變壓器真空干燥方法綜述

王增炫

【摘 要】自19世紀末發(fā)明變壓器以來，隨著電力事業(yè)的迅速發(fā)展，變壓器作為一種常見的電力設(shè)備廣泛運用于工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中。變壓器制造過程中，真空干燥則是一個重要的制造工藝，是在真空狀態(tài)下，將濕氣和空氣抽出器身，經(jīng)干燥后，再進行總裝配及注油等工序。通過干燥得到更高的絕緣強度，干燥方法也在不斷優(yōu)化。

【關(guān)鍵詞】目的原理;設(shè)備;方法種類;干燥節(jié)能

中圖分類號： TM406;TB4 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）13-0099-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.13.045

Vacuum Drying Process Summary of Transformer Manufacturing

WANG Zeng-xuan

（Zhongshan ABB Transformer Co.， Ltd.， Zhongshan Guangdong 528449， China）

【Abstract】Since transformer developed in end of 19 century ， transformers are common equipment and ?applied in different industry; Vacuum drying is one of important process in manufacturing ， moisture and air are abstracted， then product put into assembly or oil filling process. Drying process improve insulation level， drying methods are gradually optimized.

【Key words】Theory; Equipment; Methods; Energy Saving

變壓器主要由鐵心、線圈和絕緣材料等構(gòu)成，在變壓器器身裝配好后，需對其進行干燥處理，再注入變壓器油，這樣就能除掉絕緣材料中的水分和氣體，還能夠把含水量控制在產(chǎn)品質(zhì)量要求的范圍內(nèi)，增加變壓器的絕緣強度和產(chǎn)品使用的壽命。特別注意的是，對高壓變壓器里面的絕緣材料含水量要控制在0.5%以內(nèi)。

1 目的及原理

1.1 干燥的目的

（1）干燥的目的就是保證變壓器身里面的絕緣材料和紙板的絕緣介電強度，通過干燥提高絕緣材料中的水分擴散系數(shù)，保證材料的電氣強度和介質(zhì)損耗。（2）在變壓器的設(shè)備上，有大部分是絕緣材料，這些絕緣的材料大多是紙包絕緣或?qū)訅杭埌宓炔牧辖M成，除了鐵心和銅導(dǎo)線，絕緣材料會出現(xiàn)受潮的現(xiàn)象，這現(xiàn)象就會讓絕緣材料出現(xiàn)體積膨脹，進而影響產(chǎn)品的尺寸，更嚴重的時候，絕緣材料里面的水會影響介質(zhì)的電氣強度和影響絕緣油的絕緣質(zhì)量。

1.2 干燥的原理

對于變壓器器身進行加熱干燥處理的目的就是要把在絕緣材料里面的水分蒸發(fā)出去，并且還要讓這些蒸汽不斷地進行擴散，讓絕緣材料變得干燥起來。要想讓絕緣材料里面的水分蒸發(fā)掉，就要把絕緣材料和外面空間的水蒸氣有一個分壓差，絕緣材料的分壓差越高，周圍的空間壓力就會越低，絕緣材料中的水分蒸發(fā)的就會越快。所以要想增加絕緣材料的分壓差，就要降低絕緣材料周圍的一些壓力，把里面變成真空的狀態(tài)，真空度越高，周圍的空間壓力就越小，這樣就能提高絕緣材料的溫度和加熱程度。

2 真空干燥設(shè)備有：真空罐、真空泵和油泵、監(jiān)控裝置、加熱器

2.1 關(guān)于真空罐的介紹

真空干燥處理的最主要的設(shè)備就是真空罐，包括：立式和臥式兩種，一般立式的用于大容量高電壓要求的真空浸油。這種設(shè)備的特點就是：罐體型號較大，方便一些真空變壓器的干燥處理，這些立體真空罐的放置位置一般都是立在地上的，方便大型變壓器的出入爐，立式真空罐的密封性也是非常好的，適用于一些真空浸油的變壓器。

