電力變壓器除潮技術綜述

劉鵬飛，黃曉勝，覃智賢

（廣西電網有限責任公司南寧供電局，廣西 南寧 530031）

0 引 言

電力變壓器作為電力系統中不可或缺的設備，在電能傳輸中具有重要作用。電力變壓器的原理是通過繞組之間的交變電磁場的電磁感應來提高和降低電壓等級，同時保持電流頻率不變。過去幾十年中，我國經濟大力發展，電力系統領域發展也十分迅猛，水力和火力發電機組容量不斷提升。由于能源分布不均導致電能輸送的距離越來越遠，容量也越來越大，促使電力系統對電力變壓器安全穩定運行的要求也變得更加嚴苛。變壓器能否安全穩定運行對電力系統的供電可靠性有著較為直接的影響。電力系統中的變壓器在我國主要以油浸式變壓器為主，其中絕緣油紙是其十分重要的絕緣介質之一，其本身的品質間接決定了變壓器是否能夠安全運行。實際生產中由于絕緣油紙受潮引起的變壓器事故不在少數，因此關于絕緣油紙除潮技術的相關研究顯得尤為重要。本文主要針對目前常用的變壓器除潮技術和一種新型的變壓器除潮技術的相關方法及其優缺點進行總結和綜述[1-3]。

1 傳統變壓器除潮技術

1.1 真空干燥法

真空干燥法的主要原理是將電力變壓器置入真空罐內，利用真空罐內部的加熱裝置進行升溫，熱量將會通過變壓器本體由外至內進行傳遞，使得吸附在變壓器內的繞組和油紙中的水分子吸收熱量而增加動能，使得水分子運動加速，最后從絕緣材料中蒸發出來。真空干燥法的除潮效果主要受3個因素制約：（1）真空罐內的溫度，溫度越高，干燥效果越好，干燥速度越快，但不能一味追求干燥速度，因為絕緣材料的老化受溫度影響非常大，過高的溫度會加速絕緣材料的老化；（2）真空罐內的真空程度，真空度過高會使得罐內導熱性性能變差，使得水分子不能夠獲得足夠的動能；（3）加熱干燥的時間，若時間過長會浪費大量能源。真空干燥法具有較為明顯的缺點，即所耗時間較長，且需要消耗較多的能源。因此，該方法在現在的變壓器油紙除潮中很少使用[4-5]。

1.2 煤油氣相干燥法

煤油氣相干燥法是采用相變換熱的原理對變壓器的本體進行加熱升溫，其除濕原理與真空干燥法類似。通過改變蒸發器內的氣壓和溫度使得液態的煤油氣化，以氣化以后的小分子煤油作為載熱體通入真空罐中，而此時真空罐內表面溫度較低，使得煤油氣體遇冷液化在真空罐內壁中。液化將會釋放熱能，從而使得變壓器本體溫度升高，蒸發出附著在變壓器各個部位的水分子，而液化的煤油通過冷凝系統再回到蒸發器中循環利用。該方法具有加熱速度快、加熱較為均勻的優點，廣泛應用于大容量變壓器的干燥處理中，且煤油的液化還可順帶除去變壓器內部的灰塵和污垢[6]。

1.3 熱油干燥法

熱油干燥法主要分熱油循環法和熱油噴淋法。熱油循環法是在外部系統將變壓器油加熱后注入到變壓器內部，再由變壓器油將熱量傳遞給變壓器內的絕緣材料，巧妙地利用在一定的溫度下絕緣油紙水平平衡的原理，使得原本變壓器中的水分轉移至變壓器油中經由循環系統轉移至變壓器外部進行干燥處理。熱油噴淋干燥法與熱油循環法原理類似，僅僅是將向變壓器內部注入變壓器油的方式改為采用噴嘴向變壓器內部噴射油霧。兩者都是通過變壓器油將水分帶至外部系統進行干燥處理，常用于現場對變壓器進行干燥[7]。

