第六节 变压器的干燥
一、变压器是否需要干燥的判断标准
运行中的变压器大修时一般不需要干燥，只有经试验证明受潮或检修中超过允许暴露时间导致器身绝缘下降时，才考虑进行干燥，其判断标准如下。
（1）大修后的变压器，其芯子在空气中连续暴露的时间，以其与外部空气接触的时间算起，不应超过下列规定。
当空气相对温度不大于75%，环境温度大于10℃时，110kV以上的变压器16h；35kV以下的变压器24h。
（2）检修后测得的绝缘电阻值与在检修前在同一温度下测得的绝缘电阻值相比，或者与换算后同一温度下的相应值相比。
1）绝缘电阻值降低不超过40%。
2）C2/C50增大不超过10%。
3）tanσ增高不超过30%。
4）R″60/R″15值在10～30℃的温度下，不小于1.3。
满足上述条件时，变压器不需干燥即可投入运行。当不满足上述条件时，应综合分析，决定是否需以干燥处理及干燥的具体方法。
二、变压器的干燥方法
变压器的干燥方法有很多种，但其基本特征都是一致的，一是加热升温；二是排潮。加热升温的方法有热风真空法、热油真空脱气法、零序电流法、热风干燥法等。而排潮方法有抽真空排潮法和不抽真空排潮法。以上各种方法，可根据具体条件加以选择。
1.热风真空干燥法
热风真空干燥法是将105～130℃的干燥热空气送入真空罐，用来加热器身，使器身内部均匀受热，并提高温度，以达到蒸发水分的目的。
对于大容量变压器，加热和抽真空需反复交替进行。如先用热风加热40h，抽真空10～15h；再加热10～20h，抽真空10～15h，如此反复进行。所反复的次数决定于电压等级，电压等级越高，反复次数越多。这是由于超高压变压器绝缘件多，引线包扎厚，因此油道间隙更小的缘故。
当内部温度升高到一定程度时，水分大量蒸发，油隙中的湿度较大，继续通热风难以进入器身内部，绝缘体温度就会显著下降，热风循环加热效果很小。在此情况下抽真空，降低气压，绝缘件和油隙间的水分得到了较快的蒸发，就可使绝缘体中的水汽浓度下降；达到一定程度时，再次进行热风加热，就可保持变压器内部的温度下降不会太大，且下降后又较快得到恢复，因而得到较好的干燥效果。
真空管路系统连接示意图如图3-14所示。由于真空罐的真空度要求较高（10～133Pa），真空管路中应选配二级真空泵。这样既可达到真空度要求，又可缩短抽真空时间。一般前级泵宜选取H—9滑阀式真空泵，后级泵宜选取ZJ—1200机械增压泵。为保证整个真空管路系统的密封性，选配各种规格的高真空阀门（GI型、GIQ型）。在抽真空时，为防止潮湿气体进入真空泵凝结成水，特配制冷凝器，泵前泵后配制水油分离器。
图3-14 热风真空干燥时真空管路系统连接示意图
为保证送入罐中的热空气为干净空气，泵前配备空气过滤器。
这种方法的缺点是：
（1）需要较长的干燥时间，一般均需5～10天或更长。
（2）由于绝缘厚度的影响以及随着水分的大量脱出，吸附力越来越大，干燥效果不理想。
（3）如将变压器本身放在变压器外壳内进行干燥，首先应确定变压器外壳结构所允许的真空度，在干燥过程中不允许超过此真空度限度，否则应对变压器外壳进行加固。
所以这种方法仅适用于受潮不严重或电压等级在110kV以下的变压器干燥。
2.热油真空脱气干燥法
热油真空脱气干燥法是以热油作为载体，加热变压器本身，当纸质纤维绝缘受热温度上升，表面水分开始蒸发，内部水分受热逐渐从内层向外层扩散。由于纸和油的含水量不同，在一定温度下，则纸中的水分不断向油中扩散，使油纸含水与油中含水量不断趋于平衡，由于热量的不断维持，平衡关系逐渐改变，以致再达到新的平衡，使变压器绝缘得到干燥，具体的干燥系统如图3-15所示。
首先，往装配好的变压器油箱底部注入少量绝缘油，油位高度不要淹没绕组处，然后通过滤油机（包括滤油网和油泵）泵将油吸出，泵至热交换器，将被滤过的油加热到100～110℃，热油经喷雾头喷成雾状，均匀喷洒在变压器本体上。雾状的热油呈薄膜状落于绕组表面，在绕组表面再次进行热交换，绝缘油的热向绕组内部传导。把部分热量传导给绕组绝缘，降低了温度的绝缘油落到油箱底部。再由滤油机从油箱底部将油抽出至热交换器，连续反复上述的循环加热，使绕组温度上升，引起水分迅速蒸发。
图3-15 热油真空脱气干燥法
1—滤油器；2—油循环泵；3—热交换器；4—热油；5—喷雾油；6—变压器外壳；7—铁芯；8—绕组；9—喷雾油；10—排气装置；11—油
为了使干燥容器内绝缘绕组周围水蒸气的压力低于绝缘内部水蒸气的压力，借助于真空排气装置，一方面使干燥容器内经常保持在666Pa以下的真空度，以防止绝缘油因温升而变质；另一方面降低绝缘绕组周围的压力，使绕组内部的水分迅速扩散、蒸发，蒸发的水分通过真空排气向外抽出。真空热油喷雾法的优点是：
