仍難以達到計劃新修訂標準的含水量指標(船裝30mg/kg、桶裝40mg/kg),同時由于水分的存在會降低油品的擊穿電壓,也難以保證變壓器油的擊穿電壓合格。
表2真空過濾機改造前變壓器油分析數據批次介質損耗因素過濾擊穿電壓/kV介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素沉降2天擊穿電壓/kV備注工藝流程如圖采用填料蒸發塔后由于蒸發充分,可以降低蒸發所需的預熱溫度,進一步提高成品油的質量,同時,塔底液面波動引發嚴重的霧沫夾帶現象,也可以得到根本的改善,這樣,可將二級真空罐的真空度提高到0.095MPa以上,另外,將原真空罐頂部的冷凝箱放大,有益于真空室內液位的控制。
經過實施部分解決方案后,取得了較明顯的效果,大大提高了變壓器油的合格率,滿足了市場的要求,改造后的部分變壓器油分析數據如表3所示。
表3改造后部分變壓器油分析數據批號參數介質損耗因素擊穿電壓/kV介質損耗因素已合格擊穿電壓/kV已合格介質損耗因素已合格擊穿電壓/kV已合格介質損耗因素已合格擊穿電壓/kV已合格實驗室從罐內按GB/T4756取樣,放在干燥器內靜置,待溫度符合要求(實驗室保持溫度和濕度要求),才進行擊穿電壓的測試,測試前用兩種方法處理:一是輕輕搖勻(無氣泡),二是用濾紙過濾。
抽樣的6組數據,有4組過濾1次即合格,只有2組需要過濾多次,可見過濾機的改造還是起到了很顯著的效果。
4結論影響變壓器油介質損耗因數的因數主要是基礎油精制深度、水分和雜質,而我車間的主要影響因素是雜質;影響變壓器油擊穿電壓的因素主要是水分和雜質,而中國石化潤滑油茂名分公司的主要影響因素是水分;經過對真空濾機和過濾系統改造后,大大提高變壓器油的合格率,且水分含量基本可降至35mg/kg以下。