當(dāng)前國(guó)內(nèi)電力行業(yè)測(cè)定絕緣油的擊穿電壓采用了幾種不同的方法和標(biāo)準(zhǔn)

1、當(dāng)前國(guó)內(nèi)電力行業(yè)測(cè)定絕緣油的擊穿電壓采用了幾種不同的方法和標(biāo)準(zhǔn), 各方法之間有明顯的差異, 導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果不同。各部門(mén)對(duì)方法和標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)、理解不盡統(tǒng)一, 對(duì)結(jié)果的解釋也不盡相同。1 測(cè)試方法1.1 標(biāo)準(zhǔn)的比較目前關(guān)于絕緣油擊穿電壓測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)比較常用的有GB/ T 507 - 1986 電氣用油絕緣強(qiáng)度測(cè)定法和DL/ T 429 - 1991 電力系統(tǒng)油質(zhì)試驗(yàn)方法, 其中GB/ T 507 -1986 主要參照IEC 156􀀁絕緣油電氣強(qiáng)度測(cè)定方法􀀁 制定, 與IEC 156 差別很小。GB/ T 507 􀀁 1986 和DL/ T 429

2、 􀀁 1991 這兩種標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法( 前者簡(jiǎn)稱(chēng)􀀁 方法一􀀁, 后者簡(jiǎn)稱(chēng)􀀁 方法二􀀁) 差別較大, 主要差別有兩點(diǎn): 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(cè)定油杯容量不同, 方法一規(guī)定油杯容積為300 500 mL, 而方法二規(guī)定油杯容積不得小于200 mL ( DL/ T 429 􀀁1991 的附錄中另有小電極、小油杯、小間隙的試驗(yàn)方法) 。在D L/ T 429 􀀁 1991 中有一條注釋: 􀀁 經(jīng)過(guò)濾處

3、理, 脫氣和干燥后的油及電壓高于220 kV以上的電力設(shè)備, 應(yīng)按GB 507 􀀁電氣用油絕緣強(qiáng)度測(cè)定法􀀁, 采用球蓋形電極進(jìn)行試驗(yàn)。􀀁 這兩種方法的應(yīng)用在相關(guān)變壓器油質(zhì)量測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)中有明顯的規(guī)定: GB/ T 2536 􀀁 1990 􀀁變壓器油􀀁 和SH0040 􀀁 1991 􀀁超高壓變壓器油􀀁 中規(guī)定擊穿電壓的測(cè)定采用方法一; 在GB/ T 7595 􀀁 2000 􀀁運(yùn)行中變壓器油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

4、048577; 中規(guī)定擊穿電壓的測(cè)定采用方法一或方法二; 在GB/ T 50150 􀀁 1991 􀀁電氣設(shè)備安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)􀀁 中規(guī)定絕緣油的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)采用方法一, 但試驗(yàn)電極采用平板倒角形電極。1.2 標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)電力行業(yè), 尤其是供電系統(tǒng)和安裝系統(tǒng), 絕大多數(shù)采用方法二測(cè)試絕緣油擊穿電壓, 即以平板倒角形電極和較小的油杯進(jìn)行測(cè)試, 但又忽略了D L/ T 429 􀀁 1991中的注釋, 無(wú)論是什么狀態(tài)的油, 從什么電壓等級(jí)的電氣設(shè)備中采集的油樣, 統(tǒng)統(tǒng)都用方法二進(jìn)行測(cè)試。1.2.2 原因分析在電

5、力系統(tǒng)中基本上采用方法二測(cè)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因。多年來(lái), 各用油部門(mén)一直采用方法二進(jìn)行擊穿電壓的測(cè)試, 相應(yīng)的試驗(yàn)設(shè)備( 如電極、油杯) 都為適應(yīng)方法二而設(shè)計(jì)。要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn), 針對(duì)不同油樣, 隨時(shí)更換油杯、電極, 必須對(duì)測(cè)試設(shè)備進(jìn)行更新改造, 這給試驗(yàn)人員增添了許多麻煩。絕大多數(shù)情況下, 試驗(yàn)人員就用一種電極、一種油杯測(cè)試所有油樣, 若試驗(yàn)結(jié)果能滿(mǎn)足不同等級(jí)要求的絕緣油擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn), 這也是一種不錯(cuò)的選擇, 而且不會(huì)產(chǎn)生任何分歧, 但是, 如果測(cè)定值介于合格與不合格之間, 麻煩就出現(xiàn)了。例如, 需測(cè)定一臺(tái)500kV 運(yùn)行中變壓器油的擊

