变压器渗漏油的成因和处理方法

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：变压器的密封性不好是目前产品普遍存在的问题。研究表明,大型电力变压器渗漏油有两个方面,一是油箱与管道的连接部位;二是油箱箱体本身焊缝的渗漏。例如,某台120MVA、220kV的电力变压器,验收时,除发现有一螺栓连接处轻微渗油外,其他部位密封良好。但该变压器运行1年后,竟出现多处渗油。变压器在运行中,工作应力并不大,但焊接残余应力是较大的。

变压器的密封性不好是目前产品普遍存在的问题。它直接造成运行中的渗漏油。

研究表明,大型电力变压器渗漏油有两个方面,一是油箱与管道的连接部位;二是油箱箱体本身焊缝的渗漏。究其原因主要是来自密封、焊接、外购组部件、检修工艺和装配程序等五个方面。

(一) 密封材料与密封结构

1.密封材料

目前,我国变压器行业所使用的密封材料基本上都是耐油橡胶垫,因其质量差造成渗漏油约占总渗油率的74%以上,其主要原因是:

(1)有的橡胶厂对变压器使用条件缺乏了解,并存在内在的工艺质量问题,如弹性小、硬度低、吸油率高、抗老化性能差、厚薄不均、内部起层、含有气泡、表面嵌覆颗粒等,如图1-20 (a)～图1-20 (d)所示。它严重影响密封质量和橡胶垫的使用寿命。

(2)有的单位考虑普通耐油橡胶一般价格低,忽视变压器在运行中的质量。

(3)没有正确掌握耐油橡胶垫的性能:耐油橡胶一般压缩率为25%～30%,在130℃时膨胀率为4%,而在-50℃时收缩率为2.4%左右。施工中没有注意而造成渗漏。

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图1-20　影响胶垫密封的因素

(a)厚薄不均 (h1≠h2);(b)内部起层;(c)内部含有气泡;(d)表面嵌覆颗粒;(e)密封面脏污存在沟痕

2.密封结构

良好的密封结构必须是压强适当、可靠定位、平行均匀 (保持法兰的平行和压力均匀)。密封结构差的主要原因是:

(1)设计者在设计、计算、绘制图纸时对以上要求考虑不周,设计出的密封结构不合理,如图1-21所示。图中示出塞子密封结构不合理而使橡胶垫受挤、压力过大、侧面滑动而引起龟裂。

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图1-21　密封结构不合理示意图

(2)制造工艺粗糙,有些密封结合面是毛面,有的虽经加工,但精度不够;在焊接和装配过程中没有认真清理焊渣,随意用金属物敲击密封面,造成凸凹不平,存在辐向沟痕;密封面有杂物或焊接歪斜,造成施工中难以把平,如图1-20 (e)所示。常见部位有散热器上下法兰、气体继电器两侧法兰及套管法兰等。

(3)变压器出厂前没有试装,零部件没有统一编号、对号入座,劣质密封面没有得到及时发现与处理,致使变压器运到现场后,在工期紧的情况下,凑合安装,渗漏油严重。例如:散热器采用弹性联管的结构,目的是起调整作用,但现场安装时有的上下法兰距离错位很大,无法改动 (φ80型蝶阀,距离差40mm 左右),个别用吊车拉,气焊烤,硬把螺丝拧上,造成“别劲”而渗漏油。

(二) 焊接与焊接结构

由于焊接工艺、焊接质量差和焊接结构不合理造成渗漏油现象,在现场屡见不鲜。

1.焊缝出现裂纹

据有关资料介绍,变压器油箱焊接成型后,须经试漏才能出厂。试验时,一般很少发现渗漏现象。但在使用现场,渗漏较为普遍,其主要原因是焊缝周围出现了裂纹。而造成裂纹的主要原因是焊接应力所致。

焊接应力产生的裂纹又有两种情况:

(1)焊接应力与外应力叠加。众所周知,任何焊接构件都是一种局部加热,它在焊接成型的过程中,经历着加热、熔化、冷却的一个极为复杂的变化过程,其复杂性首先表现在焊接时温度变化范围很大。在焊缝上,最高温度可达材料沸点,而离开热源,温度则急剧下降,直至室温。这种温度的变化不可避免地将产生内应力,也必然影响到整个焊缝过程中的应力分布,引起应力集中。这些应力的存在,不仅导致工艺缺陷,而且在一定条件下将直接影响构件的承载能力,如强度 (脆性断裂和疲劳断裂)、刚度、受压稳定性等。变压器油箱是较复杂的焊接结构件,焊道纵横交错,不可避免地将产生大面积的焊拉应力,造成应力集中。测试表明,应力值高达屈服极限以上。由于焊接应力大量存在,变压器一旦出厂,经过吊装和运输,实质上是给变压器油箱施加一种外载。这种外应力与焊接应力相叠加,达到或超过材料强度极限,致使原有隐裂继续扩展或加深,甚至产生新的裂纹而导致渗漏。这就是为什么变压器油箱在出厂前试验不漏,而运到使用现场一经安装启动后就出现渗漏的原因。

