浅谈超高压\大容量变压器绝缘油中颗粒度指标保证

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摘要：本文介绍了变压器油中颗粒度现状，着重分析讨论了不同种类颗粒、不同种类电压下颗粒对变压器绝缘强度的影响以及颗粒对不同绝缘结构强度的影响，从而阐明控制变压器油中颗粒度的重要性。最后介绍了超高压主变油净化工艺和减少颗粒度影响的措施。

关键词：变压器油；颗粒度；绝缘强度

中图分类号：TM411文献标识码： A

随着我国电力工业的发展,供电量逐年上升,电力变压器也逐渐向高电压、大容量方向发展。同时,随着制造技术的提高,变压器产品各部位绝缘距离逐渐减小,油纸组合绝缘的介电强度越来越受到重视,绝缘油中颗粒污染影响绝缘油的电气性能，尤其对金属颗粒含量的要求越来越严格。许多实例证明有一定数量变压器的故障是因油中颗粒度含量较大引起的，开展绝缘油颗粒污染分析工作，研究颗粒污染度与电气性能指标的关系，控制颗粒度指标，保证大型变压器的安全运行有着重要意义。

1变压器油中颗粒度现状概况

1.1 变压器油中颗粒污染度主要是纤维、碳和各种金属杂质。主要来源是油在炼制、灌装、运输和施工过程中混入的杂质（油中固有杂质颗粒），变压器在制造和装配过程中混入的杂质（介质污染），以及变压器运行过程中，如内部放电、油泵和分接开关触头等机械部件腐蚀、磨损、撞击和纸板上的纤维因老化被高速油流冲走等产生的杂质。

1.2 超（特）高压、大容量变压器本身运行的特点对油质要求高。固体颗粒杂质对油的电气性能有显著地影响，在高压电场中，颗粒会排成“小桥”，形成绝缘的薄弱环节，降低油的绝缘性能，容易导致绝缘击穿。特别是高压直流换流变压器，由于是直流电场，油中颗粒容易向一个方向移动并在变压器内某部件聚集沉积，形成绝缘的薄弱部位，降低绝缘性能。可以通过监控油中颗粒度，特别是当发现油中颗粒突然增大等异常变化情况时，可提供设备运行状况某些可能出现的故障或异常信息。

1.3 在运行或制造厂中近年来有一定数量变压器事故归咎于油品颗粒影响,所以各制造厂在对变压器油处理时不得不采用严格的过滤过程。国外对变压器颗粒度这一指标的监测开展比较早，早在1991年6月IEC修订颁布了变压器油颗粒度控制标准(IEC296-1991)。我国对变压器颗粒度的监测起步较晚，也就是2000年以后才逐步建立起来，目前已制订了颗粒度质量标准并于2008年11月正式颁布变压器油中颗粒度限制（DL/T1096-2008）,适用于500KV及以上变压器、电抗器的质量监督。采用美国NAS1638:1984颗粒污染度分级标准。

2 颗粒对变压器油绝缘强度的影响

2.1变压器油中不同颗粒种类对变压器绝缘结构介电强度影响

（1）非金属颗粒对击穿电压的影响

变压器油在自然环境中或产品正常运行中被污染的主要因素是非金属颗粒。这种污染包括纸、纸板中纤维状杂质颗粒。这种颗粒的颗粒度大小(在一定范围内) 不会对变压器绝缘强度造成很大影响。但是变压器油击穿电压与颗粒度以及变压器油中含水量关系密切,在比较纯净的变压器油中含水量是影响变压器油击穿电压以及产品介电强度的主要原因，油中有纤维杂质存在时，油中含水量的影响会更加显著。因此我们建议检测油的颗粒含量,尤其是油中含有纤维颗粒时要有含水量报告。

（2）金属颗粒对击穿电压的影响

金属颗粒对变压器油中颗粒污染物随运行年限的增加而增长，设备在运行中，由于热和电的作用，绝缘介质和材料会老化产生颗粒。当运行中绝缘油水分指标无明显变化，击穿电压指标下降时，由于绝缘油中金属颗粒是影响电气性能的主要杂质颗粒，因此有必要研究金属颗粒对其影响的程度和规律。金属颗粒对绝缘强度的影响远远大于非金属颗粒。运行绝缘油颗粒度检测中含非金属颗粒较多。绝缘油中颗粒度在一定的范围内变化，对击穿电压产生的变化并不明显，但随着颗粒数目的上升，击穿电压呈下降趋势。油中铜颗粒比铁颗粒对击穿电压的影响更大。通过对铜和铁颗粒的模拟样品的测试，颗粒数目的模拟基本成线性趋势，击穿电压水平也成线性趋势。但总体上分析，具有很大的分散性。油中水分基本接近的条件下，油中颗粒数增加，击穿电压水平下降；铜颗粒与铁颗粒数目基本接近时，铜颗粒样品的击穿电压水平低于铁颗粒样品的击穿电压水平。