（1）因为绝缘油的热容量和热传导都比空气大，而且当热油浸入绝缘物中，使绝缘内外层之间有热传导桥，热传导和水分的扩散都较容易，干燥速度快，缩短干燥时间，干燥彻底。一般“热风真空干燥法”需要8～14天，而本法只需要3～5天。
（2）干燥准备工作简单，不需要大规模的干燥设备。
（3）变压器油不会变质，并可就地进行干燥。
（4）能充分清洗变压器内部。
3.铜损干燥法
将变压器的一侧绕组短路，而在另一侧加上低于额定值的电压。使原、副绕组中的电流接近于额定电流，利用电流通过绕组有效电阻所产生的热量给变压器进行加热干燥，这种方法叫铜损干燥法。
铜损干燥法热量来自绝缘内部，所以干燥速度快，效率高。其缺点是温度控制较困难，容易产生局部过热以致损坏绝缘，而且有时需要电源电压较高，不安全。目前，这种方法多用于带油的变压器，依靠变压器油的循环，使线圈各部温度较平均。
采用铜损干燥法时，变压器的散热器、油枕等不必拆除，但应将它们与油箱的连接阀门关闭，以免散失热量。同时应在顶盖上加保暖材料，以免水气在顶盖上凝结又落入油内。
干燥初始，电流可以高于额定电流25%，控制温升为5～10℃/h，并打开入孔，让潮气排出。当高压绕组温度达65℃以后，将电流降至额定值；温度达到75℃以后，再将电流降至额定电流的80%。如果没有调整电流的装置，可采用断续停电的办法，最后将高压绕组的温度控制在90℃以下，油箱顶部油温85℃以下。
采用铜损干燥法时，一般是将高压侧短路，低压侧加电源。干燥电源的电压可用下式计算
式中 UN——被干燥变压器接电源侧绕组的额定电压，V；
Uk%——被干燥变压器的阻抗百分值，即短路电压。
干燥所需要的功率可按下式计算
式中 PN——被干燥变压器的额定容量，kVA；
1.25——考虑过负荷的系数。
应注意的是：在干燥三绕组变压器时，第一个绕组接电源，第二个绕组短路，而第三个绕组应开路。否则将会造成过载现象。
图3-16 零序电流干燥法
4.零序电流干燥法
该方法是把变压器自身一侧的三相绕组依次串联或并联起来，通入电压为220V或400V的单相交流电，而其余绕组开路的加热方法，如图3-16所示。这样，三相铁芯的磁通是同向的零序磁通，在三柱心式铁芯中（只适用于这种铁芯）无回路而经油箱闭合。油箱因涡流发热使保温的箱内空间温度升高，而铁芯中也因涡流而发热，通电的绕组也产生热量，均起加热作用。
根据经验，在周围空气温度为15～20℃时，零序电流法干燥变压器所需的功率见表3-10。
表3-10 零序电流干燥法需要的功率（周围空气温度15～20℃）
5.油箱涡流干燥法
油箱涡流干燥法是油箱外表面加石棉等绝热保温层；再绕上导线通以交流电而加热的方法，如图3-17所示。由于交流电的感应作用，使箱壁产生涡流而发热，从而可使箱内空间的温度升高到90～110℃，达到干燥的温度。通常电流为150A左右，导线截面为40mm2左右，电压为400V或220V，缠绕的匝数不宜过多，所组成的磁化绕组应备有调整匝数。
6.直流辅助干燥法
这种方法是为了弥补现场涡流干燥法速度慢、绕组内外温差大、干燥效果差的缺点。该方法主要是算出等值电阻R，电流I取变压器额定相电流的1/3～1/4，则所加直流电压U=IR。
图3-17 油箱涡流干燥法
1—真空箱体；2—绝热保温材料；3—密封衬垫；4—涡流加热用的导线；5—辅助加热器；6—带有蛇形管的冷凝器；7—凝结水箱；8—真空度指示表；9—真空泵；10—温度计；11—测摇绝缘用的瓷套管；12—真空注油阀；13—放气阀；14—放水截止阀；15—放水阀
采用以上这些方法时油箱底部温度有时较低，箱底常需辅助加热。
7.烘房干燥法
烘房干燥法，是将变压器置入特制的干燥室内进行干燥。室内用电阻丝、红外线灯泡或碘钨灯加热提高室温，达到干燥的目的。烘房顶部可装一段管子，进行抽风换气。
8.带电热油循环法
以上这些方法是在变压器停止运行时进行的，既影响供电，又需外来热源，很不经济。为补救此缺点，可采用带电热油循环法。
图3-18 带电热油循环干燥的流程示意图
热油循环的流程如图3-18所示。油从变压器下部经滤油机过滤后，由脱气罐顶部进罐中，经静置、脱气、抽真空后从罐底部放出，然后由加压泵打入变压器中。
脱气罐使油扩容静置，气泡溢出，再佐以抽真空，使油中氧分下降，防止油质劣化。罐内装有两袋硅胶，以便吸附水分。罐内有并联装置的电阻丝，可作为辅助调温，但温度的调整主要是利用散热器或冷却器投运的台数来得到的。油温要低于极限温度（A级绝缘不超过105℃）。开始温度不宜过高，以防绝缘电阻降得太低而出现意外。当绝缘电阻上升稳定后干燥就结束了，此时介质损耗因数和吸收比也应在允许范围内。