變壓器絕緣油的案例
一種實時檢測變壓器絕緣油中微水含量的傳感器
摘要闡述了變壓器油中微水的狀態及危害,論述了變壓器絕緣油中微水的測試方法,以期為變壓器絕緣油中微水監測提供參考。
關鍵詞變壓器;絕緣油;微水監測
目前電力變壓器不僅屬于電力系統最重要的和最昂貴的設備之列,而且也是導致電力系統事故最多的設備之一。變壓器在發生突發性故障之前,絕緣的劣化及潛伏性故障在運行電壓的作用下將產生光、電、聲、熱、化學變化等一系列效應及信息。因此,國內外不僅要定期做以預防性試驗為基礎的預防性維護,而且相繼都在研究以在線監測為基礎的預知性維護策略,以便實時或定時在線監測與診斷潛伏性故障或缺陷[1-4]。變壓器絕緣油中微水的含量也是確定變壓器絕緣質量的參數。變壓器在線智能診斷設備能夠自動采集、分析油中微水的含量并得出故障原因,提供解決方案,使用戶及時解決變壓器中存在的隱患,防止事故發生。
變壓器油中微水的狀態及危害
變壓器在運輸、貯存、使用過程中都可能由外界進入或油自身氧化產生水,產生的水分會以下列狀態存在:
一是游離水。多為外界入侵的水分,如不攪動不易與水結合。不影響油的擊穿電壓,但也不允許,表明油中可能有溶解水,需立即處理。
二是極度細微的顆粒溶于水。通常由空氣中進入油中,急劇降低油的擊穿電壓。介質損耗加大,真空濾油。
三是乳化水。油品精煉不良,或長期運行造成油質老化,或油被乳化物污染,都會降低油水之間的界面張力,如油水混合在一起,便形成乳化狀態。加破乳化劑。
其危害:
一是降低油品的擊穿電壓。100～200mg/kg擊穿電壓大幅度降至1.0kV,油中纖維雜質極易吸收水分,在電場作用下,在電極間形成導電的“小橋”,因而容易擊穿。
二是使介質損耗因數升高。懸浮的乳化水影響最大,不均勻。
展開 在線檢測變壓器絕緣油的擊穿電壓、含水量和溫度的傳感器
所有這些可能性的主要促成因素是位于電力線所有分支上的變壓器。然而，大多數使用的變壓器已經或即將結束其生命周期。這意味著，如果不對電氣系統進行重大改變，我們現在或未來都無法實現擴展電氣系統的目標和愿景。大多數變壓器的使用壽命已經達到30到40年，而可再生能源系統的不斷整合導致了越來越大、越來越頻繁的波動，危及系統的穩定性。這個問題更為重要，因為更換有缺陷和有缺陷的變壓器既昂貴又耗時，更換可能需要2年時間。
認識到這個問題并加以解決，導致了所謂的新“智能電網”的發展，這種電網能夠承受未來更高的需求，同時提供更穩定、更強健的基礎設施。必須“在運行中”完成的任務（對持續運行的系統進行更新）。顯然，這是一項艱難的工作，即使是最小的錯誤也可能導致連鎖反應，帶來災難性的后果。因此，必須對最關鍵的部件(即變壓器)進行監控。
在變壓器的運行中，絕緣油是保證其長壽命的最重要元素。然而，隨著時間的推移，它會受到不良物質的污染，從而影響其功能。對這些雜質及其濃度的分析可以提供有關變壓器本身使用壽命和老化的信息，同時提供有關電氣絕緣性能的重要數據，從而確保變壓器的正確運行。目前，獲取上述絕緣油情況的標準程序是對運行中的變壓器探頭進行選擇性和零星的實驗室分析。這是一種實踐，其產生的結果表明，絕緣油的狀態與其實際使用狀態相差甚遠。由于缺乏綜合的監測方法，因此絕緣油在最初調試的5-10年之后，絕緣油才會在實驗室進行檢測，如果有的話，每隔1-2年，當變壓器的壽命達到臨界狀態時才會進行檢測。
基于這種情況，并考慮到該過程目前的缺點，目的是開發一種傳感器，能夠實時記錄運行中變壓器的數據，而不會損害或篡改其功能。所記錄的值應該能夠實時地為變壓器操作員提供所有必要的信息，以便他能夠盡可能快速和有效地對產品的變化作出反應。
展開 變壓器儲油箱的那些事
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變壓器的儲油箱
