Powercor Australia 是維多利亞州的電力分銷商。Powercor 使用安裝式和便攜式油中含水率探頭（包括維薩拉 HUMICAP® 水分測定儀 MM70）對變壓器運行在線水分監測程序。劣質油的絕緣強度低，甚至可能出現絕緣失效。油處理或更換可以解決大多數油質量問題，但當水分存在于繞組和繞組支撐結構的絕緣紙中時，這些水分會迅速恢復。水分監測為跟蹤這種恢復現象提供了方法，而通過在線干燥，可以管理油中含水率，從而保持油的介電裕度。

　　油中含水率測量

　　該水分探頭可測量以下兩種參數：

　　1.Aw - 水活度，是指“活性”溶解水分的相對飽和度，分數從 0 到 1。

　　2.T - 油溫度，以攝氏度為單位。

　　探頭還具有可選的內置算法，可提供以 ppm 為單位的輸出。探頭出廠時默認采用新的油公式，也可將其他已知的公式以編程方式置入探頭。探頭的 ppm 值通常低于用于確定油樣含水量的卡爾費休 (KF) 測試的 ppm 值。這可能是由于卡爾費休測試捕獲的物品中有結合水。在下文中，卡爾費休水分相對飽和度結果被定義為“Rs”。本文中提及的所有變壓器均為 66/22kv 鐵芯式變壓器。

　　使用探頭進行水分監測

　　12 臺 Powercor 變壓器已安裝了探頭。每個探頭為監控與數據采集 (SCADA) 系統提供兩個模擬輸出：ppm 和溫度。選擇對其進行監測的變壓器是那些已知存在油質量問題的變壓器，通常相當陳舊，在某些情況下負載很重。大多數都需要在近期進行油再生或更換。對于已拆下散熱器組的變壓器，探頭的安裝位置是從散熱器到主油箱的回油管路的下部排放閥處。這會將探頭置于來自變壓器熱虹吸管的油流中。在未拆下散熱器組的情況下，出于類似原因，選擇的安裝位置是下部散熱器排放閥之一。探頭具有滑動式密封，這意味著它們可以通過排放閥簡單地安裝，無需停機。

　　圖 1：水分變化，10 MVA ONAN 變壓器。圖 1 中的變壓器是 10 MVA ONAN 變壓器，該圖展示了負載增加和炎熱天氣帶來的影響。請注意水分是如何在 60 ppm 時達到峰值并且數天都沒有恢復的。最后一次油樣的 KF 水分含量為 30 ppm。在炎熱天氣期間，該裝置的持續高負載可能會導致水分過多，從而導致介電裕度降低。在線監測表明，對該裝置進行脫水操作是明智的選擇。

　　圖 2：水分比較示例 (SCADA) - 刻度以 ppm 為單位。永久 SCADA 連接使得用戶可以在負載和條件相同的姐妹裝置之間進行對比分析。顯示最低水分含量的變壓器大約五年前曾在干燥爐內進行過干燥。

　　圖 3：填充新油后的水分恢復情況。刻度以 ppm/°C 為單位。在圖 3 中，20 MVA ONAF 變壓器的油量為 17000 升，于 2005 年 10 月 28 日完成換油，承包商所采集油樣的水分含量為 11 ppm (KF)。在幾天之內，探頭數據

　　顯示水分含量已恢復，范圍為 16 至 37 ppm。

　　圖 3：填充新油后的水分恢復情況。刻度以 ppm/°C 為單位。

　　便攜式探頭

　　維薩拉便攜式探頭也已面世，Powercor 已從維薩拉采購了其中的三種。到目前為止，它們已用于 20 臺變壓器。這些探頭具有電池電源和足夠的內存，能夠以每小時讀取一次的頻率存儲大約 30 天的數據，基本上相當于電池的壽命。同樣，選擇的位置通常是散熱器排放閥，以確保油流過探頭。這些便攜式探頭使用靈活，可以監測多個站點。探頭安裝后可以編程為每隔幾分鐘記錄一次數據。需要回訪站點以下載數據，為下一個記錄周期清除內存并在需要時為電池充電。

　　圖 4：低水分 -66KV 調節器。在圖 4 中，油樣顯示出異常高的水分和低絕緣電壓，22 C 下 KF 測試結果為 43 ppm (Rs =0.7) 絕緣電壓 = 36 kV。這很出乎意料，因為該裝置最近在干燥爐中干燥過。隨后，工作人員快速安裝了便攜式探頭，得到的數據顯示很低的水分含量。第二個油樣證實了這一點：15 C 下 KF 測試結果為 9 ppm (Rs =0.2) 絕緣電壓 = 82 kV。最初的油樣很可能被污染了。

　　圖 5：水分急劇減少。

　　圖 5 顯示的是 10/18 MVA ONAF 變壓器的數據。水分減少恰逢觀測站調試新變壓器，這降低了該裝置的負載。總之，便攜式探頭為監測在適當位置裝有閥門的變壓器提供了一種方便且經濟高效的方法。

