探究影響變壓器油電氣性能的因素

刁磊　高鵬飛　魏建云

摘要：在變壓器的運行過程中會受到多種因素的影響，本文從含水量、均勻程度、含氣量、雜質(zhì)、流動流速等多個方面對影響變壓器油電氣性能的因素進行分析，并對相關(guān)注意事項進行研究，希望能夠有效提高變壓器的使用性能。

關(guān)鍵詞：變壓器；油電氣；含水量；均勻程度

中圖分類號TM7 文獻標(biāo)識碼A 文章編號2095-6363（2016）06-0201-01

隨著電能使用量的逐漸增加，各行各業(yè)對于變壓器性能的要求也逐漸增高。目前在變壓器的使用過程中經(jīng)常會出現(xiàn)各種問題，影響了正常的生產(chǎn)生活，也對生產(chǎn)安全造成一定的影響。因此，需要加強對變壓器的研究，分析影響變壓器油電氣性能的各種因素，從而制定更加科學(xué)合理的措施來不斷提高變壓器的性能，保障正常的生產(chǎn)生活，促進經(jīng)濟社會更好發(fā)展。

1.油的含水量

一般情況下在變壓器里面的水會以沉積、溶解的形式存在，另外還會以兩種形態(tài)結(jié)合的形式存在。變壓器中油的含水量高低會對工頻擊穿電壓產(chǎn)生影響，含水量越高，相應(yīng)的工頻擊穿電壓就會越低。

另外，變壓器中油的含水量會對油的介損指標(biāo)（tg）和固體絕緣電性能產(chǎn)生比較大的影響。當(dāng)油中含水量升高的時候會導(dǎo)致介損指標(biāo)tg 6值的升高。而且油中水分增加會導(dǎo)致油浸紙的擊穿電壓值急速下降。因此，變壓器在出廠時需要將含水量降到0.5%以下才能出廠。

在變壓器運行過程中時，變壓器中的油溫會發(fā)生變化，當(dāng)油溫升高的時候會導(dǎo)致紙中的含水向油中擴散，最終造成油中含水量的升高，相應(yīng)的紙中的含水量就會降低。相反，如果變壓器的運行溫度低于正常運行的標(biāo)準(zhǔn)，油中水的擴散方向是相反，油中的含水將向紙中擴散。

因此，當(dāng)變壓器中的油溫比較高，但是運行環(huán)境溫度比較低或者在油含水量過高的狀態(tài)下退出運行的時候，油中所含的水分會有一部分向絕緣紙中擴散。同時當(dāng)變壓器停止運行的時候會造成其中油溫的降低，最終導(dǎo)致油中含水量高于正常的含水飽和溶解量，變壓器油中多余的水分會隨著溫度的降低逐漸從油中析出，然后沉積在變壓器油箱或者冷卻器的底部。所以在平時的工作中要加強對這種情況的關(guān)注，嚴(yán)格控制變壓器中油的含水量，避免油中含水量過高導(dǎo)致變壓器故障。

另一方面合理降低油的含水量能夠有效減緩油老化，提高變壓器運行的安全可靠性。一般情況下可以對變壓器中的油進行真空加熱，將油的溫度升高到70℃左右，然后對其進行抽高真空，從而有效減低油的含水量。

2.電場的均勻程度

電場的均勻程度不同，相應(yīng)的雜質(zhì)對擊穿電壓的影響也是不一樣的。當(dāng)電場比較均勻的時候，雜質(zhì)對于擊穿電壓的影響比較大，雜質(zhì)越多，機床電壓的分散性也就會越大。而在不均勻的變壓器電場中，當(dāng)場強在最高處發(fā)生局部性的放電的時候，變壓器中的油箱會受到干擾，油箱中的油處于波動狀態(tài)，不是很穩(wěn)定，這種情況下就會導(dǎo)致油中的雜質(zhì)難以形成小橋，而且當(dāng)油箱中的油受到?jīng)_擊電壓瞬時作用的時候，時間特別短，這種情況下，油中得到雜質(zhì)沒有足夠的時候形成小橋，也不會發(fā)生擊穿，因此在不均勻的電場中，耐壓及沖擊電壓受油中的影響比較小。當(dāng)變壓器油箱中有金屬異物、雜質(zhì)、氣泡等物質(zhì)的時候會對變壓器電場的均勻程度產(chǎn)生影響。一般可以通過增加鐵芯屏蔽，加大電極曲率半徑的方式來改善變壓器的電場均勻程度，一方面能夠縮小絕緣距離，另一方面能夠有效提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3.油的流動速度

