變壓器油強制環流除酸凈油裝置的研制

張鐵竹，高 偉，宋平安

(1 鄭州鐵路職業技術學院，河南鄭州450052;2 鄭州鐵路局 鄭州機務段，河南鄭州450053)

2009年以來，鄭州機務段機車中修過程中，在主變壓器絕緣油化驗時，出現多臺機車變壓器油酸值超標、油質老化現象，尤其在夏季溫度偏高時有明顯的多發趨勢。變壓器油酸值超標直接影響變壓器的絕緣性能，危及鐵路行車安全。檢修時更換新油帶來嚴重的資金浪費和增加檢修時間，造成人力物力的浪費，延遲交車時間。

我國韶山型電力機車主變壓器油的酸值指標要求不大于 0.03 mgKOH/g，中修不大于 0.1 mgKOH/g。變壓器油中含有各種酸類及酸性物質，尤其是當水溶性酸含量增加，油中又有水時，會提高油品的導電性，降低油的絕緣性能，縮短變壓器的使用壽命。酸性物質也會對設備構件所用的銅、鐵、鋁等金屬材料有腐蝕作用，而生成的金屬鹽是氧化反應的催化劑，更加速油的氧化過程。因此減少機車主變壓器油中的酸性物質，是延長變壓器油及變壓器使用壽命的關鍵。

普通濾油機和真空濾油機只能除去油中油泥、固體雜質、脫水和脫氣，不能除去油中的有機酸及氧化產物，凈化后的油達不到使用標準，需更換新油，而一臺變壓器需要絕緣油2 500 kg，近4.5萬元，檢修成本支出很大，所以需要專用的除酸凈油設備，對機車主變壓器油進行除酸。

1 除酸凈油裝置的結構原理

我們參考有關資料，自制了一套強制環流除酸凈油裝置。這套裝置是在原來濾油機的基礎上加了一套自制的凈油器，由濾油機和自制的凈油器配合使用。

濾油機型號為LY－150型，由油泵、粗濾器、濾清器、安全閥、回油閥、放液水嘴、過濾床(包括壓力表、濾板、濾框、濾紙、油盤)、前支架、后支架、底盤、拉桿、聯軸器及電動機組成。濾油機中的濾板、濾框交替地組成各個獨立的過濾室，濾紙夾在濾板與濾框之間。被濾油液從濾清器進油孔處吸入，通過濾清器去除較大雜質后，再進入齒輪泵。由電動機通過聯軸器帶動齒輪泵旋轉，使油液壓入濾床，通過濾油紙將油中雜質濾凈。由于濾油紙的毛細管作用，可以吸收油中殘留水分。安全閥的作用是控制管道系統的壓力，當油壓超過規定值時，安全閥就立即啟動，使油液在泵中自行循環，油壓不再上升，以確保設備安全運轉。回油閥借助齒輪泵進油口的真空作用，將油盤內的余油吸入濾清器。放液水嘴供提取油樣。

凈油器由殼體、進油閥門、進油口濾網、出油口濾網、進出油管連通閥門、加吸附劑孔蓋、放吸附劑孔蓋、觀察孔、殼體機座等組成。殼體用機車總風缸改裝而成，容積大，強度高，可容納吸附劑400 kg。濾網采用沖孔網片和50目不銹鋼濾網組成，過濾好，強度高。視窗觀察孔采用5 mm無堿鋁硅玻璃。吸附劑選用吸附性能和機械強度均良好的粗孔硅膠。進油閥門、出油閥門及進出油管連通閥門，方便凈油器接入和切除，減少管路拆卸。

強制環流凈油過程是從變壓器底部放油閥→進硅膠罐底部進油閥→進油口濾網→經粗孔球型硅膠→出油口濾網→硅膠罐上部放油閥→壓力濾油機→變壓器副油箱。借助油泵強迫油在壓力下通過凈油器的吸附劑層，油中水分、游離酸和加速絕緣油老化的氧化物等，都被與油充分接觸的吸附劑吸收，使油達到再生效果。此過程反復循環，直至油合格為止。設備連接循環圖如圖1所示。

