電氣設(shè)備的絕緣油試驗(yàn)方法
電力系統(tǒng)中用油作介質(zhì)的設(shè)備包括變壓器、帶繞組的互感器等，南瑞西高其中變壓器屬于電力系統(tǒng)中*重要的和*昂貴的設(shè)備之一，也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故*多的設(shè)備之一。變壓器在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化及潛伏性故障在運(yùn)行電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。對(duì)于大型電力變壓器，目前幾乎是用油來(lái)絕緣和散熱，變壓器油與油中的固體有機(jī)絕緣材料(紙和紙板等)在運(yùn)行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會(huì)逐漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體；變壓器內(nèi)部存在的潛伏性過(guò)熱或放電故障又會(huì)加快產(chǎn)氣的速率。隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出來(lái)的氣體形成氣泡在油中經(jīng)過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散作用，就會(huì)不斷地溶解在油中。同一類性質(zhì)的故障，其產(chǎn)生的氣體的組分和含量在一定程度上反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，可以作為反映電氣設(shè)備異常的特征量。
一、電氣強(qiáng)度試驗(yàn)
1.電氣性能試驗(yàn)的意義
絕緣油的電氣性能試驗(yàn)有兩項(xiàng)，即電氣強(qiáng)度試驗(yàn)和測(cè)量tgδ值。影響絕緣油電氣強(qiáng)度的主要因素，是油中所含的水分和雜質(zhì)。電氣強(qiáng)度不合格的絕緣油不能注入電氣設(shè)備。但經(jīng)過(guò)過(guò)濾處理除去其中所含的水分和雜質(zhì)后仍會(huì)變成好油。油的tgδ值反應(yīng)油質(zhì)好壞的重要指標(biāo)之一。絕緣油老化后，將生成大量的極性基和極性物質(zhì)，這也使油的電導(dǎo)和松弛極化加劇。南瑞西高因此，測(cè)定絕緣油的tgδ，無(wú)論對(duì)新油或運(yùn)行中的油，都是十分必要的。
2.試驗(yàn)方法
電氣強(qiáng)度試驗(yàn)，即測(cè)量絕緣油的瞬時(shí)擊穿電壓值。試驗(yàn)接線與交流耐壓試驗(yàn)相同，目前國(guó)內(nèi)一般采用全自動(dòng)絕緣油介電強(qiáng)度測(cè)試儀進(jìn)行油耐壓試驗(yàn)，即在絕緣油中放上一定形狀的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)電極，電極間加上工頻電壓，并以一定的速率逐漸升壓，直至電極間的油隙擊穿為止。該電壓即絕緣油的擊穿電壓(KV)，或換算為擊穿強(qiáng)度(KV/cm)。
試驗(yàn)電極，根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，用黃銅或不銹鋼制成，直徑為25毫米，厚4毫米，倒角半徑R為2毫米。安置電極的油杯的容量按規(guī)定應(yīng)為200毫升，油杯是用瓷或玻璃制成，其幾何尺寸應(yīng)能保證；①?gòu)碾姌O到杯壁和杯底的距離應(yīng)不小于15厘米；②電極至上層油面的距離應(yīng)不小于電極至杯底的距離。電極面應(yīng)垂直，兩電極必須平行。
3.試驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)
清洗油杯