變壓器在工作過程中，油箱里面的油是處于流動狀態(tài)，流動過程中會與油箱內(nèi)的絕緣材料發(fā)生磨擦，從而產(chǎn)生靜電。變壓器內(nèi)油的流速越高，相應(yīng)的變壓器的電壓就越高。在變壓器中由于油的流動而出現(xiàn)帶電的現(xiàn)象一般都稱為油流帶電。

這種現(xiàn)象會導(dǎo)致變壓器內(nèi)的電場出現(xiàn)異常變化，油流帶電產(chǎn)生的電壓會與變壓器的試驗電壓相互疊加影響。如果疊加后的變壓器電場強度超過絕緣材料正常產(chǎn)生的放電場強的時候就會對變壓器的正常安全運行產(chǎn)生影響。變壓器的電壓級別越高，相應(yīng)受到的油流帶電的影響也就越大。因此，在運行過程中要嚴(yán)格控制變壓器中的油流速度。一般可以通過加大油流通道的截面面積，降低變壓器內(nèi)的油流速度以及在油流通道的絕緣件位置進行倒圓角處理的方式來對變壓器流速進行控制。這些方法只能在一定程度上對變壓器的油流速度產(chǎn)生影響。對容量電壓等級都比較高的變壓器則需要采取更多更復(fù)雜的方法來實現(xiàn)對油流速度的控制。一方面可以利用大流量的強迫油循環(huán)冷卻器油泵來降低變壓器中油流帶電的電壓，有效避免由于油流帶電所造成的絕緣局部放電現(xiàn)象。另外可以在變壓器的油箱中添加一定比例經(jīng)過處理的苯丙三唑?qū)ψ儔浩鞯挠唾|(zhì)進行改善處理，能夠在不影響油的正常使用的前提下有效降低變壓器中油的帶電量。

4.油中雜質(zhì)及油的含氣量

4.1油中雜質(zhì)對變壓器電氣性能的影響

正常情況下，純凈油的擊穿場強是比較高的，但是當(dāng)油中摻入各種雜質(zhì)或者水分的時候就會導(dǎo)致油的擊穿電壓的下降。

由于變壓器特定的工作方式，在變壓器中有許多絕緣材料，但是在變壓器的油箱中油中含有大量的纖維雜質(zhì)，當(dāng)這些纖維雜質(zhì)吸收了一定的水分之后就會更加容易造成導(dǎo)電。當(dāng)油中的介電系數(shù)比較大的時候，就會沿著電場的方向形成雜質(zhì)小橋，變壓器中的電流就會沿著這些小橋形成泄漏，產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致溫度升高，從而引起易油中水分的氣化。氣化的水分會在油中產(chǎn)生氣泡，隨著氣化的加重，氣泡也會逐漸變大。這些氣泡和小橋的存在為電壓擊穿提供了通道。

現(xiàn)在在實際工作中主要是利用濾油機來處理變壓器油箱中油中的雜質(zhì)。一般來講，對于電壓值為500kV的變壓器需要綜合利用粗過濾器和精過濾器2種結(jié)合才能達到比較理想的處理效果，同時要保證油箱中油的耐壓水平高于60kV/2.5mm。

4.2油的含氣量

變壓器中油的含氣量與變壓器的絕緣性能有直接的關(guān)系，含氣量直接影響超高壓變壓器的絕緣性能。正常情況下油中能夠溶解空氣的量為10%～11%。當(dāng)油中含氣量在11%的時候就達到了油含氣的飽和狀態(tài)。一旦含氣量超過正常的飽和溶解量就會導(dǎo)致油中的氣體受到大氣壓以及油壓的作用從油中釋放出來，從而在氣體與液體的交界面形成懸浮的氣泡。而且氣體和液體兩種介質(zhì)之間的介電系數(shù)是不一樣的，變壓器的電場在兩種介質(zhì)之間會發(fā)生畸變，從而導(dǎo)致氣泡放電。當(dāng)變壓器級別達到60kV級以上的時候就需要嚴(yán)格把控油中的含氣量，一般在投入運行前可以通過真空注油以及靜放處理來消除變壓器油箱內(nèi)以及油中氣泡，避免在正常工作中出現(xiàn)氣泡放電。正常情況下要保證在運行過程中變壓器油中的含氣量低于4%，電壓越高對應(yīng)的油中含氣量的要求也就越嚴(yán)格，對于電壓為500kV的變壓器油而言，要嚴(yán)格控制其油箱中油的含氣量在0.5%以內(nèi)。

5.結(jié)論

變壓器的性能受到多種因素的影響，通過本文的談?wù)搶镜暮?、含氣量以及油流速度對變壓器性能的影響有了深刻的了解。未來在變壓器的使用過程中會出現(xiàn)更多的情況，需要相關(guān)工作人員加強對變壓器使用的研究，制定更加合理的針對性措施。