变压器绝缘下降原因分析及处理

钱晖，冯斌

(国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南 长沙410007)

2006 年6 月天顶#1 主变在预防性试验中发现变压器主绝缘试验结果存在异常，高、中、低压3个线圈绝缘电阻与前次预试结果比较出现严重下降，高压和中压线圈的吸收比和极化指数不合格;高、中、低压线圈的介损超标;油介损由1.05%增长至6.28%，为保证设备的安全，该主变更换新油的处理措施，但换油后变压器的绝缘电阻提高不明显，油介损仍高达2.22%。

为查明该变压器绝缘下降、油介损升高的原因，对该台变压器新、旧油进行理化、电气等性能的全面分析，发现原变压器油中铜含量达到10.3 mg/kg，腐蚀性硫严重超标，更换后的油运行7 d后，油中铜含量仍有0.6 mg/kg，仍含有腐蚀性硫。

1 变压器绝缘下降及油介损升高分析

变压器油中不可避免会存在杂质，如果杂质中包含有带电粒子，就会在电场作用下移动形成电流，在一定程度上导电。引起变压器油的电导主要包括3 个部分，即离子电导、胶粒电导和电子电导。变压器油中如果含有铜离子，铜离子本身作为活性带电离子，有增加电泳电导的倾向，在电场作用下，铜离子将激活周围的烃分子产生游离基团，使这些基团在电场中作定向运动，使油介损升高。同时铜离子的存在，使变压器油氧化过程中产生的过氧化物ROOH 分解成RO-或OH-，这2 种离子在油品中进一步反应生成带电胶粒，从而进一步增加电泳电导。铜离子自身也能与变压器油的氧化产物作用生成有机皂化物，这些皂化物也会导致电泳电导现象的产生，从而增加变压器油的介损〔1〕。通过试验还发现当变压器油中铜含量达到0.5 mg/kg时，油介损开始出现不稳定现象，油中铜含量越高，油介损越不稳定。这是由于金属微粒的干扰，使油的介电性能受到不同程度的影响，随着油的粘度及温度变化，常出现“聚集”、 “聚沉”过程，使得油的介质损耗因数变化很大，呈现出很不稳定现象。

当油中铜含量达到一定值时，随着绝缘油在变压器内循环，金属铜可能会逐渐吸附在油箱、围屏、绕组、铁芯及夹件等组件表面，沉积覆盖达到一定程度，就可能引起绕组匝间绝缘下降甚至击穿、夹件绝缘电阻下降甚至闪络等故障。同时如果变压器油中含有腐蚀性硫，铜离子会与腐蚀性硫发生反应，生成硫化亚铜沉积在绝缘纸的内层〔2〕，对绝缘纸产生污染渗透，使绝缘纸击穿强度下降，同时硫化亚铜的沉积也使线圈绕组之间逐渐形成“小桥”，从而降低了绕组内线圈的绝缘强度。

2 吸附剂筛选试验

2.1 吸附剂吸附铜含量试验

由于变压器绝缘下降是由油中铜含量高引起的，如果能找到一种吸附剂有效吸附油中金属铜含量，则可以有效提高变压器绝缘电阻。为此实验室选择了3 种不同含量的变压器油，分别采用活性氧化铝、A 型硅胶、801、硅铝聚合物共4 种吸附剂进行铜含量吸附小型试验，吸附剂比例4%，试验结果见表1。

表1 吸附剂吸附铜含量试验结果 mg/kg

试验表明活性氧化铝及硅铝聚合物2 种吸附剂吸附效果最佳，A 型硅胶吸附效果差。进一步考察吸附后油质状况，发现硅铝聚合物吸附剂吸附后油的抗氧化性能基本维持不变，而其余3 种吸附剂吸附后油的抗氧化性能不同程度地有所下降。因此筛选出硅铝聚合物吸附剂是最佳的吸附剂。

2.2 温度对铜含量吸附的影响

温度对吸附能力影响的试验表明，采用铜含量3.1 mg/kg 的某变压器油，在30 ℃，50 ℃，60 ℃油温下，加入3%的硅铝聚合物吸附剂，试验过程中未使用磁力搅拌器进行连续搅拌，静态吸附能力及吸附速度试验结果如图1 所示。试验表明吸附时油温从30 ℃至60 ℃，温度越高，吸附效率越高，但油温在50 ℃或60 ℃时，吸附效率尤其是在吸附前期相差不大，因此实际处理时，油温需达到50～60 ℃才能取得较好的效果。

3 金属减活剂的筛选及作用

变压器油中的铜含量通过吸附处理可以得到有效降低，但变压器油本身的理化性能并未发生改变，而处理后变压器绝缘纸、线圈等中残存的铜在运行中会释放出来，在油的氧化过程中将作为催化剂，与变压器本身所含有的铜铁等材料一起，加速油的氧化反应，促使金属铜的溶解，产生含铜的螯合物，导致铜含量不断增长。金属减活剂的作用在于它能与金属离子生成螯合物，或在金属表面生成保护膜，因而它不仅抑制了金属或其离子对氧化的催化作用，成为有效的抗氧剂，同时也是一类很好的铜腐蚀抑制剂〔3〕。

试验考察了苯三唑型和噻二唑型2 种金属减活剂对变压器油中铜含量的抑制效果，试验用油为铜含量为0.3 mg/kg 的变压器油，采用开口老化杯法进行，金属减活剂添加比例均为0.03%，金属减活剂筛选试验结果见表2。

表2 金属减活剂筛选试验

试验结果表明，添加苯三唑型金属减活剂更能有效阻止铜与变压器油反应产生铜离子，并大大提高油的抗氧化性能，主要是由于苯三唑型金属减活剂能在金属表面生成化学膜，阻止金属及其离子进入油中，减弱其对油品的催化氧化作用，这种化学膜还能防止活性硫、有机酸或自由基对金属表面的攻击，从而达到保护金属表面的作用。