1.4 油箱渦流加熱法

油箱渦流加熱法又稱做鐵損法，原理是通過交變電流在鐵芯等處渦流作用進行加熱達到升溫的目的。首先需要將變壓器的部分附件拆卸下來，然后將變壓器油抽出，將保溫材料包裹在即將處理的變壓器外部，并在外部纏繞通流導線并施加交變電流，從而在交變電流的作用下變壓器油箱內部的鐵芯等處將會由于渦流作用而升溫，實現對絕緣材料進行加熱和干燥。變壓器底部所受到的渦流作用較小，溫度通常相比其他區域要低。為了使得加熱均勻，通常需采用電熱絲對變壓器底部進行輔助加熱。

1.5 熱風干燥法

熱風干燥法是通過向變壓器內部通入加熱空氣將附著在變壓器鐵芯和繞組上的水分帶出到變壓器箱外，一般從底部向變壓器內吹入熱風。具體地，將變壓器放置到干燥室中，從變壓器底部向上吹入熱風，經由套管吹出。這里需要保證干燥室盡可能小，干燥室內壁距離變壓器外壁盡量保證在20 cm內，熱風溫度需要低于95 ℃。進風口處需要加裝過濾器以保證熱風的干凈，避免灰塵、雜質通過氣流進入變壓器內部。向變壓器底部通入熱風時盡量保證均勻，不能直接向變壓器本體吹熱風。該種方法的缺點是干燥不夠充分。

1.6 工頻短路電流法

工頻短路電流法通常用于中小型變壓器的干燥處理，原理是將變壓器中的低壓側繞組進行短路，同時在高壓側繞組加以工頻交流電流，繞組在交變電磁場的作用下將會發熱，相當于直接給變壓器進行了加熱處理。加熱過程中務必將電流大小的通電時間控制好，以免加熱溫度過高而破壞絕緣材料的絕緣性能，但溫度過低不能對變壓器內部起到干燥作用。因此，施加交流電流的大小和通電時間對該種干燥方法的效果至關重要。短路電流的銅損加熱后，變壓器內部的絕緣材料上附著的水分將會氣化，通過抽真空的方式將水分子抽出變壓器本體之外，達到對變壓器內部進行干燥的目的。由于該種方法的熱量來源于繞組自身的銅損而不是從外部向內部進行熱傳導，且短路電流產生的熱量足以使水分氣化，因此不需要采取額外的保溫措施。該種干燥處理方法也有一定的局限性。由于在工頻電流作用下變壓器繞組的自阻抗較大，所施加的工頻電流較大時，對一次側施加的工頻電源的電壓和容量有很高要求。基于此，工頻短路電流的干燥方法一般適合用于中小型變壓器干燥[8]。

2 新型變壓器除潮技術——低頻短路電流法

低頻短路電流加熱法基本原理與工頻短路電流加熱法類似，但是該方法是以PWM脈寬調制控制技術為基礎，在PWM控制軟件上進行操作，并且將三相整流單相逆變作為該系統的主拓撲，設計出在低頻條件下對變壓器繞組進行短路加熱的一種裝置。這種方法相比于工頻短路電流的干燥處理方法，能夠明顯減小一次側施加的加熱電源的電壓和容量，在相同的電源電壓和容量條件下能夠提升干燥處理的效率，并且能夠大幅提升外加電源的功率因數，同時裝置的結構簡單，便攜性能優于傳統干燥處理方法，適用于變壓器現場干燥處理[9]。

3 結 論

變壓器除潮的處理方法種類較多，但是不同的方法優缺點不同。傳統的真空干燥法由于耗時較長且干燥效果所受影響因素較多，慢慢被其他方法所取代；煤油氣相干燥法和熱油干燥法原理類似，干燥效果較好，但所耗能源較多；油箱渦流加熱法對變壓器進行干燥處理效果明顯，但工序較為復雜，需拆卸較多變壓器附件；熱風干燥法對干燥處理時的條件要求較為苛刻；工頻短路電流法對加熱電源容量要求較高，僅適用于中小型變壓器；新型變壓器干燥處理方法——低頻短路電流法能夠有效解決傳統變壓器干燥技術的各種缺陷，且結構較為簡單，干燥效果好。