甘 瑋,張淑利,程 嵐,常立民
(1.湖北能源集團(tuán)鄂州發(fā)電有限公司,湖北 鄂州 436032;2.西安熱工研究院,陜西 西安 710003)
運(yùn)行中的變壓器油容易受到溫度、電能、水分等外界環(huán)境的影響,油質(zhì)會(huì)逐漸發(fā)生劣化[1-2]。當(dāng)劣化到一定程度后,可能引發(fā)機(jī)組安全方面的事故。
湖北某火電廠220 kV主變壓器于1999年底投入運(yùn)行,主變壓器自投運(yùn)以來(lái)變壓器油各項(xiàng)指標(biāo)在2020年前均處于合格范圍。2020年后變壓器油界面張力有所下降,2021年1月界面張力下降至15.2 mN/m,不滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。腐蝕性硫指標(biāo)檢測(cè)銅扁線表面顯示為黑色,表明具有腐蝕性,給設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)較大的安全隱患。
目前,解決變壓器油界面張力超標(biāo)的方案主要有兩種,一種是更換新油,一種是再生處理。再生處理的原理是采用吸附劑將運(yùn)行油劣化后產(chǎn)生的老化產(chǎn)物吸附過(guò)濾去除,從而達(dá)到凈化油的目的。由于再生處理方式具有成本低,操作方便,環(huán)保無(wú)污染等優(yōu)勢(shì),一般情況下企業(yè)主要考慮采用再生處理方案。
再生處理技術(shù)路線上,目前國(guó)內(nèi)采用的吸附劑主要為白土、活性氧化鋁、強(qiáng)極性硅鋁吸附劑[3]。從目前實(shí)際在變壓器油再生應(yīng)用上,主要用于變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)指標(biāo)超標(biāo)的處理。陽(yáng)城電廠500 kV變壓器油通過(guò)采用0.5%~1%強(qiáng)極性硅鋁吸附劑再生處理后,介質(zhì)損耗可達(dá)到新油水平,界面張力也有一定提高[4]。某核電站采用XDK吸附劑處理后,介損明顯降低[5]。大亞灣核電站500 kV變壓器油、珠海電力建設(shè)工程公司新堂變電站110 kV主變壓器油、清遠(yuǎn)電力局佳變電站220 kV主變壓器通過(guò)采用吸附劑再生后,介質(zhì)損耗均可恢復(fù)到新油水平,同時(shí)界面張力也有所提高[6]。從這些應(yīng)用實(shí)例來(lái)看,采用再生處理方式可以恢復(fù)界面張力。
在不同類(lèi)型的吸附劑對(duì)變壓器油界面張力的處理上,王娟[7]等人在實(shí)驗(yàn)室采用2%(吸附劑與試驗(yàn)用油的質(zhì)量比)白土、活性氧化鋁、硅鋁強(qiáng)極性吸附劑對(duì)界面張力為25 mN/m的油樣進(jìn)行了處理,結(jié)果得知硅鋁強(qiáng)極性吸附劑效果最好,界面張力可達(dá)到42.5 mN/m,活性氧化鋁次之,再次是白土。
在運(yùn)行中變壓器油腐蝕性硫超標(biāo)的解決問(wèn)題上,添加鈍化劑是最實(shí)用的方法[8-15],金屬鈍化劑能在銅線表面形成鈍化膜,保護(hù)其免受腐蝕性硫的腐蝕[16-24]。
對(duì)變壓器油界面張力及腐蝕性硫超標(biāo)的處理采用BY-2KTJSNY100型再生凈化濾油機(jī),再生濾芯介質(zhì)采用強(qiáng)極性硅鋁吸附劑,同時(shí)添加T501抗氧化劑及T551鈍化劑。
分別采用2%、4%(吸附劑與試驗(yàn)用油的質(zhì)量比)的強(qiáng)極性硅鋁吸附劑加入變壓器油中,在50~60℃水浴下攪拌1.0 h,使吸附劑與油充分接觸以達(dá)到最佳吸附效果。吸附完成后將油與吸附劑的混合物過(guò)濾分離。對(duì)再生處理前后的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),其中酸值采用《GB/T 264-1983石油產(chǎn)品酸值測(cè)定法》[25],界面張力采用《GB/T 6541-1986石油產(chǎn)品油對(duì)水界面張力測(cè)定法(圓環(huán)法)》[26],體積電阻率采用《DL/T 421-2009電力用油體積電阻率測(cè)量法》,介質(zhì)損耗因數(shù)采用《GB/T 5654-2007液體絕緣材料相對(duì)電容率、介質(zhì)損耗因數(shù)和直流電阻率的測(cè)量》,油泥析出采用《DL/T 429.7-2017電力用油油泥析出測(cè)定方法》。結(jié)果如表1所示,再生處理前后油質(zhì)色度對(duì)比以及油泥析出對(duì)比分別見(jiàn)圖1-2。
圖1 變壓器油原油、2%吸附劑再生處理后、4%吸附劑再生處理后油質(zhì)色度對(duì)比Fig.1 Color compararison with untreated transformer oil,transformer oil treated by 2%adsorbent,transformer oil treated by 4%adsorbent
表1 220 kV變壓器油再生試驗(yàn)結(jié)果Table 1 220 kV Transformer oil regeration experimental result