试验还发现在一定温度(50 ～60 ℃)下，添加有0.01% ～0.03%苯三唑型金属减活剂的变压器油在放入铜片的情况下，经过一段时间可以降低油中金属铜含量1.0 mg/kg 以上。由此可以预期，在运行变压器油中添加苯三唑型金属减活剂是可以降低并抑制变压器油中铜离子的产生的，这是因为变压器运行油温一般也在50 ～60 ℃，变压器本身含有大量的铜质材料，这样在变压器的运行过程中，所添加的金属减活剂就能发挥降低油中铜含量的作用。进一步的试验表明油中添加少量苯三唑型金属减活剂还能大大降低变压器油介损，改善变压器油的电气性能〔4〕。

4 现场应用实例

4.1 怀化新街#1 主变处理

2009 年6 月怀化电业局在新街#1 主变(型号SSZ9-31500/110)的例行试验中发现变压器整体绝缘水平严重下降，高、中、低压线圈绝缘电阻与2006 年结果比较下降了50% ～69%，分别为1 700 MΩ，1 600 MΩ，1 500 MΩ，油介损由0.425%升至0.895%，升高1 倍以上，通过检测发现油中铜含量为0.7 mg/kg，同时变压器油中存在腐蚀性硫。

为了尽快恢复该变压器的绝缘性能，对变压器油采取了吸附净化及添加苯三唑型金属减活剂联合处理的方法进行处理，经过96 h 的处理，油介损降为0.178%，高、中、低压线圈绝缘电阻提高6～10 倍，分别达到17 000 MΩ，11 000 MΩ，10 000 MΩ，油中铜含量为0.1 mg/kg，处理后变压器油腐蚀性硫试验合格。

采用新方法处理节约检修费用17 万元，节约检修时间4 d，处理后该主变迅速投入正常运行，2010 年5 月进行油介损跟踪分析，介损为0.078%，油中铜含量降为0，目前主变一直处于良好的运行状态中。

4.2 益阳毛家塘#1 主变油处理

毛家塘变电站#1 主变是2001 年7 月出厂，10月投运的220 kV 变压器，其型号为SFPS9 -120000/220，油重33 t。

2006 年2 月及2009 年12 月电业局分别对主变进行了2 次绝缘电阻测试，发现变压器整体绝缘均不佳，其中2006 年高、中、低压线圈绝缘电阻分别为2 100 MΩ，3 000 MΩ ，2 000 MΩ;2009 年高、中、低压线圈绝缘电阻分别为1 390 MΩ，1 330 MΩ，1 120 MΩ;2009 年与2006 年绝缘电阻结果相比下降了35% ～56%，2009 年油介损达到1.26%。

2007 年首次对该主变进行油中金属含量分析，铜含量为1.4 mg/kg，2009 年7 月再次对其进行油中金属含量的跟踪检测发现，其铜含量有上升趋势，达到2.2 mg/kg。

为提高该变压器的绝缘性能，于2009 年12 月对该变压器油采用吸附净化及添加少量金属减活剂的方法进行处理，经过120 h 的处理，主变整体绝缘水平大大提高;高、中、低压线圈绝缘电阻分别达到6 330 MΩ，4 866 MΩ，2 670 MΩ;分别上升356%，234%，132%;油介损 由 1.26% 降 至0.2%，油中铜离子含量降为0.2 mg/kg，处理取得了圆满成功。2010 年7 月进行了油介损及铜含量跟踪检测，油介损为0.051%，油中铜含量为0.1 mg/kg，目前主变运行良好。

4.3 湘西梅花#2 主变油处理

湘西电业局梅花#2 主变 (型号为SSZ9 -20000/110)从2004 年开始的历次电气试验均发现主变整体绝缘呈明显下降趋势，2010 年9 月，高、中、低压绕组绝缘电阻已降至的1 500 MΩ，1 730 MΩ，1 300 MΩ;油介损超标达到4.729%，严重影响变压器的安全运行，检测油中铜含量达到6.1 mg/kg，油中含有腐蚀性硫。2010 年9 月对该主变进行了吸附净化及添加少量金属减活剂处理，处理后主变高、中、低压三侧绕组及铁芯绝缘电阻值显著提高至7 500 MΩ，5 500 MΩ，5 470 MΩ;主变绝缘性能恢复良好，主变油介损降至0.074%，油中铜含量降至0.1 mg/kg，变压器油腐蚀性硫试验合格。

5 结论

1)变压器油中铜含量升高会导致变压器绝缘下降。

2)硅铝聚合物吸附剂能有效吸附变压器油中的铜含量。

3)变压器油中添加少量苯三唑型金属减活剂可有效抑制铜的产生。

4)采用硅铝聚合物吸附并添加少量苯三唑型金属减活剂的联合处理方法能有效处理由于铜含量升高导致绝缘下降的变压器，现场处理效果良好，经济效益明显。

〔1〕陈丽华，张有序. 金属减活剂改善变压器油使用性能的探讨〔J〕. 石油学报(石油加工)，2003，19 (2):62-68.

〔2〕钱艺华，姚唯建，周永言. 变压器油中腐蚀性硫的分析研究〔J〕. 广东电力，2007，20 (11):38-41.

〔3〕张竟诚，仲伯禹. T551、T561 金属减活剂作用机理的研究〔J〕. 石油学报(石油加工)，1994，10 (1):88-92.

〔4〕钱晖，欧阳军，胡旭. 采用添加金属减活剂方法处理铜含量超标的变压器油〔J〕. 湖南电力，2009，29 (6):13-16.