温度对油纸绝缘介电性能的影响规律

彭 勇，代敦三

（湖北省电力装备有限公司，武汉 430000）

引言

高压直流线路具有损耗小、造价低等优点，近年来，在我国得到了广泛应用，愈来愈多的高压直流线路被兴建[1]。但随之而来的高压直流线路的安全稳定运行成为了保障电力系统稳定性的重要问题。

换流变压器作为高压直流输电线路的重要一员，肩负着电能变换与传输的重任，对高压直流线路的运行发挥着举足轻重的作用[2]。然而，据统计，由于换流变压器的工作环境较为恶劣，其故障率占据整个直流系统故障率的一半以上，这对我国的直流输电造成了巨大的恶劣影响[3]。据分析，导致换流变压器发生故障的主要原因是其内部油纸绝缘的损害，而其内部油纸绝缘的介电性能容易受到工作温度的影响[4]。因此，研究温度对油纸绝缘介电性能的影响十分有必要。

综上，针对温度对油纸绝缘介电性能的影响，分别研究温度对变压器油及浸油纸板相对介电常数的影响，以获得温度对变压器油及浸油纸板相对介电常数的影响规律。

1 温度对换流变压器的影响

温度对换流变压器的油纸绝缘结构影响较大，主要表现在温度会影响油纸绝缘结构中水分的形态，使水分在浸油纸板和变压器油之间转移，进而改变油纸绝缘的电场分布，最终对换流变压器的绝缘性能造成较大影响[5]。同时，换流变压器在工作中受到高温等因素的影响，会使油纸绝缘性能发生老化及损害，对换流变压器的安全稳定运行进一步造成影响[6]。

2 温度对油纸绝缘的影响规律

2.1 温度对变压器油相对介电常数的影响

为研究温度对变压器油相对介电常数的影响，设置温度在[-40 ℃，100 ℃]区间内，计算不同含水率下变压器油的相对介电常数，计算结果如图1所示。

图1 温度对变压器油相对介电常数的影响

由图1可知，随着温度升高，变压器油的相对介电常数呈现线性下降趋势。造成这种现象的原因是，随着温度的升高，变压器油的体积增大，导致单位体积内变压器油分子数减少，进而致使其相对介电常数降低。同时观察图1 可得，在不同的含水率下，变压器油的相对介电常数变化趋势一致，数值较为重合，因此可以认为含水率对变压器油的影响不大。其原因为在变压器油中，水分含量非常低，对变压器油的相对介电常数影响不大。

2.2 温度对浸油纸板相对介电常数的影响

为研究温度对浸油纸板相对介电常数的影响，同样设置温度在[-40 ℃，100 ℃]区间内，设置浸油纸板厚度为1 mm，计算不同含水率下浸油纸板的相对介电常数，计算结果如图2所示。

由图2可知，随着温度的升高，浸油纸板的相对介电常数呈现上升趋势。同时观察图2 可得，随着含水率的增大，浸油纸板的相对介电常数也随之增大。

图2 温度对浸油纸板相对介电常数的影响

为进一步研究温度对浸油纸板相对介电常数的影响，设置频率处于[10-2Hz，104Hz]区间内，温度分别为-40 ℃、-20 ℃、0 ℃及20 ℃，研究不同温度下浸油纸板的相对介电常数变化规律，计算结果如图3 所示。由图3 可知，随着频率的升高，浸油纸板的相对介电常数呈现下降趋势。同时，随着温度的上升，浸油纸板的相对介电常数增大。

图3 温度对浸油纸板相对介电常数的影响

3 结论

为研究温度对油纸绝缘介电性能的影响，针对温度对变压器油及浸油纸板的相对介电常数的影响展开了研究。结果表明：（1）随着温度升高，变压器油的相对介电常数呈线性规律下降，但变化幅度较小，水分对变压器油相对介电常数影响较小；（2）随着温度升高，浸油纸板的相对介电常数呈上升趋势；（3）随着频率的升高，浸油纸板的相对介电常数呈下降趋势。