1、浅析油浸式变压器密封失效原因及防治 对策 仝杨 张亚霖 胡杰 湖北清江水电开发有限责任公司 摘 要： 截至目前, 油浸式变压器密封失效问题仍未完全解决, 分析探讨其关键因素是 密封材质和密封设计, 因此, 寻找性能更加优良的密封材质, 因地制宜设计更 加合理的密封结构是解决问题的突破口, 这是一项长远的工作, 需要所有相关 从业人员共同完成。 关键词： 油浸式变压器; 密封失效; 防治对策; 作者简介：仝杨, 男, 助理工程师, 主要从事电气设备维护检修工作。 Analysis and Treatment of the Seal Failure in Oil-immersed Transfor
2、mer TONG Yang ZHANG Yalin HU Jie Hubei Qingjiang Hydroelectric Development Co., Ltd.; Abstract： As a frequently observed problem in oil-immersed transformers, seal failure is still not completely solved. Analysis shows that the key factors are the seal material and the seal structure design. Thus, f
3、inding the seal materials with better performance and designing more reasonable seal structures according to different local conditions are the only and effective ways. However, it is also a long-term work which should be carried out by all relevant practitioners. Keyword： oil-immersed transformer;
4、seal failure; treatment measures; 油浸式变压器是发电厂和变电所的核心设备之一, 其安全、 可靠运行对电力生产 极为重要。 良好的密封性能是变压器的正常运行必备条件, 密封失效对变压器影 响较大;首先, 关键密封失效将会造成大气中的空气和水分侵入油箱内部, 使变 压器内部绝缘受潮, 引起绝缘故障, 并可能造成变压器起火、爆炸等严重事故; 其次, 密封失效增加了变压器的检修工作量, 消耗大量的人力物力, 以我公司 11台 (组) 大型油浸变压器为例, 2010年2017 年共安排B修9台次, 因处理 密封问题而安排的B修就有7台次, 约占总次数的78%, 且主变检
5、修工作中接近 1/4的非标准检修项目都是在处理各种密封缺陷;因此, 油浸变压器密封失效是 电力生产迫切需要解决的问题, 在本文中, 笔者将分析油浸式变压器密封失效 的原因, 并针对密封失效的因素, 提出相应对策。 1 密封失效因素分析 变压器厂家的产品制造水平参差不齐, 变压器型号、使用场合、运行工况又各不 相同, 因此每台变压器密封失效都有其特殊性, 但变压器密封性能仍受共同因 素的影响, 其中主要的因素有三点:变压器的运行环境、密封件的材质、密封结 构设计及安装工艺。 1.1 运行环境 大型油浸式变压器绝大多数为户外布置, 密封件需要承受氧化、温度变化、辐射 等众多不利因素的影响, 运行条