　　沒有此類配件的變壓器也可以在主油箱排放閥或采樣閥中安裝探頭。不過，如果沒有油流過探頭，結果可能不準確或不能代表總體油況。使用分子篩裝置進行干燥。Powercor 有兩臺分子篩在線干燥機。這些裝置安裝在手推車上，只需將油泵入含有分子篩材料的濾芯即可去除水分。

　　它們裝有一個水分探頭，可以監測進油或出油（取決于旁通閥的位置）。當出口油水分等于（或超過）入口油水分時，濾芯可能已達到飽和，表明應更換濾芯。每個濾芯理論上可以容納一升水，每臺干燥機有四個濾芯。濾芯昂貴，目前沒有可用的回收選項。這些裝置設計用于從底部的主油箱吸入進油，并將油返回到儲油器。

　　這種設計的優點是可以避免空氣進入系統時出現瓦斯繼電器（壓力突變繼電器）問題。它的缺點是會使新的干燥油接觸到油枕的頂部空間。對 Powercor 來說，這個頂部空間與大氣相通。迄今為止，這些干燥機已用于九個變壓器，結果總結如下。

　　表 1：從部分變壓器分子篩干燥機收集的結果

　　請注意：油參數來自油樣（即 KF 和介電擊穿測試），但后期油參數“S3”和“L2”例外，它們來自探頭。估計去除的水分基于濾芯更換次數以及干燥機入口和出口的水分讀數。盡管濾芯的額定容量為 1 升，但人們認為，隨著水分含量的降低，它們會在達到該容量之前停止去除水分。為了證明這一點，工作人員配置了稱重罐，并將新濾芯和“滿”濾芯浸沒在油中進行稱重。得到的平均增重為 641 克，表明水分含量為 0.641 升。據估計，每組過濾器在 10-20 ppm 的水分含量下可去除 2.6 升水分。人們還發現，在過濾器夾緊裝置中添加額外的密封墊圈，干燥機的性能會顯著提高。干燥機不是連續運行，而是關閉一段時間以便讓水分含量恢復。確定何時停止過濾的一般經驗法則是當水分含量始終保持低于 20 ppm 或 0.2 Aw 時。事實證明，維薩拉監測探頭在進行這種評估方面很有價值。

　　圖 6：監測干燥。圖 6 顯示了“L2”變壓器上的永久探頭在 10 個月干燥期間的數據。注意干燥機中的水分減少，以及隨后由于纖維素中的水分和油中的水分達到新的平衡而出現的水分恢復。另請注意，隨著水分含量的降低，每個日負荷周期內的水分變化程度也會隨之降低。

　　紙質濾芯干燥機

　　Powercor 最近購買了另一款帶有紙質濾芯的在線干燥機。該裝置通過軸向泵送油，使油流過濾紙卷來去除水分。只要紙比油干燥，水分就會從油遷移到紙上。該裝置有一個可編程邏輯控制器 (PLC) 控制系統，可以在每個過濾周期后重新干燥濾紙。該裝置在進油口和出油口處裝有水分探頭，并具有數據記錄和遠程監測設施。干燥機裝有水分捕集器，因此可以收集實際去除的水分。

　　該裝置的優點是過濾器壽命比分子篩裝置長得多。干燥機與主油箱底部排放閥的進油和頂部放油閥的出油相連。到目前為止，已經對三臺變壓器進行了干燥，第四臺正在進行中。表 2：從采用紙質濾芯的干燥機收集的結果。

　　請注意：油參數來自油樣（即 KF 和介電擊穿測試）。由于這些干燥操作是最近進行的，因此尚未進行后續油監測。預計水分含量會有所恢復。該干燥機還具有在“分析”模式下運行的設施，在該模式下，過濾器會被繞過，油將會循環并通過其中一個水分探頭得到監測。這不僅提供了監測功能，還提供了干燥功能。圖 7：典型過濾數據。請注意：左軸 (Aw) 刻度為 0 到 0.250；右軸（入口油溫）刻度為 0 到 45 攝氏度。此示例顯示了過濾器充滿水分并重新干燥時的鋸齒狀特征。注意入口油水分的穩定減少。本示例中的過濾時間已設置為長于所需時間（12 小時），因為出口水分超過了入口水分。

　　持續的努力必不可少

　　在線水分監測可以為存在水分問題的變壓器提供一種有價值的狀態監測工具，也可以用于揭示可能存在常規油樣采樣無法檢測到的水分問題的變壓器。一種常見現象是，單次嚴重過載超溫事件會迅速增加油中含水率，因為水分是通過纖維素傳導的，顯然，水分恢復到早期水平可能需要相當長的時間。但是，僅靠監測并不能解決任何問題。可以改善狀況的是根據監測結果采取的相關措施。在線干燥通常可以快速改善油的質量，但這種改善可能無法永久保持下去。進行后續監測才是明智之選，而這通常會產生又一次干燥循環。要實現有效的在線干燥，需要付出持續的努力，而且可能需要持續數月的時間。

　　本文最早發表于維薩拉新聞 175/2007（澳大利亞墨爾本市 Powercor 公司工廠維護工程師 Colin Feely）。