300kV管电压X射线照射对变压器油中溶解气体组分的影响

徐成龙，于 虹，杜必强，刘泽坤，董良太，何运华

（1.华北电力大学 机械工程系，保定 071000；2.华北电力大学 云南电网公司研究生工作站，昆明 650217；3.云南电网公司电力试验研究院，昆明 650217；）

变电设备的安全、稳定、可靠运行对电网是至关重要的，输变电设备一旦发生故障，不仅危及电网的安全且带来巨大经济损失。因此，及时、准确地掌握输变电设备的运行状态具有十分重要的意义［1－2］。近年来，云南电网公司率先将X射线直接数字成像技术运用到电力设备检修中，并取得了较好的效果。X射线数字成像技术能在不解体、不停电情况下，对气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）、罐式断路器、复合绝缘子等电力设备进行透视检测，达到可视化诊断的目的［3－7］。但X射线对输变电设备，尤其是对充油设备中的油的成分是否会造成影响，这方面资料在国内外很少见到。笔者利用便携式高频X射线机对加电压和不加电压的变压器油进行定能量和定时间的照射试验，分析变压器油中溶解气体组分的变化情况。

1 试验设备

X射线数字成像技术（Digital Radiography，DR）是目前比较先进的数字成像技术，具有成像质量高、速度快、可实时成像显示并能在线检测等优点［7－8］；其比传统胶片成像更具有优势［9－11］，具有广阔的应用前景。针对某些缺乏有效检测手段，且需在不拆卸、不停电情况下，才能确定内部质量的电力设备，X射线数字成像技术是不可多得的检测的手段。笔者利用X射线数字成像系统中目前工业用便携式高频X射线机最高管电压对变压器油进行照射试验。

2 试验过程及结果

充油的电力设备（变压器、电抗器、电流互感器、充油套管和充油电缆等）的绝缘主要由矿物绝缘油和浸在油中的有机绝缘材料（电缆纸、绝缘纸板等）组成。其中矿物绝缘油即变压器油，是石油的一种分镏产物，其主要成分是烷烃、环烷族饱和烃、芳香族不饱和烃）等化合物。有机绝缘材料主要由纤维素构成。在正常运行状态下，由于油和固体绝缘逐渐老化、变质，而分解出极少量的气体（主要有氢气、甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、一氧化碳、二氧化碳等7种）。当电力设备内部发生过热性故障、放电性故障或受潮时，这些气体的含量会迅速增加。通过检测油中的这些气体的成分和含量，就可推断变压器的绝缘情况。

试验的试压条件是在室温下，用便携式高频X射线机上的管电压为300kV、管电流为3mA的最高能量的X射线照射25号变压器油，照射时长分别为3，5，10，20，30，40，50，60min。将照射后的绝缘油取样，进行油色谱分析得出各气体成分的含量。

2.1 对氢气含量的影响

对变压器油分别照射3，5，10，20，30，40，50，60min后，将试验样品经油色谱分析后得到的氢气含量分别为3.88，0.88，1.8，1.1，2.86，4.37，4.33，4.56μL／L。

在绝缘油未被X射线照射前，油中油色谱的氢气含量为0.81μL／L，照射后可以看出氢气的含量都比原样中的含量要高，且氢气含量是波动的，但此波动并没有呈现出明显的趋势，波动也比较稳定，其方差值只有2.05。综合考虑测试仪器的误差可以得出，300kV X射线对变压器油中氢气含量没有较大影响。

2.2 对一氧化碳和二氧化碳含量的影响

试验样品经油色谱分析后得到的一氧化碳及二氧化碳含量如表1所示。

表1 300kV X射线对变压器油中一氧化碳及二氧化碳含量的影响 μL／L

在绝缘油未被X射线照射前，油中油色谱的一氧化碳和二氧化碳的含量分别为4.34μL／L和198.05μL／L。从表1中可看出，在X射线辐照下，绝缘油中一氧化碳和二氧化碳的含量均出现了不同程度的变化，但变化很小，一氧化碳和二氧化碳的方差分别只有0.79和1.12，且变化趋势没有任何规律，变化的最大值不及原样含量的50%。测试仪的误差也会造成这样的变化。所以综合分析得出，高能X射线对变压器油中一氧化碳及二氧化碳含量没有影响。

2.3 对烃类成分含量的影响

检测变压器油中的烃类成分主要包括甲烷、乙烷、乙烯、乙炔，其中原样中乙炔的成分含量为零。将试验样品经油色谱分析后得到的各烃类成分含量如表2所示。

表2 300kV X射线对变压器油中烃类成分含量的影响μL／L

在绝缘油未被X射线照射前，油中油色谱的甲烷、乙烷、乙烯的含量分别为0.61，0.69，0.3μL／L。可以看出，被X射线辐照后，绝缘油中各烃类成分的含量均出现了不同程度的变化，但其变化很小，且变化趋势没有任何规律，变化的最大值不及原样含量的50%，且都在原样值周围波动，波动幅度很小，甲烷，乙烷，乙烯的方差分别只有0.65，0.89，1.23。测试仪的误差也会造成这样的变化。所以综合分析得出，300kV X射线对变压器油中各烃类成分含量没有影响。

3 结论

300kV和3mA下X射线的长时间照射并不会对变压器油中溶解气体组分产生影响。该结果可为X射线无损检测的应用范围和应用条件提供理论依据。

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