摘要：本文中作者詳細分析了各種變壓器橡膠密封失效的原因，并結合實際情況給出了防止變壓器密封失效的具體措施。

　　1引言

　　變壓器的密封性能對變壓器安全、可靠、經濟運行造成的影響較大，一方面，密封性能不佳增加了變壓器的檢修維護工作量。以深圳電網為例，2008年～2012年，110kV及以上主變壓器共發生滲漏油缺陷617起，約占同期變壓器缺陷數的33.1%，基層檢修班組接近1/3的工作量都在處理各類變壓器滲漏缺陷，另一方面，變壓器關鍵部位密封失效將直接導致設備故障，套管密封失效時水分進入將直接導致設備發生內部短路擊穿故障，甚至引發設備爆炸、起火等嚴重事件。本文中筆者將分析變壓器橡膠密封失效的原因，并結合技術及經濟比較，提出防治變壓器密封失效的措施。

　　2 缺陷分析

　　圖1為深圳電網110kV及以上變壓器滲漏油缺陷統計圖。從圖1可以看出，變壓器密封失效的發生概率與運行年限相關，變壓器運行前15 年，滲漏油缺陷率基本保持穩定，當變壓器運行超過15年后，滲漏油缺陷發生率顯著上升，由此可知，變壓器密封件在設備運行15年左右的時間開始批量老化失效。其中，運行超過20年的設備幾乎全部存在滲漏油的缺陷。目前，變壓器設計已逐步向自然冷卻方式發展，油泵、風機等易損件逐漸減少，變壓器密封失效已日趨成為變壓器的主要缺陷類型。

　　3 密封失效因素分析

　　影響電力設備密封性能的主要因素有運行環境、密封件自身的材質、密封面的制造及安裝工藝。其中，密封件的材質主要影響電力設備生命周期中后期的密封性能，運行環境、制造及安裝工藝等造成的影響將貫穿設備整個生命周期，并且是造成密封早期失效的主要原因。

　　3.1 運行環境

　　大型電力變壓器基本為油浸式結構，以合成橡膠為密封件材料，一般放置于戶外，密封件須承受高溫變壓器油、紫外線、氧氣、冷熱循環及振動等因素的影響，其中，氧氣、臭氧可使橡膠分子發生游離基鏈鎖反應，分子鏈發生斷裂或過度交聯，引起橡膠性能的改變，導致密封件龜裂，是導致密封件老化的主要因素;變壓器運行油溫可達70℃以上，而提高溫度可提高氧擴散速度和活化氧化反應，從而加速橡膠氧化反應速度;紫外線除了能直接引起橡膠分子鏈的斷裂和交聯外，橡膠因吸收光能而產生游離基還可引發并加速氧化鏈反應過;冷熱循環及振動將導致密封件受到機械應力的反復作用，這會使橡膠分子鏈斷裂生成游離基，引發氧化鏈反應，容易引起臭氧龜裂。因此，實際的運行工況下，變壓器的橡膠密封件使用壽命將大大短于其試驗室理論壽命，目前廣泛采用的丁腈橡膠密封件，其使用壽命一般為15年～18年。

　　3.2 密封件材質

　　目前，應用于電力變壓器的密封材料主要有丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠和氟橡膠等幾類，其均具有耐油的特點，與變壓器油的相容性較好，其性能方面的主要區別在于耐高低溫性能與耐候性能。

　　表1為密封材料性能表。從表1可以看出，采用丁腈橡膠、丙烯酸酯橡膠和氟橡膠等材料在性能方面均可滿足電力變壓器的密封需求，目前，電力變壓器主要采用丁腈橡膠作為密封件，其具有使用成本低，機械性能好的優點。但由于丁腈橡膠在耐老化及耐候性能方面的缺陷，致使其實際使用壽命只有15年～18年，遠小于變壓器本體30年以上的設計壽命。

　　首先，丁腈橡膠的耐高溫性能較差，其最高使用溫度接近于變壓器重負荷時的使用溫度，而橡膠材料的運行壽命與使用溫度高度相關，溫度越高，使用壽命降低越嚴重，在90℃下，丁腈橡膠的壽命不到60℃時的1/4，而變壓器在夏季高溫、重負荷時，油溫常超過70℃，部分變壓器過載運行時，油溫甚至可以達到90℃，在此環境下，丁腈橡膠容易發生加速老化，按照深圳電網的運行經驗，秋季是變壓器漏油缺陷的高發季節，這也與在夏季時，橡膠密封件發生了熱老化相關。

　　其次，丁腈橡膠耐臭氧性能較差，變電站高壓設備運行時常發生持續的電暈放電，生成臭氧，變壓器周邊的臭氧濃度較一般工業場合高，尤其是裝置于戶內的變壓器，周圍環境中的臭氧含量尤其高，耐氧化性能差的丁腈橡膠材料暴露于臭氧氛圍中，將發生加速老化。