(2)焊接应力与腐蚀共同作用。焊接拉应力与腐蚀共同作用也能产生裂纹。这是因为当油中含有水分、有机酸和无机酸以及油氧化后发生的过氧化物,这些物质对油箱会产生腐蚀作用。油箱材料一般为低碳钢 (A3),它在介质中承受拉力就可能出现裂纹。一般情况下,其过程大致分为三个阶段:①局部腐蚀造成小腐蚀坑和其他形式的应力集中,以后又逐渐发展成微小裂纹。②在腐蚀作用下,金属从裂纹尖端面不断地被腐蚀掉,而在应力作用下又不断产生新的表面,这些表面又进一步被腐蚀。这样,在应力和腐蚀交替共同作用下,裂纹逐渐扩展。③当裂纹扩散到一定的临界值,裂纹就在应力作用下以极快的速度发展,造成脆性裂断。当然,最后这个阶段在油箱上不一定发生,但裂纹扩展到一定程度就可能使油箱发生渗漏。例如,某台120MVA、220kV的电力变压器,验收时,除发现有一螺栓连接处轻微渗油外,其他部位密封良好。但该变压器运行1年后,竟出现多处渗油。

实践表明,应力和腐蚀引起的裂纹扩展,与应力的大小都有着密切的关系:应力越大,应力腐蚀开裂的速度越快;反之,则应力腐蚀速度慢。变压器在运行中,工作应力并不大,但焊接残余应力是较大的。焊接残余应力和工作应力相叠加,促使焊缝附近很快产生应力腐蚀开裂。

2.焊接质量差

造成焊接质量差的主要原因是:

(1)钢材在采购、运输、保管过程中没有按规定要求做,造成钢材本身不平整。

(2)制造厂在裁剪、下料过程中工艺质量差。

(3)焊工技术水平低、焊接不认真等。

3.焊接结构不合理

焊接结构不合理表现在:

(1)由于焊线结构没焊好,油穿过内焊线从螺丝孔处渗出。现场安装时,常见的部位有低压套管手孔法兰及隔膜式储油柜下部的视窗孔螺丝等位置渗油。

(2)焊接较厚板时没有打破口,有假焊现象。

(3)平板焊螺杆时常钻透孔,背面焊接不好等均能造成渗漏油。

(三) 外购部件

外购部件不符合工艺要求的主要表现在:

(1)采购人员对所购部件的技术参数、性能标准不了解,随意采购一些不符合质量标准的部件。例如:选购的胶垫有裂纹,硬度超标等。

(2)生产厂家在生产与成品保管上缺少一系列质量要求,造成产品质量低劣,采购时仅凭外观检查不能发现所有的质量缺陷,安装后发现渗油。例如,某60kV级套管,因保管不当,进厂验收时,油的火花放电电压不合格,个别的介质损耗因数偏大。更主要是有的法兰安装歪斜,上下放油堵渗油严重。气体继电器有砂眼,特别是QJ3—25型气体继电器因结构不合理,几乎每台均渗油等。

(四) 检修工艺

目前专业班组在管理与技术力量上都存在一定的薄弱环节,造成安装及大修后的变压器渗漏油率大大超过2%,主要表现在:

(1)责任心不强,没有按照规程及检修工艺要求做。

(2)检修中漏项,该换的胶垫没有换,以次充好、规格不全,代替使用多。检修后不试漏或静压时间不够等。

(3)检修前没有认真调查渗漏部位,检修后缺陷依旧存在。

(4)螺杆紧固不到位,螺杆在变压器温度升高及电磁振动作用下发生松动,造成油顺着螺杆丝纹渗出。若螺杆公差配合不当,就更容易出现这种情况。如某主变压器铁芯接地套管的紧固螺杆渗油,就是上述原因引起的。

(五) 装配程序

装配程序不符合工艺要求,主要表现在:

(1)箱盖或法兰在装配时紧偏,与连接件间产生应力而翘曲变形,出现密封不严。

(2)在装配时,对密封胶垫 (条)过于压紧,超过了密封材料的弹性极限,使其产生永久变形(变硬),而起不到密封作用。

(3)密封面不清洁 (如焊渣、漆瘤或其他杂物)或凸凹不平,密封垫 (条)与其接触不良,导致密封不严。