低能量下X射線輻射對變壓器油影響

徐成龍,于虹,付世鵬,杜必強(qiáng),劉澤坤,何運(yùn)華

(1.華北電力大學(xué)機(jī)械工程系,河北 保定 071000; 2.華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站,昆明 650217; 3.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

低能量下X射線輻射對變壓器油影響

徐成龍1,2,于虹3,付世鵬1,杜必強(qiáng)1,劉澤坤2,何運(yùn)華3

(1.華北電力大學(xué)機(jī)械工程系,河北 保定 071000; 2.華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站,昆明 650217; 3.云南電網(wǎng)公司電力研究院,昆明 650217)

針對利用X射線數(shù)字成像技術(shù)對電力變壓器進(jìn)行透照檢測時(shí)可能造成變壓器絕緣油絕緣性能的變化的問題,提出了定X射線能量對變壓器油進(jìn)行照射研究。該研究利用便攜式高頻X射線機(jī)分別對帶電壓和不帶電壓的變壓器油進(jìn)行定能量和定時(shí)間的照射,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在低能量下,X射線的輻射對變壓器油的擊穿電壓,帶電傾向性和介質(zhì)損耗因數(shù)沒有影響。

X射線;變壓器油;擊穿電壓;帶電傾向;介質(zhì)損耗因數(shù)

1 前言

輸變電設(shè)備的安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行對電網(wǎng)是至關(guān)重要的,輸變電設(shè)備一旦發(fā)生故障,不僅危及電網(wǎng)的安全且?guī)砭薮蠼?jīng)濟(jì)損失。因此,及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握輸變電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)具有十分重要的意義[1-2]。近年來,云南電網(wǎng)公司率先將X射線直接數(shù)字成像技術(shù)運(yùn)用到電力設(shè)備檢修中,取得了較好的效果。X射線數(shù)字成像技術(shù)能在不解體、不停電情況下,對GIS、罐式斷路器、復(fù)合絕緣子等電力設(shè)備進(jìn)行透視檢測,達(dá)到可視化診斷的目的[3-7]。但X射線對輸變電設(shè)備,尤其是充油設(shè)備中的油會造成什么樣的影響,這方面資料在國內(nèi)外并未見到。針對這個(gè)情況,本文提出利用便攜式高頻X射線機(jī)對加電壓和不加電壓的變壓器油進(jìn)行定能量和定時(shí)間的照射研究,研究的主要內(nèi)容是變壓器油的擊穿電壓、帶電傾向性和介質(zhì)損耗因數(shù)的變化情況。本文研究成果不僅將為相關(guān)研究提供依據(jù),同時(shí)也能為X射線無損檢測的應(yīng)用范圍和應(yīng)用條件提供理論依據(jù)。

2 對變壓器油擊穿電壓影響

擊穿電壓時(shí)考核絕緣油電氣強(qiáng)度的一項(xiàng)重要指標(biāo),是衡量絕緣油在電氣設(shè)備內(nèi)部耐受電壓能力的尺度。它實(shí)質(zhì)上反映的是油中是否存在水分、雜質(zhì)和導(dǎo)電微粒以及他們對絕緣油性能影響的嚴(yán)重程度。

本次試驗(yàn)條件是在室溫下分別用40 kV、50 kV、60 kV、70 kV、80 kV管電壓,電流3mA能量的X射線照射加10 kV電壓和不加電壓的25號變壓器油,時(shí)間為1小時(shí)。表1是加壓情況下和不加壓情況下?lián)舸╇妷悍治鰯?shù)據(jù)。

表1 低能量下X射線輻射對絕緣油擊穿電壓影響情況 (單位：kV)

為了得到更加直觀的帶電傾向性數(shù)據(jù)變化趨勢,根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出擊穿電壓數(shù)據(jù)變化曲線圖,如圖2所示。

圖1 擊穿電壓數(shù)據(jù)變化曲線圖

從曲線圖可以明顯的看出,無論是加電壓還是不加電壓下的絕緣油在經(jīng)過不同能量的X射線照射后其擊穿電壓雖然有波動,但是都在原樣37.2kV的擊穿電壓上下波動,其變化并不明顯,而且波動的范圍也都在測試儀的誤差范圍內(nèi),所以可以得出在40 kV～80 kV范圍內(nèi)的X射線能量不會對絕緣油的擊穿電壓造成影響。

3 對變壓器帶電傾向性的影響

帶電傾向也稱電荷密度或帶電度,在強(qiáng)迫油循環(huán)的大型變壓器中,由于變壓器油流過絕緣紙及絕緣紙板的表面時(shí),會發(fā)生油流帶電現(xiàn)象,簡稱油流帶電。油流帶電引發(fā)的靜電放電是威脅大型變壓器安全運(yùn)行的重要因素之一,變壓器發(fā)生油流放電故障在國內(nèi)外均有發(fā)生,變壓器油流放電除了與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、油的流速、油溫等因素有關(guān)外還與變壓器油本身的帶電傾向性有很大的關(guān)系。對變壓器油進(jìn)行帶電傾向性測量,以便對帶電傾向性超標(biāo)的變壓器油采取措施并及時(shí)改善變壓器運(yùn)行條件以防止變壓器在運(yùn)行中發(fā)生油流放電故障造成變壓器損壞的現(xiàn)象重要意義[8-9]。為了更加全面深入的研究X射線對變壓器油的影響狀況。本次試驗(yàn)后對各個(gè)試驗(yàn)樣品進(jìn)行了帶電傾向性分析,分析的結(jié)果如表2所示。

