特高壓交流變壓器油流帶電問題分析及抑制措施

蘇蕾　黃克選　姚舜

摘要：油流帶電現(xiàn)象是特高壓變壓器工作過程中的常見問題，未能及時處理油流帶電現(xiàn)象，意味著變壓器的絕緣性能、穩(wěn)定性明顯下滑，甚至影響特高壓變壓器的壽命。本文首先分析了導致變壓器油流帶電的原因，隨后探討抑制油流帶電的措施。

關(guān)鍵詞：變壓器;油流帶電;抑制

引言：特高壓變壓器工作在復雜、嚴苛的環(huán)境下，油流帶電現(xiàn)象對于變壓器本身乃至特高壓輸電工程都會產(chǎn)生不利影響，因此要高度重視油流帶電現(xiàn)象的危害，總結(jié)抑制油流帶電的經(jīng)驗。

一、油流帶電問題原因

1.油流流速。油流流速與油流帶電現(xiàn)象關(guān)系非常密切，在變壓器油流速度偏大的情況下，為油流帶電現(xiàn)象提供誘導因素。通過對變壓器油流原理的分析不難看出，在變壓器油流的背景下，電荷分離難度進一步降低，由此導致變壓器內(nèi)部能量提升狀態(tài)。另一方面，變壓器油流現(xiàn)象還會導致層流與紊流現(xiàn)象;兩種情況下的帶電量與油流流速的關(guān)系并不一致，區(qū)別在于是否呈現(xiàn)出線性關(guān)系，尤其是在紊流帶電的情況下，與油流流速之間并不能構(gòu)成線性關(guān)系。特高壓交流變壓器的絕緣體系原理繁瑣，變壓器內(nèi)部的油流漩渦現(xiàn)象則與溫差因素有直接關(guān)系。油流帶電的情況也是不一致的，如果環(huán)境溫度較高，意味著泄露電流的上升狀態(tài)會加劇。

2.溫度影響。油流帶電受溫度影響顯著，溫度對油流的影響表現(xiàn)在力學、電學等多個方面，若要判斷溫度對油流的影響程度，需要從具體的影響方面著手，結(jié)合參數(shù)結(jié)果總結(jié)溫度的影響強度。通過對油流帶電溫度特征的分析不難看出，在溫度逐步上升的情況下，泄露電流表現(xiàn)出峰值現(xiàn)象;換言之就是在溫度超過一定水平（約為55℃）之后，泄露電流由上升狀態(tài)轉(zhuǎn)化為下降狀態(tài)。導致峰值現(xiàn)象的原因在于電荷產(chǎn)生過程與中和過程的競爭效應。另外要考慮到特高壓變壓器油的電導參數(shù)，電導性能對于電離子以及電荷泄露的情況都有明顯影響。通過對電導率與溫度關(guān)系的分析，明確兩個參數(shù)之間存在線性關(guān)系，前提條件是30℃≤T≤50℃;當油流流速為0.3m/s，變壓器電導性能為最佳。

3.含水量影響。變壓器中的電荷密度與含水量關(guān)系密切，如果變壓器油干燥度較高、含水量較少，意味著變壓器的電荷密度處于上升狀態(tài)，因此變壓器油含水量與電荷密度呈反相關(guān)關(guān)系。油流帶電通常說明變壓器的帶電量會比較高，說明變壓器油水分含量偏低。在特高壓變壓器投入運行前，需要規(guī)定油的含水量，最高含水量為10μL/L;在變壓器進入到運行狀態(tài)后，適當提升油的含水量標準，但是不能超過15μL/L。如果變壓器含水量過低，則會增大變壓器的電荷量，進而誘發(fā)變壓器油流帶電。

4.電場強度。電場強度是影響油流帶電的重要指標，如果電場強度處于逐步上升的狀態(tài)，意味著油流帶電程度同步上升。在變壓器油被正電荷擴散滲透、并進入到交流電場后，流動電流也會處于增大狀態(tài)。如果電場強度達到較高的水平，在交流電場的作用下，靜電荷處于上升狀態(tài)并形成電荷分離的誘導因素。由于特高壓變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)電場環(huán)境比較復雜，對于電荷分離也有促進作用。如果油道間隙內(nèi)的電場強度達到1.5Kv/mm，變壓器油流帶電量會快速增加;實際提升效果與特高壓變壓器油道結(jié)構(gòu)關(guān)系密切。

5.固體絕緣材料。特高壓變壓器油箱的絕緣結(jié)構(gòu)材料可能不同，材料類型與油流帶電程度關(guān)系密切。常見的特高壓變壓器絕緣材料包括牛皮紙、木條等等。絕緣材料自身性質(zhì)以及與特高壓變壓器油的接觸面積，是影響靜電電荷以及電流密度的重要因素。

二、抑制油流帶電的措施

1.優(yōu)化絕緣結(jié)構(gòu)。特高壓變壓器結(jié)構(gòu)的重要指標有流速和流量，在不影響變壓器冷卻質(zhì)量的背景下，優(yōu)先采用低流速結(jié)構(gòu)，同時增大油流流量，變壓器油流流速上限為0.24m/s。變壓器油流方向變化、流速不穩(wěn)定現(xiàn)象與絕緣部件關(guān)系密切，因此要注意變壓器絕緣件的物理性質(zhì)。應用在變壓器中的絕緣件要光滑，而且不能存在空隙，對于絕緣材料表面的毛刺則要及時清除，對變壓器油流帶電現(xiàn)象起到抑制作用。另外要注意變壓器油循環(huán)的布局，適當增大油道進出口，同時對變壓器絕緣件進行定期維護，保證絕緣件表面平整光潔，為變壓器油流提供穩(wěn)定環(huán)境。

2.冷卻方式改進。常見的變壓器冷卻思路是強迫油循環(huán)風冷，如果采用這種方式，則要在變壓器的油路中設置油泵，發(fā)揮油泵的提速散熱作用并實現(xiàn)冷卻效果。在強迫油循環(huán)風冷基礎(chǔ)上融合導向思想，提升變壓器冷卻過程中油路的方向有序性，避免冷卻過程中發(fā)生油路混亂的現(xiàn)象。

3.注重油質(zhì)監(jiān)測。特高壓變壓器相比于一般變壓器，安全裕度偏低，需要加強油質(zhì)的實時監(jiān)測力度。可以引入油色譜進行油質(zhì)監(jiān)測，實現(xiàn)油質(zhì)在線監(jiān)測效果;定期開展變壓器油質(zhì)離線監(jiān)測工作，與此同時做好變壓器油質(zhì)的全流程維護工作。在檢修特高壓變壓器的過程中做好靜電電壓測量工作，確保特高壓變壓器的全部指標處于正常狀態(tài)。關(guān)于油質(zhì)監(jiān)測，也可以采用超聲定位處理方式，及時發(fā)現(xiàn)可能存在的靜電放電現(xiàn)象。

4.流速與溫度控制。使用自動投切冷卻器可以控制變壓器油流速度，在運行溫度符合要求時，允許油泵投運，確保流速控制效果。自動投切冷卻器有效避免多個變壓器油泵一次性啟動的問題，確保繞組內(nèi)部的油流流速處于合理穩(wěn)定狀態(tài)。

結(jié)束語：抑制油流帶電現(xiàn)象，要從油質(zhì)監(jiān)測、流速控制等多個角度入手;同時結(jié)合特高壓變壓器的實際情況，逐步積累抑制油流帶電的有效經(jīng)驗和手段，為特高壓變壓器創(chuàng)設優(yōu)質(zhì)的工作條件。

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