多种外部因素对变压器油冲击击穿特性的影响探析

熊师琦

摘 要：变压器在运行过程中，变压器油所起到的作用较大，其所处的环境比较复杂。由于变压器油是变压器能够安全运行的主要绝缘介质，要了解多种外部因素对变压器油的绝缘性影响，应分析电极结构中的油中酸值和水分、纤维量以及油温等因素。文章即对此问题进行详细的探讨，重点论述多种外部因素对变压器油冲击击穿特性的影响，以供参考。

关键词：变压器油；冲击击穿；影响；外部因素；纤维量

中图分类号：TM855 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）30-0097-02

电网的稳定主要依靠电力设备运行安全，电力设备在电力运输过程中起到较大的作用，尤其是电力变压器的运行安全，对电网的稳定性具有重要的意义。对于变压器运行过程中，需要用到变压器油来增强电力设备的绝缘性，这种具有绝缘性能的变压器油，还有较高的散热性，通常情况下被广泛应用到变压器的绝缘设计中。下文对变压器油在运行中的参数进行分析，研究在油温和纤维量、酸值以及水分等多种外部因素的作用下，对变压器油冲击击穿特性的影响。

1 试验介绍

本文试验采用50 kJ、200 kV冲击试验电源，输出波形是标准双指数雷电波形，进行变压器油冲击击穿试验，油罐为试验油罐，下电极固定在油罐底部，其直径为11 cm，上电极固定在油罐盖板上，其直径为11 cm，且盖板主要装有针电极和圆板电极、球电极。试验油主要采用的是环烷基油，这种油在变压器的应用较为普遍，且有着良好的理化性能。

在进行试验前，应对油进行预处理，这样各个试验用油参数才能比较。预处理后新油的水分体积分数为6.02×10-6，没有固体杂质。在试验时，要把试验油装进油罐内，然后连接冲击电源，并监测冲击击穿电压，实验电路图，如图1所示。

按照变压器的运行环境并结合试验选择参数，新油水分体积分数在80×10-6，且温度范围在100 ℃，酸值浓度范围在7.5858 mmol/L，纤维质量的浓度在0～210 mg/L。加强水分的控制，采用人工方法对水分控制，然后运用超声波设备振荡油样，使水分能够溶解。对油水分体积分数的控制，通过三次测量，其试验结果为新油第一次为60.1，第二次为5.88，第三次为6.23，#1油第一次为28.81，第二次为19.90，第三次为29.95，计算值为25×10-6。

对控制油温，可以把试验油灌进行加热到一定的温度后，再观察试验。在设定温度时，采用室温和20 ℃、40 ℃和80 ℃。对酸值的控制试验中，直接添加有机酸，油样酸值浓度的控制中，新油pH值为6.97，算质浓度为1.0715×10-4 mmol/L。而#1油的pH值为2.72，酸值浓度为1.9055 mmol/L，对纤维量的控制主要是把绝缘纸进行碾碎，并加进试验油内，油罐内的纤维量浓度为100 mg/L、150 mg/L和200 mg/L。

2 实验结果分析

在油中含水量因素对变压器油冲擊击穿特性的分析，如图2所示。

从图中可以分析出，在电极结构以及电极极性下，油中的水分体积分数在升高的同时，而油隙50%冲击击穿电压出现了不同程度的下降，在电极结构下，φ（H2O）小于40×10-6情况喜爱，对非体积分数在不断上升，而50%冲击击穿电压出现下降较快的趋势。因此，根据实验得出，通过冲击电压的作用，在水分溶入油中，对变压器油冲击击穿特性有较大的影响。

在电极极性作用下，由于球板间隙等因素，油温对变压器油冲击击穿特性的影响并不大。而针板间隙的因素，对变压器油冲击击穿特性有着一定的影响。而油中酸值浓度在不断升高的情况下，对变压器油冲击击穿电压的情况有一定的下降，但是与新油比较而言，如果氢离子浓度在8 mmol/L，复针正板冲击击穿电压有较大的下降幅度，降幅为50%。

不同极性电压的作用下，如果间隙的程度不均匀，就会出现不同的极性效应。在球板间隙情况下，极性效应并没有太大明显。而油中纤维量对变压器油冲击击穿特性的影响主要是在纤维质量浓度不断升高的情况下，油隙50%冲击击穿电压出现下降。

3 多种外部因素对变压器油冲击击穿特性影响的讨 论

雷击冲击电压时，其作用时间非常短，和稳定状态电压下的液体击穿情况不一样。按照有关流注理论分析得出，油中各个成分的分子对应电离势，与浓度成分没有关系。本文试验采用的是环烷基变压器油，这种油中分子电离势中含有较少的水分，而这些水分子被电离为阳离子以及电子。这就相当于将初始电子浓度增加许多，对初始流注的产生很有帮助。

在液体温度不断升高的同时，流注通道初始温度也会上升。这样，对液体流注通道的沸腾有帮助，可以有效转化成气体流注。汽态流注与液态流注单位长度的压降对比中，前者小于后者。且汽态流注在形成之后，其流注头部的电压就出现了升高情况，对流注发展有利。因此，可以说初始油温对流注液化以及冲击击穿电压下降有重要影响。

而油中纤维对电场产生了局部畸变，为局部电离的产生非常有利。且冲击击穿电压升高，流注发展的模式也出现变化，击穿的时间缩短，击穿的概率也就增加了许多，使得流注在过渡的时候，从二级向三级、四级流注进行过渡。在流注过渡发展中，各种成分的分子没有区别电离势，即可发生电离，而相应地水分含量也就减少了许多。这些少量的水分不会对冲击击穿电压产生较大影响，酸值和纤维量中的初始电子数的增加对流注没有太大影响，因而也就对变压器油冲击击穿电压影响较小。

4 结 语

综上所述，本文运用试验研究的方式，对电压极性条件以及不同电场结构的情况下，分析水分、纤维量、酸值以及油温等外部因素对变压器油冲击击穿电压特性的影响进行了详细的分析，试验结论说明，这些因素对变压器油50%冲击击穿特性的影响有所下降。

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