多種外部因素對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)境比較復雜。由于變壓器油是變壓器能夠安全運行的主要絕緣介質，要了解多種外部因素對變壓器油的絕緣性影響，應分析電極結構中的油中酸值和水分、纖維量以及油溫等因素。文章即對此問題進行詳細的探討，重點論述多種外部因素對變壓器油沖擊擊穿特性的影響，以供參考。

關鍵詞：變壓器油；沖擊擊穿；影響；外部因素；纖維量

中圖分類號：TM855 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）30-0097-02

電網的穩(wěn)定主要依靠電力設備運行安全，電力設備在電力運輸過程中起到較大的作用，尤其是電力變壓器的運行安全，對電網的穩(wěn)定性具有重要的意義。對于變壓器運行過程中，需要用到變壓器油來增強電力設備的絕緣性，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用到變壓器的絕緣設計中。下文對變壓器油在運行中的參數進行分析，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，對變壓器油沖擊擊穿特性的影響。

1 試驗介紹

本文試驗采用50 kJ、200 kV沖擊試驗電源，輸出波形是標準雙指數雷電波形，進行變壓器油沖擊擊穿試驗，油罐為試驗油罐，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。試驗油主要采用的是環(huán)烷基油，這種油在變壓器的應用較為普遍，且有著良好的理化性能。

在進行試驗前，應對油進行預處理，這樣各個試驗用油參數才能比較。預處理后新油的水分體積分數為6.02×10-6，沒有固體雜質。在試驗時，要把試驗油裝進油罐內，然后連接沖擊電源，并監(jiān)測沖擊擊穿電壓，實驗電路圖，如圖1所示。

按照變壓器的運行環(huán)境并結合試驗選擇參數，新油水分體積分數在80×10-6，且溫度范圍在100 ℃，酸值濃度范圍在7.5858 mmol/L，纖維質量的濃度在0～210 mg/L。加強水分的控制，采用人工方法對水分控制，然后運用超聲波設備振蕩油樣，使水分能夠溶解。對油水分體積分數的控制，通過三次測量，其試驗結果為新油第一次為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，計算值為25×10-6。

對控制油溫，可以把試驗油灌進行加熱到一定的溫度后，再觀察試驗。在設定溫度時，采用室溫和20 ℃、40 ℃和80 ℃。對酸值的控制試驗中，直接添加有機酸，油樣酸值濃度的控制中，新油pH值為6.97，算質濃度為1.0715×10-4 mmol/L。而#1油的pH值為2.72，酸值濃度為1.9055 mmol/L，對纖維量的控制主要是把絕緣紙進行碾碎，并加進試驗油內，油罐內的纖維量濃度為100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L。

2 實驗結果分析

在油中含水量因素對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，在電極結構以及電極極性下，油中的水分體積分數在升高的同時，而油隙50%沖擊擊穿電壓出現(xiàn)了不同程度的下降，在電極結構下，φ（H2O）小于40×10-6情況喜愛，對非體積分數在不斷上升，而50%沖擊擊穿電壓出現(xiàn)下降較快的趨勢。因此，根據實驗得出，通過沖擊電壓的作用，在水分溶入油中，對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，就會出現(xiàn)不同的極性效應。在球板間隙情況下，極性效應并沒有太大明顯。而油中纖維量對變壓器油沖擊擊穿特性的影響主要是在纖維質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 多種外部因素對變壓器油沖擊擊穿特性影響的討 論

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

在液體溫度不斷升高的同時，流注通道初始溫度也會上升。這樣，對液體流注通道的沸騰有幫助，可以有效轉化成氣體流注。汽態(tài)流注與液態(tài)流注單位長度的壓降對比中，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，對流注發(fā)展有利。因此，可以說初始油溫對流注液化以及沖擊擊穿電壓下降有重要影響。

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

4 結 語

綜上所述，本文運用試驗研究的方式，對電壓極性條件以及不同電場結構的情況下，分析水分、纖維量、酸值以及油溫等外部因素對變壓器油沖擊擊穿電壓特性的影響進行了詳細的分析，試驗結論說明，這些因素對變壓器油50%沖擊擊穿特性的影響有所下降。

參考文獻：

[1] 姜赤龍，司馬文霞，楊慶，等.多種外部因素對變壓器油沖擊擊穿特性的 影響[J].高電壓技術，2011，（9）.

[2] 司馬文霞，曹雪菲，楊慶，等.沖擊電壓下3種納米改性變壓器油擊穿特 性的比較和分析[J].高電壓技術，2015，（2）.

[3] 李博，程渙超，孫倩，等.交直流電壓分量對變壓器油中典型模型擊穿特 性影響[J].電工技術學報，2011，（2）.

[4] 李博， 程渙超，孫倩，等.交直流電壓分量對變壓器油中典型模型擊穿 特性影響[J]. 電工技術學報，2011，（2）.

[5] 韋國，劉繼午，彭佳，等.納米改性變壓器油的擊穿及油紙復合絕緣頻率 響應特性[J].高電壓技術，2013，（12）.