從外形來看，這是一個圓柱形罐子，安裝在變壓器主罐頂上的支撐結構上。變壓器儲油箱的主要功能是為變壓器內部的油膨脹提供足夠的空間。
吊器身式郵箱
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變壓器儲油箱的功能
當變壓器加載時并且當環境溫度升高時，變壓器內部的油量增加。變壓器的儲油箱為膨脹的變壓器油提供了足夠的空間。另外，它還被用作變壓器絕緣油的儲存器。
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儲油箱的構造
儲油箱是一個兩端封閉的圓柱形油容器。容器的兩側均設有一個較大的檢查蓋，為了方便在儲油柜內部進行維護和清潔。
儲油柜管道
（即來自主變壓器油箱的管道）
從儲油柜底部伸出。在儲油柜內部的儲油柜管的頭部設有蓋子。這個管道既突出又帶有蓋子，因為這種設計可防止油泥和沉淀物從儲油柜進入到主油箱。通常情況下，硅膠呼吸器固定管從頂部進入儲油柜。如果它從底部進入，則應預計到儲油柜內部的油位上方。
展開 DPE絕緣紙在植物油變壓器中的應用- DPE絕緣紙與植物油配合構成的油紙絕緣系統
植物油作為一種綠色環保的液態絕緣介質，具有優越的阻燃性、耐熱性和絕緣性能，可大幅度提高變壓器的絕緣壽命以及供電的可靠性。植物油的自然降解率可達97%以上，并且可再生能力極強。植物油變壓器的應用具有十分顯著的經濟效益和社會效益。
DPE絕緣紙是由100%天然木質纖維制作而成的，是一種專門應用于配電變壓器高壓線圈層間及高低壓線圈間絕緣的新型絕緣紙（如圖1），DPE絕緣紙具有更強的電氣性能、干燥用時短、浸油速度快、耐熱等級高等特性，這些特性可以優化變壓器的整體設計，縮短變壓器的干燥以及浸油時間，進而節約生產成本，提高產品的市場競爭力。
圖1 DPE絕緣紙以及使用DPE制造的變壓器線圈
植物油燃點和閃點高，完全滿足高絕緣耐熱等級的要求。植物油與高耐溫的固體絕緣材料配合組成的變壓器絕緣系統，可提高植物油變壓器的溫升限值，從而提高變壓器的過載能力和使用壽命，經優化設計后，還可以降低變壓器的重量和體積，進而降低變壓器的生產成本，有利于植物油變壓的推廣和應用。
DPE絕緣紙屬于B級（130℃）固體絕緣材料。在植物油中，DPE絕緣紙的耐溫可達140℃。在植物油變壓器中，DPE絕緣紙允許的最大溫升為85℃，線圈最熱點溫度為120℃，絕緣系統溫度為140℃（如圖2）。
圖2 基于IEEE標準要求測定的DPE絕緣紙耐熱性能
根據標準IEC60076-14，在天然脂（植物）絕緣油中，耐熱絕緣紙和DPE絕緣紙在變壓器頂層油溫、平均線圈溫升、線圈熱點的最大溫升值對比（如圖3）。
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變壓器的在線檢測與故障診斷課件(絕緣、變壓器油)
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變壓器的在線檢測與故障診斷課件(絕緣、變壓器油)
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變壓器濾油、注油、熱油循環的操作規范
5.1.4 變壓器油標準：
一、進行氣體置換前，變壓器油經凈化處理，注入變壓器的油應符合下列要求：
二、變壓器油國家標準GB2536-81(新來油)
三、設備中變壓器油指標（GB7595-87）
注：油中含氣量由用戶和制造廠家協商
四、絕緣油的試驗，應符合下列規定：
1、絕緣油的試驗項目及標準，應符合表19.0.1的規定。
2、新油驗收及充油電氣設備的絕緣油試驗分類，應符合表19.0.2的規定。