直观上看,因为金属粒子能够产生大量活性电子,活性电子对变压器油击穿电压和油质老化都有明显影响,所以金属粒子在变压器油中会对变压器介电强度产生很大影响。但由于我国变压器油产品目前都采用深度精制加抗氧剂方法来调制,抗氧剂的酚集团能够大幅度地减少变压器油中活性电子,所以短期内不会产生绝缘故障而导致重大事故。又由于变压器油中存在过量的铜、铁等金属粒子会导致变压器油介质损耗剧烈增加,这种介质损耗的增加会在短期内有显著变化,如任其发展会导致变压器绝缘性能下降而形成闪络。

（3）由于颗粒的种类不同,会对产品介电强度产生不同影响,故正确地识别颗粒种类对指导生产和产品监督有重要意义。实践中虽然影响计数准确性的因素很多,对结果分析有很大影响,但是颗粒的识别比颗粒计数更重要。因为金属颗粒比纤维杂质更危险,所以必须正确识别颗粒种类,以便找出分析原因尽快解决问题。

2.2 不同种类电压下颗粒度对变压器绝缘强度的影响

研究机构为了研究变压器油中颗粒度对绝缘结构中放电影响进行了一系列试验。其结果定性推断:杂质颗粒群在直流电压作用下更容易产生定向运动,从而形成的桥络电压要低于交流电压值,同理,直流下击穿电压也低于交流电压下的击穿电压,即变压器油中杂质颗粒度对产品介电强度影响在直流电压下要比在交流电压下大。故在颗粒度质量标准DL/T1096-2008变压器油中颗粒限制中对直流变的控制指标高于交流变。

2.3颗粒度对不同绝缘结构强度的影响

关于颗粒度对绝缘油击穿电压影响数据可看出电极的类型和电压的应用方式对油击穿电压的测试结果会有很大影响。

（1）用裸电极进行试验，所用测试油杯都符合IEC156 或ASTM- 1816 规定。试验表明,绝缘强度按不同比例都有降低,尤其是在长时间加电压测试大体积变压器油样时表现更为明显。因为试验是用裸电极完成的,它们中击穿电压仅与油中初始放电有关。由于起始放电多发生在油和电极接触面,显然应该考虑电极对油中颗粒放电,而实际上有些高电压产品易受损部位恰恰是高压套管屏蔽处和高压引线处,在它们大油隙中而无绝缘覆盖。当这些组件被安装在升高座上后,颗粒度对变压器绝缘强度影响明显上升。同时也应注意到以上绝缘强度的减小只适用于电极表面覆盖一层绝缘的系统中。

（2）有绝缘覆盖电极的油杯中变压器油中颗粒度对绝缘强度影响的试验，平板电极上覆盖一层0.5mm 纸板在然污染下的对比结果，用平板电极和多层纸板组合结构模仿大型电力变压器主绝缘结构(低压绕组与高压绕组间) 。在油中加入铝粉仅减小平均击穿电压的7 % ,但击穿电压最小值减少得比较显著,约32 %。这里表现的击穿过程和裸电极中击穿过程不一样。

（3）研究人员测定了导电颗粒沉淀在绝缘结构表面对绝缘强度的影响。研究人员调查了沉淀在变压器绝缘空间上铝粉的影响,在试验中,铝粉被稀释后涂在纸板的一侧。模仿一个12mm 油隙中加入2张0.5mm 纸板的油隙结构和一个6mm 油隙中加入3张0.5mm 纸板的油隙结构。对于前者,单个油隙击穿电压下降24 % ,对后者双油隙结构,击穿电压下降14%。在另一次相似试验中,用刷子把铝粉加到一层纸板表面, 平均击穿电压由400kV下降到280kV ,减少了30%。所以,对小油隙多层绝缘变压器绝缘结构来说,变压器油中颗粒度对绝缘强度影响相对于裸电极大油隙要小。

