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                                  油浸式變壓器密封失效的原因分析

                                  2022-04-23 11:37:59

                                  油浸式變壓器

                                  油浸式變壓器是電廠和變電站的核心設備之一。

                                  1、其安全可靠的運行對電力生產非常重要。良好的密封性能是變壓器正常運行的必要條件。密封故障對變壓器影響很大;首先,關鍵的密封故障會導致大氣中的空氣和水侵入油箱,使變壓器內部絕緣受潮,造成絕緣故障,并可能造成變壓器火災、爆炸等嚴重事故;其次,密封故障增加了變壓器的維護工作量,消耗了大量的人力物力。以我公司11臺(組)大型油浸式變壓器為例,2010年至2017年共安排9次B修。由于處理密封問題,安排了7次B修,約占總次數的78%,主變維修工作中近1/4的非標準維修項目正在處理各種密封缺陷;因此,油浸式變壓器密封故障是電力生產中亟待解決的問題。本文將分析油浸式變壓器密封故障的原因,并針對密封故障的因素提出相應的對策。

                                  1.分析密封失效因素。

                                  變壓器制造商產品制造水平不均勻,變壓器型號、使用、運行條件不同,各變壓器密封故障有其特殊性,但變壓器密封性能仍受共同因素影響,主要因素有三個:變壓器運行環境、密封材料、密封結構設計和安裝工藝。

                                  1.1運行環境。

                                  絕大多數大型油浸式變壓器布置在室外,密封需要氧化、溫度變化、輻射等不利因素,運行條件差;氧氣、臭氧和高溫環境是導致橡膠密封老化的主要因素。在氧氣和臭氧的作用下,橡膠分子中的不飽和鏈接首先被活性氧原子氧化,破壞橡膠分子鏈,氧化產品含有新的自由基,新的自由基重復氧化過程,使橡膠分子發生自由基氧化鏈反應,隨著時間的推移,密封老化和開裂;變壓器運行過程中的高溫可以加速自由基的擴散速率,從而加速橡膠氧化反應速度,特別是當變壓器在一定時間內過載時,變壓器溫度會超過允許極限,可使橡膠快速老化,造成密封缺陷;紫外線輻射會使橡膠分子斷裂成活性分子,加速橡膠老化過程;此外,變壓器溫度的循環變化、運行過程中的振動泄漏磁場的影響、變壓器油中的化學添加劑將在一定程度上加速橡膠密封老化,環境中不利因素的影響將貫穿密封的整個生命周期。丁腈橡膠作為油浸式變壓器密封已有半個多世紀的歷史,產品成熟,價格低廉,目前變壓器制造商使用丁腈橡膠墊,實驗室理論使用壽命可達50年,但實際運行不能保證與變壓器相同的壽命,可運行環境對橡膠密封性能有很大的影響。

                                  1.2密封材料。

                                  油浸式變壓器密封材料必須具有優異的耐油性能,能與變壓器油兼容。此外,它還要求密封材料具有高機械強度、高氧化性、高低溫性和良好的壓縮性能。早期軟木墊密封工藝密封效果差,已被淘汰。目前,變壓器制造商使用的密封材料主要有丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠和氟橡膠。三者都通過了所有的物理機械性能試驗。材料性能的主要區別在于機械強度、耐高溫性和耐氧化性。比較三種密封材料的性能。

                                  丁腈橡膠具有優異的機械性能,能滿足油浸式變壓器的基本密封要求,生產成本低,僅為氟橡膠密封的1/20。因此,目前的油浸式變壓器密封材料主要是丁腈橡膠。但丁腈橡膠耐氧化性差,大型油浸式變壓器的電壓等級一般在110kV以上。變壓器運行時,高壓會離開空氣,產生臭氧。因此,變壓器周圍環境中的臭氧濃度遠高于外部世界,而抗氧化性弱的丁腈橡膠密封暴露在富臭氧空氣中,老化開裂速度將加快。

                                  其次,丁腈橡膠的使用溫度僅為120℃,耐高溫性差。橡膠密封的實際運行壽命與溫度密切相關。溫度越高,運行壽命越短。80℃時,丁腈橡膠的使用壽命小于60℃時的1/4;夏季變壓器高溫重負荷或過載運行時,油溫通常超過80℃。在磁場泄漏強度高的部位,溫度可能超過丁腈橡膠的使用溫度。在這種情況下,丁腈橡膠老化加快,使用壽命將大大縮短。因此,丁腈橡膠在耐氧化和耐高溫性方面的先天缺陷使其實際運行壽命僅為15年,遠短于變壓器30年的設計壽命;丁腈橡膠材料問題是變壓器中后期密封缺陷復發的主要原因。

                                  1.3密封設計與安裝。

                                  油浸式變壓器密封多為擠壓密封,橡膠墊在壓力作用下,為保證密封效果,壓力必須均勻合適,壓力過小,油溫升高,導致密封故障;壓力過大,超過密封材料應力極限,密封會發生塑性變形,失去彈性,導致密封故障。過去,油浸式變壓器密封沒有限位結構,壓縮難以控制,密封效果難以保證。此外,密封截面形狀不合理,會導致密封表面局部應力過大。隨著時間的推移,應力集中區域首先開裂,密封逐漸失效。油浸式變壓器的密封結構不少于30個,因此應根據不同的部件進行選擇。

                                  選擇不同的密封結構和橡膠墊的截面形狀。裝配工藝不合格是變壓器早期漏油的主要原因。在密封安裝過程中,為了保證壓縮,需要充分填充密封空間。密封面組裝不完全清潔,密封面不均勻會導致密封空間局部填充不足,導致密封故障;此外,裝配前法蘭不平整,盲目追求相同的緊固扭矩,會導致密封墊力不均勻,導致密封早期缺陷。

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