变压器用油颗粒度测试取样装置开发方法及装置研究

郝晋堂，郭锦龙

（山西电力科学研究院，山西 太 原 0 30001）

0 引言

绝缘油油中颗粒污染度影响绝缘油的电气性能，随着电网建设即将投入的超高压变压器设备的增多，开展绝缘油颗粒污染度分析工作，研究颗粒污染度与电气性能指标的关系，分析颗粒污染度对变压器绝缘油绝缘性能的影响，将油中颗粒污染度做为监督指标，提高设备的绝缘性能，将有利于设备安全稳定运行。杂质对变压器油电气性能的影响非常明显，大量的悬浮颗粒在电场作用下规则排列形成导电小桥，会显著降低油击穿电压。此外,颗粒杂质更可能引起局部放电或起催化作用导致油的劣化，进而影响变压器的安全运行。因此，在设备的制造、运行过程中采取措施有效控制油中颗粒污染非常重要。

1 变压器油颗粒度取样测试的意义

油中颗粒有非金属颗粒和金属颗粒两种，油中非金属颗粒主要指由纤维性材料构成的固体绝缘件中纤维、充电胶体、微生物及橡胶增翅剂等杂质颗粒，金属颗粒主要指油中存在过量的铜、铁等金属粒子。两者颗粒度（以100 mL变压器油中大于5 μm颗粒数量为依据表示）对油的绝缘性能的危害各不相同，金属颗粒比纤维颗粒的影响要大[1]。

电力用油中杂质颗粒对设备的安全运行有较大影响，需要加强运行油液的颗粒度监控，准确判断油液的颗粒度污染情况。目前，大部分颗粒污染度检测没有特定的取样部位及专用的取样装置，取得的油样易受到外界环境的污染，致使取出的样品有时不能真实反映颗粒污染度情况。因此，本项目对取样过程的污染情况进行分析并开发取样专用装置，以期能够提高颗粒度测试的真实性，对电力用油颗粒度超标的油液及时采取可靠措施，确保电力设备安全运行。

2 变压器油中颗粒度控制标准

我国对变压器油颗粒度的监测起步较晚，目前，我国已经制订了颗粒度质量标准并于2008年11月正式颁发。GB/T7595—2008《运行中变压器油质量标准》中已对500 kV电压等级油中颗粒度增加列为检验项目。“变压器油中颗粒度限值”（DL/T 1096—2008）。质量标准适用范围为500 kV及以上变压器、电抗器油的质量监督，其控制指标如下。

a）500 kV及以上交流变压器油颗粒度宜控制在：投运前（热油循环后） 100 mL油中大于5 μm的颗粒数≤2 000个，运行时（含大修后） 100 mL油中大于5 μm的颗粒数≤3 000个。

b）500 kV及以上直流换流变压器投运前（热油循环后） 颗粒度宜控制在：100 mL油中大于5μm的颗粒数≤1 000个。

c）采用美国NAS1638：1984颗粒污染度分级标准。

d）当颗粒度超过限值时应查明原因，必要时用精密滤油机对油进行处理，滤油机滤芯精度至少应达到 2～5 μm。

3 变压器油中颗粒度试验分析

3.1 绝缘油的理化性能和电气性能试验

金属颗粒对击穿电压的影响见表1。

表1 金属颗粒对击穿电压的影响

运行中的500 kV变压器绝缘油经过长时间运行，油中颗粒污染物的状况如何，以山西电力科学研究院油质监督检测中心为案例进行分析论证。笔者对全省电网10个供电单位500 kV及以上变压器油和电抗器油颗粒度进行了两轮普查。通过测量数据结果对比，油样检测情况分为以下四种，即两轮全合格；第一轮合格，第二轮不合格；第一轮不合格，第二轮合格；两轮均不合格。由于在颗粒度测试环节中，取样环节对测试结果影响很大。因此，对于第二、三种（两次测定有一次不合格）情况来说，两次测定结果中，测试合格的油样更接近真实值，而对于两次测定均不合格的情况应继续跟踪监测。

3.2 监测过程中发现的问题

3.2.1 取样易受到外界环境的影响

目前，大部分电厂的颗粒污染度检测没有特定的取样部位及专用的取样装置，取得的油样极易受到外界环境的污染，致使取出的样品有时不能真实反映现场的颗粒污染度情况。机组调试期间的颗粒污染度检测过程中，油样检测结果与前次测试结果相差较大，且大颗粒杂质呈现明显增长趋势，送检油样由非专业人员取样。这说明，在颗粒污染度检测过程中取样环节相当重要，应由专业人员严格按照规定要求取样，这样才能避免出现错误判断。

3.2.2 现行的取样部位取油样欠佳

用本体内的绝缘油冲净取样阀以及取样工具，密封取样时还要排气等，在这过程中需浪费1～2 L绝缘油，有的变压器为了能在地面上取到变压器中部和上部的油样，在中部取样阀和上部取样阀上加了延长管，取油样时为了放完死油，浪费的绝缘油更多。有的变压器厂家用的取样阀门大、导油管粗，使取油样操作过程中绝缘油的浪费更为突出。为了尽早发现变压器的潜伏性故障，掌握变压器本体内绝缘油的油质情况，必须定期对变压器本体内的绝缘油进行取样分析，用现行的方法取样，本体内的绝缘油很快就会被放到不能运行的油位需要补油。

