变压器油的试验及相关故障诊断研究

刘春意

[摘 要]变压器是发电机及变电站的重要设备，运行中会发生多种故障，其中绝缘故障是最主要的故障种类之一，而变压器油作为广泛使用的液体绝缘介质，其性能的优劣将对变压器的绝缘性能产生至关重要。本文将通过对变压器油的介质耗损、含氧量、老化、界面张力、裂化等各个方面进行综合分析，影响变压器油的各种因素，以及如何通过变压器油的试验来维持变压器高效运转，延长变压器寿命。

[关键词]变压器油；故障诊断；变压油影响因素

中图分类号：U264.3+6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）25-0051-01

0. 引言

根据相关数据分析显示，电气设备故障很大程度上起源于其绝缘性缺失，对于设备自身而言，绝缘性降低会影响电气设备寿命，对于电力工作人员而言，会存在安全隐患。因此，加强电力设备的绝缘性检测，可以很大程度上减少设备故障，降低工作风险。就目前而言，我国对于设备绝缘性检测的方式有两大类：在线检测、离线试验。影响到变压器绝缘性的主要因素为变压器油，而影响变压器油有多重因素。本文将对变压器油的影响指标着重分析，提高变压器油的绝缘性，降低变压器故障发生率。

1. 变压器油介质耗损

变压器油的介质耗损是指结合绝缘油的物理、化学和电气性能，对其中的水分、酸值、油损、游离碳等数据进行检测和分析，从而通过与正常设备的对比，判断设备是否存在故障隐患以及故障的严重程度。而对于设备在使用过程中因受潮或者材料老化而引发的故障，则可以通过介损试验的方式进行判断。这里以某地高压电气设备连续三年的试验数据，对绝缘油简化试验与介损试验的应用进行分析。

从表1中可以看出，2010-2012年，高压设备的介损值逐渐增加，到2012年己经超标，说明电流互感器内部存在受潮现象。为了对故障进行准确判断和定位，进行了绝缘油简化试验，发现互感器内部的水分逐年递增，而击穿电压则在逐渐递减。对互感器进行拆开查看，发现其底部存在积水，证明了试验结论的准确性。说明变压油随着使用年限的增加而逐步损坏，定期更换变压器油对保护电压器具有十分重要的作用。

2.变压器油的含氧量分析

变压器油的中含氧量分析一般是采用气象色谱分析法，主要是对设备绝缘油中的溶解气体进行分析，从而发现变压器、电抗器等设备中的潜伏故障，这种方法相比与电气高压试验具有更加显著的效果。这里主要针对几种常用的故障判断和定位方法进行分析。

通过分析绝缘油中的溶解气体的浓度含量以及组成成分，对变压器中的潜伏性故障进行判断。如果变压器状态良好且处于待机状态，当绝缘油中的气体溶解量趋于稳定时，各种气体的含量一般为0.3%的，70%的，30%的，以及少量的，其他含量极微的元素可以忽略，一般来说，可以对变压器内部潜伏性故障进行判断的气体，主要包括等。

变压器油与氧有较强的亲和作用，在水分等催化剂作用下，以及外界因数加速（热、震动与冲击、电场）的影响下，其氧化就是一个必然的过程。所以氧气含量过高，势必也会促进变压器油老化加快，维持一个平衡的含氧量，是避免其过早老化的途径之一。

3.变压器油老化问题分析

老化是变压器油生命周期中不可避免的过程，常见的有热老化和电老化。 电气老化主要是由于电介质内部微观游离放电对变压器油的作用和影响造成的，而电老化本身是一种空间分布的、随时间发展和积累的损伤过程。在足够高的电场作用下，电流甚至在电场不再增加的情况下开始从稳态过渡到非稳态，在绝缘中产生破坏性的导电路径，继而导致绝缘介质的击穿。高电场下绝缘介质中电流局部加热导致绝缘材料的性质改变，而材料性质的改变反过来使电流增加，这会直接导致电压耐受系数减小，绝缘性能下降，最终导致油的击穿。

试验表明电压耐受系数在很大程度上决定了液体电介质的寿命，在电应力作用下，根据上述加速寿命试验的原理，利用逆幂律分布函数对试验数据进行拟合，得到恒定电压法变压器油绝缘寿命，即：

当变压器油内部出现局部放电，油中气体杂质、水分等气化成微泡，在高电场强度下导致微观电击穿，从而引发游离损耗的产生，使介质温度上升，导致介质损耗因数增大。

老化变压器油介质损耗因数与电压U的关系，随着变压器油的电老化，其介质损耗因数逐渐增大，而从分子结构上看，矿物油为中性或弱极性液体，其组成成分以烷烃、环烷烃

为主，分子中的C-C键的电离能约为4eV，当变压器油内部出现局部放电时，就会聚集大量的带电粒子直接轰击电介质，当粒子的轰击能量达到一定值，液体电介质的主链便会断裂，油质会加剧老化，介质损耗因数会迅速升高。

4.变压器油界面张力

界面张力是变压器油的一项重要检测指标，也是检查变压器油中是否含有极性物质的一种间接方法。变压器油所含极性分子中的极性基团 （如—COOH及—OH）都是亲水基团，在油和水两相的界面上，这些分子的极性基团向极性的水相转移，而憎水的基团（如碳氢链）则向非极性的油相渗透。由于两相的液体分子都受到各自内部分子的吸引力，且各自都试图缩小其表面积，当油中含有极性分子时，其既对水分子有吸引力，又对油分子有吸引力，因此在油和水的界面之间形成了纵向的联系，从而消减了油和水界面之间的横向联系，使油和水的界面变得不明显，其界面张力也相应减小。油中极性分子的多少与油的老化程度有关，所以油的界面张力值与油的劣化程度密切相关。

5. 变压器油裂化防护

变压器油是由各种烃类组成的混合物，在运行中不可避免地会与空气中氧气接触。在一定的温度下，油和氧气发生化学反应，油的成分发生化学降解，油质漫漫被劣化，失去了某些原来的理化性能，最终导致不能使用的地步。为了减缓油质的劣化，延长变压器油的使用寿命，往往需要向油中添加一定剂量的抗氧化剂。最常用的抗氧化剂是T501。

经过多数研究表明，当T501的含量己下降到0. O1%，该主变油中T501抗氧化远远低于标准要求（不低于0.15%），而且油的颜色变深，酸值也超过投入运行前的油质标准，pH值偏低。说明该变压器油己经出现了比较严重的劣化。为了防止该主变油进一步被氧化，延长油品的使用寿命，保持油质合格，除了对该变压器油进行必要的过滤再生处理外，还必须采取有效的防止油质劣化措施，向油中添加一定剂量的T501抗氧化剂。

6 文章小结

变压器是发电站重要的设备之一，运行过程中多发故障，变压器油是维护其正常运行的重要组成部分。变压器油容易氧化而导致老化裂化，导致绝缘性降低，影响变压器的使用寿命。在变压器运维中，一定要关注变压器油的状态，才能较好地进行设备缺陷的定性及定位，及时处理缺陷，缩短停电时间，提高供电可靠性。

参考文献：

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