6、穿電壓, 采用平板倒角形電極和小油杯, 以及相配套的升壓設(shè)備等試驗(yàn)設(shè)備, 電極之間距離2􀀁5 mm, 測(cè)定的結(jié)果為46 kV,這顯然不滿(mǎn)足GB/ T 7595 􀀁 2000 規(guī)定的擊穿電壓不小于50 kV 的要求。但是此時(shí)并不能判斷此油樣不合格, 因?yàn)榘凑誅 L/ T 429 􀀁 1991 中的注釋規(guī)定, 電壓高于220 kV 的電氣設(shè)備的油擊穿電壓試驗(yàn)應(yīng)按方法一進(jìn)行。要判斷此油樣是否合格, 就必須再取樣, 用球蓋形電極和大油杯進(jìn)行試驗(yàn)。這樣無(wú)疑給試驗(yàn)工作帶來(lái)更大的麻煩。有些單位則采取加深本體油處理的手段, 仍用平板倒角形電極, 直至測(cè)定值

7、合格為止。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(jīng)濟(jì)的。用平板倒角形電極、球形電極和球蓋形電極測(cè)得的擊穿電壓值有顯著的差異, GB/ T 7959 􀀁 2000 附錄B 中對(duì)采用3 種電極測(cè)定的擊穿電壓值進(jìn)行了比較: 采用球形電極比采用平板倒角形電極約高6 kV; 采用球蓋形電極比采平板倒角形電極高3 6 kV;當(dāng)油的擊穿電壓值在30 kV 以下時(shí), 球形和平板倒角形電極的測(cè)定值基本一致。但這只是一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律, 不能簡(jiǎn)單地把采用平板倒角形電極測(cè)得的擊穿電壓值都加上3 6 kV , 對(duì)單個(gè)油樣來(lái)說(shuō)差別可能很大, 也可能很小。方法一用油量大, 需從電氣設(shè)備中

8、多次取樣,對(duì)于互感器、電抗器和少油開(kāi)關(guān)等少油電氣設(shè)備,多次取樣后, 油量不足就必須補(bǔ)油。因此很多單位都選擇方法二, 以小油杯進(jìn)行測(cè)試。1􀀁3 􀀁 試驗(yàn)方法的改進(jìn)建議a) 方法標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。目前IEC 156的試驗(yàn)方法是得到世界上大多數(shù)國(guó)家承認(rèn)的, 其通用性、先進(jìn)性不容置疑。在標(biāo)準(zhǔn)化工作中, 優(yōu)先采用先進(jìn)的、國(guó)際通用的標(biāo)準(zhǔn)制訂本國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)是一條很重要的原則, GB/ T 507 􀀁 1986 基本上是參照IEC 156 制訂的, 要求基本相同。b) 考慮到運(yùn)行中電氣設(shè)備的油量稍少及測(cè)試油杯的容量稍小對(duì)測(cè)試結(jié)果影響不大的情況, 可對(duì)GB/

9、 T 507 􀀁 1986 中油杯容量的限制放寬, 例如從300 500 mL 放寬至200 500 mL。c) 方法一比方法二更接近于絕緣油的實(shí)際使用情況, 充油電氣設(shè)備中發(fā)生油隙擊穿是在場(chǎng)強(qiáng)較高又相對(duì)集中的區(qū)域, 與球形或球蓋形電極間隙更相似, 而不同于平板倒角形電極間隙。2 􀀁 影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素嚴(yán)格地講, 不含水分、灰塵和纖維等雜質(zhì)的純凈油, 擊穿起始于個(gè)別油分子在電場(chǎng)中的極化、電離, 其化學(xué)組成對(duì)擊穿電壓影響不大, 不同牌號(hào)和產(chǎn)地的絕緣油應(yīng)該具有大致相同的擊穿電壓, 并且同一試樣平行試驗(yàn)結(jié)果的分散性也不大, 擊穿電壓值能達(dá)到200 kV 以上(

10、 電極距離2􀀁5 mm) 。但實(shí)際應(yīng)用中的油和􀀁 純凈油􀀁 有極大的不同, 用目前世界上最先進(jìn)的凈化設(shè)備多次處理后的絕緣油, 其含水量也往往大于2 mg / kg, 每100 mL 油中長(zhǎng)度大于5 􀀁m 的雜質(zhì)顆粒不少于數(shù)千個(gè); 另外在取樣測(cè)定過(guò)程中油樣也不可避免地與周?chē)髿饨佑|, 大氣中的水分、飄塵會(huì)不可避免地混入油中。這些油中的雜質(zhì)和溶解于油并與油分子緊密結(jié)合的水分子, 在純凈的油分子遠(yuǎn)未在電極之間極化和電離之前, 就沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向排列、聚集, 進(jìn)而電離形成微小通路, 即所謂􀀁 小橋􀀁