　　綜合上述分析，丁腈橡膠自身的材質缺陷是導致其運行壽命較短的主要原因。

　　3.3 設計及安裝

　　設計者在設計過程中常常將精力集中在設備的使用功能上，而忽視了密封問題，從而導致密封設計存在缺陷。變壓器密封件大多屬于擠壓型密封，擠壓型密封的基本工作原理是依靠密封件發生彈性變形，在密封接觸面上造成接觸壓力達到密封效果。如果壓縮變形量過小，則起不到密封效果;相反，如果壓縮變形量過大，超過橡膠承受的極限，將造成密封橡膠的永久塑性變形而失去彈性，甚至在機械應力作用下發生局部龜裂，導致密封失效，早期的變壓器在設計時常常不設置密封槽，依靠密封面直接壓縮密封件，造成密封件過度壓縮，引起密封失效。

　　裝配的影響中，密封件要起到密封作用，除須有合理的變形之外，還須充分填充密封空間。在裝配時，如工藝控制不當，很容易造成密封件局部或整體填充不充分，導致密封失效，例如裝配時密封件安裝方向錯誤、未徹底清潔密封面、密封面機械損傷及裝配時受力不均等均可造成密封面出現不均勻填充、應力過度集中等，導致密封失效。裝配工藝的影響是造成變壓器早期滲漏油缺陷的主要原因。

　　4 防治措施

　　要徹底解決變壓器密封失效的問題，必須從造成密封失效的內因、外因入手。但是要解決密封失效的外部因素問題，難度較高，變壓器放置于戶外，受紫外線影響、運行負載率高、運行溫度高等現象都難以在短時間內改變。因此，在現階段，防止密封失效還須從密封材料及密封設計 裝配方面入手。

　　4.1 采用合理的密封材料

　　從性能方面分析，丙烯酸酯橡膠和氟橡膠的耐老化、耐高溫及耐候性能遠優于丁腈橡膠，選用丙烯酸酯橡膠和氟橡膠將可避免變壓器因密封失效而進行中期大修。由于氟橡膠的耐低溫性能較差，應用于冬季氣溫較低的地區時，容易發生低溫脆化，因此，對于我國北方地區，選用高、低溫性能均較為優異的丙烯酸酯橡膠較為妥當。

　　從經濟方面分析，一臺220kV、240MVA主變采用丁腈橡膠作密封材料，其密封件成本為2萬元～3萬元，采用丙烯酸酯橡膠和氟橡膠作為密封材料，其密封件成本約為10萬元～15萬元，但由于電力變壓器整體造價較高，一臺220kV、240MVA主變造價超過1000萬元，即使采用氟橡膠作為密封材料，其密封件所占的成本比重仍然不到2%，而如果在變壓器壽命中期對密封件進行更換，其費用一般可以占到變壓器總造價的5%～10%，遠遠超過密封材料本身的價值。按照深圳電網的統計，變壓器全生命周期運維成本約占設備采購價格的15%左右，按此計算，在新購置變壓器時，如采用性能較好的密封材料，避免壽命中期大量更換密封件，預計可降低變壓器的全生命周期成本30%～60%。目前，已有變壓器制造廠采用丙烯酸酯橡膠、氟橡膠作為密封件制造出口用變壓器，用戶反映良好。

　　綜合上述分析，根據地理氣候特點，宜采用丙烯酸酯橡膠、氟橡膠作為新入網變壓器的密封材料，以降低全生命周期成本;如是存量設備，考慮其剩余使用壽命問題，如不足 15年，在大修更換密封件時，仍可采用丁腈橡膠作為密封材料，以節約改造成本。

　　4.2 嚴格管控設備的設計及裝配環節

　　為避免因設計不當造成的密封缺陷，設計人員應充分考慮設備的實際運行工況，合理選擇密封形式。在設備設計時，在密封面采用槽形限位結構，合理控制密封件壓縮量，一般變壓器密封橡膠的壓縮量控制在28%～35%之間較為合理。另外，在設計時，還應考慮加工精度問題，當按溝槽外徑設計時，密封圈外徑負公差控制;當按溝槽內徑設計時，密封圈內徑正公差控制，確保密封件安裝時，伸長率在0%～5%之間，防止因過度拉伸密封件，導致密封填充不足，引起密封失效。對于密封難度大且用戶不要求分解的部分，可采用焊接的方式進行密封。

　　為避免工廠、現場裝配不當引起密封失效，應對裝配人員進行專項的教育及培訓，密封件裝配的一般原則是：裝配前清洗密封槽以及與之相配合的密封面，所使用的清洗液應與密封件的材料相容，清洗完成后應作干燥處理。除此之外還應注意以下方面：密封面應去除毛刺，銳邊應導圓角;加工殘余，如碎屑、臟物、外來顆粒等應在安裝前去除;通孔安裝用螺紋尖端應遮蓋，各螺栓緊固順序及力矩應符合制造廠要求;密封件和零件應涂潤滑脂或潤滑油，建議采用所密封的流體來潤滑;密封面不得使用含固體添加劑的潤滑脂，如二硫化鉬、硫化鋅等。

　　5 結束語

　　綜上所述造成電力設備密封失效的原因：(1)電力設備固有的運行環境對密封件的長壽命運行不利;(2)密封件材質自身的問題造成運行中提前老化失效;(3)不當的設計與裝配造成密封件不合理壓縮及填充導致密封失效。在了解了上述原因后，電力企業應在運行環境、技術標準及管理重點上加以改進，降低設備的全生命周期運維成本及風險。

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