多種外部因素對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的影響探析

熊師琦

摘 要：變壓器在運(yùn)行過程中，變壓器油所起到的作用較大，其所處的環(huán)境比較復(fù)雜。由于變壓器油是變壓器能夠安全運(yùn)行的主要絕緣介質(zhì)，要了解多種外部因素對(duì)變壓器油的絕緣性影響，應(yīng)分析電極結(jié)構(gòu)中的油中酸值和水分、纖維量以及油溫等因素。文章即對(duì)此問題進(jìn)行詳細(xì)的探討，重點(diǎn)論述多種外部因素對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的影響，以供參考。

關(guān)鍵詞：變壓器油；沖擊擊穿；影響；外部因素；纖維量

中圖分類號(hào)：TM855 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2015）30-0097-02

電網(wǎng)的穩(wěn)定主要依靠電力設(shè)備運(yùn)行安全，電力設(shè)備在電力運(yùn)輸過程中起到較大的作用，尤其是電力變壓器的運(yùn)行安全，對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定性具有重要的意義。對(duì)于變壓器運(yùn)行過程中，需要用到變壓器油來增強(qiáng)電力設(shè)備的絕緣性，這種具有絕緣性能的變壓器油，還有較高的散熱性，通常情況下被廣泛應(yīng)用到變壓器的絕緣設(shè)計(jì)中。下文對(duì)變壓器油在運(yùn)行中的參數(shù)進(jìn)行分析，研究在油溫和纖維量、酸值以及水分等多種外部因素的作用下，對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的影響。

1 試驗(yàn)介紹

本文試驗(yàn)采用50 kJ、200 kV沖擊試驗(yàn)電源，輸出波形是標(biāo)準(zhǔn)雙指數(shù)雷電波形，進(jìn)行變壓器油沖擊擊穿試驗(yàn)，油罐為試驗(yàn)油罐，下電極固定在油罐底部，其直徑為11 cm，上電極固定在油罐蓋板上，其直徑為11 cm，且蓋板主要裝有針電極和圓板電極、球電極。試驗(yàn)油主要采用的是環(huán)烷基油，這種油在變壓器的應(yīng)用較為普遍，且有著良好的理化性能。

在進(jìn)行試驗(yàn)前，應(yīng)對(duì)油進(jìn)行預(yù)處理，這樣各個(gè)試驗(yàn)用油參數(shù)才能比較。預(yù)處理后新油的水分體積分?jǐn)?shù)為6.02×10-6，沒有固體雜質(zhì)。在試驗(yàn)時(shí)，要把試驗(yàn)油裝進(jìn)油罐內(nèi)，然后連接沖擊電源，并監(jiān)測(cè)沖擊擊穿電壓，實(shí)驗(yàn)電路圖，如圖1所示。

按照變壓器的運(yùn)行環(huán)境并結(jié)合試驗(yàn)選擇參數(shù)，新油水分體積分?jǐn)?shù)在80×10-6，且溫度范圍在100 ℃，酸值濃度范圍在7.5858 mmol/L，纖維質(zhì)量的濃度在0～210 mg/L。加強(qiáng)水分的控制，采用人工方法對(duì)水分控制，然后運(yùn)用超聲波設(shè)備振蕩油樣，使水分能夠溶解。對(duì)油水分體積分?jǐn)?shù)的控制，通過三次測(cè)量，其試驗(yàn)結(jié)果為新油第一次為60.1，第二次為5.88，第三次為6.23，#1油第一次為28.81，第二次為19.90，第三次為29.95，計(jì)算值為25×10-6。

對(duì)控制油溫，可以把試驗(yàn)油灌進(jìn)行加熱到一定的溫度后，再觀察試驗(yàn)。在設(shè)定溫度時(shí)，采用室溫和20 ℃、40 ℃和80 ℃。對(duì)酸值的控制試驗(yàn)中，直接添加有機(jī)酸，油樣酸值濃度的控制中，新油pH值為6.97，算質(zhì)濃度為1.0715×10-4 mmol/L。而#1油的pH值為2.72，酸值濃度為1.9055 mmol/L，對(duì)纖維量的控制主要是把絕緣紙進(jìn)行碾碎，并加進(jìn)試驗(yàn)油內(nèi)，油罐內(nèi)的纖維量濃度為100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

