气相干燥在变压器中的应用.docx

气相干燥在变压器中的应用摘要变压器绝缘干燥处理是比昂氩气制造过程中一道非常重要的工 序，但其处理时间长，且对产品质量的影响至关重要由于以前的干 燥设备周期长，不稳定，因此对产品质量起不到保证的作用，而气相 干燥是变压器处理的新方法它克服了传统干燥法加热温度低，不均 匀，处理时间长的缺点，由于喷变压器油而大大降低绝缘材料内的水 分扩散系数的缺点同时，气相干燥，既吸取了传统干燥法不降低绝 缘内部水分扩散系数的优点，又吸取了喷油干燥法加热温度高，加热 均匀的特点因此，气相干燥法是一种烦躁速度快，干燥质量好的处 理方法关键词：气相干燥 变压器 压力 时间 温度1. 气相干燥设备情况变压器绝缘干燥处理是变压器制造过程中一道非常重要的工序， 不到处理周期较长，而且对产品最终质量的影响至关重要一台设计 良好，前面工序制造完美的变压器，如果器身干燥处理欠妥的话，则 很难达到要求的电气性能由于过去的老真空干燥处理设备周期很 长，干燥处理质量不稳定，因干燥处理不彻底而通不过出厂试验或造 成返修的例子不乏其有因此干燥处理设备已工艺曾一度一直卡着生 产质量的脖子? .另一方面，如果干燥处理不彻底，残留在绝缘材料中 的水分会严重影响变压器的使用寿命，例如残留在绝缘中的含水率由 0.1％（重量比）升到1％，就会使绝缘的老化速度加快。

因此寻找有 效的绝缘干燥处理的工艺方法，一直是国内外变压器行业探讨得课 题气象干燥设备正是在这种探讨中应运而生它是综合了传统干燥方式和喷油干燥方式的优点，而且又同时克 服了它们的缺点基础上发展起来的干燥方式其干燥几乎是在无氧条件下进行的，所以它的干燥温度高，课提 高真空罐内的温度达到125°C——130°C其优点是：绝缘材料的水份扩散系数高（和喷油相比），加热均 匀（和传统干燥比），干燥彻底，周期短气象干燥设备是 60 年代美国西屋公司首先发明的，并申请了专 利，后转让给瑞士 Mlcafil 公司 Mlcafil 公司在此基础上做了大贫的 改进工作，70 年代以作为商品向全世界出售其特点是：其全部干 燥过程，是在一个实际上无氧气相中进行因此其加热温度可高达 130C，比传统干燥提高20C仅从这一点看，气相干燥法使得绝缘 内的水蒸汽分压增加了 2 倍，扩散系数增加了一倍以上，而干燥时间 可大大缩短使用煤油蒸汽做载热体，它的凝结热高达73千卡/公斤，其热容 量比空气约大100倍（〜 汽627X 1 0 5瓦•秒/克，空气581X103 瓦•秒/克•分子）要利用凝结后的没有顺器流下，充分加热器身， 其浸透能力强，传导效率高，因此加热快。

煤油蒸汽放热过程是在被干燥物面上进行的，越冷的地方放热越 好，冷凝过程也最活跃，因此加热均匀由于使用的煤油蒸汽的压力 比水蒸汽压力低很多，所以，从最初加热到高真空的全过程中，绝缘 材料的脱水一直不断有效地进行总的来讲，煤油气相干燥过程中分四个阶段，首先，将没有加热 蒸发，把真空罐抽真空（准备阶段） ,然后把合格要求的的没有蒸气 送入真空罐，对器身进行加热，是器身温度不断提高，绝缘内水分不 断的蒸发和被抽走（加热阶段）达到一定要求后，停止送没有蒸气， 罐内温度靠真空罐壁外的加热管来维持，对真空罐抽真空，把遗留在 其身上的没有变为蒸汽抽出，以提高罐内的真空度（低真空阶段） 最后，进一步提高罐内真空度使绝缘内的水份和煤油进一步蒸发（高 真空阶段），从而达到彻底干燥器身的目的2 气相干燥设备的基本原理及特点变压器干燥的主要目的是将固体绝缘材料中的水分排除掉根据 统计，纤维绝缘材料中的初始含水量一般认为约 6-8％（重量比），干 燥终了要达到的标准为平均含水率 0.5-0.1％这样排除的水量按 5.5％计算，一台绝缘重量为 10 吨的变压器，干燥过程中要排掉 550 公斤的水这组数据是符合实际情况的，干燥实践中，一台大型变压 器出水达 500 公斤以上的情况屡见不鲜。