3、絕緣油當需要進行混合時，在混合前應按混油的實際使用比列先提取混油樣進行分析，其結果應符合表19.0.1中的第3、4、10項的規定?；?em>油后還應按表19.0.2中的規定進行絕緣油的試驗。
4、絕緣油中溶解氣體的色譜分析，應符合下列規定：電壓等級在63 kV及以上的變壓器，應 在升壓或沖擊合閘前及額定電壓下運行24h后，各進行一次變壓器器身內絕緣油的油中溶解氣體的色譜分析，兩次測得的氫、乙炔、總烴含量，應無明顯差別。試驗應按國家標準《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》進行。
5、絕緣油中微量水的測量，應符合下述規定：變壓器油中微量水含量，對電壓等級為110kV的，不應大于20ppm；220~330kV的，不應大于15ppm；500kV的，不應大于10ppm。6、絕緣油中含氣量的測量，應符合下列規定：電壓等級為500kV的變壓器，應在絕緣試驗或第一次升壓前取樣測量油中的含氣量，其值不應大于1%。
展開 變壓器設備中氫氣及微水在線監測系統
表1、不同故障類型產生的油中溶解氣體
故障類型
主要氣體組分
次要氣體組分
油過熱
CH4, C2H4
H2, C2H6
油和紙過熱
CH4, C2H4, CO,CO2
H2, C2H6
油紙絕緣中局部放電
H2, CH4, C2H2, CO
C2H4, CO2
油中火花放電
C2H2, H2
-
油中電弧
H2, C2H2
CH4, C2H4, C2H6
油和紙中電弧
H2, C2H2, CO, CO2
CH4, C2H4, C2H6
進水受潮或油中氣泡
H2
-
自1960年以來，世界電力工業廣泛使用變壓器油中多種故障氣體的色譜分析及多比值、TD圖等判斷方法為電力部門的安全高效運行提供重要依據。但其測量周期較長，脫氣誤差較大以及耗時較多等問題，尚難滿足安全生產和狀態檢修的要求。因此，變壓器油中多種故障氣體的在線檢測就成為迫切的需要。
由國家質量監督局頒布的最新國家標準“變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則”中指出了變壓器絕緣油的產氣原理是由于絕緣油和固體絕緣材料在電及熱作用下的分解。低能量放電故障促使最弱的C-H鍵斷裂，主要重新化合成氫氣，乙烯在高于甲烷和乙烷的溫度下生成。大量的乙炔是在電弧的弧道中產生。
二、選擇氫氣和微水作為測量對象
礦物質絕緣油以其高介電強度和化學穩定性被用作電氣設備的絕緣流體。在正常運行情況下是非常穩定的，但在外界因素如故障左右下會經歷化學反應。
展開 【收藏】變壓器濾油、注油、熱油循環的操作規范
5.1.4 變壓器油標準：
一、進行氣體置換前，變壓器油經凈化處理，注入變壓器的油應符合下列要求：
二、變壓器油國家標準GB2536-81(新來油)
三、設備中變壓器油指標（GB7595-87）
注：油中含氣量由用戶和制造廠家協商
四、絕緣油的試驗，應符合下列規定：
1、絕緣油的試驗項目及標準，應符合表19.0.1的規定。
2、新油驗收及充油電氣設備的絕緣油試驗分類，應符合表19.0.2的規定。
3、絕緣油當需要進行混合時，在混合前應按混油的實際使用比列先提取混油樣進行分析，其結果應符合表19.0.1中的第3、4、10項的規定?；?em>油后還應按表19.0.2中的規定進行絕緣油的試驗。
4、絕緣油中溶解氣體的色譜分析，應符合下列規定：電壓等級在63 kV及以上的變壓器，應 在升壓或沖擊合閘前及額定電壓下運行24h后，各進行一次變壓器器身內絕緣油的油中溶解氣體的色譜分析，兩次測得的氫、乙炔、總烴含量，應無明顯差別。試驗應按國家標準《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》進行。
