高壓變壓器用油技術指標及若干問題探討

殷峰

【摘 要】目前，關于絕緣油的IEC標準和GB標準均不能滿足特高壓工程建設的需要，特高壓工程標準還沒有涵蓋絕緣油的所有檢驗環節。鑒于特高壓工程的特殊要求以及變壓器油檢驗環節多、檢驗項目多、參照標準多、部分技術指標規定不一致等，將變壓器油技術指標重新分類為固有特性指標、化學特性指標、電氣質量指標和特征量指標，在此基礎上形成特高壓變壓器用油技術指標一覽表，并對其所涉及的若干問題進行探討，如油的擊穿電壓及其影響因素、氧化安定性及其相關檢測指標等，以供參考。

【關鍵詞】特高壓變壓器；絕緣油；技術指標

1變壓器油技術指標分類

變壓器油技術指標按常規分類方法可分為：物理性能、化學性能、電氣性能等指標；按IEC60296—2003分類方法可分為：功能特性、精制與穩定性、運行性能以及健康、安全和環境因素等4類指標。綜合考慮變壓器油的技術指標特性及其在不同檢驗環節的不同要求，將變壓器油技術指標重新分類為：固有特性指標、化學特性指標、電氣質量指標和特征量指標。

1.1固有特性指標。在運行中無需監測的與油品質有關而與油劣化過程和凈化處理無關的反映油品固有特性的指標，具有相對穩定性。通過油品供應測試報告或新油檢驗確認。

1.2化學特性指標。檢測油中有害化學物質以及影響和反映油品自身劣化（氧化或老化）程度的指標。油品劣化與油中氧含量和油溫度密切相關，并有一個時間過程。

1.3電氣質量指標。反映和影響油品電氣特性的指標（不限于電氣特性指標）。其中反映油品電氣特性的指標包括擊穿電壓、介質損耗因數和體積電阻率；影響油品電氣特性的指標包括含水量、顆粒污染度以及含氣量等。

1.4特征量指標。溶解在油中的反映變壓器故障特征和絕緣紙老化特征的氣體和液體指標，與油性能無關。

2若干問題探討

2.1擊穿電壓及影響因素

變壓器油須經過過濾和干燥處理才有可能被應用在產品上。特高壓變壓器對油的擊穿電壓、含水量、顆粒污染度和含氣量指標提出了更高的要求。提高油凈化處理的工程應用技術是特高壓變壓器用油區別于其他變壓器油的顯著特點之一。

2.2.1擊穿電壓。

變壓器油在實驗室條件下經過十分仔細的凈化處理后得到的特別純凈的油，其擊穿電壓可高達1000kV/cm以上。在工業生產中考慮到實際情況，經過充分過濾的油一般可達到60kV/2.5mm以上。GB/T7595—2000[4]規定500kV設備投運前油擊穿電壓不小于60kV，運行油不小于50kV。IEC60296—2003在新油的通用規范中注明：經實驗室處理，變壓器油擊穿電壓可達70kV及以上。對于特高壓工程，通過提高油凈化處理的應用技術，擊穿電壓可控制在70kV及以上。

2.2.2含水量和顆粒污染度。

極微量的雜質也將顯著地影響電氣強度。事實上，最大可能影響擊穿電壓的雜質是水分和纖維，特別是二者同時存在時，尤為嚴重。當絕緣油中含有5L/L以上的水，并同時含有固體雜質時，其絕緣強度大為降低，但將雜質過濾后，油的絕緣強度降低甚微。GB/T7595—2000規定330～500kV設備投運前油含水量不大于10L/L，運行油不大于15L/L。美國宇航標準NAS1638的顆粒污染度分級標準將粒徑分為5個范圍，將油分為14個級別，對每個級別的每個范圍都作了規定。對于特高壓變壓器，鑒于水分與固體雜質顆粒共存對擊穿電壓的影響極大，根據目前現場油凈化處理水平，將含水量指標分為5L/L或10L/L2檔，將顆粒污染度控制在NAS2級或NAS3級。運行油控制在10L/L和NAS3級；注入油和投運前油控制在10L/L和NAS2級，在實際應用中，當含水量實測指標達到5L/L及以下時，顆粒污染度可按NAS3級控制。