变压器绝缘结构属于小油隙多层绝缘结构,颗粒一般都沉淀在箱底和绝缘表面上,这种绝缘结构(包括角环、主绝缘、相间隔板等) 一般与电场梯度垂直,所以不会造成介电强度大幅度下降。一般在例行检查中也能及时发现问题,故不会造成产品严重故障。

3 超高压变压器油净化及减少颗粒度影响的措施

近年来，我国已有750 kV变电所建成并投入运行。然而，按照目前国家电网公司制定的标准，对于变压器油中的一些指标要求，尤其是颗粒度指标尚未实现实质性的突破，从而使油的颗粒度均达到标准要求，这将影响到超高压变压器的长期安全运行。目前，对于超高压变压器绝缘油的净化工艺仍处于摸索阶段。

3.1 超高压变压器油净化

（1）超高压变压器油净化设备特性的比较，板框式压滤机是油净化设备之一，它的净化原理是利用滤油纸吸收水分、过滤杂质。对于被水和尘埃等杂质污染的变压器油(电压等级较低)，经过多次循环过滤，通常能够达到使用要求。但该压滤机存在对细微杂质去除效果不好的缺点，无法满足对颗粒度要求较高的超高压设备用油要求。真空滤油机是另一种净化设备，它不仅能较彻底地去除油中的水分和气体，还能有效去除油中微粒杂质。脱水脱气效果比较好，能过滤出绝缘强度要求较高的油，是目前普遍采用的油净化处理方法。

（2）使用板框式压滤机与真空滤油机相结合对新油进行净化处理，板框压力式滤油机主要是利用衬夹在滤框与滤板之间的滤纸作为过滤介质，滤出油液中的杂质，同时利用滤纸对水的亲吸性滤除油液中的水分。特别适用于对油质污染较严重的油。使用此滤油机对主变新到的油进行过滤并保持滤油过程中频繁更换滤纸，直到再取样测试其颗粒度数值没有明显降低为止。如果与规范标准中的要求数据仍然相差较远，则应换用真空滤油机继续过滤2～3d，取其油样进行化验，直到达到规范标准的要求为止。

（3） 板式滤油机与真空滤油机相结合对油进行净化处理的分析，真空滤油机的滤油精度虽然比板式滤油机高，但对于颗粒杂质较多的油，直接用真空滤油机来处理，对滤油机的滤芯损耗极大，从而导致频繁更换滤芯，大大增加了滤油成本。为此，对于颗粒杂质污染较严重的油，可先采用板式滤油机处理48～72 h(视滤纸干净程度)，再用真空滤油机(“三美”真空滤油机，型号：VSD-6000)做进一步净化处理。

3.2减少颗粒度影响的措施

（1）变压器器身、铁心、油箱内壁等所用材料、胶、漆等与变压器油之间有可靠的相容性,长期运行后不会脱落、分解并影响油质。

（2）变压器绝缘件制造、线圈绕制、器身装配等重要生产车间必须保证场地清洁。对于高压产品而言,应做到车间全封闭,最好能有保持正压的条件,减少浮尘对器身的污染。

（3）对油箱、联管等部件,应在装配前做好内部清洁工作,在拆卸搬运时更应做好封闭保护工作,防止其内表面的污染。安装前须对设备相关部件、管道等进行认真的油循环冲洗。

（4）对于现场吊芯等检修工作,应在天气晴好无风的时候进行,器身暴露时间也应当严格控制,以防止受潮、避免污染。

（5）新油注入设备前,必须采用真空滤油机真空注油工艺,经过滤油装置的净化处理后,油中杂质将能有效减少。

4 结论

变压器油中颗粒对变压器绝缘有较大影响,不同绝缘结构其影响程度有所不同,高压侧大油隙不覆盖绝缘处影响最大，对覆盖绝缘电极电场影响次之，对小油隙绝缘结构影响最小。非金属颗粒中纤维状颗粒对变压器绝缘强度影响比较大,金属杂质污染虽然未造成重大故障是因为运行监测比较有利,其实际危害要大于非金属杂质颗粒。总之,我国变压器油的颗粒度状况不容乐观，加强变压器油中颗粒度的检测，并根据检测结果及时进行处理是极其重要的日常维护工作。

参考文献

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