淺談變壓器油的電氣性能影響因素

1.影響變壓器電氣性能的各種因素分析水分在變壓器油中以3種形式存在：沉積、溶解和結(jié)合。油中含水量越小，工頻擊穿電壓越高。當(dāng)含水量大于200x 10-6時(shí)擊穿電壓不變，因?yàn)榇藭r(shí)多余水沉于油的底部，不會(huì)影響油試驗(yàn)時(shí)的擊穿電壓值。

　　10-6時(shí)，含水量超過飽和溶解量，水沉積到底部，油的耐壓值與飽和溶解量時(shí)的耐壓值一樣。油中含水量對油的介損指標(biāo)（tgS）及固體絕緣電性能的影響也很大，隨著含水量增大，tgS值迅速上升。水分增加，油浸紙擊穿電壓值呈曲線迅速下降，當(dāng)含水量為3%時(shí)，其耐電強(qiáng)度約下降10%.對于500kV變壓器出廠時(shí)絕緣紙含水量控制在0.5%以下。

　　在一般情況下，變壓器運(yùn)行時(shí)，油溫升高，油中含水量增加而紙中含水量降低，即紙中含水向油中擴(kuò)散；運(yùn)行溫度降低，擴(kuò)散方向相反。

　　因此，較高油溫的變壓器在低溫環(huán)境下退出運(yùn)行時(shí)或當(dāng)油含水量過高退出運(yùn)行時(shí)，油的含水部分向紙中擴(kuò)散，另外，由于油溫降低，油中含水量大于飽和溶解量，多余的水分會(huì)從油中析出而沉于油箱底或者沉在冷卻器底部。當(dāng)變壓器重新投入運(yùn)行時(shí)，冷卻器底部的水會(huì)由油泵導(dǎo)入變壓器線圈，同時(shí)水向變壓器的高場強(qiáng)區(qū)移動(dòng)，造成潛在危險(xiǎn)。

　　這種情況必須引起變壓器運(yùn)行部門注意，對油的含水量必須控制在符合要求的數(shù)值之內(nèi)。

　　降低油的含水量對提高變壓器運(yùn)行安全及減緩油老化有重要作用。為了降低油的含水量，可以采取對油進(jìn)行真空加熱法處理，油溫加熱到60~70弋，抽高真空，將油中的含水量降下來。

　　純凈油的擊穿場強(qiáng)很高，當(dāng)油中存在雜質(zhì)和水分時(shí)，油的擊穿電壓明顯下降。變壓器中有大量的絕緣材料，而油中含有纖維雜質(zhì)，其中含有水分的纖維更易導(dǎo)電。介電系數(shù)大，容易沿電場方向排列成雜質(zhì)小橋。沿小橋的泄漏電流大，發(fā)熱多，易引起水分汽化，從而使氣泡擴(kuò)大，擊穿就會(huì)在這些小橋和氣泡中發(fā)生。電場越均勻，雜質(zhì)對擊穿電壓的影響越大，擊穿電壓的分散性也越大。在不均勻電場中，雜質(zhì)對耐壓及沖擊電壓的影響較小，這是因?yàn)閳鰪?qiáng)最高處發(fā)生局部放電時(shí)，油發(fā)生擾動(dòng)致使雜質(zhì)不易形成小橋，同時(shí)，在沖擊電壓的瞬時(shí)作用下，雜質(zhì)還來不及形成小橋。

　　油中懸浮顆粒在工頻電壓作用下對其絕緣強(qiáng)度的影響與顆粒的數(shù)量、大小、性質(zhì)有關(guān)。

　　2種加壓方法：（1）以10kV/s的速度平滑加壓；（2）分級加壓，在1min內(nèi)從65%預(yù)計(jì)擊穿電壓開始以每級為3%的預(yù)計(jì)擊穿電壓值升壓。2種施加電壓方法都顯示出隨顆粒量的增加，其絕緣強(qiáng)度逐漸降低。由于承受電壓的時(shí)間較長，分級加壓比平滑加壓更嚴(yán)重。2種加壓方法試驗(yàn)結(jié)果之差估計(jì)約為15%.目前，采用濾油機(jī)來處理油中雜質(zhì)。對于500kV變壓器要采用粗過濾器和精過濾器2種過濾器來清除油中雜質(zhì)，以確保油的耐壓水平含氣量是變壓器油的主要控制指標(biāo)之，含氣量直接影響超高壓變壓器的絕緣性能。運(yùn)行中變壓器油含氣量最好不超過4%，500kV變壓器油含氣量控制在0.5%以內(nèi)。油中正常溶解空氣量為10%11%.當(dāng)油的含氣量超過飽和溶解量時(shí)，氣體會(huì)從油中釋放出來，懸浮在油中。

