Powercor Australia 是維多利亞州的電力分銷(xiāo)商。Powercor 使用安裝式和便攜式油中含水率探頭（包括維薩拉 HUMICAP® 水分測(cè)定儀 MM70）對(duì)變壓器運(yùn)行在線(xiàn)水分監(jiān)測(cè)程序。劣質(zhì)油的絕緣強(qiáng)度低，甚至可能出現(xiàn)絕緣失效。油處理或更換可以解決大多數(shù)油質(zhì)量問(wèn)題，但當(dāng)水分存在于繞組和繞組支撐結(jié)構(gòu)的絕緣紙中時(shí)，這些水分會(huì)迅速恢復(fù)。水分監(jiān)測(cè)為跟蹤這種恢復(fù)現(xiàn)象提供了方法，而通過(guò)在線(xiàn)干燥，可以管理油中含水率，從而保持油的介電裕度。
油中含水率測(cè)量
該水分探頭可測(cè)量以下兩種參數(shù)：
1.Aw - 水活度，是指“活性”溶解水分的相對(duì)飽和度，分?jǐn)?shù)從 0 到 1。
2.T - 油溫度，以攝氏度為單位。
探頭還具有可選的內(nèi)置算法，可提供以 ppm 為單位的輸出。探頭出廠時(shí)默認(rèn)采用新的油公式，也可將其他已知的公式以編程方式置入探頭。探頭的 ppm 值通常低于用于確定油樣含水量的卡爾費(fèi)休 (KF) 測(cè)試的 ppm 值。這可能是由于卡爾費(fèi)休測(cè)試捕獲的物品中有結(jié)合水。在下文中，卡爾費(fèi)休水分相對(duì)飽和度結(jié)果被定義為“Rs”。本文中提及的所有變壓器均為 66/22kv 鐵芯式變壓器。
使用探頭進(jìn)行水分監(jiān)測(cè)
12 臺(tái) Powercor 變壓器已安裝了探頭。每個(gè)探頭為監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集 (SCADA) 系統(tǒng)提供兩個(gè)模擬輸出：ppm 和溫度。選擇對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)的變壓器是那些已知存在油質(zhì)量問(wèn)題的變壓器，通常相當(dāng)陳舊，在某些情況下負(fù)載很重。大多數(shù)都需要在近期進(jìn)行油再生或更換。對(duì)于已拆下散熱器組的變壓器，探頭的安裝位置是從散熱器到主油箱的回油管路的下部排放閥處。這會(huì)將探頭置于來(lái)自變壓器熱虹吸管的油流中。在未拆下散熱器組的情況下，出于類(lèi)似原因，選擇的安裝位置是下部散熱器排放閥之一。探頭具有滑動(dòng)式密封，這意味著它們可以通過(guò)排放閥簡(jiǎn)單地安裝，無(wú)需停機(jī)。
圖 1：水分變化，10 MVA ONAN 變壓器。圖 1 中的變壓器是 10 MVA ONAN 變壓器，該圖展示了負(fù)載增加和炎熱天氣帶來(lái)的影響。請(qǐng)注意水分是如何在 60 ppm 時(shí)達(dá)到峰值并且數(shù)天都沒(méi)有恢復(fù)的。最后一次油樣的 KF 水分含量為 30 ppm。在炎熱天氣期間，該裝置的持續(xù)高負(fù)載可能會(huì)導(dǎo)致水分過(guò)多，從而導(dǎo)致介電裕度降低。在線(xiàn)監(jiān)測(cè)表明，對(duì)該裝置進(jìn)行脫水操作是明智的選擇。
圖 2：水分比較示例 (SCADA) - 刻度以 ppm 為單位。永久 SCADA 連接使得用戶(hù)可以在負(fù)載和條件相同的姐妹裝置之間進(jìn)行對(duì)比分析。顯示最低水分含量的變壓器大約五年前曾在干燥爐內(nèi)進(jìn)行過(guò)干燥。
圖 3：填充新油后的水分恢復(fù)情況。刻度以 ppm/°C 為單位。在圖 3 中，20 MVA ONAF 變壓器的油量為 17000 升，于 2005 年 10 月 28 日完成換油，承包商所采集油樣的水分含量為 11 ppm (KF)。在幾天之內(nèi)，探頭數(shù)據(jù)
顯示水分含量已恢復(fù)，范圍為 16 至 37 ppm。
圖 3：填充新油后的水分恢復(fù)情況?？潭纫?ppm/°C 為單位。
便攜式探頭