圖1 設備連接循環示意圖

2 吸附劑的選用

吸附劑應具有多孔、活性能力強、吸酸力強等特性，才能吸附油中的水分、過氧化合物、有機酸、羰基等對變壓器油有害的物質。依據油處理方法所用材料和常用吸附劑性能，我們選用效果較好而又廉價的除酸硅膠(粗孔硅膠)，表1為粗孔硅膠與活性氧化鋁性能比較表。

表1 粗孔硅膠與活性氧化鋁性能對比

由表1可以看出，硅膠活性表面積大，使用溫度低(常溫即可)，活性氧化鋁使用溫度要求相對較高，使用時需要加熱裝置，兩者均具有較好除酸效果，綜合考慮，我們選用吸附性能和機械強度均良好的粗孔硅膠，夏季處理時不需對油加溫，只要室外溫度達15℃以上即可，在冬季可與帶加熱的真空濾油機配合使用，由于凈油硅膠罐容量大，與油接觸面積大，在循環過程中油與硅膠接觸更好，有利于對酸的吸附，縮短過濾凈化時間。

3 使用中需要注意的問題

(1)凈油器在安裝和使用中，應仔細檢查其進出油口濾網是否堅固完好，如發現沖孔網片變形或網孔破損，應立即檢修或更換，防止吸附劑顆粒進入循環系統造成不良后果。

(2)除酸硅膠應用4～6 mm粒度，并進行干燥處理。使用中加強觀察，失效時應及時更換。

(3)設備連接應嚴格按圖1進行連接，濾油機的進出管路一定要嚴密，避免管路系統進氣和漏油，凈油器連接要下進上出，確保油與吸附劑接觸充分，濾油機進油口連接凈油器，凈油器濾網過濾不掉的微粒通過濾油機進行除污后才能進入變壓器，保證油質純凈。

(4)為保證油循環時不留死角，節約濾油時間，可采用單向過濾，即把變壓器油一次全部過濾到油罐，再把油罐的油過濾到變壓器，一般情況下，一個循環過程就能達到凈油再生效果。

4 使用效果及推廣優勢

變壓器油強制環流除酸凈油裝置經過實際運行，完全達到了變壓器油除酸要求，經凈油器處理后的變壓器油酸值標準符合質量標準(表2)，表3為5臺中修機車不合格變壓器油進行除酸凈油處理前后情況對比。

表2 中修機車主變壓器油質量標準

表3 機車主變壓器油處理前后情況對比

主變壓器油強制環流除酸凈油裝置采用滲濾再生處理，借助油泵強迫油在除酸罐通過吸附劑層，實現凈油效果，操作簡單，運行可靠，優點顯著:

(1)可以與真空濾油機和壓力濾油機配合使用，能去除變壓器油中的酸性成分、懸浮物質、沉淀物質，水分，能使變壓器油再生。

(2)該裝置采用粗孔硅膠吸附劑，處理后不損傷油的基本成分和抗氧化性能，達到新油標準，同時提高了設備的絕緣性能和安全性能。

(3)費用消耗低，所需費用比傳統的換油方式節約開支90%。另外，粗孔硅膠可回收再生激活，成本會更低。

(4)該裝置一次裝入的吸附劑可處理變壓器油酸值超標的變壓器18臺，在鄭州機務段，自2012年5月投入運用以來，共處理SS4改型電力機車主變壓器30臺，只更換過一次吸附劑。

(5)該裝置結構簡單，吸附劑面積大，更換粗孔硅膠吸附劑簡便，除酸效果好，特別適用于機務段檢修使用。

該凈油裝置的研制，解決了鄭州機務段段中修機車主變壓器絕緣油老化后再生處理問題，降低了檢修成本，每年可節約成本50多萬元，提高了變壓器檢修質量，防止機車主變壓器因絕緣油不良而引起的擊穿，甚至火災事故，保證了鐵路運輸安全。

［1］ 張有松，朱龍駒.韶山4型電力機車［M］.北京:中國鐵道出版社，1998.

［2］ 李發海，朱東起.電機學(第三版)［M］.北京:科學出版社，2001.

［3］ 羅 敏.SS4改型電力機車主變壓器油酸值高的原因分析及處理［J］.鐵道機車車輛工人，2009，(5):19-21.

［4］ 柳麗霞.電力機車主變壓器油的質量要求及其處理方法［J］.內蒙古科技與經濟，2009，(11):102-104.