第十四章绕组的干燥工艺

第十四章绕组的干燥工艺第一节概述变压器绕组是由导线和绝缘材料组成的,绕组中大量使用了绝缘纸板、电缆纸、电话纸以及其他绝缘材料。在通常条件下，绝缘材料中含有6%~8%的水分（质量分数），在绕柱的制造过程中，随着气候的变化吸收了空气中的水分，达到平衡的状态。这些水分要影响绝缘材料的电气强度，同时绝缘材料（指纸纤维材料）受潮后，厚度尺寸也要膨胀，影响绕组的轴向尺寸。为了增强绝缘性能和满足材料尺寸的收缩和伟大，对绕制好的绕组必须进行彻底的干燥处理。用于绕组的干燥处理种类很多，按其加热方式分为：蒸汽加热、电加热、热油加热和煤油蒸汽加热；按烘房结构形式分为：热风循环干燥、真空加热干燥、真空热油干燥和煤油气相干燥。现在国内大多数变压器制造厂都采用热风循环干燥和真空加热干燥。近几年随着变压器生产的发展，一些厂家也先后饮用国外先进的煤油气相干燥设备，用于提高变压器的干燥质量。为提高绕组的干燥质量，有两大因素必须认真考虑，一是控制干燥温度，二是提高设备的真空度。对第一点，一般的干燥设备都能满足工艺要求。对第二点，则受诸多因素的影响：如真空系统形式，真空泵的选用及抽气能力，设备的密封结构等，必须统筹考虑，合理安排，以取得良好的干燥效果。变压器绕组的干燥处理，随其结构形式的不同而有差异。特别对大型超高压变压器绕组以及大型剁成圆筒式绕组的干燥处理，更要慎重对待。要采取与其结构形式相适应的特殊干燥工艺，才能取得令人满意的效果。第二节绝缘材料的干燥原理一、纸纤维材料的特点绝缘纸板和绝缘纸都是由100％的纯硫酸盐木浆经过一系列的加工制造而成的。纸纤维材料具有良好的电气强度和机械强度。由于它的多孔性，所有有较高的吸油滤。当干燥后的绝缘材料吸油后，其电气性能显著提高。例如：K2电缆纸浸油前电气强度为9kV/mm，而浸油后可达16kV/mm。纸纤维材料的另一个特点,就是具有一定的吸湿能力.其优良的性能将随吸收大气中水分而明显降低.所有我们在使用绝缘纸和绝缘纸板时,必须进行干燥处理,对干燥后的绝缘材料必须保存于保温烘房中,以免受潮。二、绝缘材料的干燥原理含有水分的纸纤维材料，其干燥过程按照水分运动类型不同可分为三个阶段。在第一阶段中，纸纤维材料较湿，其所有毛细孔中都充满水分，纸的整个表明都覆盖着连冠的水膜，例如抄纸机上的湿纸或浸湿的纸就属于这种情况。在纸的自由表面上水分以均匀速度蒸发。第二阶段是，一旦纸纤维材料表面干燥后，水面就下移到其内部。因为在纸纤维材料的各层间含水量的下降不是均匀的，确切的说，是由外到内逐层干燥的。其中由于纸的结构特点和吸湿性，这个过程不甚分明，在这个过程中，纸纤维材料的干燥速度减慢了，因为纸的内层仍然潮湿的部分所产生的蒸汽，必须穿过已经干燥纸纤维曾的狭小毛细孔向外扩散，扩散的途径随着含水量的下降而越来越长。如果纸纤维材料没有吸湿性，那么继续干燥的速度仅仅取决于汽化的内部纸层到表明纸层的流阻。但是实际情况要复杂很多，在一定的含水量情况下，水分子和纸分子之间的吸引力很大，以致需要相当大的能量去克服其流阻。所以纤维材料都有这种现象。但是术语中通常只把在含水量仍然较高的区域中所出现的二次结合效应称之为吸湿。由于纸纤维材料有许多细小毛细管，内表面很大，如果只的内部仍为谁分子所占据，从干燥质量来说，其含水量仍然较高。因此，在第三阶段，当空气相对湿度为50%~75%时，纸中仍保留6%~12%的水分，恒湿下的干燥速度显著减慢。当纸中含水量和周围大气含水量处于平衡时，水分的下降等于零。因此，在自然空气中要干燥到完全平衡状态（俗称干透）是不可能的。