（江苏华鹏变压器有限公司）
摘要：变压器密封性对整个变压器的安全、稳定运行有重要影响，进一步影响整个电网运行的安全、稳定性，因此还应对避免其发生失效，采取有效的防治措施。但是从目前情况看，变压器密封失效的问题还没有得到彻底解决，影响供电性能，对此，本文首先分析了导致变压器密封失效的原因，进一步提出解决措施，以期为相关电力设备企业提供参考，提升变压器质量，促进电力工程更好的发展建设。
关键词：变压器；密封失效；原因；措施
变压器是构成发电系统的核心设备，是电力系统运行的基础，其是否安全稳定直接影响电力生产质量。变压器良好的密封性是变压器得以正常工作的基本条件，一旦密封失效将会影响变压器工作性能，进而影响电力系统正常运行。其影影响具体表现为两方面：一方面，密封失效为空气中的水分进入箱体内部提供了便利条件，变压器内部受潮气影响性能降低，出现绝缘故障，甚至引发变压器着火、爆炸等不良问题；其次，密封失效将会增加变压器检修次数，浪费时间和财力，对企业发展带来不利影响。在电网运行过程中，由于密封不严而进行检修的不在少数，因此加强研究防治措施具有重要意义。
一、导致密封失效的原因
不同厂商生产的变压器质量参差不齐，变压器类型、适合应用区域也有所不同，因此每台变压器发生密封失效都有自身的特性，但对于变压器密封性来说影响因素为共同作用，其中变压器工作环境、密封结构设计、密封件材质和安装工艺是影响变压器密封失效的主要因素，下文对这几类因素进行重点分析。
（一）工作环境
一些变压器需要布置的户外，导致密封件受温度变化、阳光照射、氧化反应等各种外界因素影响，应用环境较为恶劣。尤其是臭氧、氧气对密封件起到的氧化作用，在很大程度上影响了变压器的密封性能，加快了橡胶密封的老化速度。受氧气和臭氧的共同影响，活性氧原子首先将位于橡胶分子内的不饱和链接进行氧化，使橡胶分子链被破坏，新的自由基在氧化产物中产生，新的自由基又开始氧化的过程，致使橡胶分子自由基产生连锁氧化反应，长期如此便会造成密封件龟裂老化[1]；变压器在工作的过程中产生的高温也能使自由基扩散的速率加快，进而使橡胶氧化反应更加快速，尤其是当变压器长期处于超负荷运行，其温度便会急速上升，超出标准范围，进而加速橡胶的老化程度，影响密封效果；另外，处于室外工作的变压器受紫外线辐射影响，致使橡胶分子发生断裂形成活性分子，使橡胶老化速度加快；变压器温度在运行、变化的过程中会发生漏磁场影响、振动以及变压器油内含有的化学物质等都会对橡胶密封老化产生影响，加快其老化速度，外部环境存在的影响因素对密封件的影响是终身的，是影响变压器密封性的主要因素。
值得注意的是丁腈橡胶是一种较为优质的变压器密封件，其被应用的时间已达半个世纪之久，产品成熟且价格相对较低，当前已经在变压器生产厂家中被广泛应用，在实验室理论中其使用寿命为50年，但是在实际应用中还无法保证其与与变压器寿命相同，可见应用环境对橡胶密封件性能产生的巨大影响。
从上表可以看出，丁腈橡胶相对于其他两项来说耐高温性能不强，其使用最高温度与变压器重负荷时的温度相近，而橡胶材料工作的温度直接影响其使用寿命，温度越高越容易降低使用寿命，如温度在90℃以下，丁腈橡胶的寿命还达不到温度为60℃时的1/4，当变压器处于夏季高温运作时，油温通常都在70℃以上，导致变压器处于超载工作，此时油温能够高达90℃，丁腈橡胶在这种环境中工作，其老化速度必然会加快[2]。结合以往的工作经验可以发现，变压器经常在秋季发生漏油，这便于夏季高温下橡胶密封件被热老化有直接关系。
另外，丁腈橡胶不具备较强的耐臭氧性，变电站的高压设备在工作时常常存在持续性电晕放电，进而形成臭氧，尤其变压器周边的臭氧浓度更高，对于在户内装置的变压器来说，周围环境存在极高浓度的臭氧含量，丁腈橡胶由于自身的耐氧性能不强，加之长期存在臭氧环境中，致使其迅速老化。上述对丁腈橡胶进行了重点分析，其自身材质缺陷是影响其寿命的主要因素。
（三）设计和安装
