變壓器絕緣油化驗在電力系統的運用

王 超

（國家能源集團朔黃鐵路發展有限責任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

變壓器在使用中，尤其是開啟及關閉的操作中容易引起電弧現象，通過絕緣油可有效消滅電弧，保證各組件運行的安全性，避免變壓器中的鐵芯、線圈等受到空氣、水分的浸蝕而生銹腐蝕，既能確保變壓器穩定運行，還能提高其安全性，延長設備壽命。基于此，探討油化驗在電力系統的運用尤為必要。

1 變壓器絕緣油化驗的重要性

變壓器絕緣油化驗可為變壓器運行的安全性、可靠性提供重要的性能參考信息，如變壓器的腐蝕狀態、絕緣狀態、密封性能以及異常放電等，都可以通過油品化驗結果及時有效地掌握。通過變壓器絕緣油品化驗，能及時有效了解變壓器性能的相關信息，為設備的檢修提供有價值的參考，為變壓器是否需要解列提供必要的參考信息和數據支撐。總之，加強對變壓器絕緣油化驗的研究，可為變壓器的狀態檢修提供必要的技術保障，為電力系統實現智能化、智慧化、不停電運行打下堅實基礎。

2 變壓器絕緣油性能變化的常見形式及危害

2.1 化學性能變化

絕緣油化學性能變化主要是通過酸價這一指標來判斷。隨著變壓器投入使用時間的延長，酸價也會逐漸發生變化。如果變壓器絕緣油的酸價超過0.1，就極易發生故障、甚至停止運行。此外，變壓器絕緣油的pH 值越大，絕緣油的純度越高。但隨著使用時間的增加，pH 數值會逐漸降低，如果pH 值低于0.4，則提示絕緣油中存在較多雜質，會加劇對設備的腐蝕，且絕緣性能也隨之降低，容易出現漏電等問題，安全隱患開始增大。

2.2 物理性能變化

由于電力系統中變壓器的特殊作用，決定了變壓器絕緣油的物理性能對變壓器的影響非常大。通常情況下，剛投入使用的絕緣油呈淡藍色，隨著使用時間的增加，顏色會逐步加深，各種雜物增多，變為劣質油，致使變壓器無法安全運行。因為劣質油能夠分解成多種產物，這些產物會在變壓器散熱管、線圈等部位沉積而形成油泥，致使變壓器絕緣油無法正常循環流動，絕緣性能快速降低，變壓器在此種狀態下運行，極易發生污閃等問題。區分優質絕緣油和劣質絕緣油的關鍵指標是黏度，絕緣油低于1.8 恩氏黏度（9.5 mm2/s）是優質油，反之是劣質油。變壓器投入的時間越長，絕緣油的質量會隨之下降，油體的黏度增加、質量變差，散熱和絕緣效果都隨之降低，對其使用壽命造成影響。若絕緣油的問題較多，甚至還會誘發失火、爆炸等事故。

表面張力也變壓器絕緣油的主要物理性能參數，變壓器運行中，絕緣油的表面張力不斷發生變化，通常以35 mN/m 為絕緣油的標準表面張力。隨著使用時間增加，絕緣油不斷劣化，表面張力不斷降低，降低到19 mN/m 時，表明絕緣油已變為劣質油，其中可能含有大量的雜質、氧化物，如果不及時更換，極易發生故障和安全問題[1]。

2.3 電氣性能變化

新投入使用的絕緣油純度較高，但隨著使用時間的延長，絕緣油中的水分、雜質等逐漸增多，其純度及性能持續降低。如果變壓器絕緣油中的水分超過總量的0.02%，則介質損傷不斷加劇，損傷范圍超過0.3%，將會對變壓器運行產生嚴重威脅形成安全隱患，需要及時采取有效措施進行處理。此外，擊穿電壓也會受到變壓器絕緣油中含水量增多的影響，如果絕緣油中含水量超過變壓器運行的最大允許標準，勢必會影響擊穿電壓。如果含水量達到0.02%以上，擊穿電壓會加劇減低，當達到一定降低幅度后，將影響變壓器的正常運行。

3 絕緣油品化驗在電力系統的運用

3.1 內容

變壓器絕緣油在變壓器運行中起到傳輸介質和冷卻的功能，其優劣程度對變壓器運行的安全性、穩定性有較大影響。導致變壓器絕緣油劣化的主要原因有變壓器絕緣油被污染、過熱、電場強度過大、氧化嚴重等，其中污染主要指的是受潮氣污染。為保證變壓器絕緣油的化學性能、物理性能、電氣性能等滿足變壓器運行的要求，需要進行一系列化驗，變壓器絕緣油化驗內容主要包括以下7 個方面。

（1）機械雜質化驗。通過機械雜質化驗，可快速準確地發現變壓器絕緣油中不溶性油泥、纖維及其他雜質的種類和含量。提醒工作人員及時清理或更換絕緣油。如果絕緣油中這些物質過多，會引起油道堵塞，或沉在積變壓器線圈中的某個位置，無法正常散熱，導致局部溫度無法及時散發，引起火災等安全事故。

