引言
变压器油主要用于变压器等充油电气设备中,起绝缘和冷却作用的一种绝缘油品。变压器油是以石油馏分为原料,经精制后,加入抗氧剂调制而成的,具有良好的绝缘性、氧化安定性、冷却性。国标GB2536-90《变压器油》,将变压器油按低温性能分为10、25、45三个牌号,其适用范围为330kV及以下的变压器和有类似要求的电气设备。
纯净的变压器油具有十分优良的绝缘性能,绝缘强度比空气大 5 倍左右。注入变压器内可使绕组之间、绕组与铁芯之间有良好的绝缘,这对电力变压器来说是非常重要的。变压器油还可保护固体绝缘材料免受外界水分和空气的侵蚀,从而延长设备的使用年限。同时,变压器在运行时,铁芯和绕组放出的热量,如不及时散掉,会影响出力,缩短使用寿命,甚至会导致事故。变压器油温每升高8℃,其使用年限将减少一半。变压器上层油温不宜超过85℃,。变压器内产生的热量,通过对流和传导作用,依靠油在变压器和散热装置内不断循环流动而散发掉。
变压器油作为液体绝缘介质,电力系统对它的性能、质量是有严格要求的,要求绝缘油有良好的物理性质、化学性质和电气性质。通常击穿电压是表示绝缘油电气性能好坏的主要参数之一。
实际变压器油击穿电压在试验过程中由于种种原因,必然会对结果造成偏差。而影响变压器油击穿电压实验结果的因素多种多样,既有油样本身的,也有外部条件的限制因素。
下面首先从各个方面、多个角度进行分析,探讨影响击穿电压试验结果的各种因素。
1、影响变压器油击穿电压试验结果的因素
1.1油的品质
油的品质即油中所含水份、纤维、气泡等杂质的多少。实际使用的变压器油是非纯的液体电介质,其击穿过程与纯液体电介质是根本不同的。若变压器油中含有较多水分、气泡等,电极间一旦形成“气泡”通道,由于气体击穿场强要比变压器油低得多,因此就发生电极之间的击穿。“气泡”通道可由两种途径形成。一种途径是油中原先存在的气泡中发生气体游离,由于游离而得到的正、负电荷向两电极方向运动而使气泡拉长,当这种气泡增多并头尾相接贯通两电极时就形成气泡通道。另一种途径是油中的水分或纤维分子受电场极化而顺电场方向排列,当这些极化的水分或纤维分子排列成贯通电极的“小桥”,流过此“小桥”的泄漏电流要比流过油中泄漏电流大,发热增加,从而使水分汽化或使用周围的油汽化,就在“小桥”周围形成气泡通道。所以,变压器油中含水分等杂质越多,油的品质越差,击穿电压越低。
1.2温度
不含杂质又无水分油的击穿电压受温度的影响不大。温度对击穿电压的影响是通过油中悬浮状态水分的多少(在 10℃-80℃时`)和油中含气量的多少(在 80℃以上时)间接影响的。在大约 80℃以下时,温度升高,油中溶解状态的水分增加,则悬浮状态水减少,从而不易形成导致击穿的“小桥”,击穿电压就升高。在大约 80℃以上时,由于油中水分和油的汽化,温度升高,形成气泡增多,易形成气泡通道,击穿电压降低。具体说来,油温在0℃ 左右,油中水分呈胶体状,击穿电压最低;油温升高,由于水分呈溶解状,击穿电压升高;油温达60~80℃时,击穿电压最高;当油温大于80℃时,由于水分蒸发出现气泡,其击穿电压反而下降。油温在0℃以下时,由于水分结冰,击穿电压也比0℃左右时高。
1.3压力
压力增大,油中溶解状态的气体增多,从而使能形成气泡通道的自由态气体减少而使击穿电压提高。
1.4电压作用时间及升压速度、间隔时间
试验中由于形成气泡通道需要一定的时间,所以电压作用时间越短(如雷电冲击电压),击穿电压越高。不同的升压速度、不同的间隔时间对击穿电压有一定的影响,但不是很大,一般在1~3kV左右。
1.5电场均匀程度
电场越均匀,击穿电压越高。这主要是考虑试验时电场若不均匀,必定有高有低,在某的场强数值时,可能出现高于计量数值的电场强度,从而击穿,而实验人员误将较低的场强数值记录在内,导致误差。所以场强越均匀,击穿电压越高是显而易见的。
1.6电极的形状及距离常用的电极有三种形状:平板、球形、球盖形。对同一油样而言,球形电极击穿电压最高,球盖形其次,平板形相对较低。一般试验击穿电压采用平板倒角形电极升。此外,电极距离越大,则击穿电压越高;反之击穿电压越低。一般试验采用2.5mm距离,上下不超过
0.1mm,且要用专用量规精确测量。
1.7其他因素
(1)、取样方法及取样装置。
目前主要的取油样方法是用取样瓶直接从变压器放油阀放油取样,虽然操作简单,但实际受现场环境因素影响较大,极易造成测量误差。
(2)、环境的影响
实验时大气中灰尘和水气都不可避免地要浸入待测油样中,从而使测定值偏低,因此实际中有油杯加防尘盖和尽快完成测定的方法,尤其是在我国南方潮湿多雨的季节和北方沙尘较大的季节,要防止环境条件对测定结果的影响。
(3)、储存时间。
新取回的油样,除采取密封措施外,还要考虑储存时间的因素。实践证明,放置时间越长,试验误差越大;时间越短,误差越小,所以一般取回的油样要尽快将试验做完。
2、提高变压器油击穿电压测试准确性的途径