試驗(yàn)前電極和油杯應(yīng)先用汽油、苯或四氯化碳洗凈烘干，洗滌時(shí)用潔凈的絲絹，不可用布和棉紗。電極表面有**痕跡的不可再用。調(diào)整好電極間距離，使其保持2.5毫米。油杯上要加玻璃蓋或玻璃罩。試驗(yàn)在室溫15~35℃，濕度不高于75%的條件下進(jìn)行。
油樣處理
試油樣送到試驗(yàn)室后，必須在不破壞原有儲(chǔ)藏密封的狀態(tài)下放置相當(dāng)時(shí)間，直至油樣接近室溫。在油倒出前，應(yīng)將儲(chǔ)油容器顛倒數(shù)次，使油均勻混合，并盡可能不產(chǎn)生氣泡。然后用被試油杯和電極沖洗兩、三次。再將被試油沿杯壁徐徐注入油杯中。蓋上玻璃蓋或玻璃罩，靜置10分鐘。
加壓試驗(yàn)
調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電壓從零升起，升壓速度約3千伏/秒，直至油隙擊穿，南瑞西高并記錄擊穿電壓值。這樣重復(fù)試驗(yàn)5次，取平均值。
擊穿時(shí)的電流限制
為了減少油擊穿后產(chǎn)生的碳粒，應(yīng)將擊穿時(shí)的電流限制在5毫安左右。在每次擊穿后要對(duì)電極間的油進(jìn)行充分?jǐn)嚢?，并靜置5分鐘后再重復(fù)試驗(yàn)。
二、絕緣油tgδ值的測(cè)量
將被試油裝入tgδ值測(cè)量專用的油杯中，并接在高壓交流平衡電橋上，在工頻電壓下進(jìn)行測(cè)量。
1.試驗(yàn)接線和使用儀器
試驗(yàn)時(shí)應(yīng)按所用電橋說(shuō)明書要求進(jìn)行接線。目前我國(guó)使用較多的有關(guān)儀器有以下幾種。
(1)油杯。有單圓筒式、雙圓筒式及三接線柱電極式的。
(2)交流平衡電橋。 常用的國(guó)產(chǎn)電橋有QS3型或其它可測(cè)量tgδ值小于0.01%靈敏度較高的電橋。
2.試驗(yàn)步驟
(1)清洗油杯。試驗(yàn)前先用有機(jī)溶劑將測(cè)量油杯仔細(xì)清洗并烘干，(以防附著于電極上的任何污舞雜質(zhì)及水分潮氣等影響試驗(yàn)結(jié)果。即保證空杯的tgδ值小于0.01%，才能滿足對(duì)絕緣油測(cè)試準(zhǔn)確度的要求)。然后用被試油沖洗測(cè)量油杯兩、三次，再注入被試油，靜置10分鐘以上，待油中氣泡逸出后再進(jìn)行測(cè)量。
(2)適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)電壓和溫度。試驗(yàn)電壓由測(cè)量油杯電極間隙大小而定，一般應(yīng)保證間隙上的電場(chǎng)強(qiáng)度為1千伏/毫米。在注油試驗(yàn)前，還必須對(duì)空杯進(jìn)行1. 5倍工作電壓的耐壓試驗(yàn)。由于絕緣油的tgδ值很小，南瑞西高特別是電纜油和電容器油，所以要用精密度較高的西林電橋測(cè)量，以保證至少能測(cè)出0.01%的tgδ值。由于絕緣油的tgδ值隨溫度的升高而按指數(shù)規(guī)律劇增，因此除了在常溫下測(cè)量油的tgδ值外，還必須將被直油樣升溫(變壓器油要升溫至70℃，電纜油要升溫至100℃)，測(cè)量高溫下tgδ值。因?yàn)榕袛嘤唾|(zhì)的好壞主要是以高溫下測(cè)得的tgδ值為準(zhǔn)；而在低溫時(shí)，有時(shí)好油和壞油的tgδ值差別不大。又由于好油的tgδ值隨溫度升高，增長(zhǎng)較慢；而壞油的tgδ值則隨溫度升高，增長(zhǎng)很快。因此高溫下二者的tgδ值會(huì)差別很大，更利于區(qū)分油質(zhì)的好壞。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)于變壓器油、新油和再生油升溫至70℃時(shí)的tgδ值應(yīng)不大于0.5%，運(yùn)行中的油70℃時(shí)的tgδ值應(yīng)不大于2%，電纜油100℃時(shí)的tgδ值應(yīng)不大于0.5%。
