維知科技-油中氣體分析.油品特性試驗.油中糠醛分析.SF6遊測.TAF認證實驗室

油浸式變壓器活線除水系統

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變壓器內部無論如何總是會存在少量的水份,它是維持良好機械性能重要的因素,故絕緣系統存在些少許水份是被容忍地。然而變壓器內部如水份過高時,則會加速絕緣材料的老化、降低主絕緣的電介質性能及起泡的潛在危險。也因之稱其為變壓器的『殺手』。

過去針對潮濕的變壓器大都以熱油循環真空乾燥等方式(如圖一、二),但通常需停電作業而且效果不彰,主因在於短時間處理之方式僅能移除油中的水分,對絕大部分吸附在固體絕緣材料的水份無法有所具體成效。有鑑於此美國Velcon公司設計製造以最佳化運轉維護條件為考量之產品──無需停電、真空及加熱的活線除濕延壽系統---TDS5。

(圖一)

(圖二)

(圖三)

(圖四)

(圖五)

(圖六)

(圖七)

TDS5系統的最大優勢是變壓器在送電中能很有效率將絕緣紙內部水份去除。此系統另裝配多重警報與安全裝置,當執行過程出現任何異常訊息時,系統則迅速主動與變壓器隔離。也就是說TDS5提供無干擾、低成本、無需人員管理、24小時操作方便的變壓器除濕及延壽的維護方式。此外,此系統也可運用不同濾材如活性氧化鋁(Activated Aluminum cartridge)或白土等,降低變壓器油之酸,再生之。此種彈性油處理方式之運用也有別於熱油循環和真空系統。

TDS5除濕延壽系統設計理念為變壓器無需停電下裝拆且在送電中能自我乾燥,不需額外加熱與真空作業裝置,而是以過濾槽中的四個SD-1107 Superdri濾心之強力吸水特性(如圖三、四、五),讓油品經過此系統後,可將油中水份降至10ppm以下和過濾1micron微粒之能力,且不影響油中溶解氣體測值和油中添加之抗氧化劑。此系統更配有系統啟用和濾心更換時所需排氣裝置等,避免外界污染之可能,故完全符合設備在機械和電氣操作的狀態監測需求。

活線除濕作業之裝置配置(如圖六、七)乃是以系統入口端連接於變壓器下方洩油閥,絕緣油以5 gpm流速通過TDS5系統後,由上方閥回流至變壓器內。濾材更換的數目和變壓器吸濕程度與乾燥的期望值而定。至於濾材更換間隔及處理時間則與變壓器大小、負載、油溫及絕緣紙水份擴散至油中之速率等相關。也就是說系統運用送電中變壓器之負載溫升將水份從絕緣紙中推至絕緣油中,釋放出來在油中的水份藉由經過Superdri濾材之強力吸水性,使得油中水份低於10ppm,週而復始慢慢的移除絕緣紙中的水份。故欲獲得此系統最佳處理效能,通常變壓器頂部油溫必須至少維持在40~60℃,以達連續提供油紙間水份平衡之驅動力。另外定期監測系統進口與出口端的油中水份含量變化或藉由線上水份監測儀之水分變化,除可約略推估移除水份總量外,亦可作為濾材是否更換之參考指標。如濾材達到飽和時,水份也不會從TDS5系統釋放回油中。

綜觀上述系統理念、裝置配置、使用條件、濾材功效及實際案例等,可知TDS5 對油浸式變壓器的應用效益如下:

1.除濕作業時,變壓器仍保持送電運轉

2.降低變壓器乾燥成本

3.改善絕緣油電介質強度(dielectric strength)

4.改善變壓器電力因數(power factor)

5.連續操作無需人員看管

6.延長絕緣油使用年限

7.延長變壓器壽命

美國Velcon TDS5 transformer dry-out system  相關問題答覆

您的變壓器安全嗎?眾所周知,油浸式變壓器的油中水分含量,對變壓器的安全、絕緣油的耐壓與變壓器壽命有很大的影響,在第一線從事維護的工作人員,常常會碰到一種情況,當變壓器絕緣油水份含量偏高造成油耐壓降低時,為何真空濾油或換油後,變壓器在運轉初期油中水份及油耐壓皆可合於標準的理想值,但是經過一段時日後水分又昇高至幾乎跟原來一樣呢?(如圖一的案例,原來油中水份為31PPM,真空濾油處理後為4PPM,但是經過4個月後又提昇到28個PPM。)在此將其原因及如何徹底解決變壓器水份含量過高等問題做一簡要說明。