提高击穿电压的测试准确度,必须要从源头入手,在过程中提高,尽可能消除一切误差来源。
2.1、严格按规程规定的击穿电压测试方法进行
DL/T429—1991《电力系统油质试验方法》及GB/T7595—2000《运行中变压器油的质量标准》中规定:击穿电压的测定采用平板倒角形电极、油杯容积应大于两百毫升。这是目前国内电力行业,尤其是供电系统和安装系统,绝大多数采用的测试绝缘油击穿电压方法,即以平板倒角形电极和较小的油杯进行测试。具体测定的主要步骤如下:
(1)、清洗和烘干试油杯、标准量规、搅拌用的玻璃棒和作为板盖的玻璃板。
(2)、待试油的温度接近室温后,将试油瓶慢慢颠倒 2 次,使之混合均匀(不产生气泡)。
(3)、用试油将油杯、量规冲洗 3 次。调好电极间距,并用专用量规测定其间距恰为 2.5mm后,再将试油顺搅拌用的玻璃棒缓缓流下直至油面超过点击不少于15mm。然后盖上玻璃盖,静置15min,使油中气泡溢出。
(4)、采用频率为50Hz的交流电源,并接电源,以3kV/s的速度均匀升压,升压速度不能太快,否则造成电压上升不均匀。升压至杯中试油发生击穿,此时开关自动跳闸后,即可调回降压把手,切断电源,并记录电压击穿达到的最高电压值,即击穿电压。
(5)、用直径为 2mm 的玻璃棒驱除电极间因击穿产生的碳粒,搅拌过程中不要产生泡沫,同时不要用手接触油,搅拌后静置5min。
(6)、按上述步骤连续测 6 次,共得 6 个击穿电压,取其算数平均值作为此试油的击穿电压值,即介电强度E=U/d(U—试油的平均击穿电压,kV;d—电极的间隙,mm)。
在测试中要注意以下要点:(1)、电极间距离2.5±0.1mm要用专用量规校准;(2)、应按试验方法取6次平均值作为试验结果;(3)、为保证试样的代表性,试样要摇匀后再注入油杯,注入试油时,应使试油沿杯内壁流下,以减少气泡;(4)、操作中不得用手指触及电极、油杯内部和试油。
变压器油击穿电压质量标准见表1、表2。
2.2、对试验人员严格持证考核
变压器油的击穿电压试验是一项专业技术性较强的工作,人员的操作水平对结果的影响较大。要求操作人员必须达到以下要求:
(1)、理论知识考核合格
要求试验人员必须具备一定的电气试验及油务化验知识,掌握设备性能和工作原理,掌握油务试验的全过程及故障诊断的基本理论。
(2)、操作技能考核合格
操作技能是影响分析结果的重要因素,因此操作考核是油务试验人员的考核重点,因此要求试验人员必须掌握试验仪器的操作、DL/T429—1991《电力系统油质试验方法》规范操作。
2.3、严格控制取样及运输过程
目前主要的取油样方法(直接用取样瓶从放油阀取样)由于自身的限制,不可避免会在取样过程中混入杂质纤维、水分等,同时运输过程中由于路途颠簸,易在取样瓶内产生气泡,从而影响试验结果。因此必须要对取样方法及运输过程加强革新。
(1)、对变压器放油阀进行更换改造。以往的放油阀在放油时,速度不均匀,取样瓶难以探入,放油阀阀门处油污难以清理等因素都会影响油样的品质。采用新型变压器放油阀,大大提高了取油样的快捷度和油品的清洁度,对实验结果的影响无疑至关重要。
(2)、对取样装置进行改造。目前的取样装置多以取样瓶为主,无法保证取样时的密封性。全密封取样装置彻底解决了这一问题,它采取新型取样阀与全密封取样器密封连接的方式,安全密封,方便易操作,使取样在全密封条件下进行,整个过程无空气与其它杂质污染,确保了油品的原始性、代表性。
(3)、取样完毕取样器放置在专用取样箱内。专用取样箱采用海绵加硬壳设计,根据取样器的尺寸外形可以牢固固定在箱内,避免运输过程中磕碰损坏与气泡产生。
2.4、严格控制实验条件
为使误差降到最小,必须要严格控制试验测量的现场、仪器以及环境等各方面因素,力求使不良因素对结果的影响降到最低
(1)、试验时温度在 15~35℃范围内,湿度不超过规定的 75%,这样避免了外界温度及水分对试验结果的影响。有条件的话可将试验室安装空调,实验前提前将室内温度、湿度调到最佳。(2)、油样必须在不破坏原有贮装密封的状态下,于实验室内放置一段时间,待油温和室温相近方可揭盖试验。在揭盖前,将油样轻轻摇荡,使内部杂质混合均匀,但不得产生气泡,并用油样将油杯洗涤2~3次。
(3)、采用合格的试验仪器。合格的击穿电压测试仪,可以有效控制试验电极的场强大小,从而消除因场强不均对击穿电压造成影响。
(4)、试验时严格控制升压速度。不同的升压速度、不同的间隔时间对击穿电压有一定的影响,规程要求以3kV/s的速度均匀升压,升压速度不能太快,否则造成电压上升不均匀。
3、结论
变压器油的一个重要作用,是对充油电气设备起到绝缘,确保设备在高绝缘下安全运行,因而要求变压器油有良好的电气性能。击穿电压作为表示绝缘油电气性能好坏的主要参数之一,往往决定着一个油品的合格与否。由于影响测定的因素较为复杂,尽量减少取样、试验误差,提高击穿电压的测量准确性,是我们今后工作中的一个重点。