　　當(dāng)油中存在懸浮的氣泡時(shí)，在氣體與液體的交界面，由于2者的介電系數(shù)不同，界面電場將產(chǎn)生畸變，且氣體的耐電強(qiáng)度低，會(huì)產(chǎn)生氣泡放電。60kV級以上變壓器要求進(jìn)行真空注油和成品試驗(yàn)前的靜放處理，其目的就是為了消除變壓器器身內(nèi)部和油中氣泡，防止產(chǎn)品試驗(yàn)時(shí)發(fā)生氣泡放電。另外，當(dāng)變壓器投入運(yùn)行時(shí)，油中溶入過多的氣體會(huì)逐步排出并集中到氣體繼電器中，而發(fā)生誤動(dòng)作。

　　改善電場的均勻程度可以明顯提高優(yōu)質(zhì)變壓器油的工頻擊穿電壓。對于含有雜質(zhì)的油在沖擊電壓作用下，雜質(zhì)來不及形成“小橋”，改善電場的均勻程度可以提高油的耐壓程度。油中的雜質(zhì)在工頻耐壓作用下聚集和排列使電場產(chǎn)生畸變，擊穿電壓提高不明顯。生產(chǎn)中的制造缺陷，如產(chǎn)品內(nèi)有金屬異物、氣泡、引線屏蔽不良、導(dǎo)體和接地件有毛刺等，影響變壓器電場均勻程度，造成產(chǎn)品局部放電、耐壓擊穿。

　　采取以下措施，如增加鐵芯屏蔽、引線屏蔽良好、油箱護(hù)管、線圈靜電板、均壓球等加大電極曲率半徑的措施，可以改善變壓器電場均勻程度，不但縮小了絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣距離，而且同時(shí)提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

　　產(chǎn)品出廠前對產(chǎn)品進(jìn)行吊芯檢查，清除變壓器內(nèi)部雜質(zhì)和異物，最大程度保證產(chǎn)品清潔度。

　　變壓器油流動(dòng)時(shí)，與絕緣材料磨檫產(chǎn)生靜電，流速越高，電壓越高。油在變壓器中流動(dòng)產(chǎn)生帶電的現(xiàn)象稱為油流帶電。油流帶電可使變壓器電場產(chǎn)生畸變。油流帶電電壓與試驗(yàn)電壓疊加，當(dāng)疊加后的電場強(qiáng)度超過絕緣材料的局部放電場強(qiáng)或者擊穿場強(qiáng)時(shí)，將危害變壓器的安全運(yùn)行。油流速在0.5m/s時(shí)，油流帶電所產(chǎn)生的局部放電脈沖開始出現(xiàn)。在變壓器制造中，采用最高流速為0.33m/s.油流帶電對超高壓變壓器影響更大。因此，變壓器必須控制油流速度，加大油流通道的截面，降低流速，油流通道的絕緣件應(yīng)倒圓角。對大容量、高電壓等級變壓器采用大流量強(qiáng)迫油循環(huán)冷卻器油泵，降低油流帶電電壓，防止油流帶電引起絕緣局部放電或者絕緣擊穿現(xiàn)象發(fā)生。為了抑制變壓器在運(yùn)行中的油流帶電，在變壓器油中添加一定比例的改性的苯丙三唑（BTA）來改善變壓器油質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，BTA不僅可以抑制變壓器油的流動(dòng)帶電，而且對變壓器油也無影響。用這種添加劑是提高變壓器安全運(yùn)行度的有效措施之一。部分變壓器廠已開始在500kV變壓器中采用。

　　以上討論的是影響變壓器油電氣性能的主要因素，此外，變壓器油在使用中還有其他影響其電氣性能的因素也同樣應(yīng)引起我們的重視，如變壓器油與變壓器絕緣材料的相容性、變壓器油的混合使用、變壓器油的老化等。了解并掌握影響變壓器油電氣性能的因素，對變壓器的制造、使用有極大幫助。