表2 低能量下X射線輻射對絕緣油帶電傾向影響情 (單位：pc/ml)

為了得到更加直觀的帶電傾向性數(shù)據(jù)變化趨勢,根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出帶電傾向性數(shù)據(jù)變化曲線圖,如圖3所示。

圖3 帶電傾向性數(shù)據(jù)變化曲線圖

從曲線圖可以較為清楚的看出,經(jīng)過X射線的輻射后加電壓和不加電壓下的絕緣油的帶電傾向性覺不同程度的發(fā)生了變化,但是變化幅度都比較小,而且波動的范圍基本圍繞原樣18.3pc/ ml數(shù)值上下波動,考慮到檢測儀的誤差,這種浮動就可以忽略不計(jì),因此可以得出在40 kV～80 kV范圍內(nèi)的X射線能量不會對絕緣油的帶電傾向性造成影響。

4 對變壓器介質(zhì)損耗因數(shù)的影響

一般來說,絕緣材料的老化和內(nèi)部發(fā)生局部放電會導(dǎo)致絕緣材料在物理和化學(xué)性能方面發(fā)生變化,同時(shí)介質(zhì)損耗因數(shù)也會發(fā)生改變,在眾多的絕緣材料參數(shù)當(dāng)中,介質(zhì)損耗因數(shù)是反映其絕緣狀況的重要參數(shù)。

用40 kV、50 kV、60 kV、70 kV、80 kV管電壓,電流3mA能量的X射線照射加10 kV電壓和不加電壓的25號變壓器油1小時(shí)。將試驗(yàn)后的絕緣油取樣進(jìn)行介質(zhì)損耗因數(shù)分析,得到的數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 低能量下X射線輻射對絕緣油介質(zhì)損耗影響情況/(90℃)

為了得到更加直觀的介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)變化趨勢,根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)變化曲線圖,如圖4所示。

圖4 介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)據(jù)變化曲線圖

從曲線圖可以較為清楚的看出在不同能量的X射線的輻射下,變壓器油的介質(zhì)損耗因數(shù)并沒有呈現(xiàn)有規(guī)律的增長或下降,其數(shù)值的波動也均是在原樣介質(zhì)損耗因數(shù)數(shù)值的上下波動,考慮到試驗(yàn)和檢測儀的誤差,可以得出在40 kV～80 kV范圍內(nèi)的X射線能量不會對絕緣油的介質(zhì)損耗因數(shù)造成影響。

5 結(jié)束語

本文提出利用便攜式高頻X射線機(jī)分別對帶電呀和不帶電壓的變壓器油進(jìn)行定能量和定時(shí)間的照射,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,較低能量下 (40～80 kV,3mA)X射線的長時(shí)間照射并不會對變壓器油的帶電擊穿電壓、帶電傾向性和介質(zhì)損耗因數(shù)產(chǎn)生影響。本文研究成果不僅將為相關(guān)研究提供依據(jù),同時(shí)也能為X射線無損檢測的應(yīng)用范圍和應(yīng)用條件提供理論依據(jù)。

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Study of the Low Energy X-ray Impact to the Transformer Oil

XU Chenglong1,2,YU Hong3,FU Shipeng1,DU Biqiang2,LIU Zekun1,HE Yunhua3
(1.Department of Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding,Hebei 071000; 2.Graduate Workstation of North China Electric Power University&Yunnan Power Grid Corporation,Kunming 650217; 3.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

In order to clearly understand the impact of X-rays on the transformer oil,It is proposed a research of using given energy X-ray to irradiate the transformer oil in this paper.The content of the study is to irradiate the applied voltage and no voltage transformer oil respectively for given energy and given time by portable high frequency X-ray generator.Experimental results show that low energy X-ray has no effect on the breakdown voltage,charging tendency,and the dielectric loss factor of transformer oil.

X-ray;transformer oil;breakdown voltage;charging tendency;dielectric loss factor

TM621.8

B

1006-7345(2014)03-0081-03

2014-03-25

徐成龍 (1989),男,碩士研究生,華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)公司研究生工作站,研究方向?yàn)殡娏υO(shè)備無損檢測,在線監(jiān)測(e-mail)chenglong610038301@163.com。

于虹 (1978),女,博士,高級工程師,云南電網(wǎng)公司電力試驗(yàn)研究院,從事高電壓與絕緣技術(shù)研究 (e-mail)894333697 @qq.com。