2.2.3含氣量指標。

含氣量指標沒有統一的標準。1976年國際大電網會議規定500kV級電氣設備含氣量不大于0.5%；GB/T7595—2000[4]規定330～500kV設備投運前油含氣量不大于1%，運行油不大于3%。一般溶解在油中的氣體不會影響擊穿電壓，但含量較高的油中氣體在溫度和壓力變化時有可能達到飽和值而析出氣泡。變壓器進行高壓試驗前必須靜置足夠的時間，使殘留氣泡溶于油中，以免造成局部放電。

2.3氧化安定性及相關檢測指標

變壓器油應具有良好的氧化安定性。一般情況下，需添加少量合適的抗氧化劑（常態抗氧化）；高溫下運行或重要的變壓器用油，通常采用添加較大量合適的抗氧化劑（較大抗氧化）。為延長變壓器的使用壽命，按重量計0.3%的抗氧化劑是必不可少的。特高壓變壓器的極端重要性必然體現于要求其絕緣用油具有較大抗氧化性能。

2.3.1抗氧化劑。

IEC60296—2003通用規范中將油分為3種：未加抗氧化劑油、加微量抗氧化劑油和加抗氧化劑油，并規定了抗氧化劑指標，在變壓器油中加入2.6–二叔丁基對甲酚抗氧化劑，我國已積累大量運行經驗。對特高壓變壓器，抗氧化劑可選用2.6–二叔丁基對甲酚（T501），含量為（0.3±0.05）%。

2.3.2腐蝕性硫、PCB含量、水溶性酸、界面張力和體積電阻率。不同標準規定的變壓器用油腐蝕性硫、多氯聯苯（PCB）含量、水溶性酸、界面張力和體積電阻率有不同的通用規范，特高壓變壓器用油參照采用符合現有標準的指標。

2.4油品固有特性指標

2.4.1脈沖擊穿電壓與油品特殊指標。

脈沖擊穿電壓是評定油品本身電氣性能的指標，其值與油的組分密切相關。芳烴含量特別是多環芳烴、膠質等含量增多使脈沖擊穿電壓峰值明顯降低，而過量添加抗氧化劑也會影響脈沖擊穿電壓。析氣性也與芳烴含量有關，芳烴含量越多，吸收氣體的效果越好。變壓器用油不應片面追求高的析氣性指標，而應以保證抗氧化安定性指標和絕緣性能為前提。變壓器中油流帶電除了與變壓器的電壓等級、器身結構、運行溫度和油流速度有關外，還與變壓器油品的油流帶電度（帶電傾向，ECT）有關。碳型結構就是將組成復雜的基礎油簡單視為由芳香環、環烷環和烷基側鏈3種結構組成的單一分子，利用油分子結構中各種烴類組分與苯胺的臨界溶解溫度不同測定油的苯胺點，可較簡單地測定油的大致結構組分。油中芳烴含量會帶來氧化安定性和絕緣相關性能變差的問題，IEC60296—2003。規定多環芳烴（PCA）含量3%。特高壓變壓器用油優先選用環烷基油，其鏈烷烴碳原子百分數50%。對于特高壓變壓器，油品供應單位應提供脈沖擊穿電壓、析氣性、帶電度、碳型結構及苯胺點分析結果等特殊指標的測試報告，以確保油品絕緣性能、氧化安定性和質量穩定性。

2.4.2傾點與最低冷態投運溫度。

變壓器油牌號多種多樣，以凝點為基礎規定油牌號的編號方法在國際上無法統一。

2.4.3粘度、閃點和密度。

粘度除包括與最低冷態投運溫度相關的指標要求以外，還有與冷卻效果相關的指標要求。GB2536—1990[2]和IEC60296—2003[3]均規定了變壓器油在40℃時粘度的上限值作為對冷卻效果的保證，但規定值略有差別，可按IEC60296—2003[3]要求統一為：運動粘度（40℃）12mm2/s。

3結論

3.1提高擊穿電壓控制指標的首要目的是提高絕緣系統的絕緣強度和安全裕度，直接作為特高壓變壓器提高設計場強的依據是不充分的。

3.2提高變壓器油凈化處理的工程應用水平是提高油擊穿電壓控制指標的前提。雜質顆粒含量按NAS1638標準分級，并與含水量配合控制特高壓變壓器用油的凈化質量。

3.3為延長特高壓變壓器的使用壽命，需在油中添加較大量合適的抗氧化劑，并對氧化安定性等指標提出嚴格要求。

參考文獻：

[1]中國石油化工集團公司.GB2536—1990變壓器油[S].北京：國家技術監督局，1990.

（作者單位：國網濱州供電公司山東濱州）