溫度對油紙絕緣介電性能的影響規(guī)律

彭 勇，代敦三

（湖北省電力裝備有限公司，武漢 430000）

引言

高壓直流線路具有損耗小、造價低等優(yōu)點，近年來，在我國得到了廣泛應(yīng)用，愈來愈多的高壓直流線路被興建[1]。但隨之而來的高壓直流線路的安全穩(wěn)定運行成為了保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的重要問題。

換流變壓器作為高壓直流輸電線路的重要一員，肩負著電能變換與傳輸?shù)闹厝危瑢Ω邏褐绷骶€路的運行發(fā)揮著舉足輕重的作用[2]。然而，據(jù)統(tǒng)計，由于換流變壓器的工作環(huán)境較為惡劣，其故障率占據(jù)整個直流系統(tǒng)故障率的一半以上，這對我國的直流輸電造成了巨大的惡劣影響[3]。據(jù)分析，導(dǎo)致?lián)Q流變壓器發(fā)生故障的主要原因是其內(nèi)部油紙絕緣的損害，而其內(nèi)部油紙絕緣的介電性能容易受到工作溫度的影響[4]。因此，研究溫度對油紙絕緣介電性能的影響十分有必要。

綜上，針對溫度對油紙絕緣介電性能的影響，分別研究溫度對變壓器油及浸油紙板相對介電常數(shù)的影響，以獲得溫度對變壓器油及浸油紙板相對介電常數(shù)的影響規(guī)律。

1 溫度對換流變壓器的影響

溫度對換流變壓器的油紙絕緣結(jié)構(gòu)影響較大，主要表現(xiàn)在溫度會影響油紙絕緣結(jié)構(gòu)中水分的形態(tài)，使水分在浸油紙板和變壓器油之間轉(zhuǎn)移，進而改變油紙絕緣的電場分布，最終對換流變壓器的絕緣性能造成較大影響[5]。同時，換流變壓器在工作中受到高溫等因素的影響，會使油紙絕緣性能發(fā)生老化及損害，對換流變壓器的安全穩(wěn)定運行進一步造成影響[6]。

2 溫度對油紙絕緣的影響規(guī)律

2.1 溫度對變壓器油相對介電常數(shù)的影響

為研究溫度對變壓器油相對介電常數(shù)的影響，設(shè)置溫度在[-40 ℃，100 ℃]區(qū)間內(nèi)，計算不同含水率下變壓器油的相對介電常數(shù)，計算結(jié)果如圖1所示。

圖1 溫度對變壓器油相對介電常數(shù)的影響

由圖1可知，隨著溫度升高，變壓器油的相對介電常數(shù)呈現(xiàn)線性下降趨勢。造成這種現(xiàn)象的原因是，隨著溫度的升高，變壓器油的體積增大，導(dǎo)致單位體積內(nèi)變壓器油分子數(shù)減少，進而致使其相對介電常數(shù)降低。同時觀察圖1 可得，在不同的含水率下，變壓器油的相對介電常數(shù)變化趨勢一致，數(shù)值較為重合，因此可以認為含水率對變壓器油的影響不大。其原因為在變壓器油中，水分含量非常低，對變壓器油的相對介電常數(shù)影響不大。

2.2 溫度對浸油紙板相對介電常數(shù)的影響

為研究溫度對浸油紙板相對介電常數(shù)的影響，同樣設(shè)置溫度在[-40 ℃，100 ℃]區(qū)間內(nèi)，設(shè)置浸油紙板厚度為1 mm，計算不同含水率下浸油紙板的相對介電常數(shù)，計算結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，隨著溫度的升高，浸油紙板的相對介電常數(shù)呈現(xiàn)上升趨勢。同時觀察圖2 可得，隨著含水率的增大，浸油紙板的相對介電常數(shù)也隨之增大。

圖2 溫度對浸油紙板相對介電常數(shù)的影響

為進一步研究溫度對浸油紙板相對介電常數(shù)的影響，設(shè)置頻率處于[10-2Hz，104Hz]區(qū)間內(nèi)，溫度分別為-40 ℃、-20 ℃、0 ℃及20 ℃，研究不同溫度下浸油紙板的相對介電常數(shù)變化規(guī)律，計算結(jié)果如圖3 所示。由圖3 可知，隨著頻率的升高，浸油紙板的相對介電常數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢。同時，隨著溫度的上升，浸油紙板的相對介電常數(shù)增大。

圖3 溫度對浸油紙板相對介電常數(shù)的影響

3 結(jié)論

為研究溫度對油紙絕緣介電性能的影響，針對溫度對變壓器油及浸油紙板的相對介電常數(shù)的影響展開了研究。結(jié)果表明：（1）隨著溫度升高，變壓器油的相對介電常數(shù)呈線性規(guī)律下降，但變化幅度較小，水分對變壓器油相對介電常數(shù)影響較??；（2）隨著溫度升高，浸油紙板的相對介電常數(shù)呈上升趨勢；（3）隨著頻率的升高，浸油紙板的相對介電常數(shù)呈下降趨勢。