變壓器油老化介電特性的研究及分析

代敦三

（湖北省電力裝備有限公司，武漢 430000）

引言

隨著我國直流輸電技術的不斷發展，高壓直流輸電線路得到了大規模的普及和推廣應用。作為高壓直流輸電線路的重要設備，換流變壓器肩負著電能的轉換及傳輸等責任。由于運行環境較為復雜惡劣，換流變壓器極易發生故障。據現有研究數據，換流變壓器故障占據著我國高壓直流輸電線路故障的一半以上。可以看出，換流變壓器的安全穩定運行直接影響著電力系統的穩定性。

隨著換流變壓器的長期運行，其內部的絕緣結構容易受到溫度及水分等因素的影響，導致其絕緣結構裂解，進而會對變壓器的介電性能造成不利影響。基于此，針對換流變壓器內部變壓器油的老化特性，研究了不同老化時間、不同溫度下變壓器油的電導率、相對介電常數及介質損耗的變化規律。

1 變壓器油絕緣老化的機理

變壓器油是石油分餾而得到的產物，具有純凈、穩定及絕緣性能好等優點。變壓器油是一種混合物，當變壓器正常運行時，變壓器油不會產生分解氣體。但當周圍環境發生變化時（如工作溫度升高或水分增加等），就可能導致變壓器油發生分解進而產生多種氣體（如氧化物及酸性化合物）。通過上述熱分解反應，即會使變壓器油的絕緣發生老化。

2 變壓器油老化的介電特性

2.1 變壓器油老化的電導率

為研究變壓器油老化的電導率變化規律，以老化時間及溫度為變量，分別計算變壓器油老化的電導率，計算結果如圖1所示。

圖1 老化變壓器油的電導率

觀察圖1(a)可得，隨著溫度的升高，變壓器油的電導率呈現上升趨勢。固定老化時間為120 d，當溫度為-40 ℃時，變壓器油的電導率為0×10‐11S/m；而當溫度升高至100℃時，變壓器油的電導率升高至11.5×10‐11S/m。同時隨著老化時間的增加，變壓器油的電導率也隨之增加。如圖1(b)所示，固定溫度為100℃，當老化時間時0 d時，變壓器油的電導率為0×10‐11S/m ；而當老化時間增加至120 d時，變壓器油的電導率升高至為1.1×10‐11S/m。造成這種現象的原因是，隨著溫度的升高和老化時間的增加，變壓器油老化程度加劇，導致其產生更多氧化物，最終使得變壓器油的電導率升高。

2.2 變壓器油老化的相對介電常數

為研究變壓器油老化的相對介電常數變化規律，以老化時間及溫度為變量，分別計算變壓器油老化的相對介電常數，計算結果如圖2所示。

圖2 老化變壓器油的相對介電常數

由圖2(a)可知，隨著溫度的升高，變壓器油的相對介電常數呈現線性下降趨勢。固定老化時間為120 d，當溫度為-40℃時，變壓器油的相對介電常數為2.33；而當溫度升高至100℃時，變壓器油的相對介電常數下降至為2.13。同時，隨著老化時間的增加，變壓器油的相對介電常數隨之增加。由圖2(b)可知，固定溫度為100℃，當老化時間時0 d時，變壓器油的相對介電常數為2.05；而當老化時間增加至120 d時，變壓器油的相對介電常數升高至為2.12。

2.3 變壓器油老化的介質損耗因數

為研究變壓器油老化的介質損耗因數變化規律，以老化時間及溫度為變量，分別計算變壓器油老化的介質損耗因數，計算結果如圖3所示。

圖3 老化變壓器油的介質損耗因數

由圖3(a)可知，隨著溫度的升高，變壓器油的介質損耗因數呈現上升趨勢。固定老化時間為120 d，當溫度為-40℃時，變壓器油的介質損耗因數為0%；而當溫度升高至100℃時，變壓器油的介質損耗因數下降至為3.25%。由圖3(b)可知，隨著老化時間的增加，變壓器油的介質損耗因數隨之增加。固定溫度為100℃，當老化時間時0 d時，變壓器油的介質損耗因數為0.1%；而當老化時間增加至120 d時，變壓器油的介質損耗因數升高至為3.3%。

3 結論

變壓器油的老化損耗直接影響了換流變壓器的安全穩定運行，為此，首先闡述了變壓器油的老化機理，然后分別以溫度和老化時間為變量，研究了變壓器油的電導率、相對介電常數及介質損耗的變化規律。結果表明，隨著老化時間的增加，變壓器油的電導率、相對介電常數和介質損耗因數均呈現上升的趨勢。