關于絕緣油擊穿電壓試驗的幾種方法
志力公司生產的絕緣油擊穿測試儀
當前國內電力行業(yè)測定絕緣油的擊穿電壓采用了幾種不同的方法和標�,各方法之間有明顯的差異,導致測定結果不�。各部門對標準的認識、理解不盡統(tǒng)一,對結果的解釋也不盡相同,揚州志力就測定方法的統(tǒng)一以及結果的分析判斷做些探��
1. 測試方法
1.1標準的比�
目前關于絕緣油擊穿電壓測試方法的標準比較常用的有GB/T507-1986《電氣用油絕緣強度測定法》和DL/T429-1991《電力系�(tǒng)油質試驗方法》,其中GB/T507-1986主要參照IEC156《絕緣油電氣強度測定方法》制定,與IEC156差別很小。GB/T507-1986和DL/T429-1991這兩種標準的測試方法(前者簡�“方法一”,后者簡�“方法�”)差別較�,主要差別有兩點:一是電極形狀不同,方法一采用球形和球蓋形電極,方法二的電極為平板倒角形;二是測定油杯容量不同,方法一�(guī)定油杯容積為300~500mL,而方法二�(guī)定油杯容積不得小�200ml(DL/T429-1991的附錄中另有小電極、小油杯、小間隙的試驗方法)。在DL/T429-1991中有一條注釋:“經過濾處理,脫氣和干燥后的油及電壓高�200kV以上的電力設�,應按GB507《電氣用油絕緣強度測定法�,采用球蓋形電極進行試驗�”這兩種方法的應用在相關變壓器油質量測定標準中有明顯的�(guī)定:GB/T2536-1990《變壓器油》中�(guī)定擊穿電壓的測定采用方法一;在GB/T7595-2000《運行中變壓器油的質量標準》中�(guī)定擊穿電壓的測定采用方法一或方法二;在GB/T50150-1991《電氣設備安裝工程電氣設備交接試驗標準》中�(guī)定絕緣油的電氣強度采用方法一,但試驗電極采用平板倒角形電極�
1.2.1�(xiàn)狀
據了�,目前國內電力行�(yè),尤其是供電系統(tǒng)和安裝系�(tǒng),絕大多�(shù)采用方法二測試絕緣擊穿電�,即以平板倒角形電極和較小的油杯進行測試,但又忽略了DL/T429-1991中的注釋,無論是什么狀�(tài)的油,從什么電壓等級的電氣設備中采集的油樣,統(tǒng)�(tǒng)都用方法二進行測試�
1.2.2原因分析
在電力系�(tǒng)中基本上采用方法二測試絕緣油擊穿電壓,這種狀況的形成有歷史沿革的原因,也有方法一用油量大的原��
多年�,各用油部門一直采用方法二進行擊穿電壓的測試,相應的試驗設備(如電�、油杯)都為適應方法二而設�。要嚴格�(zhí)行標準,針對不同油樣,隨時更換油杯、電�,必須對測試設備進行更新改�,這給試驗人員增添了許多麻�。絕大多�(shù)情況下,試驗人員就用一種電�、一種油杯測試所有油�,若試驗結果能滿足不同等級要求的絕緣油擊穿電壓標準,這也是一種不錯的選擇,而且不會產生任何分歧,但�,如果測定值介于合格與不合格之間,麻煩就出�(xiàn)�。例如,需測定一�500kV運行中變壓器油的擊穿電壓,采用平板倒角形電極和小油�,以及相配套的升壓設備等試驗設備,電極之間距�2.5mm,測定的結果�46kV,這顯然不滿足GB/T7595-2000�(guī)定的擊穿電壓試驗應按方法一進行。要判斷此油樣是否合�,就必須再取�,用球蓋形電極和大油杯進行試驗。這樣無疑給試驗工作帶來更大的麻煩。有些單位則采取加深本體油處理的手段,仍用平板倒角形電�,直至測定值合格為�。