（2）水分化驗。水分是影響變壓器絕緣油性能的關鍵指標，含水量過大，會直接導致絕緣油失去原有的性能，降低變壓器各零部件運行的可靠性和使用壽命。

（3）酸值。若變壓器絕緣油中酸性產物含量過大，會導致絕緣油的導電性增加，起不到絕緣作用，冷卻性能也會降低，隨著使用時間的增加，溫度持續升高，加速固體材料老化速度，縮短使用壽命。

（4）pH 值。變壓器絕緣油老化初期，極易生成低分子有機物酸，常見的有甲酸、乙酸等，提升絕緣油的溶水性，對于變壓器的金屬元件以及絕緣材料都造成腐蝕問題，影響其絕緣性能，對其使用壽命也造成嚴重影響，運維成本隨之增加。

（5）閃點。隨著變壓器絕緣油閃點的不斷降低，會形成一定量的可揮發性可燃氣體，氣體通常具有良好的導熱性，電氣設備溫度增加，如果出現電弧放電，溫度會隨之快速上升，使絕緣油裂解的現象加劇。通過閃點測定，可及時準確地發現設備故障，提醒工作人員及時解決，保證變壓器運行的安全性和穩定性。

（6）耐壓。絕緣油是變壓器的主要絕緣材料，其擊穿電壓是保證設備安全的關鍵參數，如果擊穿電壓下降，必然會影響絕緣效果。電壓擊穿設備，將引發安全事故。

（7）色譜分析。色譜分析是油化驗在電力系統運用的關鍵，通過色譜分析，可準確預測變壓器運行中的潛伏性故障。其他影響變壓器絕緣油的主要因素是局部過熱引發電暈、放電等問題，主要氣體包括甲烷、乙炔、丙烯、一氧化碳以及二氧化碳等。通過色譜分析可獲知絕緣油中的氣體種類、含量等，可作為判斷變壓器運行故障的主要依據[2]。

3.2 方法

3.2.1 物理性能試驗

變壓器絕緣油屬于典型的礦物油，組分復雜，并不是單一的化學物質，是一種由多種液態烴組成的混合油，無法準確獲知單體組分和相關的物理性能，只能總體分析其物理性能，具有多種烴類化合物的綜合物理性能[3]。因此，在絕緣油物理性能試驗中，可采用條件試驗法對變壓器絕緣油的密度、黏度、閃點、凝點等物理性能進行測試。

3.2.2 化學性質試驗

化學性質是衡量變壓器絕緣油性能的主要指標，其測定機理比較簡單，主要是根據絕緣油相關的物質特性，利用相應試劑發生化學反應，通過化學反應的過程、產生物等，對絕緣油的化學性質進行定量和定性分析。通過化學性能試驗，可對變壓器絕緣油的水溶性酸、酸值、苛性鈉、氧化安定性等進行全面測定，為絕緣油的使用、更換提供數據支撐。

3.2.3 電氣性能試驗

變壓器設備中的絕緣油是液體狀態的絕緣材料，通過采用電氣性能試驗，可以了解這種材料的擊穿電壓、介質損耗因數、體檢電阻率等，通過這些指標，可準確分析絕緣油電氣性能的優劣，主要是通過特定的儀器，按照相應的標準和試驗方法獲知電氣性能。

3.2.4 色譜分析法

色譜分析法主要原理是利用色譜柱，在凈值不同狀態下得高沸點或是固定相，它們對絕緣油不同組分的吸收效果或溶解效果的差異性，促使各組分在色譜柱中的移動速度不同進行準確區分，再通過專業的檢測器進行鑒定[4]。利用氣象色譜法測定變壓器絕緣油中的溶解氣體含量，可直接應用于變壓器故障性質判斷和處理。

4 實例分析

2019 年8 月，某220 kV 變電站運行中220 kVI 母PT（Potential Transformer，電壓互感器）中的A 相電壓只超過20 V，該變電站PT 為先進的電容式電壓互感器，于2019 年6 月更換完成，通過電容式互感器的結構可知，造成電壓缺失的主要原因有3 個：①PT 電磁單元發生二次側斷線或者短路；②電容器單元故障，分壓電容C2 短路；③PT 電磁單元一次側故障。

為找到故障根源，對A 相PT 取絕緣油進行色譜分析，分析結果為：氫氣含量302.86×10-6；一氧化碳含量為1128.36×10-6；二氧化碳的含量為19 124.32×10-6；甲烷含量為168.95×10-6；乙烯含量為140.65×10-6；乙烷含量為132.67×10-6；乙炔含量為12.32×10-6。

從油化驗色譜分析可以看出，該變壓器絕緣油中氫氣、乙炔、烴類氣體含量明顯超標，表明引發此故障的主要原因是電磁單元發生故障，而且乙炔明顯超標嚴重，但并不是總烴的主要組分，表明大概率是電器單元過熱[5]。為精確定位故障電，進行了高壓試驗，生產廠家解體試驗，發現導致此次故障的主要原因是電器單元中間變壓器高壓繞組發生熱擊穿，與油化驗判斷結果相吻合，驗證了油化驗結果準確可靠。

5 結束語

本文結合理論實踐，探討油化驗在電力系統的運用，闡述絕緣油在變壓器運行中的重要作用，開展油化驗可及時掌握變壓器絕緣油的理化性能、電氣性能等，為變壓器運行故障的分析判斷提供必要的參考指導，發現問題及時處理，保證電力系統安全、穩定、可靠運行。