根据干燥理论，变压器绝缘材料中的水分都是以毛细吸附的形式 存在的以这种方式存在的水分，在上述的含水量的范围内，干燥过 程就是水蒸汽分子从绝缘材料中往周围空间扩散的过程驱使水分向 绝缘材料外部迁移的动力从宏观上看，主要是绝缘材料内部和周围空 间水蒸汽分压差AP,绝缘材料中的水蒸汽压力越高，周围的空间压力越低，则AP越大在一定得含水量下，要提高绝缘材料内部的水蒸 汽分压，必须提高绝缘材料的温度，即对绝缘材料进行加热，而降低 周围压力则必须采取抽真空的办法，这样从两个方面提高AP,这就 是所谓的热——真空干燥法降低绝缘周围空间压力的办法，在各种干燥设备中，•都是将变压器芯•・* ..放在真空罐中或变压器本体邮箱中，用适当赣空系统来抽真空而(a)以空P我热介则秫过程对变压器的加热，由于载热介质和换热机理的不同，形成了许多具有(0 YPD的主矩作过程不同特点的加热方式和加热设备总的来讲，传统的干燥设备可分为 两大类a) 以空气为载热介质的干燥方法工作过程如图1 (a)所示 在大气压力下，用热风循环或自然对流的方法，将变压器 加热到110-115°C，然后在抽真空b) 以变压器油为载热介质的液相加热，工作过程如图 1(b)。

在室温下先抽真空，然后在喷入或注入热变压器油，并进 行循环，对变压器进行加热然后在抽真空抽真空时将 油放掉或者不放以上两种方法都有其不可克服的缺点以空气为载热介质的 加热方法，在加热阶段不能抽真空，而在大气状态下，绝缘材料 的允许加热温度限制的较低变压器一般为 A 级绝缘，最高允 许温度为 110，以变压油位载热介质的加热，尽管可以在加热阶 段抽真空，也可以将温度适当提高，但最大的缺点是必须在绝缘 材料中约水分尚未排除前，就将变压器油浸入绝缘材料中而变 压器油的饱和蒸汽压力远比干燥过程中的工作真空压力低，很难 重新蒸发，这样使浸油绝缘中水分的扩散系数比非浸油绝缘要低 20-30 倍因此水分迁移阻力增大，大大降低干燥速度和最终的 干燥程度气相干燥法是介于上述两种方法之间的热-真空干燥法，工 作过程见图1 (c)它不再是用气体或液体作为载热介质，而是 用特种煤油蒸汽——气相作为载热介质进行加热，并利用相变换热机原理，这是气相干燥设备的最大特点，也是与上述两种方法 的根本区别正是因为气相干燥设备采用了新的载热介质和利用 了新的想热机理，所以它克服了上述两种方法的缺点，保留了它 们的优点具体的讲，与前两种方法比较，有如下几个优点。

——炮知區芨(7)S2；煤油、水及变压器油的饱和压力(1) 以煤油蒸汽作为载热介质，可以实现在真空状态下进行加热由于煤油的饱和压力远比水的饱和要离低，而又比变压器油的饱和压 力高（见图 2），所以即使在加热阶段，温度比较低时，水分就开始 顺利的排除；又能在加热完后，是煤油很容易蒸发掉而不影响高真空 阶段水分约扩散系数2）因为变压器的加热是在无氧状态下进行的，所以加热温度可以从110°C提高到125-130°C而不至于引起绝缘材料的老化尽管加热 温度仅提高十几度，但水蒸汽分压提高近lOOOmbAR，所以对排除水 分是非常有利的3） 煤油蒸汽除以对流换热方式对绝缘材料的加热外，在绝缘材料表面要发生相变冷凝放热，冷凝后的煤油又在绝缘表面进行模层换 热根据传热学知识，这样的换热效率比别的任何一种加热方式都够 啊，因此加热速度快4） 因为越冷的地方，冷凝换热越强烈，冰球凡是煤油蒸汽所到之 处，都具有冷凝效应，不想热风循环加热那样必须提供循环通路，从 而避免了热风循环加热中不易加热的死角，所以绝缘表面的温度缝补 均匀另外，凝结后的煤油很容易携带着热量渗透到绝缘内部，从而 加速了绝缘材料的热传导，是绝缘材料深层温度分布也较均匀。

