變壓器絕緣油化驗(yàn)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用

王 超

（國(guó)家能源集團(tuán)朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司原平分公司，山西忻州 034100）

0 引言

變壓器在使用中，尤其是開(kāi)啟及關(guān)閉的操作中容易引起電弧現(xiàn)象，通過(guò)絕緣油可有效消滅電弧，保證各組件運(yùn)行的安全性，避免變壓器中的鐵芯、線圈等受到空氣、水分的浸蝕而生銹腐蝕，既能確保變壓器穩(wěn)定運(yùn)行，還能提高其安全性，延長(zhǎng)設(shè)備壽命。基于此，探討油化驗(yàn)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用尤為必要。

1 變壓器絕緣油化驗(yàn)的重要性

變壓器絕緣油化驗(yàn)可為變壓器運(yùn)行的安全性、可靠性提供重要的性能參考信息，如變壓器的腐蝕狀態(tài)、絕緣狀態(tài)、密封性能以及異常放電等，都可以通過(guò)油品化驗(yàn)結(jié)果及時(shí)有效地掌握。通過(guò)變壓器絕緣油品化驗(yàn)，能及時(shí)有效了解變壓器性能的相關(guān)信息，為設(shè)備的檢修提供有價(jià)值的參考，為變壓器是否需要解列提供必要的參考信息和數(shù)據(jù)支撐?？傊?，加強(qiáng)對(duì)變壓器絕緣油化驗(yàn)的研究，可為變壓器的狀態(tài)檢修提供必要的技術(shù)保障，為電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化、智慧化、不停電運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2 變壓器絕緣油性能變化的常見(jiàn)形式及危害

2.1 化學(xué)性能變化

絕緣油化學(xué)性能變化主要是通過(guò)酸價(jià)這一指標(biāo)來(lái)判斷。隨著變壓器投入使用時(shí)間的延長(zhǎng)，酸價(jià)也會(huì)逐漸發(fā)生變化。如果變壓器絕緣油的酸價(jià)超過(guò)0.1，就極易發(fā)生故障、甚至停止運(yùn)行。此外，變壓器絕緣油的pH 值越大，絕緣油的純度越高。但隨著使用時(shí)間的增加，pH 數(shù)值會(huì)逐漸降低，如果pH 值低于0.4，則提示絕緣油中存在較多雜質(zhì)，會(huì)加劇對(duì)設(shè)備的腐蝕，且絕緣性能也隨之降低，容易出現(xiàn)漏電等問(wèn)題，安全隱患開(kāi)始增大。

2.2 物理性能變化

由于電力系統(tǒng)中變壓器的特殊作用，決定了變壓器絕緣油的物理性能對(duì)變壓器的影響非常大。通常情況下，剛投入使用的絕緣油呈淡藍(lán)色，隨著使用時(shí)間的增加，顏色會(huì)逐步加深，各種雜物增多，變?yōu)榱淤|(zhì)油，致使變壓器無(wú)法安全運(yùn)行。因?yàn)榱淤|(zhì)油能夠分解成多種產(chǎn)物，這些產(chǎn)物會(huì)在變壓器散熱管、線圈等部位沉積而形成油泥，致使變壓器絕緣油無(wú)法正常循環(huán)流動(dòng)，絕緣性能快速降低，變壓器在此種狀態(tài)下運(yùn)行，極易發(fā)生污閃等問(wèn)題。區(qū)分優(yōu)質(zhì)絕緣油和劣質(zhì)絕緣油的關(guān)鍵指標(biāo)是黏度，絕緣油低于1.8 恩氏黏度（9.5 mm2/s）是優(yōu)質(zhì)油，反之是劣質(zhì)油。變壓器投入的時(shí)間越長(zhǎng)，絕緣油的質(zhì)量會(huì)隨之下降，油體的黏度增加、質(zhì)量變差，散熱和絕緣效果都隨之降低，對(duì)其使用壽命造成影響。若絕緣油的問(wèn)題較多，甚至還會(huì)誘發(fā)失火、爆炸等事故。

表面張力也變壓器絕緣油的主要物理性能參數(shù)，變壓器運(yùn)行中，絕緣油的表面張力不斷發(fā)生變化，通常以35 mN/m 為絕緣油的標(biāo)準(zhǔn)表面張力。隨著使用時(shí)間增加，絕緣油不斷劣化，表面張力不斷降低，降低到19 mN/m 時(shí)，表明絕緣油已變?yōu)榱淤|(zhì)油，其中可能含有大量的雜質(zhì)、氧化物，如果不及時(shí)更換，極易發(fā)生故障和安全問(wèn)題[1]。