5、絕緣油中微量水的測量，應符合下述規定：變壓器油中微量水含量，對電壓等級為110kV的，不應大于20ppm；220~330kV的，不應大于15ppm；500kV的，不應大于10ppm。6、絕緣油中含氣量的測量，應符合下列規定：電壓等級為500kV的變壓器，應在絕緣試驗或第一次升壓前取樣測量油中的含氣量，其值不應大于1%。
展開 一文搞懂如何檢測變壓器油中氣體
在測試過程中利用氣體傳感復雜的交叉敏感特點，針對變壓器油中溶解氣體的實際情況，有選擇的將多種傳感器組合在一起，組成一個綜合的傳感器陣列。然后積極應用模式識別技術能夠對氣體的種類進行全方wei的辨別。電子檢測法可以實現對變壓器油中溶解氣體的定性定量檢測。一般情況下，在應用這項技術進行在線監測過程中，要處理好整個測試系統氣體靈敏度、精確度和數據重復性等問題。
另一方面在國家質量監督局頒布的最新國家標準“變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則”中指出了變壓器絕緣油的產氣原理是由于絕緣油和固體絕緣材料在電及熱作用下的分解，低能量放電故障促使最弱的C-H鍵斷裂，主要重新化合成氫氣，乙烯在高于甲烷和乙烷的溫度下生成。大量的乙烷是在電弧的弧道中產生。標準定義了對判斷充油電器設備內部故障有價值的特征氣體：即一氧化碳、二氧化碳、甲烷、乙烷、乙炔、乙烯、氫氣并說明氧氣和氮氣，可作為輔助判斷指標，因此對包含氧氣在內的8種故障氣體進行在線監測才能符合中國國家標準的要求。進一步監測氮氣是國際發展新方向。
展開 變壓器油知識——變壓器油常見質量問題探討
對于未使用過變壓器油酸值一般在0.01mgKOH/g，對運行油控制酸值不大于0.1mgKOH/g。
06
測定運行中絕緣油pH值的意義是什么?
一般未用過的(新的)變壓器油幾乎不含酸性物質，其酸值較低，pH值在6～7范圍內，pH值主要用來表示絕緣油水溶性酸的指標。
根據我國現場調查情況、模擬試驗以及實驗室內老化試驗結果的油分析，對運行中變壓器油一般酸值大于0.1mgKOH/g，pH值等于或小于4.0時變壓器運行油析出油泥的可能性增加。反之則變壓器油可基本保證變壓器良好可靠地工作，當酸值升到0.2mgKOH/g以上或pH值低于3．8時，油質劣化顯著，會有較多油泥產生。
展開 
電力變壓器絕緣故障分析及處理措施
通過測試絕緣油的微水，叮判斷是否屬于該類缺陷。對絕緣油進行壓力式真空濾油，一般能消除水分。
③ 絕緣油感染微生物細菌。
例如在主變壓器安裝或吊芯時，附在絕緣件表面的昆蟲和安裝人員殘留的閂：漬等都有可能攜帶細菌，從而感染了絕緣油：或者絕緣油本身已感染微生物。主變壓器—·般運行在40—80℃的環境下，非常有利于這些微生物的生長、繁殖。由于微生物及其排泄物中的礦物質、蛋白質的絕緣性能遠遠低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。這種缺陷采用現場循環處理的方法很難處理好，因為無論如何處理，始終有一部分微生物殘留在絕緣固體上。處理后，短期內主變壓器絕緣會有所恢復，但由于主變壓器運行環境非常有利于微生物的生長、繁殖，這些殘留微生物還會逐年生長繁殖，從而使某些主變壓器絕緣逐年下降;
④ 含有極性物質的醇酸樹脂絕緣漆溶解在油中。
在電場的作用下，極性物質會發生偶極松弛極化，在交流極化過程中要消耗能量，所以使油的介質損耗上升。雖然絕緣漆在出廠前經過固化處理，但仍可能存在處理不徹底的情況。主變壓器運行一段時間后，處理不徹底的絕緣漆逐漸溶解在油中，使之絕緣性能逐漸下降。該類缺陷發生的時間與絕緣漆處理的徹底程度有關，通過一兩次吸附處理可取得一定的效果。
⑤ 油中只混有水分和雜質。
這種污染情況并不改變油的基本性質。