維薩拉便攜式探頭也已面世，Powercor 已從維薩拉采購(gòu)了其中的三種。到目前為止，它們已用于 20 臺(tái)變壓器。這些探頭具有電池電源和足夠的內(nèi)存，能夠以每小時(shí)讀取一次的頻率存儲(chǔ)大約 30 天的數(shù)據(jù)，基本上相當(dāng)于電池的壽命。同樣，選擇的位置通常是散熱器排放閥，以確保油流過(guò)探頭。這些便攜式探頭使用靈活，可以監(jiān)測(cè)多個(gè)站點(diǎn)。探頭安裝后可以編程為每隔幾分鐘記錄一次數(shù)據(jù)。需要回訪(fǎng)站點(diǎn)以下載數(shù)據(jù)，為下一個(gè)記錄周期清除內(nèi)存并在需要時(shí)為電池充電。
圖 4：低水分 -66KV 調(diào)節(jié)器。在圖 4 中，油樣顯示出異常高的水分和低絕緣電壓，22 C 下 KF 測(cè)試結(jié)果為 43 ppm (Rs =0.7) 絕緣電壓 = 36 kV。這很出乎意料，因?yàn)樵撗b置最近在干燥爐中干燥過(guò)。隨后，工作人員快速安裝了便攜式探頭，得到的數(shù)據(jù)顯示很低的水分含量。第二個(gè)油樣證實(shí)了這一點(diǎn)：15 C 下 KF 測(cè)試結(jié)果為 9 ppm (Rs =0.2) 絕緣電壓 = 82 kV。最初的油樣很可能被污染了。
圖 5：水分急劇減少。
圖 5 顯示的是 10/18 MVA ONAF 變壓器的數(shù)據(jù)。水分減少恰逢觀測(cè)站調(diào)試新變壓器，這降低了該裝置的負(fù)載。總之，便攜式探頭為監(jiān)測(cè)在適當(dāng)位置裝有閥門(mén)的變壓器提供了一種方便且經(jīng)濟(jì)高效的方法。
沒(méi)有此類(lèi)配件的變壓器也可以在主油箱排放閥或采樣閥中安裝探頭。不過(guò)，如果沒(méi)有油流過(guò)探頭，結(jié)果可能不準(zhǔn)確或不能代表總體油況。使用分子篩裝置進(jìn)行干燥。Powercor 有兩臺(tái)分子篩在線(xiàn)干燥機(jī)。這些裝置安裝在手推車(chē)上，只需將油泵入含有分子篩材料的濾芯即可去除水分。
它們裝有一個(gè)水分探頭，可以監(jiān)測(cè)進(jìn)油或出油（取決于旁通閥的位置）。當(dāng)出口油水分等于（或超過(guò)）入口油水分時(shí)，濾芯可能已達(dá)到飽和，表明應(yīng)更換濾芯。每個(gè)濾芯理論上可以容納一升水，每臺(tái)干燥機(jī)有四個(gè)濾芯。濾芯昂貴，目前沒(méi)有可用的回收選項(xiàng)。這些裝置設(shè)計(jì)用于從底部的主油箱吸入進(jìn)油，并將油返回到儲(chǔ)油器。
這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是可以避免空氣進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)瓦斯繼電器（壓力突變繼電器）問(wèn)題。它的缺點(diǎn)是會(huì)使新的干燥油接觸到油枕的頂部空間。對(duì) Powercor 來(lái)說(shuō)，這個(gè)頂部空間與大氣相通。迄今為止，這些干燥機(jī)已用于九個(gè)變壓器，結(jié)果總結(jié)如下。
表 1：從部分變壓器分子篩干燥機(jī)收集的結(jié)果
請(qǐng)注意：油參數(shù)來(lái)自油樣（即 KF 和介電擊穿測(cè)試），但后期油參數(shù)“S3”和“L2”例外，它們來(lái)自探頭。估計(jì)去除的水分基于濾芯更換次數(shù)以及干燥機(jī)入口和出口的水分讀數(shù)。盡管濾芯的額定容量為 1 升，但人們認(rèn)為，隨著水分含量的降低，它們會(huì)在達(dá)到該容量之前停止去除水分。為了證明這一點(diǎn)，工作人員配置了稱(chēng)重罐，并將新濾芯和“滿(mǎn)”濾芯浸沒(méi)在油中進(jìn)行稱(chēng)重。得到的平均增重為 641 克，表明水分含量為 0.641 升。據(jù)估計(jì)，每組過(guò)濾器在 10-20 ppm 的水分含量下可去除 2.6 升水分。人們還發(fā)現(xiàn)，在過(guò)濾器夾緊裝置中添加額外的密封墊圈，干燥機(jī)的性能會(huì)顯著提高。干燥機(jī)不是連續(xù)運(yùn)行，而是關(guān)閉一段時(shí)間以便讓水分含量恢復(fù)。確定何時(shí)停止過(guò)濾的一般經(jīng)驗(yàn)法則是當(dāng)水分含量始終保持低于 20 ppm 或 0.2 Aw 時(shí)。事實(shí)證明，維薩拉監(jiān)測(cè)探頭在進(jìn)行這種評(píng)估方面很有價(jià)值。