3.2.3 油中水分含量较大

使用激光计数仪检测油中颗粒污染度时，如果油中含有较多水分，会严重干扰测试结果的准确性。因此，在取样时若发现油中水分含量较大时，应先对油系统中的油进行过滤，在去除水分后再进行取样；当油中颗粒污染度超标后，很难在短时间内将油品处理合格。由于颗粒杂质会降低高电压变压器的绝缘油的绝缘强度，并可能引起油流带电，为适应高电压设备用油监督的需要，应开展变压器绝缘油的颗粒污染度检测工作，并逐步将其纳入定期监测工作中[2]。

4 变压器用油颗粒度测试取样方法及装置

在电气设备安装及检修中，变压器、电抗器等设备中的绝缘油需取油样送检，试验合格后才进行设备投运。由于取油样方法不当、油样保管、运输、放置时间过长等因素影响油样所做的试验项目不合格，造成重复多次取样试验。提出的变压器专用负压取油装置使取油管内部形成一密闭环境，改变了以前取样时暴露于大气（因天气空气质量差）导致油样二次污染，从而影响测量结果；省时、省力；且能很好地保证油品与所取样品油的一致性；取样过程安全可靠，操作方便。

4.1 新油取样要求

a）取样容器：应先后用蒸馏水或去离子水及经过过滤的异丙醇冲洗容器后烘干备用。如果以所取样品冲洗容器，应在冲洗后立即取样。

b）乳胶管需要用质量好的、能长期耐绝缘油腐蚀且不与绝缘油产生任何化学反应，也不对绝缘油产生诱导或催化作用，预使用的胶皮管必须经清洗及干燥处理，并保存在干燥器内。

c）新油取样：应用取样管从油桶的中部到底部取样，如怀疑油中存在自由水，应从油桶底部取样，取样工具要用经过过滤的异丙醇或丙酮清洗并烘干备用。为了避免沉降，液体应在取样前充分搅动。

d）运行油取样：取样前应将取样阀用经过过滤的异丙醇或丙酮清洗；在取样前应至少将液体从阀门放出1～2 L，在冲洗和取样的过程中阀门开度不应进行调节。

4.2 变压器油取样专用装置研发

为了避免取样过程造成的油样污染，取样装置应克服目前装置引入污染的不足问题，使颗粒度测试结果不受取样环节的污染。在抽取油液的样品时要防止尘土、杂质、水气的人为污染，以及前次抽样时的残留油液混入取样中。颗粒污染分析从工作系统管路中提取液样，为精准油品分析测试提供安全的环境，本油液取样工具包含负压型油液取样器、NAS 1638 0级软管、250 ml油液NAS 1638 0级清洁瓶等。

注意取下1油样时，请更换新的（已清洗密封保存）专用取样管，以免上1油样与下1油样交叉感染，使油品检测产生误判。图1取样过程中，因是负压取油，且取油管、取油瓶已事先做了净化处理，几乎没有暴露在大气中，所以，大气浮尘很少混入油品，使油品污染指标测量更接近真实值。

图2适用于油液面及出口高于取样瓶时的情况，自然流出，如主变压器等。

4.3 颗粒度取样应注意的问题

取样时，应从变压器下部阀门（含密封取样阀）处取样。取样前油阀门应先用干净的甲级棉纱或纱布擦净。旋开螺帽，接上取样用耐油管，放油将管路冲洗干净，冲洗的油应收集起来，不应直接排至现场。管路冲洗干净后用取样瓶取样，取样结束，盖上瓶塞并旋紧设备螺帽。注意：取下1油样时，请及时更换专用取样管，以防油样交叉污染。

图1 负压取油图A

图2 负压取油图B

在油温低于环境温度时不允许取样,在相对湿度高于75%时不应取样，在有风雨、雾的天气也不宜取样，如果在特殊的情况下取样，必须采取相应的措施后方能取样[3]。

测量前，首先须观察所测介质的外观，查看是否有肉眼可见的杂质、气泡或油液介质中含有水滴等情况。如果杂质较多，则不宜再使用仪器检测，因为大颗粒（＞500 μm） 可能会造成传感器的堵塞。而油液中水的含量过多，会严重影响测量结果，使测出的颗粒数量严重偏高，这种情况下应进行脱水处理之后再做测量或考虑换油。

被测介质的粘度也是使用者需要加以注意的。在采样测量情况下，粘度一般不应大于100 mm2/s；高压在线测量情况下，可测粘度一般不应大于500 mm2/s。对粘度的限制以被测介质能够顺畅地吸入系统为宜。如果被测介质粘度过大，则需经稀释以后才能测量。

5 结束语

通过对取油样的方法及装置改进和油样保管过程的完善，既可以大大提高油样试验合格率、降低成本，又能保证停电计划内施工工期与取样和质量工艺，还可以创造可观的经济效益，避免了取样过程造成的油样污染，较好地解决了颗粒度测试结果受取样环节和环境因素造成污染的问题。

［1］ 祁炯.浅谈油中颗粒度对变压器绝缘强度的影响［J］.安徽电力，2004（04）：31-32.

［2］ 杨琼华，杨斌，王竟丰.500 kV充油设备不容忽视的油质检测项目［J］.今日科苑，2009（04）：63.

［3］ 钱旭耀，刘霞，杜成峰，等.1 000 kV特高压油浸电力变压器施工关键技术分析［J］.电力设备，2008（07）：22-23.