为解决干燥问题，应该选择合适的外部条件，即尽可能地使平衡水分低于所要求的含水量。干燥过程必须首先使水分由液态转为汽态，采用降低纸纤维材料周围空气压力的做法就可以加速干燥的过程。这时由水所产生的水蒸汽，只能经由纸的纤维毛细孔向外传送。为了克服干燥所产生的流阻，必须在纸中汽化部位和外表面之间保持一个压差。这个蒸汽的压差越大，材料表面所排出的水分就越快。获得蒸汽压差最简便的方法，就是采用真空的方法。影响纸纤维材料干燥进程的另一个重要因素，就是加热的温度。为了使纸中吸收的水分能迅速转变为蒸汽，就必须克服二次结合力，即必须以热的形式向纸输送必需的能量。所需的热能必然是由传导、辐射或冷凝等方式传输到纸的表面。通常对绝缘材料往往采用循环的热空气加热，近几年越来越多的采用煤油气相干燥法。用这种方法干燥变压器，使用溶剂蒸汽加热的。当溶剂蒸汽在绝缘材料表面上连续冷凝时，该冷凝热即传导给绝缘材料。综上所述，绝缘材料的干燥处理就是把材料中的水分转移到周围介质中去的过程，它的效果取决于以下几点。1）有足够的热能，水的沸点汽化热常态下是2256.7kT/kg。一台大型变压器有数百公斤到数吨的绝缘件，含有大量的水分，因此在干燥过程中需要相当多的热能。2）绝缘材料内部与周围介质的水蒸气分压差值越大，绝缘材料中的水分蒸发、扩散、迁移的也越快。降低绝缘周围介质水蒸气的分压和提高绝缘材料的温度，可以增大差值。3）绝缘材料的扩散系数除与稳定、真空度有关外，主要还与绝缘材料的材质有关。4）干燥进程时间要短。为了加速纤维绝缘材料的干燥过程，必须对于干燥罐中的绝缘材料进行加热，并提高干燥罐内的真空度。这样对于绝缘材料的干燥在一定时间内可以取得良好的效果。三、变压器绕组的干燥方法1.真空加热干燥采用这种方法是，首先应对绕组进行加热，一般靠真空罐内的通蒸汽排管，以对流、辐射、传导方式，将热量传递给绕组。由于绕组绝缘材料属于A级耐热材料，所以采用温度为。105℃。为了避免绝缘材料在干燥过程中产生局部过热的危险，把罐壁加热排管温度限制在110~120℃，绕组温度控制在105±5℃。如果绕组加热过程中，仅靠罐壁上的蒸汽排管来加热绕组的表面，则加热速度比较慢。为了能加快其干燥加热过程，现将被干燥的绕组由热风循环加热，增加热空气的对流，从而加速对绕组的均匀加热。当绕组内外温度均匀达到105℃时，可以启动真空泵机组，对真空罐边加热边抽真空，以加速绕组绝缘组件内的水分排出。但是由于罐内是真空状态，热量传递显著减慢，因此对绕组继续补充的热量有限。随着水分的蒸发，绕组温度会有所下降。干燥过程中要注意监视绕组温度，当绕组温度降低过多时，应停止抽真空而继续对绕组加热。2.热风循环干燥变压器绕组或零件放置于配有循环空气系统的真空密封罐中，用一个鼓风机通过空气导向板对罐内空气加以循环。在这种工艺过程中，空气在加热的罐壁上受热，通过内部空气循环，加快把热量传给被干燥的绕组和零件。热风循环干燥与真空管内的排管加热相比，还增加了热空气的对流。强制循环越是紊乱，对流也就越大，使绕组的整个表面都可以加热，缩短加热时间，效果更好。但值得注意的是，若只限罐内这部分热空气循环，随着绕组绝缘内水分的扩散，就会出现水蒸气的饱和现象，要延缓干燥过程。因此有必要输入新鲜空气，以更换一部分循环空气（补充的新鲜空气要经过滤，防止会吃带入罐内）。在一般情况下，更换的新鲜空气约占循环流动空气量的10%~15%。在预干燥结束后，当绕组绝缘材料的水分含量达到1%~3%时，再继续做预干燥就没有明显的作用，这时就应进入抽真空阶段，对绝缘材料开始进行最终的干燥。