變壓器油檢測(cè)項(xiàng)目及試驗(yàn)意義
1、外觀：檢查運(yùn)行油的外觀，可以發(fā)現(xiàn)油中不溶性油泥、纖維和臟物存在。在常規(guī)試驗(yàn)中，應(yīng)有此項(xiàng)目的記載。
2、顏色：新變壓器油一般是無(wú)色或淡黃色，運(yùn)行中顏色會(huì)逐漸加深，但正常情況下這種變化趨勢(shì)比較緩慢。若油品顏色急劇加深，則應(yīng)調(diào)查是否設(shè)備有過(guò)負(fù)荷現(xiàn)象或過(guò)熱情況出現(xiàn)。如其他有關(guān)特性試驗(yàn)項(xiàng)目均符合要求，可以繼續(xù)運(yùn)行，但應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)視。
3、水分：水分是影響變壓器設(shè)備絕緣老化的重要原因之一。變壓器油和絕緣材料中含水量增加，直接導(dǎo)致絕緣性能下降并會(huì)促使油老化，影響設(shè)備運(yùn)行的可靠性和使用壽命。對(duì)水分進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督，是保證設(shè)備**運(yùn)行必不可少的一個(gè)試驗(yàn)項(xiàng)目。
4、酸值：油中所含酸性產(chǎn)物會(huì)使油的導(dǎo)電性增高，降低油的絕緣性能，在運(yùn)行溫度較高時(shí)（如80℃以上）還會(huì)促使固體纖維質(zhì)絕緣材料老化和造成腐蝕，縮短設(shè)備使用壽命。由于油中酸值可反映出油質(zhì)的老化情況，所以加強(qiáng)酸值的監(jiān)督，對(duì)于采取正確的維護(hù)措施是很重要的。
5、氧化安定性：變壓器油的氧化安定性試驗(yàn)是評(píng)價(jià)其使用壽命的一種重要手段。由于國(guó)產(chǎn)油氧化安定性較好，且又添加了抗氧化劑，所以通常只對(duì)新油進(jìn)行此項(xiàng)目試驗(yàn)，但對(duì)于進(jìn)口油，特別是不含抗氧化劑的油，除對(duì)新油進(jìn)行試驗(yàn)外，在運(yùn)行若干年后也應(yīng)進(jìn)行此項(xiàng)試驗(yàn)，以便采取適當(dāng)?shù)木S護(hù)措施，延長(zhǎng)使用壽命。
6、擊穿電壓：變壓器油的擊穿電壓是檢驗(yàn)變壓器油耐受極限電應(yīng)力情況，是一項(xiàng)非常重要的監(jiān)督手段，通常情況下，它主要取決于被污染的程度，但當(dāng)油中水分較高或含有雜質(zhì)顆粒時(shí)，對(duì)擊穿電壓影響較大。
7、介質(zhì)損耗因數(shù)：介質(zhì)損耗因數(shù)對(duì)判斷變壓器油的老化與污染程度是很敏感的。新油中所含極性雜質(zhì)少，所以介質(zhì)損耗因數(shù)也甚微小，一般僅有0.01％～0.1％數(shù)量級(jí)；但由于氧化或過(guò)熱而引起油質(zhì)老化時(shí)，或混入其他雜質(zhì)時(shí)，所生成的極性雜質(zhì)和帶電膠體物質(zhì)逐漸增多，介質(zhì)損耗因數(shù)也就會(huì)隨之增加，在油的老化產(chǎn)物甚微，用化學(xué)方法尚不能察覺時(shí)，介質(zhì)損耗因數(shù)就已能明顯的分辨出來(lái)。因此介質(zhì)損耗因數(shù)的測(cè)定是變壓器油檢驗(yàn)監(jiān)督的常用手段，具有特殊的意義。
8、界面張力：油水之間界面張力的測(cè)定是檢查油中含有因老化而產(chǎn)生的可溶性極性雜質(zhì)的一種間接有效的方法。油在初期老化階段，界面張力的變化是相當(dāng)迅速的，到老化中期，其變化速度也就降低。而油泥生成則明顯增加，因此，此方法也可對(duì)生成油泥的趨勢(shì)做出可靠的判斷。