在进行设备安装时，安装人员往往更加重视设备功能的完整性，而对于变压器的密封性却没有重点关注，导致密封设计不合理，进而引发密封失效。变压器密封件多数都是挤压型密封，所谓挤压型密封主要是根据密封件具有弹性变形的特点，在密封接触面形成接触压力，进而完成密封工作。其中压缩变形量对蜜蜂效果有重要影响，如果压缩变形量较大，超出橡胶承载的范围，那么将会导致密封橡胶永久塑性变形，不具备弹性，以至于受机械应力作用影响引发龟裂问题，使密封失去作用[3]；反之，如果压缩变形量较小，其密封效果便达不到预期的效果。以往的变压器通常不会设有密封槽，主要运用密封面对密封件进行压缩，导致密封件被压缩过度，导致密封失效问题。
总装配对密封失效的影响分析，密封件是密封的主要材料，不但应保证其变形合理，同时还应对密封空间进行充分填充。在装配的过程中，如操作工艺不合理，也会导致密封件整体或者局部得不到充分填充，致使密封失效，比如，在装配时安装密封件的方向不正确、对密封面的清洁不彻底、密封面机械损伤或者装配时的受力不均匀等都会导致密封面的填充不均匀，以及应力过于集中的情况，引发密封失效。装配工艺是导致变压器在早期发生渗漏油问题的首要因素。
二、防止变压器密封失效的措施
为了避免变压器密封失效的情况，还应找出导致密封失效的内在原因和外部原因。但是要想将导致变压器密封失效的外部因素解决还存在一定难度，外部因素为不可控因素，比如阳光的照射、温度变化等都无法控制[4]。对此，现阶段只能从导致变压器密封失效的内部因素出发着手解决，包括密封材料的选用以及设备的设计和装配等，下面对这两方面进行详细分析。
（一）合理选用密封材料
根据密封件材料的性能进行合理选用，氟橡胶与丙烯酸酯橡胶相较于丁腈橡胶而言更具耐高温性、耐老化性以及耐候性，将氟橡胶和丙烯酸酯橡胶用于变压器密封中能够避免变受压器密封失效而引发的中期维修。但是氟橡胶不具备耐低温的性能，在冬季气温较低的情况下使用将会出现低温催化，因此其不合在北方较冷的地区中应用，适合应用在南方较为温暖的环境重，北方地区最好选用丙烯酸酯橡胶材料，其耐高低温性能良好。
根据密封件的价格进行合理选用，一台220KV、240MVA采用丁腈橡胶为密封材料的主变，密封成本大概在2万元-3万元之间，如采用氟橡胶和丙烯酸酯橡胶为密封材料，密封的成本大概需要10万元-15万元之间[5]，但是由于电力变压器整体就产生了极高的造价，一台220KV、240MVA的主变造价要在1000万元之上，即便将氟橡胶当做密封材料，密封件在成本中占据的比例仅为2%左右，而如果在变压器使用过程中更换密封件，那么将会在一定程度上增加费用成本，可占据变压器总造价的5%以上，远远超出密封材料自身的成本价值。根据电网运行情况进行分析，变压器全生命周期运行和维护成本大概为采购价格的16%，按此比例进行计算，在购置新的变压器时，如选用优质性能的密封材料，则可避免中途更换密封件的弊端，预计能够降低变压器全生命周期成本的40%-50%左右[6]。当前，部分变压器制造厂商将氟橡胶和丙烯酸橡胶制作的变压器进行出口，反响较好。
（二）加强设备设计和装配环节的管控
在进行密封设计时，根据封面的实际情况进行沟槽加工，实现对压缩量的密封控制，避免密封移位；沟槽深度符合密尺寸和压缩量，参照采用国家标准GB3452． 3 －2005，采用0型密封圈进行液压静密封，且将压缩量把控在10%-30%之间[7]，结合运行的实际经验，对于其他界面的密封垫来说，将压缩量把控在20%-26%之间，这些数据都是进行密封工作的参考意见。另外，密封结构件不适合在布设在前后或者左右位置，避免密封圈受振力或者重力的影响从沟槽滑脱。
对密封面进行合理设置能够增加密封寿命。在压紧力一定的情况下，密封垫表面曲率较大处，张力密度也较大，一旦张力密度超出胶垫表面自身的抗拉强度，造成密封失效。因此，密封垫的裂纹通常在表面曲率较大的位置出现，对此，在实际生产工作中，使用密封圈的截面最好为双椭圆状或者圆形，尤其是在放气塞和油样阀这种曲率较大的位置，更应使用O型密封圈，尽量避免应用的密封圈为矩形，，对于变压器箱的转角处采用的密封圈可为“8”字型，以防止应力龟裂问题，增加密封的可靠性，如果对密封有极高的要求，可设立独立的密封截面。