這樣做使絕緣油的絕緣性更可靠,但卻加大了處理成本,是極不經濟的。用平板倒角形電�、球形電極和球蓋形電極測得的擊穿電壓值有顯著的差�,GB/T7959-2000附錄B中對采用3種電極測定的擊穿電壓值進行了比較:采用球形電極比采用平板倒角形電極的�6kV;采用球蓋形電極比采用平板倒角形電極高3~6kV;當油的擊穿電壓值在30kV以下�,球形和平板倒角形電極的測定值基本一�。但這只是一種統(tǒng)計規(guī)�,不能簡單地把采用平板倒角形電極測得的擊穿電壓值都加上3~6kV,對單個油樣來說差別可能很�,也可能很小�
方法一用油量大,需從電氣設備中多次取樣,對于互感器、電抗器和少油開關等少油電氣設備,多次取樣后,油量不足就必須補油。因此很多單位都選擇方法�,以小油杯進行測試�
1.3試驗方法的改進建�
A)方法標準應向國際標準靠�。目前IEC156的試驗方法是得到世界上大多數(shù)國家承認�,其通用�、先進性不容置疑。在標準化工作中,優(yōu)先采用先進的、國際通用的標準制定本�-標準是一條很重要的原�,GB/T507-1986基本上是參照IEC156制定�,要求基本相��
B)考慮到運行中電氣設備的油量稍少及測試油杯的容量稍小對測試結果影響不大的情況,可對GB/T507-1986中油杯容量的限制放寬,例如從300~500mL放寬�200~500ml�
C)方法一比方法二更接近于絕緣油的實際使用情況,充油電氣設備中�(fā)生油隙擊穿是在場強較高又相對集中的區(qū)�,與球形或球蓋形電極間隙更相�,而不同于平板倒角形電極間隙�
2.影響實驗結果的主要因�
嚴格地講,不含水�、灰塵和纖維等雜質的純凈�,擊穿起始于個別油分子在電場中的極化、電�,其化學組成對擊穿電壓影響不�,不同牌號和產地的絕緣油應該具有大致相同的擊穿電壓,并且同一試樣平行試樣結果的分散性也不大,擊穿電壓值能達到200kV以上(電極距�2.5mm�。但實際應用中的油和“純凈�”有極大的不同,用目前世界上的凈化設備多次處理后的絕緣�,其含水量也往往大于2mg/kg,每100ml油中長度大于5um的雜質顆粒不少于�(shù)千�;另外在取樣測定過程中油樣也不可避免的與周圍大氣接觸,大氣中的水�、飄塵會不可避免的浸入油�。這些油中的雜質和溶解于油井與油分子緊密結合的水分�,在純凈的油分子中遠未在電極之間極化和電離之�,就沿電場強度方向排�、聚集,進而電離形成微小通路,即所�“小橋”,小通路連接貫穿兩級,導致油迅速擊�。油中雜質越多,越易形成小橋,擊穿電壓越�。測定絕緣油的擊穿電�,實際上是在衡量絕緣油中雜質含量的多少,即判斷絕緣油被污染的程度�
油的擊穿過程實際上是隨機�,與油隙電場的瞬間狀�(tài)密切相關。油中雜質分布的不均勻性和雜質顆粒的運�,導致油隙雜質顆粒的分布隨時間改變而不�,因此小橋在電場中的位置是不可預知的。尤其是對于平板倒角形電極而言,相對均勻的電場比球形和球蓋形電極所形成的同等強度的電場所占的空間體積要大得多,小橋形成的位置更加不可預知,形成的概率也要大得�。這也是平板倒角形電極測定油的擊穿電壓值比另兩種電極的測定值低的根本原��
由以上擊穿機理的分析,我們可以得知油隙的擊穿雖然是短暫的一瞬間,其過程卻是復雜的,即使是一杯試�,在多次擊穿試驗中的測得值也是分散性很大的,各種試驗標準都�(guī)定取6次試驗的平均值作為試驗結�,這種�(guī)定在一般的測試中是不多見的。把一些顯而易見的影響因素做人為的嚴格�(guī)�,使這些因素對結果的影響維持在一個恒定的水平是十分必要的�
