变压器油的电气性能影响因素.doc

浅谈变压器油的电气性能影响因素
【摘要】影响油浸式变压器电气性能的因素较多，其中对变压器耐压强度有较大影响的主要因素包括变压器油中含水量、含气量、杂质、温度、流速等。文章通过分析这些影响因素对变压器油的耐压强度的影响趋势，说明变压器电压等级越高，油中含水量、含气量及杂质等的控制要求越严格。采用先进的工艺方法来对变压器油脱水、脱气或采用粗精装置去除油中杂质，可以使油达到各电压等级要求。
【关键词】变压器油；耐压强度；油中杂质；温度；流速
1.影响变压器电气性能的各种因素分析
1.1油的含水量
水分在变压器油中以3种形式存在：沉积、溶解和结合。油中含水量越小，工频击穿电压越高。当含水量大于200×10－6时击穿电压不变，因为此时多余水沉于油的底部，不会影响油试验时的击穿电压值。
当油中含水量为（300～400）×10－6时，含水量超过饱和溶解量，水沉积到底部，油的耐压值与饱和溶解量时的耐压值一样。油中含水量对油的介损指标（tgδ）及固体绝缘电性能的影响也很大，随着含水量增大，tgδ值迅速上升。水分增加，油浸纸击穿电压值呈曲线迅速下降，当含水量为3％时，其耐电强度约下降10％。对于500kv变压器出厂时绝缘纸含水量控制在0.5％以下。
在一般情况下，变压器运行时，油温升高，油中含水量增加而纸中含水量降低，即纸中含水向油中扩散；运行温度降低，扩散方向相反。因此，较高油温的变压器在低温环境下退出运行时或当油含水量过高退出运行时，油的含水一部分向纸中扩散，另外，由于油温降低，油中含水量大于饱和溶解量，多余的水分会从油中析出而沉于油箱底或者沉在冷却器底部。当变压器重新投入运行时，冷却器底部的水会由油泵导入变压器线圈，同时水向变压器的高场强区移动，造成潜在危险。这种情况必须引起变压器运行部门注意，对油的含水量必须控制在符合要求的数值之内。
降低油的含水量对提高变压器运行安全及减缓油老化有重要作用。为了降低油的含水量，可以采取对油进行真空加热法处理，油温加热到60～70℃，抽高真空，将油中的含水量降下来。
1.2油中杂质
纯净油的击穿场强很高，当油中存在杂质和水分时，油的击穿电压明显下降。变压器中有大量的绝缘材料，而油中含有纤维杂质，其中含有水分的纤维更易导电。介电系数大，容易沿电场方向排列成杂质小桥。沿小桥的泄漏电流大，发热多，易引起水分汽化，从而使气泡扩大，击穿就会在这些小桥和气泡中发生。电场越均匀，杂质对击穿电压的影响越大，击穿电压的分散性也越大。在不均匀电场中，杂质对耐压及冲击电压的影响较小，这是因为场强最高处发生局部放电时，油发生扰动致使杂质不易形成小桥，同时，在冲击电压的瞬时作用下，杂质还来不及形成小桥。
油中悬浮颗粒在工频电压作用下对其绝缘强度的影响与颗粒的数量、大小、性质有关。
2种加压方法：（1）以10kv／s的速度平滑加压；（2）分级加压，在1 min内从65%预计击穿电压开始以每级为3％的预计击穿电压值升压。2种施加电压方法都显示出随颗粒量的增加，其绝缘强度逐渐降低。由于承受电压的时间较长，分级加压比平滑加压更严重。2种加压方法试验结果之差估计约为15％。
目前，采用滤油机来处理油中杂质。对于500kv变压器要采用粗过滤器和精过滤器2种过滤器来清除油中杂质，以确保油的耐压水平达到60kv／2.5mm。
1.3油的含气量
含气量是变压器油的主要控制指标之一含气量直接影响超高压变压器的绝缘性能。运行中变压器油含气量最好不超过4％，500kv变压器油含气量控制在0.5％以内。油中正常溶解空气量为10％11％。当油的含气量超过饱和溶解量时，气体会从油中释放出来，悬浮在油中。当油中存在悬浮的气泡时，在气体与液体的交界面，由于2者的介电系数不同，界面电场将产生畸变，且气体的耐电强度低，会产生气泡放电。60kv级以上变压器要求进行真空注油和成品试验前的静放处理，其目的就是为了消除变压器器身内部和油中气泡，防止产品试验时发生气泡放电。另外，当变压器投入运行时，油中溶入过多的气体会逐步排出并集中到气体继电器中，而发生误动作。
1.4电场的均匀程度
改善电场的均匀程度可以明显提高优质变压器油的工频击穿电压。对于含有杂质的油在冲击电压作用下，杂质来不及形成“小桥”，改善电场的均匀程度可以提高油的耐压程度。油中的杂质在工频耐压作用下聚集和排列使电场产生畸变，击穿电压提高不明显。生产中的制造缺陷，如产品内有金属异物、气泡、引线屏蔽不良、导体和接地件有毛刺等，影响变压器电场均匀程度，造成产品局部放电、耐压击穿。
采取以下措施，如增加铁芯屏蔽、引线屏蔽良好、油箱护管、线圈静电板、均压球等加大电极曲率半径的措施，可以改善变压器电场均匀程度，不但缩小了绝缘结构的绝缘距离，而且同时提高了产品质量。产品出厂前对产品进行吊芯检查，清除变压器内部杂质和异物，最大程度保证产品清洁度。
1.5油的流动速度
变压器油流动时，与绝缘材料磨擦产生静电，流速越高，电压越高。油在变压器中流动产生带电的现象称为油流带电。油流带电可使变压器电场产生畸变。油流带电电压与试验电压叠加，当叠加后的电场强度超过绝缘材料的局部放电场强或者击穿场强时，将危害变压器的安全运行。油流速在0.5m／s时，油流带电所产生的局部放电脉冲开始出现。在变压器制造中，采用最高流速为0.33m／s。油流带电对超高压变压器影响更大。因此，变压器必须控制油流速度，加大油流通道的截面，降低流速，油流通道的绝缘件应倒圆角。对大容量、高电压等级变压器采用大流量强迫油循环冷却器油泵，降低油流带电电压，防止油流带电引起绝缘局部放电或者绝缘击穿现象发生。为了抑制变压器在运行中的油流带电，在变压器油中添加一定比例的改性的苯丙三唑（bta）来改善变压器油质。实验结果表明，bta不仅可以抑制变压器油的流动带电，而且对变压器油也无影响。用这种添加剂是提高变压器安全运行度的有效措施之一。部分变压器厂已开始在500kv变压器中采用。
2.结语
以上讨论的是影响变压器油电气性能的主要因素，此外，变压器油在使用中还有其他影响其电气性能的因素也同样应引起我们的重视，如变压器油与变压器绝缘材料的相容性、变压器油的混合使用、变压器油的老化等。了解并掌握影响变压器油电气性能的因素，对变压器的制造、使用有极大帮助。　[科]
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