高壓變壓器用油技術(shù)指標(biāo)及若干問題探討

殷峰

【摘 要】目前，關(guān)于絕緣油的IEC標(biāo)準(zhǔn)和GB標(biāo)準(zhǔn)均不能滿足特高壓工程建設(shè)的需要，特高壓工程標(biāo)準(zhǔn)還沒有涵蓋絕緣油的所有檢驗環(huán)節(jié)。鑒于特高壓工程的特殊要求以及變壓器油檢驗環(huán)節(jié)多、檢驗項目多、參照標(biāo)準(zhǔn)多、部分技術(shù)指標(biāo)規(guī)定不一致等，將變壓器油技術(shù)指標(biāo)重新分類為固有特性指標(biāo)、化學(xué)特性指標(biāo)、電氣質(zhì)量指標(biāo)和特征量指標(biāo)，在此基礎(chǔ)上形成特高壓變壓器用油技術(shù)指標(biāo)一覽表，并對其所涉及的若干問題進行探討，如油的擊穿電壓及其影響因素、氧化安定性及其相關(guān)檢測指標(biāo)等，以供參考。

【關(guān)鍵詞】特高壓變壓器；絕緣油；技術(shù)指標(biāo)

1變壓器油技術(shù)指標(biāo)分類

變壓器油技術(shù)指標(biāo)按常規(guī)分類方法可分為：物理性能、化學(xué)性能、電氣性能等指標(biāo)；按IEC60296—2003分類方法可分為：功能特性、精制與穩(wěn)定性、運行性能以及健康、安全和環(huán)境因素等4類指標(biāo)。綜合考慮變壓器油的技術(shù)指標(biāo)特性及其在不同檢驗環(huán)節(jié)的不同要求，將變壓器油技術(shù)指標(biāo)重新分類為：固有特性指標(biāo)、化學(xué)特性指標(biāo)、電氣質(zhì)量指標(biāo)和特征量指標(biāo)。

1.1固有特性指標(biāo)。在運行中無需監(jiān)測的與油品質(zhì)有關(guān)而與油劣化過程和凈化處理無關(guān)的反映油品固有特性的指標(biāo)，具有相對穩(wěn)定性。通過油品供應(yīng)測試報告或新油檢驗確認。

1.2化學(xué)特性指標(biāo)。檢測油中有害化學(xué)物質(zhì)以及影響和反映油品自身劣化（氧化或老化）程度的指標(biāo)。油品劣化與油中氧含量和油溫度密切相關(guān)，并有一個時間過程。

1.3電氣質(zhì)量指標(biāo)。反映和影響油品電氣特性的指標(biāo)（不限于電氣特性指標(biāo)）。其中反映油品電氣特性的指標(biāo)包括擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率；影響油品電氣特性的指標(biāo)包括含水量、顆粒污染度以及含氣量等。

1.4特征量指標(biāo)。溶解在油中的反映變壓器故障特征和絕緣紙老化特征的氣體和液體指標(biāo)，與油性能無關(guān)。

2若干問題探討

2.1擊穿電壓及影響因素

變壓器油須經(jīng)過過濾和干燥處理才有可能被應(yīng)用在產(chǎn)品上。特高壓變壓器對油的擊穿電壓、含水量、顆粒污染度和含氣量指標(biāo)提出了更高的要求。提高油凈化處理的工程應(yīng)用技術(shù)是特高壓變壓器用油區(qū)別于其他變壓器油的顯著特點之一。

2.2.1擊穿電壓。

變壓器油在實驗室條件下經(jīng)過十分仔細的凈化處理后得到的特別純凈的油，其擊穿電壓可高達1000kV/cm以上。在工業(yè)生產(chǎn)中考慮到實際情況，經(jīng)過充分過濾的油一般可達到60kV/2.5mm以上。GB/T7595—2000[4]規(guī)定500kV設(shè)備投運前油擊穿電壓不小于60kV，運行油不小于50kV。IEC60296—2003在新油的通用規(guī)范中注明：經(jīng)實驗室處理，變壓器油擊穿電壓可達70kV及以上。對于特高壓工程，通過提高油凈化處理的應(yīng)用技術(shù)，擊穿電壓可控制在70kV及以上。

2.2.2含水量和顆粒污染度。

極微量的雜質(zhì)也將顯著地影響電氣強度。事實上，最大可能影響擊穿電壓的雜質(zhì)是水分和纖維，特別是二者同時存在時，尤為嚴重。當(dāng)絕緣油中含有5L/L以上的水，并同時含有固體雜質(zhì)時，其絕緣強度大為降低，但將雜質(zhì)過濾后，油的絕緣強度降低甚微。GB/T7595—2000規(guī)定330～500kV設(shè)備投運前油含水量不大于10L/L，運行油不大于15L/L。美國宇航標(biāo)準(zhǔn)NAS1638的顆粒污染度分級標(biāo)準(zhǔn)將粒徑分為5個范圍，將油分為14個級別，對每個級別的每個范圍都作了規(guī)定。對于特高壓變壓器，鑒于水分與固體雜質(zhì)顆粒共存對擊穿電壓的影響極大，根據(jù)目前現(xiàn)場油凈化處理水平，將含水量指標(biāo)分為5L/L或10L/L2檔，將顆粒污染度控制在NAS2級或NAS3級。運行油控制在10L/L和NAS3級；注入油和投運前油控制在10L/L和NAS2級，在實際應(yīng)用中，當(dāng)含水量實測指標(biāo)達到5L/L及以下時，顆粒污染度可按NAS3級控制。