首先,我們必須瞭解,變壓器中的水份含量主要存在於「絕緣紙」與「絕緣油」中,而其水份分佈比率示意圖如圖二所示,故可知變壓器內部水份絕大部份均存在於「絕緣紙」中。所以,在短時間內以傳統的真空濾油或換油方式處理,僅能去除絕緣油中之水份並無法將絕緣紙中的水份降低。從圖一紙中水份的時間曲線來看,紙中水份在整個過程中並無太大的變化,由此可知,傳統的「真空濾油」或「換油處理」有其一定的盲點,而大部份的運轉中變壓器,其水份過高的問題,主要是來自於「絕緣紙」,而不是「絕緣油」,因此,僅是針對絕緣油做快速的真空濾油除水處理,並沒有真正解決變壓器水份含量過高的問題。

然而,要如何才能去除「絕緣紙」中的水份呢?由於在運轉時,變壓器絕緣紙中的水份與絕緣油中的水份彼此間有一平衡關係。當油中水份降低時,紙中水份便可慢慢地擴散而滲入絕緣油中,由於此擴散的速率非常的緩慢,因此,必須長時間在不斷電的情況下將絕緣油中的水份去除,再以此乾燥的絕緣油帶出「絕緣紙」中的水份,如此,長時間的循環下去,便可達到降低「絕緣紙」中水份的目的。這種方法才是能徹底解決變壓器絕緣紙水份過高的最佳方案,而且這樣的除水作業因為是在長時間下進行,所以必須在活線下作業,才不致於影響變壓器的正常運轉,其示意圖如圖三所示。

圖一:變壓器真空濾油後水份趨勢圖例   

圖二:變壓器「紙中水分」與「油中水份」

比重示意圖

圖三:線上除水示意圖

活線濾油的實際除水作業,是將除水機安裝在變壓器採樣閥的上下出口處,安裝的作業可在活線下進行,實際的作業狀況如圖四的照片所示,而在除水的過程中的油中水份,可直接採樣送實驗室分析或加裝油中水份監視器直接觀察而得知,其除水效果與除水的時間通常必須視變壓器的大小、絕緣紙的重量、紙中水分含量及變壓器的運轉油溫等而分別有所不同(在實施除水作業前,可由以上之參數約略推估出除水所需的時間),由於除水作業時間長,紙中水份可慢慢地擴散滲入絕緣油中。因此,可藉由絕緣油中的水份和油溫推算出絕緣紙中的水份含量(圖六為推估的軟體系統),進而判斷出除水作業是否已經完成。

在構成變壓器的材料中,金屬材料之性質受時間因素的影響有限,相對於絕緣紙的部份卻很容易隨運轉時間的增長而逐漸老化,也就是說,變壓器的壽命長短,主要取決於線圈絕緣紙的老化,而「絕緣紙的水份含量」與「變壓器的運轉溫度」是影響變壓器壽命最重要的兩項關鍵因素,換言之,降低變壓器線圈絕緣紙中的水份,是延長變壓器壽命的主要方法之一。

具體而言,變壓器在經年運轉下,熱、氧氣、水份都會導致絕緣紙產生熱裂解斷鍵現象,此化學反應又會產生新的水份,此新生成的水份再繼續參與變壓器絕緣紙的熱裂解化學反應,如此惡性循環下去,紙中水份含量會愈來愈高,終於成為影響變壓器壽命的關鍵性因素,因此,水份對變壓器壽命的影響,是成等比級數而增加,而在變壓器新出廠時就有效控制其絕緣紙的水份含量,便是增長變壓器壽命的不二法門,如若以人的健康為例說明,如在20歲時就注意身體的保健,持之以恒,到了60歲時,仍擁有跟20歲時一樣的堅硬骨格,這就是變壓器線圈絕緣紙的除水能夠延壽的基本原理。

「維知科技」目前代理「美國Velcon公司」的變壓器線上除水機,該公司擁有10年以上的變壓器線上除水經驗,另外本公司也配合開發出線圈絕紙水份含量的軟體推估系統(圖六),該系統可以迅速推估變壓器線圈絕緣紙中的水份含量,對於變壓器的除水與壽命延長可以有效掌控,下期「維知簡訊」將對此一問題做更進一步的技術發表,敬請期待。

圖四:變壓器線上除水作業

圖五:油中水份監視器

圖六:紙中水份含量推估軟體系統

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