油浸式电力变压器绝缘油呼吸系统改造（溶解氧及水分去除系统）的开发 CNR221-067

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了油浸式电力变压器绝缘油呼吸系统改造（溶解，有效提升了作业效率与安全水平。油浸式电力变压器在长期运行中，绝缘油会逐渐溶解空气中的氧气和水分，同时因热老化与电应力作用产生烷烃类分解气体。这些物质在油中累积后，会加速绝缘纸和绝缘油的老化，降低绝缘强度，缩短变压器使用寿命。传统呼吸系统仅依靠油枕胶囊或隔膜隔离空气，难以从根本上抑制氧气和水分进入油中。

从问题机制看，氧气是导致绝缘油氧化劣化的关键因素，水分则会显著降低油的击穿电压并促进纤维素降解。常规维护手段如定期换油、真空脱气等，只能在停电状态下短期改善油质，无法在运行中持续抑制新的溶解氧和水分产生。因此，行业需要一种能在变压器带电运行状态下持续工作的油质保护方案。

本项目立意在于，通过对现有绝缘油呼吸系统进行动态充氮保护改造，人工建立一套绝缘油液相与气相之间的动态交换系统，以高浓度氮气作为惰性气体，逐步置换油中溶解氧气、水分及其他分解气体，从而以动态保护方式实现对变压器绝缘系统的充分保护。

存在问题

• 传统呼吸系统隔离能力有限。油枕胶囊或隔膜在长期运行后可能出现老化、渗漏，空气仍会通过微小通道进入油中，导致溶解氧含量缓慢上升。
• 停电脱气维护成本高、时效短。真空脱气或换油需变压器停运，影响供电稳定性，且处理后油中溶解氧和水分会随运行时间再次回升。
• 油中水分难以在线去除。常规呼吸系统不具备持续脱水能力，水分在油中累积后需依赖离线滤油处理，响应滞后。
• 分解气体累积影响绝缘。烷烃类分解气体在油中溶解后，会降低油品性能，并可能掩盖早期故障特征，增加状态评估难度。
• 缺乏动态保护手段。现有技术多侧重监测或离线处理，缺少在运行中持续置换油中溶解气体的工程化方案。

创新目标

本项目旨在开发一套适用于油浸式电力变压器的绝缘油呼吸系统改造方案，通过动态充氮保护方式，辅以成熟的高纯气体供应、流量及保护控制技术，建立绝缘油液相与气相动态交换系统，实现油中溶解氧、水分及其他烷烃分解气体的持续置换，提高变压器绝缘系统的运行稳定性。

技术方案

结构原理方面，改造方案在变压器原有呼吸系统基础上，引入高纯氮气供应回路、气体流量控制单元和保护控制模块。氮气经减压和流量调节后进入油枕或专用气室，与绝缘油表面接触，形成气相空间。由于氮气分压高于油中溶解氧分压，氧气、水分及烷烃气体在浓度差驱动下从油中向气相扩散，并被流动氮气带出系统，从而实现液相与气相之间的动态交换。

操作流程方面，系统投运后，控制单元根据变压器运行状态和油质参数，自动调节氮气流量和压力，维持气相空间稳定的惰性气氛。氮气持续缓慢通入，置换出的混合气体经安全排放通道排出。整个过程在变压器带电运行状态下完成，无需停电，也不影响变压器正常负载运行。

保护控制模块对氮气供应压力、流量及系统密封状态进行监测，当出现异常时自动调整或发出提示，确保改造后的呼吸系统安全稳定运行。该方案不改变变压器主体结构，改造范围集中在呼吸系统及气体供应回路，便于现场实施。

创新亮点

• 动态置换：以流动高纯氮气持续置换油中溶解氧、水分和烷烃气体，区别于传统静态隔离方式，保护效果更持续。
• 带电运行：改造和运行均在变压器带电状态下进行，无需停电，显著降低对供电稳定性的影响。
• 液相气相交换：人工建立油与气之间的动态交换系统，利用浓度差驱动传质，实现油质在线改善。
• 成熟技术集成：高纯气体供应、流量控制及保护控制均采用成熟技术，降低工程应用风险。
• 不改主体结构：改造集中在呼吸系统，不涉及变压器内部绕组和铁芯，现场实施便捷。

落地应用效果

项目验收及现场应用统计表明，改造后的呼吸系统能够明显降低油中溶解氧含量，水分和烷烃分解气体也得到持续置换，油质指标保持稳定。变压器绝缘系统在动态氮气保护下运行，氧化劣化速率放缓，有助于延长绝缘油和绝缘纸的使用寿命。

与传统方式相比，本成果在保护持续性、维护便捷性和运行可靠性方面具有明显优势，具体对比如下：

产出物：形成一套油浸式电力变压器绝缘油呼吸系统改造方案，包括动态充氮保护回路、气体流量与保护控制模块及现场实施工艺。

适用场景：适用于各类油浸式电力变压器，尤其适合对供电可靠性要求较高、停电维护困难的变电站及重要电力用户。

常见问题

Q：改造后是否需要停电？

A：不需要。改造和运行均在变压器带电状态下进行，不影响正常负载供电。

Q：动态充氮是否会影响变压器绝缘？

A：不会。氮气为惰性气体，不参与油品化学反应，且系统维持稳定气相空间，不改变变压器主体绝缘结构。

Q：系统维护是否复杂？

A：维护集中在气体供应回路和流量控制模块，采用成熟技术，日常检查项目少，维护便捷。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。

本文由中广研创新整理。