变压器油是用电网络中的重要组成部分，是一种通过石油精制制得的矿物油。它在变压器中发挥重要作用，可在运行中绝缘、降温和消除电场弧。变压器自身的设计绝缘缺陷使得变压器油的作用至关重要，油品的好坏直接影响变压器的使用和在用电网络中的使用时间。因此，与变压器和变压器油生产和使用的相关方都极为看重变压器油的品质。变压器油在使用过程中，由于油品自身的老化变质以及外界环境的污染，变压器油的质量会逐渐降低发生劣化，击穿电压降低，影响变压器的绝缘、散热和消弧；另一方面变压器在运行过程中由于绝缘体的局部放电发热，使变压器油中生成化学气体，气体含量升高，进一步降低击穿电压。
能够表征变压器油电器性能的指标中，最为关键的就是击穿电压，该项指标是出厂检验的关键标准。近几年，国内外对变压器击穿电压的要求越来越苛刻，高品质变压器油的市场逐渐扩大，因此研究提升油品击穿电压性能至关重要[1,2,3]。实验发现在变压器油击穿电压检测过程中，影响因素非常多，这就导致测定的结果也是非常分散的，因此就需要制定严格的规定和统一测定方法，这样就能够有效地提高变压绝缘油击穿电压测定的技术水平，避免出现性质相同的油品往往得不到平行的测试结果。采用GB/T 507—2002《绝缘油 击穿电压测定法》(等效采用 IEC 156—1995 《绝缘油工频击穿电压测定法》),并通过进一步研究发现，变压器油的击穿电压与油的含水量、储存条件、微量气体含量、温度等条件有着直接的关系，所以研究各因素对击穿电压的影响规律，对提高油品质量有着重要意义。本文以中沥公司生产的变压器油为原料，通过分析变压器油出厂检测数据和生产过程，研究相关的各类因素对变压器油击穿电压的影响规律，不断提高变压器油的市场竞争力。
1 实验部分
根据中沥公司变压器油生产、储运以及检测的实际情况，确定了影响击穿电压的因素：水含量(环境湿度和储存时间),试验时变压器油的温度，油品微量气体含量等因素。采用单一变量法，使用美国Megger OTS100AF实验室绝缘油耐压测试仪检测不同条件下变压器油的击穿电压值，考察含水量对变压器油击穿电压的影响、确认储存条件(环境湿度和储存时间)对油品含水的影响，并总结两条件对油品击穿电压的影响规律；通过改变油品温度，测试油品击穿电压对油温的敏感性；通过真空滤油机处理变压器油，得到不同气体含量的油品，并检测其击穿电压，确认影响规律。
2 结果与讨论
2.1 水含量对变压器油击穿电压的影响
变压器油在运行的变压器中处于高压环境，随着电压的逐渐升高，超过耐受时发生击穿。在击穿的过程中发射电子的负极起到重要作用，在供给电子能量后，它会使烃类分子发生反应，随着电压升高就形成了电流，电弧出现，从而使变压器油完全丧失绝缘特性而变成导体，此时的电压就是变压器油被击穿瞬间的电压值，即为击穿电压。变压器油作为一种绝缘介质，应是无水的，但在实际生产、运输、储存、使用过程中必定有水的出现。水是一种极性分子，在强电场力的作用下极易沿着电场力定向排列，从而在两极间形成导电的“小桥”,使击穿电压降低，失去绝缘特性，因此变压器油含水量对击穿电压的影响非常大。
为确认水含量对变压器的影响规律，实验选用中沥公司生产的不含添加剂20 ℃变压器油(U-20 ℃变压器油)为研究对象，以油品中的水含量为单一变量，测定不同含水量变压器油的击穿电压值，结果见表1。
从表1可以看出，当变压器油水含量增大时，击穿电压明显下降，且水含量越高，击穿电压下降越明显。
2.2 环境因素对变压器油含水量的影响
除加工工艺、检测过程误差外，变压器油的含水量受储存环境湿度和储存时间的影响，通过模拟储罐的储存环境，调整环境湿度，监测不同储存条件下油品含水量的变化，结果见图1和图2。
由图1～2可知，环境湿度和储存时间对变压器油含水影响显著，湿度越大、储存时间越长油品水含量越大。结合表1可知，油品储存环境的湿度越大、储存时间越长，含水量越大，混入杂质的可能性越大，其击穿电压越小，变压器油的品质越差。
2.3 油品温度对变压器油击穿电压的影响
在实际生产和油品储存过程中，受季节的影响油品本身会具有不同的温度，若能找到油品温度对变压器油击穿电压的影响规律，就可以通过调节检测室的室温来获得稳定的检测数据，通过调节大罐储存温度获得高品质变压器油。选用4个不同油温的变压器油测试其击穿电压，结果见表2。
