变压器干燥处理后铁芯锈蚀的原因分析

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重庆重变电器有限责任公司 陶显锐

摘要：

变压器真空干燥预热阶段，真空度过高导致线圈内水分在铁芯温度还没有提高时过早汽化，部分水汽在接触到温度较低的铁芯时，在铁芯表面凝结成水珠，最终导致铁芯表面严重锈蚀。

关键词：真空、汽化、凝结、锈蚀

2019年4月15日，我公司生产的一批10kV级油浸式变压器在干燥处理出炉后，铁芯边柱靠近线圈两端位置以及部分产品的铁芯上铁轭表面出现大面积锈蚀，部分产品还有铁芯对地绝缘电阻虽达到标准，却低于正常水平的情况。经询问得知，因该批产品数量不多，干燥处理所用设备为公司旧改新的KDP-12L小型真空干燥设备。干燥设备操作人员称，该设备在进行自动化改造后，只要是在满炉情况下，就会出现所处理的产品铁芯锈蚀的情况，而改造前就不存在这个问题。另据生产部装配组反映，由于平时任务量大，一般都使用公司的大型真空干燥设备在处理，所以锈蚀问题没有引起相关部门的足够重视。

该类设备基本工作原理都是通过热油在管道内的循环和真空作用来使变压器器身内、特别是绝缘材料内的水份在高温、低压环境下汽化并排出炉外，从而达到干燥的目的。通过自动化改造后，该真空干燥炉的基本原理是没有发生变化的，唯一改变的就是干燥工艺。

经仔细对比设备改造前后的处理工艺，发现最大的变化是在干燥处理的预热阶段。改造前的该阶段，烘炉门必须留出10—20cm缝隙，以便水汽排出；而改造后的预热阶段要关闭炉门，并在加热的同时对炉内进行抽真空。因此，初步判断为该阶段工艺变化造成了铁芯锈蚀。

那么预热阶段的这一变化又是如何造成铁芯锈蚀的呢？是否有理论依据的支持呢？

分析认为：预热阶段的根本目的是使炉内所有产品各部位温度受热相对均匀，各部位都能够达到主干阶段高真空条件下的水分汽化温度。在设备改造前，预热阶段温度设置为铁芯温度65℃，采取烘炉门留出10—20cm缝隙的方式来排出水汽。在这一状态下，充足的空气起到一定热传导的作用，再加上冷热空气的对流搅动，使炉内各位置受热相对均匀，铁芯和线圈温差也不会太大。在铁芯达到预热温度70℃情况下，线圈温度一般在80℃—90℃，在升温过程中，温度始终不会达到水分大量汽化的温度，水汽不易凝结成水滴而附于铁芯表面。而设备改造后，预热阶段为加热的同时抽真空，设定的预热温度为铁芯70℃，预热阶段真空度为40kPa，在此气压下，水汽化温度约为76℃。在这个过程中，由于真空度较高，烘炉内部热量缺少传播媒介，产品仅靠热管的热辐射来加热，炉内空间温度上升缓慢的同时，炉内产品受热也不均匀。离热管近的产品升温速度明显高于离热管远的产品；同一台产品中处于外层的线圈升温速度又明显高于处于器身内层且散热更快的铁芯。当水分的主要载体——线圈内的水分在低气压及温度的作用下开始汽化时，铁芯的温度并没有明显上升，部分水汽随着抽真空的管道排出的同时，也有部分直接接触到铁芯表面的水汽凝结成水珠聚集在铁芯靠近线圈两端的位置无法排出。在此阶段中本来是为了借助于充入空气对罐内热空气的搅拌作用、使干燥罐内温度分布均匀的充气（即解除真空）过程，在真空状态下反而起到了负面作用：冷空气的进入，使罐内温度快速下降，罐内汽化的还未抽出的水汽又重新在温度较低的铁芯表面凝结成水珠，同时也延缓了铁芯温度上升的时间。铁芯边柱两侧面以及上铁轭表面因为剪切的原因失去了漆膜的保护，在温度、湿度、以及铁芯长时间不能达到水分汽化温度的情况下，必然会产生锈蚀。而部分产品绝缘电阻明显低于正常水平的情况，则是因为控制烘炉进入各阶段的温度探头放入位置为靠近热管的产品，当靠近热管的产品铁芯温度缓慢的达到各阶段结束温度时，因上述原因受热不均、离热管较远位置的产品，如：烘炉中部和靠近无加热管道的烘炉门位置的产品，其温度是没有达到干燥工艺要求的。特别是靠近铁芯的绝缘件，其受冷凝水的影响，干燥并不彻底，因此造成铁芯对地绝缘低于正常水平的情况。

根据上述分析，要解决产品锈蚀及铁芯对地绝缘电阻低问题，预热阶段烘炉内就不能为高真空状态，温度探头的放置也要尽量放到升温条件较差的产品上。

2019年4月22日，在生产部门再次使用该烘炉进行干燥处理时，工艺、设备人员决定在预热阶段模拟老工艺的方法，将烘炉门留出10-20cm缝隙排气，预热阶段结束后再关闭炉门进行后续各阶段，以验证上述分析。4月24日，当该批产品出炉时，铁芯表面未发现锈蚀，测试绕组及铁芯的对地绝缘均达到正常水平。

经设备部联系烘炉改造厂家了解烘炉程序修改方式后，以预热阶段真空度不至于使线圈内水分过早汽化为原则，经过多次摸索，最终确定预热阶段真空度56kPa，预热铁芯温度75℃，并将温度探头放到升温条件较差的产品铁芯上，能够避免铁芯锈蚀问题，并能够取得的最佳的干燥效果。