水分从绝缘材料中排出越多，热量从绝缘材料中带走也就越多。如果仅靠抽真空而不再进行热量补充，则绕组的温度就会下降。由于水蒸气分压对罐中压强的稍许变化，就会产生少量的水分。为了防止出现水分的“凝聚”，使绕组重新处于最佳干燥温度，再启动循环供热风系统。一旦温度达到要求，就停止循环空气加热，再对真空罐抽气。根据干燥规范，这种交替进行的加热——抽真空过程，可以进行一次或多次，直到干燥最终结束为止。3.喷油干燥法这种工艺方法在原理上与热风循环干燥法相似。区别只是在于这里使用的循环截至和加热介质不是空气而是变压器油。由于变压器油比空气更具有利的材料特性系数（导热性、密度和比热容），使绕组加热更迅速，但这种方法使绕组在未与贴心装配之前就浸油，对以后的装配工序造成许多不便。一般新制造的绕组不采用这种干燥方法，而修理变压器时，可利用原有油箱做真空干燥罐，对绕组或器身进行干燥。绕组在最终干燥后，要做浸油处理。优质的变压器浸渍油从油净化设备桶如真空罐内。这些用过的浸渍油可采取不同的方法加以净化。如常用的真空喷雾干燥，有压力式滤油机过滤净化，离心式滤油机分离过滤净化，硅胶吸附过滤净化，白土吸附过滤净化以及最先进的二级真空滤油等，直至变压器的各项指标恢复到标准值。4.气相干燥法这是一种采用煤油蒸气供热的新型工艺方法。从传统的干燥方法来看，这种工艺方法是最纸纤维材料进行干燥的最佳方案。气相干燥设备多用于变压器器身的干燥（最后一次干燥），设备投资较大，目前对于绕组单独干燥还不普遍，但它在性能上可以满足绕组干燥的要求。这种干燥方法是用起花电高于谁的一种煤油作介质。当这种介质的蒸气通入真空罐内与绕组或器身进行接触时，就凝结成液体，释放出大量的汽化热，对绕组或器身进行均匀加热，其热量远比热风河和热油所提供的热量大。由于气相干燥是在真空无痒条件下进行的，仅此可以提高介质温度而不会导致绝缘老化。从而可大大缩短干燥时间。1）气相干燥工艺处理过程的几个阶段①运行准备对蒸发器煤油进行加热和对真空罐抽真空②加热过程向真空罐内通入煤油蒸气，对变压器器身进行加热。加热时间的长短，主要与绝缘的结构、绝缘的重量和器身总重量有关，可根据运行经验适当灵活的掌握和处理。③降压处理绝缘的加热干燥结束后，蒸发器系统全部停止工作，泄漏泵通过冷却系统对真空罐抽真空，实施排液。④高真空处理对真空罐进行高真空处理，进一步加速绝缘件的干燥。2）气相干燥法与传统干燥法相比的主要优点①整个干燥过程完全在无氧的环境中进行，因此可以提高干燥温度，一般比传统真空干燥温度要提高10~15℃，其干燥过程明显。②煤油蒸气充当热量的传媒介质，经冷凝所产生的热量可以被充分的利用。③热交换可以在被干燥物体的所有表面上进行，特别有利的是在越冷的地方冷凝进行的越快。因此了几热交换比传统的热干燥方法增加很多。④使用煤油蒸气亚低于水蒸气亚的煤油载热体，可以实行从加热开支直至最后的高真空阶段连续脱水，大大缩短产品的干燥处理时间。⑤从煤油中能够下来的煤油可以清洗绕组和器身上积聚的尘土和赃物，这些尘土和赃物绝大部分是在加热阶段被冷凝煤油带走的。四、绝缘干燥终了的确定在现代变压器绕组或器身的真空干燥技术中，由于真空罐内残压低，采取测量绝缘电阻或介损tgσ的方法来决定干燥是否合格，往往难以取得良好的结果。国内大多数生产厂家，采用从泵前冷凝器或真空泵中放冷凝水的方法，根据所放出水的多少来确定绝缘体的干燥程度。还有的利用露点计（利用液态氮）测量抽出气体的露点，一次来确定绝缘体排出的水分含量。上述这两种方法均受外界条件的影响，所以难以判断绝缘体的干燥程度。