2.1試驗儀器的影響
絕緣油介電強度測試儀器包括升壓裝置(手動或自動)、油杯和電極、攪拌裝置(手動或自動)、數(shù)據輸出裝置(模擬儀表或�(shù)顯打印機�、計時裝置等,每一部分的異常都會使測定結果產生誤差,全自動的儀器較�,在測定過程中基本上消除了認為因素的影響�
2.1.1升壓裝置
升壓裝置的輸出電壓波形是否近似正弦波,輸出電壓是否與輸出顯示一直,對結果的準確性有很大影響,不同的測試儀器,其升壓裝置的性能必須確保符合標準的規(guī)�。升壓裝置的此項性能應由生產廠家在儀器的設計生產中予以保證,用戶可在選購儀器時向生產廠家索要升壓裝置輸出電壓頻譜分析和輸出電壓峰值的檢測報告�
2.1.2油杯和電�
電極的形狀不同,電極周圍空間的電場也截然不同,平板倒角形電極之間的電場可以大致看成是均勻電�,而球形和球蓋形電極之間的電場為不均勻電場,絕緣油在不同電場中的表�(xiàn)也完全不�。油杯的容量大小、電極浸入絕緣油的深淺都會給測定結果帶來影響,為此相關標準中都有明確的規(guī)定。實踐證�,電極的加工和裝配水�、油杯的形狀和材料等不同都會給測定結果帶來明顯的差異�
2.2�(huán)境的影響
大氣中飄塵和水氣都不可避免地要浸入待測油樣中,從而使測定值偏�,因此標準中有油杯加防塵蓋和盡快完成測定的提�,有條件的話,應盡可能在有空調和潔凈、干燥的實驗室內進行測定,尤其是在我國南方潮濕多雨的季節(jié)和北方沙塵較大的季節(jié),防止環(huán)境條件對測定結果的影��
3對試驗結果的分析判斷
3.1試驗�(shù)據的分散�
一個絕緣油�6次擊穿電壓試驗的測定�,其分散性是較大�,根本原因在于擊穿瞬間兩個電極之間的電場分布狀�(tài)和絕緣油所含雜質的分布狀�(tài)都是隨機�。數(shù)據處理中,不�6個數(shù)據的標準差S≥10kV(電極距�2.5mm)時重新取樣測定,這一提法值得推薦。較準確地說,我們測得的擊穿電壓值只是說明絕緣油在平均值附近發(fā)生電擊穿的概�,偏離此點較多的過高值和過低值出�(xiàn)電擊穿的概率較低,并不是說該絕緣油在此點一定被擊穿。選擇擊穿電壓值較集中的范�,取不少�6個測定值的平均值作為測定結果是較為合理�,這樣更能較真實地反映絕緣油的平均被污染水平�
3.2試驗�(shù)據的準確�
得到準確可靠的絕緣油擊穿電壓�,是擊穿電壓試驗的最終目的。若對試驗結果產生懷�,建議用下述辦法處理�
A� 檢驗升壓裝置輸出電壓波形和幅�。此項工作一般生產廠家都已做�,在正常使用中發(fā)生變化的可能性不大,在使用中若沒有發(fā)生明顯的損壞由此引起的誤差可能性很��
B� 在測得介于合格與不合格之間時,采用對比試驗的方法,驗證油杯和電極對結果的影響,即同時在不同的實驗�,用不同的電極和油杯測定同一油樣,在確保兩對電極間距離都是(2.5±0.1)mm的前提下,測定值較高的應更接近于真�。這是因為只有電極間距離過大才會使絕緣油的擊穿電壓測定值的誤差為正誤差,其余各種影響因�,包括電極形狀、加工精度和表面狀�(tài),油杯的材料、形狀�,都會使測定值出�(xiàn)負誤差,即測得結果小于真��
4.文章結束�
綜上所�,由于影響擊穿電壓測定的因素較為復雜,人為做一些嚴格的�(guī)定,�(tǒng)一測定方法,繼這樣將可以大大提高我國絕緣油擊穿電壓測定的技術水平�
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