2.2 關(guān)于真空泵和油泵的介紹

旋片式的真空泵就是一種容積泵，是由定子和旋片還有轉(zhuǎn)子構(gòu)成的，這種真空泵主要是通過旋片在泵腔中的連續(xù)轉(zhuǎn)動之后把氣體吸入并且進行壓縮，最后再從排氣口進行排出。

油泵則在干燥系統(tǒng)中起到輸送變壓器油、傳送煤油、導(dǎo)熱油的作用。

2.3 關(guān)于監(jiān)控裝置的介紹

干燥過程中，需要監(jiān)控相關(guān)產(chǎn)品的溫度和真空度等數(shù)據(jù)，且借助這些數(shù)據(jù)，編制工藝圖表。相關(guān)儀表、傳感器、可調(diào)閥門等附近件，借助PLC控制，實現(xiàn)對全過程的跟蹤和實時操作。

2.4 加熱器的介紹

干燥烘爐需要熱源設(shè)備， 傳統(tǒng)上有電加熱器，有多個加熱棒組成，功率達到400KW以上。 近年以來，國家提倡節(jié)省能源，很多廠家進行升級，比如選用電廠熱尾氣或熱蒸氣作為能源動力，結(jié)合相關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備，達到對真空罐的保溫及加熱目的，節(jié)約能源達30%。

3 主要干燥方法

研究表明變壓器中水分主要是以毛細吸附的形式存在，附著在變壓器絕緣材料的表面和內(nèi)部。變壓器干燥可以大體分為三個階段，分別是表面干燥，內(nèi)部干燥和深層干燥。通常情況下，變壓器中水分蒸發(fā)的速度與周圍介質(zhì)中的水蒸氣壓強有關(guān)，即相同條件下真空度越大，水分蒸發(fā)越快，相同條件下溫度越高水分蒸發(fā)越快，變壓器真空干燥就是在這以原理的指導(dǎo)下進行的。

3.1 傳統(tǒng)真空干燥方法

（1）傳統(tǒng)的真空干燥方法是在近地表大氣壓下進行，使用的介質(zhì)為空氣，首先將變壓器預(yù)熱到100℃以上，然后進行抽真空處理。

缺點：大量實踐表明，該種方法的主要缺點是導(dǎo)熱能力不足，傳熱速度慢導(dǎo)致處理時間長，干燥不徹底。加熱不均容易導(dǎo)致內(nèi)部溫度低，達不到干燥的效果，同時容量大電壓高的變壓器絕緣層較厚，預(yù)熱時間通常在100小時以上，效率低。

優(yōu)點：是設(shè)備簡單，容易操作。綜合來看該種方法工藝較為落后，效率低，不推薦使用。

（2）另一種過去常用的干燥方法是噴油干燥法，該方法通過在變壓器上噴灑加熱過的變壓器油來進行變壓器的加熱，然后在真空狀態(tài)下進行干燥作業(yè)。

缺點：不足之處在于噴油操作在變壓器內(nèi)部水分蒸發(fā)之前進行，在進入變壓器后，變壓器油的擴散系數(shù)與水相比低得多，在一定程度上影響了絕緣材料中的水分蒸發(fā)效率。

優(yōu)點：該種方法改進之處在于變壓器油的加熱效率高，同時流動過程中可以加熱變壓器內(nèi)部，加熱更加均勻，干燥時間相對較短。

3.2 近年成熟的真空干燥方法：

（1）第一種是氣相干燥方法。

氣相干燥方法是比較流行的工藝，特別是在大型變壓器干燥工藝中。他主要是通過加熱煤油，以煤油和蒸氣為導(dǎo)熱體，噴灑在器身中，對變壓器身進行快速升溫，然后通過多次降壓和抽真空過程，達到抽出水分的過程。