9、油泥：此法是檢查運(yùn)行油中尚處于溶解或膠體狀態(tài)下在加入正庚烷時(shí)，可以從油中沉析出來(lái)的油泥沉積物。由于油泥在新油和老化油中的溶解度不同，當(dāng)老化油中滲入新油時(shí)，油泥便會(huì)沉析出來(lái)，油泥的沉積將會(huì)影響設(shè)備的散熱性能，同時(shí)還對(duì)固體絕緣材料和金屬造成嚴(yán)重的腐蝕，導(dǎo)致絕緣性能下降，危害性較大，因此，以大于5％的比例混油時(shí)，必須進(jìn)行油泥析出試驗(yàn)。
10、閃點(diǎn)：閃點(diǎn)對(duì)運(yùn)行油的監(jiān)督是必不可少的項(xiàng)目。閃點(diǎn)降低表示油中有揮發(fā)性可燃?xì)怏w產(chǎn)生；這些可燃?xì)怏w往往是由于電氣設(shè)備局部過(guò)熱，電弧放電造成絕緣油在高溫下熱裂解而產(chǎn)生的。通過(guò)閃點(diǎn)的測(cè)定可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的故障。同時(shí)對(duì)新充入設(shè)備及檢修處理后的變壓器油來(lái)說(shuō)，測(cè)定閃點(diǎn)也可防止或發(fā)現(xiàn)是否混入了輕質(zhì)餾份的油品，從而保障設(shè)備的**運(yùn)行。
11、油中氣體組分含量：油中可燃?xì)怏w一般都是由于設(shè)備的局部過(guò)熱或放電分解而產(chǎn)生的。產(chǎn)生可燃?xì)怏w的原因如不及時(shí)查明和消除，對(duì)設(shè)備的**運(yùn)行是十分危險(xiǎn)的。因此采用氣相色譜法測(cè)定油中氣體組分，對(duì)于消除變壓器的潛伏性故障是十分有效的。該項(xiàng)目是變壓器油運(yùn)行監(jiān)督中一項(xiàng)必不可少的檢測(cè)內(nèi)容
12、水溶性酸：變壓器油在氧化初級(jí)階段一般易生成低分子有機(jī)酸，如甲酸、乙酸等，因?yàn)檫@些酸的水溶性較好，當(dāng)油中水溶性酸含量增加（即pH值降低），油中又含有水時(shí)，會(huì)使固體絕緣材料和金屬產(chǎn)生腐蝕，并降低電氣設(shè)備的絕緣性能，縮短設(shè)備的使用壽命。
13、凝點(diǎn)：根據(jù)我國(guó)的氣候條件，變壓器油是按低溫性能劃分牌號(hào)。如10、25、45三種牌號(hào)系指凝點(diǎn)分別為-10、-25、-45℃。所以對(duì)新油的驗(yàn)收以及不同牌號(hào)油的混用，凝點(diǎn)的測(cè)定是必要的。
14、體積電阻率：變壓器油的體積電阻率同介質(zhì)損耗因數(shù)一樣，可以判斷變壓器油的老化程度與污染程度。油中的水分、污染雜質(zhì)和酸性產(chǎn)物均可影響電阻率的降低.
絕緣油能擊穿電壓
擊穿電壓也是評(píng)定絕緣油電氣性能的一項(xiàng)指標(biāo)，可用來(lái)判斷絕緣油含水和其他懸浮物污染的程度，以及對(duì)注入設(shè)備前油品干燥和過(guò)濾程度的檢驗(yàn)。對(duì)清凈干燥的油施加一個(gè)逐漸升高的電壓時(shí)，在電壓的負(fù)極端會(huì)發(fā)射擊電子，當(dāng)電子具有足夠能量時(shí)，可以使油分子微化離解，于是整個(gè)離解過(guò)程隨電壓升高而加強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到某一個(gè)電壓后，會(huì)產(chǎn)生大量傳導(dǎo)電流而形成電弧，這種現(xiàn)象被稱為擊穿。擊穿時(shí)的電壓被稱為擊穿電壓。若油中有水或固體物存在時(shí)，則會(huì)使擊穿電壓變小，這是由于水和固體物的導(dǎo)電性均比油大之緣故。運(yùn)行中油的擊穿電壓低是變壓器工作危險(xiǎn)的信號(hào)。對(duì)于變壓器油國(guó)內(nèi)、國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定擊穿電壓一般在40-50kV，高的達(dá)60kV甚至更多。