6、件恶劣;其中氧气、臭氧的氧化作用及高温环境 对密封件性能影响最大, 是导致橡胶密封老化的主要因素。在氧气、臭氧的作用 下, 橡胶分子中的不饱和链接率先被活性氧原子氧化, 破坏了橡胶分子链, 而 氧化产物中含有新的自由基, 新的自由基又重复氧化过程, 使橡胶分子发生自 由基氧化链锁反应, 久而久之导致密封件老化龟裂;变压器运行时的高温可加快 自由基扩散速率, 从而加速橡胶氧化反应速度, 特别地, 当变压器在一定时间 内过负荷运行时, 变压器温度会超过允许极限, 可使橡胶快速老化, 造成密封 缺陷;紫外线的辐射会使橡胶分子断裂成活性分子, 加速橡胶老化过程;另外, 变压器温度的循环变化、运行时的振
7、动、漏磁场影响、变压器油中的化学添加剂 都会在一定程度加快橡胶密封老化, 环境中不利因素的影响将贯穿密封件整个 生命周期。 丁腈橡胶用作油浸式变压器密封件已有半个多世纪的历史, 产品成熟, 价格低 廉, 目前变压器生产厂家使用的密封垫多为丁腈橡胶材质, 其在试验室理论使 用寿命可达50年, 但实际运行中尚不能保证与变压器同寿命, 可见运行环境对 橡胶密封件性能影响巨大。 1.2 密封件材质 油浸式变压器密封材质必须具备优良的耐油性能, 能与变压器油很好相容, 此 外还要求密封材质机械强度高, 耐氧化性能、耐高低温性能、压缩性性能好。早 期的软木垫密封工艺密封效果不佳, 已被淘汰, 目前变压器制
8、造厂所用的密封 材料主要有丁腈橡胶、 丙烯酸酯橡胶和氟橡胶三类, 三者都通过了全部物理机械 性能试验, 在材料性能方面的主要区别在于机械强度、 耐高温性能、 耐氧化性能。 对三类密封材料的性能进行比较 (见表1) 。 表1 密封材料性能对比表 下载原表 从表1 中可以看到, 丁腈橡胶机械性能优良, 能够满足油浸式变压器基本密封 要求, 且其生产成本低, 只有氟橡胶密封的 1/20, 因此目前的油浸变压器密封 材质主要为丁腈橡胶。 但丁腈橡胶耐氧化性能差, 大型油浸变压器的电压等级通 常都在110 k V以上, 变压器运行时的高电压会电离空气, 生成臭氧, 因此变压 器周围环境中的臭氧浓度要比外
9、界高很多, 而耐氧化性能弱的丁腈橡胶密封暴 露于富臭氧空气中, 老化龟裂速度将加快。 其次, 丁腈橡胶的最高使用温度仅为 120, 耐高温性能较差, 而橡胶密封的 实际运行年限与温度息息相关, 温度越高, 运行年限越短, 80时丁腈橡胶的 寿命不到60时的1/4;变压器夏季高温重负荷或过载运行时, 油温常超过80, 在漏磁场强度大的部位, 温度可能超过丁腈橡胶的最高使用温度, 此种情况下, 丁腈橡胶老化加速, 使用寿命将大大缩短。 所以丁腈橡胶在耐氧化、耐高温性能方面的先天不足, 使其实际运行年限仅为 15年, 远较变压器 30年的设计寿命短;丁腈橡胶材质问题是变压器寿命中后期 密封缺陷繁发的
10、主要原因。 1.3 密封设计及安装 油浸式变压器密封大多为挤压型密封, 胶垫在压紧力的作用下靠自身弹性实现 密封, 为了保证密封效果, 压紧力必须均匀适宜, 压紧力太小, 油温升高油变 稀, 造成密封失效;压紧力过大, 超过密封材质应力极限, 密封将发生塑性变形, 失去弹性, 导致密封失效。 以往的油浸式变压器密封多没有限位结构, 压缩量难 以控制, 密封效果很难保证。 此外, 密封件截面形状不合理, 将造成密封表面局 部应力过大, 久而久之在应力集中区域首先产生龟裂, 密封逐渐失效。 油浸式变 压器的密封结构不下 30处, 因此, 应根据不同的部位选择不同的密封结构和胶 垫的截面形状。 装配
11、工艺不合格是造成变压器早期渗漏油的主要原因。 密封安装过程中, 保证压 缩量的同时, 需保证密封空间被充分填充。装配时未彻底清理密封面、密封面不 平整等均会造成密封空间局部填充不充分, 导致密封失效;此外, 装配前法兰未调平, 装配时又一味追求相同的紧固力矩, 会造成密封垫受力不均匀, 造成密 封件早期缺陷。 2 防治措施 由于密封件的工作环境很难改变, 因此, 防治密封失效须从密封选材及密封设 计、安装方面入手。 2.1 合理选材 合理选材是保证密封性能的基础。在选材上尽量选择耐氧化、耐高温性能好的丙 烯酸酯橡胶和氟橡胶, 这样可确保变压器在生命周期内不因密封缺陷进行大修, 以降低变压器的全