展開 電力變壓器絕緣故障分析及處理措施
通過測試絕緣油的酸值、界面張力、汕泥析出、水溶性酸值等項目，可判斷是否屬于該類缺陷，，對絕緣油進行再生處理，可能消除油變質的產物，但處理過程中也可能去掉了天然抗氧劑。
② 絕緣油進水受潮，由于水是強極性物質。
在電場的作用下易電離分解，而增加了絕緣油的電導電流，因此，微量的水分可使絕緣油介質損耗顯著增加。通過測試絕緣油的微水，叮判斷是否屬于該類缺陷。對絕緣油進行壓力式真空濾油，一般能消除水分。
③ 絕緣油感染微生物細菌。
例如在主變壓器安裝或吊芯時，附在絕緣件表面的昆蟲和安裝人員殘留的閂：漬等都有可能攜帶細菌，從而感染了絕緣油：或者絕緣油本身已感染微生物。主變壓器—·般運行在40—80℃的環境下，非常有利于這些微生物的生長、繁殖。由于微生物及其排泄物中的礦物質、蛋白質的絕緣性能遠遠低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。這種缺陷采用現場循環處理的方法很難處理好，因為無論如何處理，始終有一部分微生物殘留在絕緣固體上。
展開 電力變壓器絕緣故障分析及處理措施
通過測試絕緣油的微水，叮判斷是否屬于該類缺陷。對絕緣油進行壓力式真空濾油，一般能消除水分。
③ 絕緣油感染微生物細菌。
例如在主變壓器安裝或吊芯時，附在絕緣件表面的昆蟲和安裝人員殘留的閂：漬等都有可能攜帶細菌，從而感染了絕緣油：或者絕緣油本身已感染微生物。主變壓器—·般運行在40—80℃的環境下，非常有利于這些微生物的生長、繁殖。由于微生物及其排泄物中的礦物質、蛋白質的絕緣性能遠遠低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。這種缺陷采用現場循環處理的方法很難處理好，因為無論如何處理，始終有一部分微生物殘留在絕緣固體上。處理后，短期內主變壓器絕緣會有所恢復，但由于主變壓器運行環境非常有利于微生物的生長、繁殖，這些殘留微生物還會逐年生長繁殖，從而使某些主變壓器絕緣逐年下降;
④ 含有極性物質的醇酸樹脂絕緣漆溶解在油中。
在電場的作用下，極性物質會發生偶極松弛極化，在交流極化過程中要消耗能量，所以使油的介質損耗上升。雖然絕緣漆在出廠前經過固化處理，但仍可能存在處理不徹底的情況。主變壓器運行一段時間后，處理不徹底的絕緣漆逐漸溶解在油中，使之絕緣性能逐漸下降。該類缺陷發生的時間與絕緣漆處理的徹底程度有關，通過一兩次吸附處理可取得一定的效果。
⑤ 油中只混有水分和雜質。
這種污染情況并不改變油的基本性質。
展開 【分析】電力變壓器絕緣故障分析及處理措施
③ 絕緣油感染微生物細菌。
例如在主變壓器安裝或吊芯時，附在絕緣件表面的昆蟲和安裝人員殘留的閂：漬等都有可能攜帶細菌，從而感染了絕緣油：或者絕緣油本身已感染微生物。主變壓器—·般運行在40—80℃的環境下，非常有利于這些微生物的生長、繁殖。由于微生物及其排泄物中的礦物質、蛋白質的絕緣性能遠遠低于絕緣油，從而使得絕緣油介損升高。這種缺陷采用現場循環處理的方法很難處理好，因為無論如何處理，始終有一部分微生物殘留在絕緣固體上。處理后，短期內主變壓器絕緣會有所恢復，但由于主變壓器運行環境非常有利于微生物的生長、繁殖，這些殘留微生物還會逐年生長繁殖，從而使某些主變壓器絕緣逐年下降;
④ 含有極性物質的醇酸樹脂絕緣漆溶解在油中。
在電場的作用下，極性物質會發生偶極松弛極化，在交流極化過程中要消耗能量，所以使油的介質損耗上升。雖然絕緣漆在出廠前經過固化處理，但仍可能存在處理不徹底的情況。主變壓器運行一段時間后，處理不徹底的絕緣漆逐漸溶解在油中，使之絕緣性能逐漸下降。
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