2.2.3含氣量指標(biāo)。

含氣量指標(biāo)沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。1976年國際大電網(wǎng)會議規(guī)定500kV級電氣設(shè)備含氣量不大于0.5%；GB/T7595—2000[4]規(guī)定330～500kV設(shè)備投運前油含氣量不大于1%，運行油不大于3%。一般溶解在油中的氣體不會影響擊穿電壓，但含量較高的油中氣體在溫度和壓力變化時有可能達到飽和值而析出氣泡。變壓器進行高壓試驗前必須靜置足夠的時間，使殘留氣泡溶于油中，以免造成局部放電。

2.3氧化安定性及相關(guān)檢測指標(biāo)

變壓器油應(yīng)具有良好的氧化安定性。一般情況下，需添加少量合適的抗氧化劑（常態(tài)抗氧化）；高溫下運行或重要的變壓器用油，通常采用添加較大量合適的抗氧化劑（較大抗氧化）。為延長變壓器的使用壽命，按重量計0.3%的抗氧化劑是必不可少的。特高壓變壓器的極端重要性必然體現(xiàn)于要求其絕緣用油具有較大抗氧化性能。

2.3.1抗氧化劑。

IEC60296—2003通用規(guī)范中將油分為3種：未加抗氧化劑油、加微量抗氧化劑油和加抗氧化劑油，并規(guī)定了抗氧化劑指標(biāo)，在變壓器油中加入2.6–二叔丁基對甲酚抗氧化劑，我國已積累大量運行經(jīng)驗。對特高壓變壓器，抗氧化劑可選用2.6–二叔丁基對甲酚（T501），含量為（0.3±0.05）%。

2.3.2腐蝕性硫、PCB含量、水溶性酸、界面張力和體積電阻率。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的變壓器用油腐蝕性硫、多氯聯(lián)苯（PCB）含量、水溶性酸、界面張力和體積電阻率有不同的通用規(guī)范，特高壓變壓器用油參照采用符合現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的指標(biāo)。

2.4油品固有特性指標(biāo)

2.4.1脈沖擊穿電壓與油品特殊指標(biāo)。

脈沖擊穿電壓是評定油品本身電氣性能的指標(biāo)，其值與油的組分密切相關(guān)。芳烴含量特別是多環(huán)芳烴、膠質(zhì)等含量增多使脈沖擊穿電壓峰值明顯降低，而過量添加抗氧化劑也會影響脈沖擊穿電壓。析氣性也與芳烴含量有關(guān)，芳烴含量越多，吸收氣體的效果越好。變壓器用油不應(yīng)片面追求高的析氣性指標(biāo)，而應(yīng)以保證抗氧化安定性指標(biāo)和絕緣性能為前提。變壓器中油流帶電除了與變壓器的電壓等級、器身結(jié)構(gòu)、運行溫度和油流速度有關(guān)外，還與變壓器油品的油流帶電度（帶電傾向，ECT）有關(guān)。碳型結(jié)構(gòu)就是將組成復(fù)雜的基礎(chǔ)油簡單視為由芳香環(huán)、環(huán)烷環(huán)和烷基側(cè)鏈3種結(jié)構(gòu)組成的單一分子，利用油分子結(jié)構(gòu)中各種烴類組分與苯胺的臨界溶解溫度不同測定油的苯胺點，可較簡單地測定油的大致結(jié)構(gòu)組分。油中芳烴含量會帶來氧化安定性和絕緣相關(guān)性能變差的問題，IEC60296—2003。規(guī)定多環(huán)芳烴（PCA）含量3%。特高壓變壓器用油優(yōu)先選用環(huán)烷基油，其鏈烷烴碳原子百分數(shù)50%。對于特高壓變壓器，油品供應(yīng)單位應(yīng)提供脈沖擊穿電壓、析氣性、帶電度、碳型結(jié)構(gòu)及苯胺點分析結(jié)果等特殊指標(biāo)的測試報告，以確保油品絕緣性能、氧化安定性和質(zhì)量穩(wěn)定性。

2.4.2傾點與最低冷態(tài)投運溫度。

變壓器油牌號多種多樣，以凝點為基礎(chǔ)規(guī)定油牌號的編號方法在國際上無法統(tǒng)一。

2.4.3粘度、閃點和密度。

粘度除包括與最低冷態(tài)投運溫度相關(guān)的指標(biāo)要求以外，還有與冷卻效果相關(guān)的指標(biāo)要求。GB2536—1990[2]和IEC60296—2003[3]均規(guī)定了變壓器油在40℃時粘度的上限值作為對冷卻效果的保證，但規(guī)定值略有差別，可按IEC60296—2003[3]要求統(tǒng)一為：運動粘度（40℃）12mm2/s。

3結(jié)論

3.1提高擊穿電壓控制指標(biāo)的首要目的是提高絕緣系統(tǒng)的絕緣強度和安全裕度，直接作為特高壓變壓器提高設(shè)計場強的依據(jù)是不充分的。

3.2提高變壓器油凈化處理的工程應(yīng)用水平是提高油擊穿電壓控制指標(biāo)的前提。雜質(zhì)顆粒含量按NAS1638標(biāo)準(zhǔn)分級，并與含水量配合控制特高壓變壓器用油的凈化質(zhì)量。

3.3為延長特高壓變壓器的使用壽命，需在油中添加較大量合適的抗氧化劑，并對氧化安定性等指標(biāo)提出嚴格要求。

參考文獻：

[1]中國石油化工集團公司.GB2536—1990變壓器油[S].北京：國家技術(shù)監(jiān)督局，1990.

（作者單位：國網(wǎng)濱州供電公司山東濱州）