從以上結(jié)果顯示:再生處理后,界面張力指標(biāo)明顯改善,滿(mǎn)足運(yùn)行油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求,且酸值、體積電阻率、介質(zhì)損耗因數(shù)等指標(biāo)均得改善。且隨著吸附劑量的增大,效果越佳,顏色越淺,同時(shí)可去除油中的油泥。
圖2 變壓器油原油、2%吸附劑再生處理后、4%吸附劑再生處理后油泥析出對(duì)比Fig.2 Sludge precipitates compararison with untreated transformer oil,transformer oil treated by 2%adsorbent,transformer oil treated by 4%adsorbent
用原油、2%吸附再生油、4%吸附再生油分別添加兩種不同濃度的T551鈍化劑,按照《DL/T 285-2012礦物絕緣油腐蝕性硫檢測(cè)法裹絕緣紙銅扁線法》方法進(jìn)行檢測(cè)腐蝕性硫,檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2,腐蝕性硫?qū)Ρ纫?jiàn)圖3。
圖3 變壓器油原油、2%吸附再生油、4%吸附再生油均補(bǔ)加鈍化劑后腐蝕性硫?qū)Ρ菷ig.3 Corrosive sulfur compararison with transformer oil added with metal deactivator,2%adsorbental transformer oil added with metal deactivator,4%adsorbental transformer oil added with metal deactivator
表2 腐蝕性硫試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Corrosive sulfur experimental result
從以上結(jié)果可知,對(duì)原油、2%吸附再生油、4%吸附再生油分別0.02%鈍化劑后,腐蝕性硫均能達(dá)到非腐蝕性。
檢測(cè)4%吸附再生油添加0.02%鈍化劑后的變壓器油酸值、界面張力、體積電阻率、介質(zhì)損耗因數(shù)及油泥析出指標(biāo)結(jié)果見(jiàn)表3,從結(jié)果得知4%吸附劑處理并添加0.02%鈍化劑后對(duì)這些指標(biāo)均無(wú)不良影響。
表3 4%吸附劑再生油補(bǔ)加鈍化劑后其它項(xiàng)目試驗(yàn)結(jié)果Table 3 Other index experimental result of added passivator to transformer oil treated by 4%adsorbent
根據(jù)小型試驗(yàn)結(jié)果,決定采用3%強(qiáng)極性硅鋁吸附劑再生,同時(shí)添加0.02%的T551鈍化劑和0.3%的抗氧化劑T501的處理方案,現(xiàn)場(chǎng)再生工作步驟如下。
再生濾油機(jī)和真空設(shè)備以及相關(guān)材料準(zhǔn)備和就位,連接管道,檢查濾油機(jī)各處連接,接通電源。
投入再生濾油機(jī)和真空設(shè)備運(yùn)行,控制油溫不超過(guò)50℃,運(yùn)行壓力0.5~0.7 MPa,真空度維持在-100 Pa左右。在過(guò)濾期間定期更換再生濾芯,確保再生效果。
繼續(xù)保持再生濾油機(jī)和真空設(shè)備運(yùn)行,向系統(tǒng)中加入抗氧化劑T501。
停運(yùn)再生濾油機(jī),至此濾芯全部更換完畢。繼續(xù)保持真空設(shè)備運(yùn)行,向系統(tǒng)中添加鈍化劑T551,保持真空設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行。
設(shè)備停運(yùn),變壓器油處理工作全部完成。
再生處理完成后,現(xiàn)場(chǎng)取樣全分析,處理前后檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。
表4 變壓器油現(xiàn)場(chǎng)再生處理前、后檢測(cè)結(jié)果Table 4 The result of transformer oil untreated and using regeration equipment on the spot
從檢測(cè)數(shù)據(jù)可以看出,現(xiàn)場(chǎng)再生處理結(jié)果與小型試驗(yàn)結(jié)果相近,處理后界面張力由15.2 mN/m提升至36.2 mN/m,腐蝕性硫由腐蝕性轉(zhuǎn)為非腐蝕性,其余指標(biāo)也均得到明顯改善。
湖北某火電廠220 kV變壓器油運(yùn)行年限久遠(yuǎn),油質(zhì)劣化比較嚴(yán)重,界面張力和腐蝕性硫超標(biāo)。經(jīng)采用強(qiáng)極性硅鋁吸附濾芯再生處理,不僅能將油的界面張力恢復(fù)到新油標(biāo)準(zhǔn),而且可以還能改善酸值、介損、體積電阻率、擊穿電壓等指標(biāo)以及去除油中的油泥,使油的顏色變淺。同時(shí)通過(guò)添加適量的抗氧化劑T501和鈍化劑T551,提高了變壓器油的抗氧化能力并將腐蝕性硫由腐蝕性轉(zhuǎn)為非腐蝕性,有效解決了油質(zhì)劣化問(wèn)題,消除了可能給變壓器運(yùn)行帶來(lái)的安全隱患。