2.3 電氣性能變化

新投入使用的絕緣油純度較高，但隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)，絕緣油中的水分、雜質(zhì)等逐漸增多，其純度及性能持續(xù)降低。如果變壓器絕緣油中的水分超過(guò)總量的0.02%，則介質(zhì)損傷不斷加劇，損傷范圍超過(guò)0.3%，將會(huì)對(duì)變壓器運(yùn)行產(chǎn)生嚴(yán)重威脅形成安全隱患，需要及時(shí)采取有效措施進(jìn)行處理。此外，擊穿電壓也會(huì)受到變壓器絕緣油中含水量增多的影響，如果絕緣油中含水量超過(guò)變壓器運(yùn)行的最大允許標(biāo)準(zhǔn)，勢(shì)必會(huì)影響擊穿電壓。如果含水量達(dá)到0.02%以上，擊穿電壓會(huì)加劇減低，當(dāng)達(dá)到一定降低幅度后，將影響變壓器的正常運(yùn)行。

3 絕緣油品化驗(yàn)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用

3.1 內(nèi)容

變壓器絕緣油在變壓器運(yùn)行中起到傳輸介質(zhì)和冷卻的功能，其優(yōu)劣程度對(duì)變壓器運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性有較大影響。導(dǎo)致變壓器絕緣油劣化的主要原因有變壓器絕緣油被污染、過(guò)熱、電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)大、氧化嚴(yán)重等，其中污染主要指的是受潮氣污染。為保證變壓器絕緣油的化學(xué)性能、物理性能、電氣性能等滿足變壓器運(yùn)行的要求，需要進(jìn)行一系列化驗(yàn)，變壓器絕緣油化驗(yàn)內(nèi)容主要包括以下7 個(gè)方面。

（1）機(jī)械雜質(zhì)化驗(yàn)。通過(guò)機(jī)械雜質(zhì)化驗(yàn)，可快速準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣油中不溶性油泥、纖維及其他雜質(zhì)的種類和含量。提醒工作人員及時(shí)清理或更換絕緣油。如果絕緣油中這些物質(zhì)過(guò)多，會(huì)引起油道堵塞，或沉在積變壓器線圈中的某個(gè)位置，無(wú)法正常散熱，導(dǎo)致局部溫度無(wú)法及時(shí)散發(fā)，引起火災(zāi)等安全事故。

（2）水分化驗(yàn)。水分是影響變壓器絕緣油性能的關(guān)鍵指標(biāo)，含水量過(guò)大，會(huì)直接導(dǎo)致絕緣油失去原有的性能，降低變壓器各零部件運(yùn)行的可靠性和使用壽命。

（3）酸值。若變壓器絕緣油中酸性產(chǎn)物含量過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致絕緣油的導(dǎo)電性增加，起不到絕緣作用，冷卻性能也會(huì)降低，隨著使用時(shí)間的增加，溫度持續(xù)升高，加速固體材料老化速度，縮短使用壽命。

（4）pH 值。變壓器絕緣油老化初期，極易生成低分子有機(jī)物酸，常見(jiàn)的有甲酸、乙酸等，提升絕緣油的溶水性，對(duì)于變壓器的金屬元件以及絕緣材料都造成腐蝕問(wèn)題，影響其絕緣性能，對(duì)其使用壽命也造成嚴(yán)重影響，運(yùn)維成本隨之增加。

（5）閃點(diǎn)。隨著變壓器絕緣油閃點(diǎn)的不斷降低，會(huì)形成一定量的可揮發(fā)性可燃?xì)怏w，氣體通常具有良好的導(dǎo)熱性，電氣設(shè)備溫度增加，如果出現(xiàn)電弧放電，溫度會(huì)隨之快速上升，使絕緣油裂解的現(xiàn)象加劇。通過(guò)閃點(diǎn)測(cè)定，可及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障，提醒工作人員及時(shí)解決，保證變壓器運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。

（6）耐壓。絕緣油是變壓器的主要絕緣材料，其擊穿電壓是保證設(shè)備安全的關(guān)鍵參數(shù)，如果擊穿電壓下降，必然會(huì)影響絕緣效果。電壓擊穿設(shè)備，將引發(fā)安全事故。

（7）色譜分析。色譜分析是油化驗(yàn)在電力系統(tǒng)運(yùn)用的關(guān)鍵，通過(guò)色譜分析，可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)變壓器運(yùn)行中的潛伏性故障。其他影響變壓器絕緣油的主要因素是局部過(guò)熱引發(fā)電暈、放電等問(wèn)題，主要?dú)怏w包括甲烷、乙炔、丙烯、一氧化碳以及二氧化碳等。通過(guò)色譜分析可獲知絕緣油中的氣體種類、含量等，可作為判斷變壓器運(yùn)行故障的主要依據(jù)[2]。

