(二) 换油这是抑制油流带电的有效方法之一,并为多年的运行经验初步证实。具体做法是将具有高带电趋势的油改换为具有低带电趋势的油。(三) 添加苯并三唑这是日本研究出的抑制大型变压器油流带电的一种方法,并使用多年。......
2023-06-27
影响油流带电的主要因素分析
【摘要】：(一) 油流速度与温度的影响油流速度是最主要的影响因素。在实际的变压器中,绕组下部的进油口附近区域属湍流状态,因此该区域油流带电程度严重。这相当于液、固两态界面的电导率在连续变化,这也就直接影响了油流带电。(八) 介质损耗因数tanδ的影响油流带电与油本身的介质损耗因数tanδ 的关系如图1-71所示。尽管油流带电与其tanδ存在有一定范围的不确定性,但总的趋势是tanδ增大时,带电倾向增加。
(一) 油流速度与温度的影响
油流速度是最主要的影响因素。油流速度增加,油流带电程度随之严重,通常认为在2～4倍的额定流速 (平均流速)下,带电倾向较为明显。
例如,西北某水电厂的#1～#3主变压器油中乙炔、总烃含量超标,乙炔含量最高达30×10-6,总烃最高达164×10-6。经测试和综合分析判断,认为#1～#3主变压器油中乙炔含量增高的重要原因是由于油流放电引起的。为此将原来运行的4台潜油泵减少为3台,使油流速度降低,半年的监测表明:乙炔含量明显降低,并一直趋于稳定。
由于油流速度与温度有关,所以温度变化时,油流带电程度也随之变化。图1-83示出了在不同流速下绕组泄漏电流与温度的关系曲线。由图可见,当油温在50～60℃之间时,油流所产生的泄漏电流达最大值。通常,变压器恰工作在这样的温度范围,显然是不利的。
图1-83 不同流速下绕组泄漏电流与温度的关系
研究表明,油的流速在0.29m/s以下时,就不会发生放电现象,但为了安全要留有一定的裕度。
(二) 油流状态的影响
油的流动分为层流和湍流,油流状态通常以雷诺数表示。图1-84示出了油流状态 (雷诺数)与泄漏电流的关系。从图中可以看出,当油流处在层流区时,泄漏电流与雷诺数成正比,且与温度有关。而在湍流区,则与雷诺数的平方成正比。从层流到湍流的过渡区域,由于油流极不稳定,电荷的分离与雷诺数的2～5次方成正比。
以层压纸管的油流来模拟油流的试验结果如图1-85所示。由图可见:
(1)在纸管的入油口油流极不稳定,属湍流状态,其泄漏电流最大。
(2)在纸管的出口处,也有类似的湍流效应。
在实际的变压器中,绕组下部的进油口附近区域属湍流状态,因此该区域油流带电程度严重。
(三) 励磁对油流带电的影响
图1-84 泄漏电流与雷诺数的关系
图1-86所示为在一台实际的500kV单相自耦壳式变压器模型上进行不同励磁下测量静电泄漏电流的试验结果。由图可知,泄漏电流随励磁电压升高而增大,且与油温有关,泄漏电流的峰值效应明显。
(四) 油泵对油流带电的影响
当油泵突然启动时,由于油流的扰动,交界面的偶电层快速被油流分离,会使油很快增加到一个较高的起始带电度,频繁启动油泵会加剧这种现象。因此油泵的启动和切断应该逐步进行。此外,由于油泵本身的油流速度较高,很容易分离电荷,在设计时,油泵大多是位于冷却器下部,油泵旋转时产生的电荷经油泵本体对地释放一部分,但有人认为,此释放量不够,会影响变压器内部的油流带电,因此有些设计做了改进,其目的是使油进入变压器之前,有一段较长的电荷释放距离。
图1-86 变压器励磁对泄漏电流的影响
(五) 油中水分的影响
油中水分含量对油的流动带电倾向有明显的影响。随着油中微量水分的减小,油中的带电倾向将增加,从图1-87所示的9种美国产新绝缘油的含水量与电荷密度的关系曲线中可以看出,当油中微水含量小于15×10-6时,油中电荷密度剧增。这与油的种类也有关,电荷密度较高的是一种经水解处理后再用漂白土过滤的油种,电荷密度较低的是一种经水解处理后再以溶剂萃取的油种,两者的区别是前者无抑制剂,后者则添有抑制剂,也即油中的其他物质对电荷密度会有一定的影响。合格的大型变压器中的绝缘油微水含量低 (约10×10-6),使得电荷的泄放困难,故运行中的大型电力变压器油流带电问题较严重。
由于温度的变化,水分在油和纸质材料间有一个连续的动态平衡过程,由于这个过程在连续变化。这相当于液、固两态界面的电导率在连续变化,这也就直接影响了油流带电。
(六) 固体纸绝缘材料表面状态的影响
固体纸质绝缘表面吸附电荷的能力,随着其表面的粗糙度增加而增加,即纸质材料表面的网状结构将直接影响电荷的分离。变压器内所使用的各种固体绝缘材料,在油流流过时的带电量 (带电电位)与其表面状态的关系如图1-88所示。由图可见,各种材料带电量大小不同,其大小顺序是:棉布带＞皱纹纸＞压制板＞牛皮纸。这是由于它们表面粗糙度不同所致,例如,棉布带表面粗糙度约为牛皮纸的10倍,其带电量也约为牛皮纸的10倍。材料表面粗糙度增大,实际上是增加了与油质的接触面积,从而增加了吸附电荷的能力。当表面的积累电荷一旦放电后,将会使材料表面变得更粗糙,从而变得更易积累电荷。
图1-87 电荷密度与油含水量的关系
图1-88 不同固体绝缘材料的带电量
(七) 油的电导率的影响
油的电导率直接影响油中离子的含量和影响电荷的松弛时间常数。一般认为,当电导率较低时,带电程度随电导率增大而增强,如图1-89所示。但是,当电导率超过某一临界值时,油流带电程度则又随着电导率的增大而减小,且油流带电达到峰值时,电导率的区间一般是 (2～5)×10-8S/cm。
(八) 介质损耗因数tanδ的影响
油流带电与油本身的介质损耗因数tanδ 的关系如图1-71所示。尽管油流带电与其tanδ存在有一定范围的不确定性,但总的趋势是tanδ增大时,带电倾向增加。
图1-89 油电导率与电荷密度的关系(测试温度30℃)
(九) 其他
现已查明,大型电力变压器的油流带电现象,除上述外,还与变压器油的加工精制工艺、油的老化、变压器的结构 (包括泵、散热器、油箱等)、运行状况、油中杂质、光照、油—纸之间水分的迁移等因素有关。
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