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变压器油耐压试验的方法与分析

变压器油耐压试验的方法与分析


  无论是在日常的维护或是设备新装过程中,变压器油的耐压试验都是一项重要的质量标准,直接关系到设备的安全运行。所以,试验结果的准确性就尤为重要。而不同的方法和标准,导致测定结果不同。本文就试验方法及结果的分析判断进行一些讨论。

  1.试验方法

  1.1.试验方法的分类

  现阶段我国关于绝缘油击穿电压测试方法的标准比较常用的有GB/T507—1986《电气用油绝缘强度测定法》和DL/T429—1991《电力系统油质试验方法》,其中GB/T507—1986主要参照IEC156《绝缘油电气强度测定方法》

  制定,GB/T507—1986和DL/T429—1991这两种标准的测试方法差别较大。

      GB/T507—1986    DL/T429—1991

  电极形状    采用球形和球盖形电极    采用平板倒角形电极

  油杯容积    300~500mL,    不得小于200mL

  适用范围    GB/T2536—1990《变压器油》和SH0040—1991《超高压变压器油》中规定击穿电压的测定采用GB/T507—1986;在GB/T7595—2000《运行中变压器油的质量标准》中规定击穿电压的测定采用GB/T507—1986或DL/T429—1991;在GB/T50150—1991《电气设备安装工程电气设备交接试验标准》中规定绝缘油的电气强度试验采用GB/T507—1986,但试验电极采用平板倒角形电极。来源:    

          

  图1试验方法的主要区别

  1.2不同分类对击穿电压测定值的影响

  选择1号样品油代表50~60KV的变压器油

  2号样品油代表40~50KV的变压器油

  3号样品油代表30~40KV的变压器油

  4号样品油代表20~30KV的变压器油

  油样编号    电极

  形状    按升压速度统计平均    按间隔时间统计平均                        

  3KV/s    2KV/s    5min    3min                        

  击穿电压KV    偏差平均值KV    击穿电压KV    偏差平均值KV    击穿电压KV    偏差平均值KV    击穿电压KV    偏差平均值KV        

  1号    平板    54.8    3.2    50.9    3.5    52.2    3.7    53.5    3.0

  球形    59.7    1.1    58.7    3.2    58.9    2.3    59.5    1.9    

  球盖形    56.4    4.2    55.5    5.8    55.4    5.1    56.5    5.0    

  平均值    57.0    2.8    55.5    4.2    55.5    3.7    56.5    3.3    

  2号    平板    46.8    6.5    43.5    4.7    44.6    5.2    45.7    5.9

  球形    52.4    4.9    50.8    6.5    51.9    5.0    51.3    6.4    

  球盖形    46.7    7.9    44.4    10.1    44.1    10.9    47.0    7.0    

  平均值    48.6    6.4    46.2    7.1    46.9    7.0    48.0    6.4    

  3号    平板    31.6    4.5    35.4    4.5    33.8    4.4    33.2    4.7

  球形    38.2    5.4    40.4    6.5    37.8    5.9    40.8    5.4    

  球盖形    36.7    7.6    37.9    7.1    36.1    7.2    38.6    7.5    

  平均值    35.5    5.8    37.9    6.0    35.9    5.8    37.5    6.0    

  4号    平板    28.1    3.6    31.7    3.8    29.3    3.9    30.5    3.4

  球形    29.8    2.4    34.7    6.0    31.5    3.6    33.0    4.8    

  球盖形    27.8    1.8    27.7    2.6    27.0    2.2    28.5    2.2    

  平均值    28.6    2.6    31.4    4.1    29.3    3.2    30.7    3.6    

                                      

  图2实验数据的比较

  从实验结果可以看出:使用三种不同结构形状电极测得击穿电压不论对那种油样,都以球形电极的击穿电压值为最高,球盖形次之,平板形相对较低。不同升压速度和不同间隔时间对击穿电压影响不大。

  1.3现状调查

  我局在2008年以前,设备都是在220KV及以下的电压等级。所以我们在变压器油耐压试验的方法上一直采用的是DL/T429—1991《电力系统油质试验方法》。而从500KV香山变电站的投运以及即将开工的平顶山南500KV变电站开始,我局设备电压等级又上了一个新的台阶。从而对我们在现有设备和实验条件下电气用油绝缘强度的测定提出了新的要求。

  2影响试验结果的主要因素

  严格地讲,不含水分、灰尘和纤维等杂质的纯净油,击穿起始于个别油分子在电场中的极化、电离,其化学组成对击穿电压影响不大,不同牌号和产地的绝缘油应该具有大致相同的击穿电压,并且同一试样平行试验结果的分散性也不大,击穿电压值能达到200kV以上(电极距离2.5mm)。但实际应用中的油和“纯净油”有极大的不同,用目前世界上最先进的净化设备多次处理后的绝缘油,其含水量也往往大于2mg/kg,每100mL油中长度大于5μm的杂质颗粒不少于数千个;另外在取样测定过程中油样也不可避免地与周围大气接触,大气中的水分、飘尘会不可避免地混入油中。这些油中的杂质和溶解于油并与油分子紧密结合的水分子,在纯净的油分子远未在电极之间极化和电离之前,就沿电场强度方向排列、聚集,进而电离形成微小通路,即所谓“小桥”,小通路连接贯穿两极,导致油迅速击穿。油中杂质越多,越易形成小桥,击穿电压越低。测定绝缘油的击穿电压,实际上是在衡量绝缘油中杂质含量的多少,即判断绝缘油被污染的程度。