12、生命周期成本, 增加变压器的等效可用时间, 提高用户效益。 在选材方面还需考虑到不同使用地区、不同设备的差异性。考虑到氟橡胶的耐低 温性差, 在高纬度的寒冷地区最好选用耐低温性能优良的丙烯酸酯橡胶, 防止 密封低温脆化;对于需要进行密封改造的变压器, 若其剩余使用寿命不足 15年, 改造时仍可采用丁腈橡胶密封件, 以节约成本。 2.2 合理设计、加工、安装 密封设计时, 在密封面面积允许的情况下应加工沟槽, 以控制密封压缩量, 限 制密封移位;沟槽深度应与密封尺寸及压缩量匹配, 根据国家标准 GB3452.3-2005, 液压静密封用 0型密封圈压缩量应控制在 10%30%, 其它截面 形状的
13、密封垫, 根据实际运行经验, 压缩量应控制在 25%35%, 对于径向密封 应控制在20%26%, 这些数据是密封设计的基础。此外, 密封结构件一般不应左 右或前后布置, 防止密封圈在重力、振动作用下滑脱沟槽。 合理设计密封截面能延长密封寿命。 压紧力一定的条件下, 密封垫表面曲率大的 部位张力密度大, 当张力大于胶垫表面的抗拉强度时, 密封龟裂失效, 因此密 封垫的裂纹往往最先出现在表面曲率大的部位, 为此, 在生产实践中尽量使用 双椭圆、长圆、圆形截面密封圈, 特别是油样阀、放气塞等曲率大的部位, 尽量 使用0 型密封圈, 不用或少用矩形截面的密封圈, 在变压器箱沿转弯处可采用 “8”型截
14、面双密封结构密封圈, 避免应力龟裂现象, 使密封更为合理可靠, 如 对密封要求较高, 可单独设计密封截面形状, 如上半孤形。 加工时, 要严格保证密封结构件的加工精度, 保证密封面平整、 光洁, 防止出现 锐边、毛刺等加工残余, 密封面粗糙度不应大于 12.5m, 另外沟槽长度应与密 封件长度匹配, 确保密封件安装时, 伸长率在 0%5%之间, 防止密封件过度拉 伸, 导致填充不足, 影响密封效果。 安装环节容易把控, 但若装配工艺不过关, 密封件将会过早失效, 甚至出现装 完即渗油, 需要返工的现象, 因此, 装配前要做好人员培训工作。 密封安装一般 工艺为:安装前调节密封结构件的相对位置,
15、 确保两侧密封结构件平正, 用吸尘器清理密封槽脏物, 并用同型号变压器油进行清洗, 清洗完成后作干燥处理, 并仔细检查密封面是否平整, 将密封垫用同型号变压器油润滑后轻轻滑入密封 槽中, 防止用力过猛造成密封条永久拉长, 紧固法兰螺栓时应注意对角紧固, 并用塞尺测量密封各点的压缩量, 确保均匀压缩, 若压缩量不够, 逐渐加大紧 固力矩, 直至密封各点压缩量达到设计值。 3 结语 截至目前, 油浸式变压器密封失效问题仍未完全解决, 关键的限制因素是密封 材质和密封设计, 因此, 寻找性能更加优良的密封材质, 因地制宜设计更加合 理的密封结构是解决问题的突破口, 这是一项长远的工作, 需要所有相关从业 人员共同完成。 参考文献 1方强.橡胶的老化现象及防老化措施J.科技创新导报, 2012 (11) :69-69 2杨奇岭, 赵峰.变压器密封橡胶的老化J.变压器, 2001, 38 (6) :7-9 3赵德喜.变压器密封材料与密封结构J.变压器, 1983 (1) :14-15 4陆家泽.油浸式变压器渗油原因分析及处理措施J.云南电业, 2008 (6) :42-43 5顾元章.变压器密封合理结构的探讨J.变压器, 1992 (1) :36-40