3.2 方法

3.2.1 物理性能試驗(yàn)

變壓器絕緣油屬于典型的礦物油，組分復(fù)雜，并不是單一的化學(xué)物質(zhì)，是一種由多種液態(tài)烴組成的混合油，無(wú)法準(zhǔn)確獲知單體組分和相關(guān)的物理性能，只能總體分析其物理性能，具有多種烴類化合物的綜合物理性能[3]。因此，在絕緣油物理性能試驗(yàn)中，可采用條件試驗(yàn)法對(duì)變壓器絕緣油的密度、黏度、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)等物理性能進(jìn)行測(cè)試。

3.2.2 化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)

化學(xué)性質(zhì)是衡量變壓器絕緣油性能的主要指標(biāo)，其測(cè)定機(jī)理比較簡(jiǎn)單，主要是根據(jù)絕緣油相關(guān)的物質(zhì)特性，利用相應(yīng)試劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程、產(chǎn)生物等，對(duì)絕緣油的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定量和定性分析。通過(guò)化學(xué)性能試驗(yàn)，可對(duì)變壓器絕緣油的水溶性酸、酸值、苛性鈉、氧化安定性等進(jìn)行全面測(cè)定，為絕緣油的使用、更換提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2.3 電氣性能試驗(yàn)

變壓器設(shè)備中的絕緣油是液體狀態(tài)的絕緣材料，通過(guò)采用電氣性能試驗(yàn)，可以了解這種材料的擊穿電壓、介質(zhì)損耗因數(shù)、體檢電阻率等，通過(guò)這些指標(biāo)，可準(zhǔn)確分析絕緣油電氣性能的優(yōu)劣，主要是通過(guò)特定的儀器，按照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和試驗(yàn)方法獲知電氣性能。

3.2.4 色譜分析法

色譜分析法主要原理是利用色譜柱，在凈值不同狀態(tài)下得高沸點(diǎn)或是固定相，它們對(duì)絕緣油不同組分的吸收效果或溶解效果的差異性，促使各組分在色譜柱中的移動(dòng)速度不同進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，再通過(guò)專業(yè)的檢測(cè)器進(jìn)行鑒定[4]。利用氣象色譜法測(cè)定變壓器絕緣油中的溶解氣體含量，可直接應(yīng)用于變壓器故障性質(zhì)判斷和處理。

4 實(shí)例分析

2019 年8 月，某220 kV 變電站運(yùn)行中220 kVI 母PT（Potential Transformer，電壓互感器）中的A 相電壓只超過(guò)20 V，該變電站PT 為先進(jìn)的電容式電壓互感器，于2019 年6 月更換完成，通過(guò)電容式互感器的結(jié)構(gòu)可知，造成電壓缺失的主要原因有3 個(gè)：①PT 電磁單元發(fā)生二次側(cè)斷線或者短路；②電容器單元故障，分壓電容C2 短路；③PT 電磁單元一次側(cè)故障。

為找到故障根源，對(duì)A 相PT 取絕緣油進(jìn)行色譜分析，分析結(jié)果為：氫氣含量302.86×10-6；一氧化碳含量為1128.36×10-6；二氧化碳的含量為19 124.32×10-6；甲烷含量為168.95×10-6；乙烯含量為140.65×10-6；乙烷含量為132.67×10-6；乙炔含量為12.32×10-6。

從油化驗(yàn)色譜分析可以看出，該變壓器絕緣油中氫氣、乙炔、烴類氣體含量明顯超標(biāo)，表明引發(fā)此故障的主要原因是電磁單元發(fā)生故障，而且乙炔明顯超標(biāo)嚴(yán)重，但并不是總烴的主要組分，表明大概率是電器單元過(guò)熱[5]。為精確定位故障電，進(jìn)行了高壓試驗(yàn)，生產(chǎn)廠家解體試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致此次故障的主要原因是電器單元中間變壓器高壓繞組發(fā)生熱擊穿，與油化驗(yàn)判斷結(jié)果相吻合，驗(yàn)證了油化驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文結(jié)合理論實(shí)踐，探討油化驗(yàn)在電力系統(tǒng)的運(yùn)用，闡述絕緣油在變壓器運(yùn)行中的重要作用，開(kāi)展油化驗(yàn)可及時(shí)掌握變壓器絕緣油的理化性能、電氣性能等，為變壓器運(yùn)行故障的分析判斷提供必要的參考指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。