氣相干燥有四個階段：第一是準備階段，把真空罐抽真空;第二階段是加熱階段，將煤油蒸氣輸入真空罐，加熱器身;第三階段是低真低階段，當加熱階段達到一定溫度及真空度后，停止輸入蒸氣，轉(zhuǎn)入到對真空罐抽真空;第四階段是高真空階段，進一步提高真空度，讓絕緣材料中的水分和蒸氣蒸發(fā)，抽出，達到干燥的過程。

此方法優(yōu)點是加熱均勻、溫度高，干燥效率高;同時有效清理雜質(zhì)異物，極大提高變壓器性能。

（2）第二種是變壓發(fā)真空干燥方法。

提升溫度和抽真空是進行變壓器干燥處理的兩個基本條件，通過提升絕緣材料的溫度提高變壓器內(nèi)部水蒸氣的分壓強，通過真空操作降低周圍介質(zhì)中水蒸氣的分壓強，通過多次“變壓”階段，有效調(diào)節(jié)溫度提升和真空度的變化，達到提升干燥效率的目的。

其主要的干燥工藝分析如下：

該方法分四個階段進行，分別是預(yù)熱階段、變壓控制、脫水作業(yè)和終干。

（1）預(yù)熱階段，使用空氣作為導(dǎo)熱介質(zhì)，在真空罐引發(fā)對流作用之后，加速熱交換作用，變壓器中鐵芯和線圈溫度升高較快。

（2）變壓控制，，隨著溫度的升高，線圈的升溫速度降低，鐵芯的升溫速度上升，此過程需要控制內(nèi)部壓強的變化。

（3）脫水階段，不斷抽走變壓器中脫出的水蒸氣。

（4）終干階段，變壓器內(nèi)部的水分存留較少，僅靠輻射能就可以滿足水分蒸發(fā)所需的能量，不斷抽真空加大絕緣材料和熱空氣的水蒸氣壓強差。

變壓法的優(yōu)點有：投資費用相對少，比氣相干燥低30%左右;干燥時間短;安全性高和環(huán)境的污染低。

3.3 循環(huán)壓力法真空干燥

循環(huán)壓力真空干燥在傳統(tǒng)干燥方法的基礎(chǔ)上進行改造，傳統(tǒng)干燥方法在控制溫度和真空度范圍內(nèi)，絕緣材料的水分蒸發(fā)和凝結(jié)在特殊條件下達到動態(tài)平衡，阻礙了后續(xù)干燥操作。循環(huán)壓力干燥法，在適當時候加入加熱之后的干燥空氣，提高變壓器內(nèi)的空氣分子熱傳導(dǎo)，使得存在于毛細管內(nèi)的水分子得到足夠的能量逸出，并被真空泵抽走，達到干燥的目的。

在真空泵工作一定時間后，再次開啟放氣罐，補充干燥的熱空氣，如此往復(fù)直至干燥結(jié)束。

循環(huán)壓力法真空干燥工藝設(shè)備流程，主要有：真空罐加熱裝置，通過熱輻射的方式加熱空氣和變壓器;真空機組主要設(shè)備為真空泵，保持變壓器內(nèi)足夠的真空度;冷凝系統(tǒng)，目的是為了將抽出的含有水分的熱空氣進行冷凝，同時加裝一個儲水罐，定期將冷凝水放出。

循環(huán)壓力法的優(yōu)點是干燥時間短，適（下轉(zhuǎn)第102頁）（上接第100頁）用于中小型變壓器。

結(jié)論：總而言之，變壓器的真空干燥處理方法就是要把水分轉(zhuǎn)移出去，從而提高產(chǎn)品的相關(guān)電氣性能。文中所述的變壓器真空干燥的辦法各有利弊，我們在使用的時候，基于應(yīng)用場景、生產(chǎn)規(guī)模和成本等因素進行選擇。隨著技術(shù)不斷的發(fā)展和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的變化，包括節(jié)能降耗的要求，相關(guān)干燥工藝及設(shè)備亦會發(fā)生變化。

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