而温 度分布均匀对干燥来讲，也是至关重要的5） 在变压器上冷凝的煤油，作为一种良好的清洗溶剂，可以讲变 压器上的污物尘埃中洗掉，这是气相干燥设备独具的优点对浸过变 压器油的产品或返修的旧产品，在加热过程中可将有冲洗掉，是水分 排出的扩散系数接近未浸油的产品，得到同样的干燥效果，并且提高 产品的清洁程度而使电气性能提高3、气相干燥的主要工艺过程气相干燥的主要工艺过程如图1（C）所示，共分四个主要阶段 1） 准备阶段将变压器放在真空罐中，利用真空系统在室温下对 其抽真空，使真空罐中的压力降到7mbar以下同时蒸发器中用水蒸 汽排管对没有进行加热，是蒸发器中的温度达到11 °C，对应于该温 度下煤油的饱和压力约 100mbar,（2） 加热阶段真空系统停止工作蒸发器中的煤油这蒸汽靠压差 涌入真空罐对变压器进行加热，冷凝后从真空罐内排出，返回蒸发器， 形成一个循环，随着真空罐中温度的升高，煤油蒸汽不会完全冷凝掉 而造成聚积，绝缘材料中的水分也开始排出来，一水蒸汽状态聚积在 真空罐中，再加上少量的空气可能漏进真空罐，是真空罐中压力逐渐 升高这些混合气体浸入压力恒定在45mbar的冷凝系统进行冷凝。

冷凝后液体的煤油因与水比重的不同，而完全分离出在收集罐的上 部，然后在进入蒸发器形成第二个循环就靠这两个循环，是真空罐 中的变压器逐步加热在加热过程中，蒸发器中的温度也人为地逐步 调高至135C，对于那个的蒸汽压力约185——190mbar，加热终了， 真空罐中及变压器温度达到125-130C不能加热太高，因为在传统 真空干燥工艺文件中往往有升温速度的要求，这是因为，如果打开蒸 汽加热阀门，任其升温，一般升温会太快，这样绝缘件表面很快便有 水份蒸发，而铁蕊热容量很大，同时又被线圈和绝缘筒包着，热得很 慢，温度自然很低，这样器身蒸发出来的水份，遇到冷的铁蕊便冷凝 成水，附在铁蕊表面造成铁蕊生锈对于大容量高电压使用绝缘纸板层压压板的变压器，如果升温太快， 表面很快干燥收缩而深层的水份出不来，不收缩，往往造成后曾绝缘 件开裂为了防止铁芯生锈或压板开裂，升温不可太快，一般控制在15 °C——20 °C/小时当①大型变压器器温度在120C以上，铁芯为温度在118C以上， 一般110千伏级变压器器身温度在115°C以上，铁芯温度在113°C以 上② 已出水量占出水量的 95％以上，且每小时的出水量已连续几 个小时均已极少③ 加热时间已占气相干燥全过程时间的60%左右时加热结束。

3） 降压阶段（或叫低真空阶段），停止煤油蒸汽往真空罐中的输 送将真空罐中的煤油和混合气体排除真空罐，使残留在绝缘次啊料 中的煤油重新蒸发由于蒸发这些煤油及水分的继续排除需要一定的 热全，所以温度略有下降，但靠真空罐本身水蒸汽排管的加热，温度 然后又会略有回升最后，真空罐中的压力降低到 25mbar 以下，并 且冷能系统不再有冷凝液生成不同产品的降压次数不同，中间降压 次数与器身的绝缘结构和重量以及器身的总重有关一般来说，大型 变压器（指 220KV 级）容量为几十万伏安，可进行 3 次中间降压处 理，电压 110 千伏级容量较小的变压器只进行 1-2 次中间降压即可4） 高真空阶段利用住真空系统对真空罐抽真空最终压力要到 到 0.1lmbar 以下因为在高真空阶段以前绝缘中 95 ％以上的水分已 经排除，所以高真空不需要很长时间随着高真空过程的进行，变压 器的温度会继续回升，最后达到115-125°C确定高真空结束，亦即 干燥过程结束的重要条件是绝缘材料的出水率达到每吨绝缘每小时 少于10千克，即W10g/h・T高真空结束还应满足① 器身温度：大型变压器器身120C左右，特大型125C左右，一般 变压器115C左右。

② 铁芯温度：大型变压器在120C左右，一般变压器在115C左右③ 皮拉尼的真空度：大型变压器在 0.2 毫巴以下，一般变压器在 0.。