由表2可以明显看出，随着油品温度的升高，击穿电压虽然有下降的趋势，但总体变化不大。结合检测标准《绝缘油 击穿电压测定法》(GB/T 507),在15～25 ℃的范围内，温度对击穿电压的影响不大。因此，储存环境的温度、油品本身的温度对油品击穿电压检测和油品绝缘性能影响较小。
2.4 油品气体含量对变压器油击穿电压的影响
由于生产工艺、储运等问题，出厂变压器油中常常含有一些气体，主要是氢气、一氧化碳、二氧化碳及甲烷、乙烯、乙烷等烃类。气体的含量影响出厂变压器油的品质，降低使用过程中的绝缘强度。油品中的气体以微量气泡的形式存在，电场存在时，力使得两极间形成导电的“链接”,使油被击穿，降低绝缘性。中沥公司变压器油的生产工艺为加氢脱酸-糠醛白土精制，通过检测分析得出，脱氮过程的添加脱氮剂和电精制操作会有大量的气体生成。为降低油品气体含量， 在生产工艺允许的范围内，降低脱氮过程的电场电压，得到油品气体含量对比图(图3)。由图3可知，改善工艺条件(比如降低电脱罐的电压等操作)不能明显改变油品气体含量。
为在出厂前实现变压器油其他含量的降低，在成品油罐区中增设超精密脱水设备，脱除油品中的水分、杂质、气体等，明显改善气体组成(见表3)。高强度的脱水设备使用物理方法处理油品，不影响油品物化性质，多级处理可实现水分、杂质、气体等显著脱除。通过调节滤油机的温度和真空压力，可得到不同气体含量的变压器油。
通过对真空滤油机温度和压力的调控，可得到不同气体含量的变压器油，采用河南中分仪器设备有限公司IF-中分2000B气相色谱仪分别检测五种经超精密脱水设备处理的变压器油，并检测不同气体含量油品的击穿电压，结果见表4。
由表4可知，油中的微量气体总含量对击穿电压影响明显，变压器油的击穿电压与油品气体含量成反比例。变压器绝缘油的击穿过程是一个随机的过程，与变压器绝缘油间隙电场的瞬间状态是密切相关的。变压器绝缘油中杂质有气体分子、颗粒、水分等，它们是不均匀的，各物质会有运动，因为无法在变压器油运行过程中预判油中杂质的运动情况，运动也是无规律的，因此使得在电场中电场力导致的链接无法预判，这就使得测定变压器油击穿电压过程中重复性和再现性出现问题。目前各种变压器油击穿电压试验的标准中采用的是多次实验的结果均值作为实验结果，但根据以上分析，若用大型的多级脱水设备处理罐区成品油，降低油品水含量、杂质、气体含量后，降低击穿电压提高油品质量外，还会提高检测过程的重复性和准确性[4,5]。
2.5 变压器油品质提升
为了能够得到高品质变压器油，降低成本，达到客户预期，根据油品水含量、储存条件、油品温度、气体含量对变压器油击穿电压的影响，结合生产工艺和储存条件，探索了大功率真空滤机处理变压器油的条件，重点对温度和真空压力进行解析，结果见表5～6。
由表5～6可以看出，滤油机处理温度 70 ℃左右、真空压力0.09 MPa左右，兼顾经济成本条件下，变压器油气体含量能够达到理想状态。经过大功率真空滤机处理后，变压器油气体含量降低的同时，水含量下降明显，介质损耗因数、含醛等出厂检测指标均有明显改善(见表7)。
综上，除油品温度外变压器油水含量、储存湿度和时间、气体含量显著影响变压器油的击穿电压，油品水含量越低、储存时间越短、储存湿度越低、气体含量越少油品的击穿电压越高。可通过降低水含量、改善储存环境、降低气体含量来改善变压器油的品质。实验发现油品通过真空滤机处理后，可降低其水、气体含量，提高击穿电压值及其他指标，根据油品出厂检测型式检验要求，发现其检测项目均符合指标要求[6](GB 2536《电工流体 变压器和开关用的未使用过的矿物绝缘油》),结果见表8。
除此之外，变压器油击穿电压的检测对环境因素要求苛刻，往往需要多次重复测定的情况。而变压器油击穿电压性质提高后，其性质稳定，降低了检测环境对检测过程的影响，减少了单次检测次数，数据稳定，可降低人工、物料、仪器损耗及维修费用等成本[7,8]。
3 结论
(1)变压器油的储存条件对油品的含水影响巨大，湿度越大、储存时间越长则变压器油含水量越高，击穿电压越小，油品品质越差。
(2)变压器油中微量气体的含量越高，击穿电压越小，油品绝缘性能越差。
通过以上结论可得，在实际生产中因生产条件限制，不能改善变压器油气体组成的，可通过控制环境湿度和储存时间，降低水含量对未处理油击穿电压的影响；成品油品出厂前通过真空滤机处理后，可降低水含量和气体含量，油品具有较高的击穿电压值，油品品质明显提升。