  油的击穿过程实际上是随机的,与油隙电场的瞬间状态密切相关。油中杂质分布的不均匀性和杂质颗粒的运动,导致油隙间杂质颗粒的分布随时间改变而不同,因此小桥在电场中的位置是不可预知的。尤其是对于平板倒角形电极而言,相对均匀的电场比球形和球盖形电极所形成的同等强度的电场所占的空间体积要大得多,小桥形成的位置更加不可预知,形成的概率也要大得多。这也是平板倒角形电极测定油的击穿电压值比另两种电极的测定值低的根本原因。

  由以上击穿机理的分析,我们可以得知油隙的击穿虽然是短暂的一瞬间,其过程却是复杂的,即使是一杯试样,在多次击穿试验中的测得值也是分散性很大的,各种试验标准都规定取6次试验的平均值作为试验结果,这种规定在一般的测试中是不多见的。把一些显而易见的影响因素作人为的严格规定,使这些因素对结果的影响维持在一个恒定的水平是十分必要的。

  2.1试验仪器的影响

  验仪器包括升压装置(手动或自动)、油杯和电极、搅拌装置(手动或自动)、数据输出装置(模拟仪表或数显打印机)、计时装置等,每一部分的异常都会使测定结果产生误差,全自动的仪器较好,在测定过程中基本上消除了人为因素的影响。

  2.1.1升压装置

  升压装置的输出电压波形是否近似正弦波,输出电压是否与输出显示一致,对结果的准确性有很大影响,不同的测试仪器,其升压装置的性能必须确保符合标准的规定。升压装置的此项性能应由生产厂家在仪器的设计生产中予以保证,用户可在选购仪器时向生产厂家索要升压装置输出电压频谱分析和输出电压峰值的检测报告。

  2.1.2油杯和电极

  电极的形状不同,电极周围空间的电场也截然不同,平板倒角形电极之间的电场可以大致看成是均匀电场,而球形和球盖形电极之间的电场为不均匀电场,绝缘油在不同电场中的表现也完全不同。油杯的容量大孝电极浸入绝缘油的深浅都会给测定结果带来影响,为此相关标准中都有明确的规定。实践表明,电极的加工和装配水平、油杯的形状和材料等不同都会给测定结果带来明显的差异。

  2.2环境的影响

  大气中的飘尘和水气不可避免地要混入待测油样中,从而使测定值偏低,因此标准中有油杯加防尘盖和尽快完成测定的提法,有条件的话,应尽可能在有空调的洁净、干燥的试验室内进行测定,尤其是在我国南方潮湿多雨的季节和北方沙尘较大的季节,防止环境条件对测定结果的影响。

  3实验结果及分析判断

  一个绝缘油油样6次击穿电压试验的测定值,其分散性是较大的,根本原因在于击穿瞬间两个电极之间的电场分布状态和绝缘油中所含杂质的分布状态都是随机的。数据处理中,不论6个数据分散性有多大统统进行平均,或者按照数处理原则舍弃离散值再进行平均,都不十分合适。笔者认为,有些仪器使用说明中建议当6个数据的标准差s≥10kV(电极距离2.5mm)时重新取样测定,这一提法值得推荐。较准确地说,我们测得的击穿电压值只是说明该绝缘油在平均值附近发生电击穿的概率最大,偏离此点较多的过高值和过低值出现电击穿的概率较低,并不是说该绝缘油在此点一定被击穿。选择击穿电压值较集中的范围,取不少于6个测定值的平均值作为测定结果是较为合理的,这样更能较真实地反映绝缘油的平均被污染水平。

  3.2试验数据的准确性

  得到准确可靠的绝缘油击穿电压值,是击穿电压试验的最终目的。若对试验结果产生怀疑,建议用下述办法处理:

  a)检验升压装置输出电压波形和幅值。此项工作一般生产厂家都已做了,在正常使用中发生变化的可能性不大,在使用中若没有发生明显的损坏,由此引起的误差可能性很校

  b)在测得值介于合格与不合格之间时,采用对比试验的方法,验证油杯和电极对结果的影响,即同时在不同的试验室,用不同的电极和油杯测定同一油样,在确保两对电极间距离都是(2.5±0.1)mm的前提下,测定值较高的应更接近于真值。这是因为只有电极间距离过大才会使绝缘油的击穿电压测定值的误差为正误差,其余各种影响因素,包括电极形状、加工精度和表面状态,油杯的材料、形状等,都会使测定值出现负误差,即测得结果小于真值。

  通过调查分析我们认为,按照DL/T429—1991规定的标准和操作方法可以保证500KV及以下变压器油实验结果的可靠性。即使是测得值介于合格与不合格之间,我们也可以采用对比试验的方法,验证油杯和电极对结果的影响。进而保证变压器油实验结果。

  


变压器油耐压试验的方法与分析

相关标签: 击穿电压,球形和球盖形电极,平板倒角形电极

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