11、;, 小通路連接貫穿兩極,導(dǎo)致油迅速擊穿。油中雜質(zhì)越多, 越易形成小橋,擊穿電壓越低。測(cè)定絕緣油的擊穿電壓, 實(shí)際上是在衡量絕緣油中雜質(zhì)含量的多少, 即判斷絕緣油被污染的程度。油的擊穿過(guò)程實(shí)際上是隨機(jī)的, 與油隙電場(chǎng)的瞬間狀態(tài)密切相關(guān)。油中雜質(zhì)分布的不均勻性和雜質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng), 導(dǎo)致油隙間雜質(zhì)顆粒的分布隨時(shí)間改變而不同, 因此小橋在電場(chǎng)中的位置是不可預(yù)知的。尤其是對(duì)于平板倒角形電極而言, 相對(duì)均勻的電場(chǎng)比球形和球蓋形電極所形成的同等強(qiáng)度的電場(chǎng)所占的空間體積要大得多, 小橋形成的位置更加不可預(yù)知, 形成的概率也要大得多。這也是平板倒角形電極測(cè)定油的擊穿電壓值比另兩種電極的測(cè)定值低的根本原因。由以上

12、擊穿機(jī)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(guò)程卻是復(fù)雜的, 即使是一杯試樣, 在多次擊穿試驗(yàn)中的測(cè)得值也是分散性很大的, 各種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定取6 次試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果, 這種規(guī)定在一般的測(cè)試中是不多見(jiàn)的。把一些顯而易見(jiàn)的影響因素作人為的嚴(yán)格規(guī)定, 使這些因素對(duì)結(jié)果的影響維持在一個(gè)恒定的水平是十分必要的。2􀀁1 􀀁 試驗(yàn)儀器的影響試驗(yàn)儀器包括升壓裝置( 手動(dòng)或自動(dòng)) 、油杯和電極、攪拌裝置( 手動(dòng)或自動(dòng)) 、數(shù)據(jù)輸出裝置( 模擬儀表或數(shù)顯打印機(jī)) 、計(jì)時(shí)裝置等, 每一部分的異常都會(huì)使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差, 全自動(dòng)的儀器較好, 在測(cè)定過(guò)程

13、中基本上消除了人為因素的影響。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致, 對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響, 不同的測(cè)試儀器, 其升壓裝置的性能必須確保符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。升壓裝置的此項(xiàng)性能應(yīng)由生產(chǎn)廠家在儀器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中予以保證, 用戶(hù)可在選購(gòu)儀器時(shí)向生產(chǎn)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(cè)報(bào)告。2􀀁1􀀁2 􀀁 油杯和電極電極的形狀不同, 電極周?chē)臻g的電場(chǎng)也截然不同, 平板倒角形電極之間的電場(chǎng)可以大致看成是均勻電場(chǎng), 而球形和球蓋形

14、電極之間的電場(chǎng)為不均勻電場(chǎng), 絕緣油在不同電場(chǎng)中的表現(xiàn)也完全不同。油杯的容量大小、電極浸入絕緣油的深淺都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)影響, 為此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定。實(shí)踐表明, 電極的加工和裝配水平、油杯的形狀和材料等不同都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)明顯的差異。2􀀁2 􀀁 環(huán)境的影響大氣中的飄塵和水氣不可避免地要混入待測(cè)油樣中, 從而使測(cè)定值偏低, 因此標(biāo)準(zhǔn)中有油杯加防塵蓋和盡快完成測(cè)定的提法, 有條件的話(huà), 應(yīng)盡可能在有空調(diào)的潔凈、干燥的試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定, 尤其是在我國(guó)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(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。3 􀀁 對(duì)試驗(yàn)結(jié)

15、果的分析判斷3􀀁1 􀀁 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性一個(gè)絕緣油油樣6 次擊穿電壓試驗(yàn)的測(cè)定值,其分散性是較大的, 根本原因在于擊穿瞬間兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)分布狀態(tài)和絕緣油中所含雜質(zhì)的分布狀態(tài)都是隨機(jī)的。數(shù)據(jù)處理中, 不論6 個(gè)數(shù)據(jù)分散性有多大統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行平均, 或者按照數(shù)處理原則舍棄離散值再進(jìn)行平均, 都不十分合適。筆者認(rèn)為, 有些儀器使用說(shuō)明中建議當(dāng)6 個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差s 􀀁10kV ( 電極距離2􀀁5 mm) 時(shí)重新取樣測(cè)定, 這一提法值得推薦。較準(zhǔn)確地說(shuō), 我們測(cè)得的擊穿電壓值只是說(shuō)明該絕緣油在平均值附近發(fā)生電擊穿的概率最大, 偏離此點(diǎn)較多的過(guò)高值和過(guò)低值出現(xiàn)電擊穿的概率較低, 并不是說(shuō)該絕緣油在此點(diǎn)一定被擊穿。選擇擊穿電壓值較集中的范圍, 取不少于6 個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果是較為合理的, 這樣更能較真實(shí)地反映絕緣油的平均被污染水平。3􀀁2 􀀁 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到準(zhǔn)確可靠的絕緣油擊穿電壓值, 是擊穿電壓試驗(yàn)的最終目的。若對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生懷疑, 建議用下述辦法處理:a) 檢驗(yàn)升壓裝置輸出電壓波形和幅值。此項(xiàng)工作一般生產(chǎn)廠家都已做了, 在正常使用中發(fā)生變化的可能性不大, 在使用中若沒(méi)有發(fā)生明顯的損壞, 由此引起的誤差可能