在加工过程中，应注意保证密封构件的精细度，注意密封表面的清洁、平整度，避免存在毛刺、锐边等不良问题，密封面的粗糙程度应在15 μm之内[8]，除此之外，设计的沟槽长度应适合密封件所用，将密封件的安装伸长率控制在合理范围内，避免密封件拉伸过度影响填充的密实度，进而对密封最终效果造成影响。
在安装环节中，还应注意对装配工艺的把控。若装配工艺存在问题，密封件便会体现失效，甚至产生钢安装完就出现渗油问题，还需返工维修，耗时耗力。对此，在装配前应保证装配人员的专业性。一般密封安装的注意事项为：（1）在安装前将密封构件调节到相应的位置，保证两侧构建结构持平，将密封槽内的杂物用除尘器清理干净，并使用同型号的变压器油进一步清理，之后进行干燥处理，然后检查密封面的平整度。（2）用同型号的变压器油对密封垫进行润滑处理，然后轻轻滑进蜜蜂槽内，应注意避免过度用力导致密封条形成永久性拉长[9]。（3）对法兰螺栓进行加固时应加强固紧其对角，并对各个密封点的压缩量用塞尺进行测量，保证压缩的均匀性，如果压缩度存在欠缺，还应对紧固力矩进一步加强，直至个点的密封压缩量达到标准设计值。
结束语：
综上所述，变压器密封是对变压器的使用寿命以及使用的安全稳定性有直接影响，而变压器又是电力系统正常运转的基础设施，因此加强对变压器密封失效的控制具有重要意义。本文主要对造成变压器密封失效的原因进行分析，并从具体的材料选购和施工设计、安装的要点做了进一阐述。简单而言，导致电力设备密封失效的原因主要为三种，第一，电力设备的运行环境对密封件产生氧化作用或者其他不良影响，导致密封构件被氧化，影响其使用年限；第二，密封件材质自身存在的问题导致其在使用过程中提前老化，影响密封性；第三，在设计安装的过程中缺乏合理性，出现压缩或者填充不合理的问题，影响密封效果，进而引发失效。对上述原因进行充分分析，电力运行企业还应有针对性的改进，出具合理的改进措施，提升技术标准和选材的科学合理性，提升变压器的密封效果，促进电力系统稳固运行。
参考文献：
[1]过羿，王志鹍，刘流，等.500kV主变高压套管头部密封失效机理分析及防范措施[J].安徽电气工程职业技术学院学报，2017，22（1）：38-41.
[2]刘彪，王十，邢述，等.华北石化油品储罐内浮盘密封失效分析及预防措施[J].中国特种设备安全，2015（1）：44-47.
[3] 李涛.变压器后备保护拒动原因分析及对策探讨[J].山东工业技术，2015（4）：191-191.
[4]姚琪，郭汶昇，YAOQi，等.基于故障树法的电力变压器可靠性及失效分析[J].电气自动化，2015，37（3）：84-86.
[5]王贵山，李应宏，阳仁庆，等.变压器油在线检测仪色谱柱的失效及活化措施分析[J].电气开关，2017（3）：80-83.
[6]陈法池，李林发，邓世聪.变压器的老化失效及其备用规划研究[J].科技创新与应用，2016（8）：173-174.
[7]张施令.基于粒子群算法的变压器油纸绝缘系统回复电压场路模拟研究[J].电气工程学报，2017（12）：1-10.
[8]肖懿，丁鑫烨，赵昕.一起110kV变电站主变压器10kV则避雷器故障分析及改进措施[J].电气时代，2017（10）：76-77.
[9]陈家权，刘福营，苏光耀，等.超高压线夹端子断裂失效分析[J].华电技术，2015，37（4）：28-31.
论文作者:董远成
论文发表刊物:《电力设备》2018年第5期
论文发表时间:2018/6/13
标签：变压器论文; 密封件论文; 橡胶论文; 丁腈橡胶论文; 工作论文; 性能论文; 密封圈论文; 《电力设备》2018年第5期论文;