圖 6：監(jiān)測(cè)干燥。圖 6 顯示了“L2”變壓器上的永久探頭在 10 個(gè)月干燥期間的數(shù)據(jù)。注意干燥機(jī)中的水分減少，以及隨后由于纖維素中的水分和油中的水分達(dá)到新的平衡而出現(xiàn)的水分恢復(fù)。另請(qǐng)注意，隨著水分含量的降低，每個(gè)日負(fù)荷周期內(nèi)的水分變化程度也會(huì)隨之降低。
紙質(zhì)濾芯干燥機(jī)
Powercor 最近購(gòu)買(mǎi)了另一款帶有紙質(zhì)濾芯的在線(xiàn)干燥機(jī)。該裝置通過(guò)軸向泵送油，使油流過(guò)濾紙卷來(lái)去除水分。只要紙比油干燥，水分就會(huì)從油遷移到紙上。該裝置有一個(gè)可編程邏輯控制器 (PLC) 控制系統(tǒng)，可以在每個(gè)過(guò)濾周期后重新干燥濾紙。該裝置在進(jìn)油口和出油口處裝有水分探頭，并具有數(shù)據(jù)記錄和遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)設(shè)施。干燥機(jī)裝有水分捕集器，因此可以收集實(shí)際去除的水分。
該裝置的優(yōu)點(diǎn)是過(guò)濾器壽命比分子篩裝置長(zhǎng)得多。干燥機(jī)與主油箱底部排放閥的進(jìn)油和頂部放油閥的出油相連。到目前為止，已經(jīng)對(duì)三臺(tái)變壓器進(jìn)行了干燥，第四臺(tái)正在進(jìn)行中。表 2：從采用紙質(zhì)濾芯的干燥機(jī)收集的結(jié)果。
請(qǐng)注意：油參數(shù)來(lái)自油樣（即 KF 和介電擊穿測(cè)試）。由于這些干燥操作是最近進(jìn)行的，因此尚未進(jìn)行后續(xù)油監(jiān)測(cè)。預(yù)計(jì)水分含量會(huì)有所恢復(fù)。該干燥機(jī)還具有在“分析”模式下運(yùn)行的設(shè)施，在該模式下，過(guò)濾器會(huì)被繞過(guò)，油將會(huì)循環(huán)并通過(guò)其中一個(gè)水分探頭得到監(jiān)測(cè)。這不僅提供了監(jiān)測(cè)功能，還提供了干燥功能。圖 7：典型過(guò)濾數(shù)據(jù)。請(qǐng)注意：左軸 (Aw) 刻度為 0 到 0.250；右軸（入口油溫）刻度為 0 到 45 攝氏度。此示例顯示了過(guò)濾器充滿(mǎn)水分并重新干燥時(shí)的鋸齒狀特征。注意入口油水分的穩(wěn)定減少。本示例中的過(guò)濾時(shí)間已設(shè)置為長(zhǎng)于所需時(shí)間（12 小時(shí)），因?yàn)槌隹谒殖^(guò)了入口水分。
持續(xù)的努力必不可少
在線(xiàn)水分監(jiān)測(cè)可以為存在水分問(wèn)題的變壓器提供一種有價(jià)值的狀態(tài)監(jiān)測(cè)工具，也可以用于揭示可能存在常規(guī)油樣采樣無(wú)法檢測(cè)到的水分問(wèn)題的變壓器。一種常見(jiàn)現(xiàn)象是，單次嚴(yán)重過(guò)載超溫事件會(huì)迅速增加油中含水率，因?yàn)樗质峭ㄟ^(guò)纖維素傳導(dǎo)的，顯然，水分恢復(fù)到早期水平可能需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。但是，僅靠監(jiān)測(cè)并不能解決任何問(wèn)題?？梢愿纳茽顩r的是根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果采取的相關(guān)措施。在線(xiàn)干燥通?？梢钥焖俑纳朴偷馁|(zhì)量，但這種改善可能無(wú)法永久保持下去。進(jìn)行后續(xù)監(jiān)測(cè)才是明智之選，而這通常會(huì)產(chǎn)生又一次干燥循環(huán)。要實(shí)現(xiàn)有效的在線(xiàn)干燥，需要付出持續(xù)的努力，而且可能需要持續(xù)數(shù)月的時(shí)間。
本文最早發(fā)表于維薩拉新聞 175/2007（澳大利亞墨爾本市 Powercor 公司工廠維護(hù)工程師 Colin Feely）。