在油中含水量因素對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的分析，如圖2所示。

從圖中可以分析出，在電極結(jié)構(gòu)以及電極極性下，油中的水分體積分?jǐn)?shù)在升高的同時(shí)，而油隙50%沖擊擊穿電壓出現(xiàn)了不同程度的下降，在電極結(jié)構(gòu)下，φ（H2O）小于40×10-6情況喜愛，對(duì)非體積分?jǐn)?shù)在不斷上升，而50%沖擊擊穿電壓出現(xiàn)下降較快的趨勢(shì)。因此，根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出，通過沖擊電壓的作用，在水分溶入油中，對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性有較大的影響。

在電極極性作用下，由于球板間隙等因素，油溫對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的影響并不大。而針板間隙的因素，對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性有著一定的影響。而油中酸值濃度在不斷升高的情況下，對(duì)變壓器油沖擊擊穿電壓的情況有一定的下降，但是與新油比較而言，如果氫離子濃度在8 mmol/L，復(fù)針正板沖擊擊穿電壓有較大的下降幅度，降幅為50%。

不同極性電壓的作用下，如果間隙的程度不均勻，就會(huì)出現(xiàn)不同的極性效應(yīng)。在球板間隙情況下，極性效應(yīng)并沒有太大明顯。而油中纖維量對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性的影響主要是在纖維質(zhì)量濃度不斷升高的情況下，油隙50%沖擊擊穿電壓出現(xiàn)下降。

3 多種外部因素對(duì)變壓器油沖擊擊穿特性影響的討 論

雷擊沖擊電壓時(shí)，其作用時(shí)間非常短，和穩(wěn)定狀態(tài)電壓下的液體擊穿情況不一樣。按照有關(guān)流注理論分析得出，油中各個(gè)成分的分子對(duì)應(yīng)電離勢(shì)，與濃度成分沒有關(guān)系。本文試驗(yàn)采用的是環(huán)烷基變壓器油，這種油中分子電離勢(shì)中含有較少的水分，而這些水分子被電離為陽離子以及電子。這就相當(dāng)于將初始電子濃度增加許多，對(duì)初始流注的產(chǎn)生很有幫助。

在液體溫度不斷升高的同時(shí)，流注通道初始溫度也會(huì)上升。這樣，對(duì)液體流注通道的沸騰有幫助，可以有效轉(zhuǎn)化成氣體流注。汽態(tài)流注與液態(tài)流注單位長(zhǎng)度的壓降對(duì)比中，前者小于后者。且汽態(tài)流注在形成之后，其流注頭部的電壓就出現(xiàn)了升高情況，對(duì)流注發(fā)展有利。因此，可以說初始油溫對(duì)流注液化以及沖擊擊穿電壓下降有重要影響。

而油中纖維對(duì)電場(chǎng)產(chǎn)生了局部畸變，為局部電離的產(chǎn)生非常有利。且沖擊擊穿電壓升高，流注發(fā)展的模式也出現(xiàn)變化，擊穿的時(shí)間縮短，擊穿的概率也就增加了許多，使得流注在過渡的時(shí)候，從二級(jí)向三級(jí)、四級(jí)流注進(jìn)行過渡。在流注過渡發(fā)展中，各種成分的分子沒有區(qū)別電離勢(shì)，即可發(fā)生電離，而相應(yīng)地水分含量也就減少了許多。這些少量的水分不會(huì)對(duì)沖擊擊穿電壓產(chǎn)生較大影響，酸值和纖維量中的初始電子數(shù)的增加對(duì)流注沒有太大影響，因而也就對(duì)變壓器油沖擊擊穿電壓影響較小。

4 結(jié) 語

綜上所述，本文運(yùn)用試驗(yàn)研究的方式，對(duì)電壓極性條件以及不同電場(chǎng)結(jié)構(gòu)的情況下，分析水分、纖維量、酸值以及油溫等外部因素對(duì)變壓器油沖擊擊穿電壓特性的影響進(jìn)行了詳細(xì)的分析，試驗(yàn)結(jié)論說明，這些因素對(duì)變壓器油50%沖擊擊穿特性的影響有所下降。

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