變壓器油烴組成及添加劑與其介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和電阻率的關(guān)聯(lián)性分析

1、變壓器油烴組成及添加劑與其介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和電阻率的關(guān)聯(lián)性分析 本文中作者選擇了幾種變壓器油開展了試驗(yàn)，給出了試驗(yàn)結(jié)果并開展了討論。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，介紹了在交流和直流電場(chǎng)下變壓器油烴組成及添加劑對(duì)其介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因素和電阻率的影響。 1、前言 目前，我國(guó)輸變電已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng)、特高壓和智能電網(wǎng)的發(fā)展時(shí)期。在“十一五”期間，我國(guó)開展800kV電壓等級(jí)的特高壓直流輸電項(xiàng)目，如云廣800kV和向上800kV特高壓直流輸電工程等。換流變壓器是直流輸電系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，也是交、直流輸電系統(tǒng)連接兩端換流站和逆變站的核心設(shè)備。國(guó)內(nèi)一些公司吸收了外國(guó)公司的技術(shù)，以500kV等級(jí)換流變壓器的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)為根底，

2、完成了800kV等級(jí)換流變壓器的研發(fā)制造工作。用于直流輸電的特高壓換流變壓器與一般超高壓交流變壓器不同，其每相除具有一個(gè)超高壓網(wǎng)側(cè)繞組外，還有一個(gè)到兩個(gè)全絕緣的超高壓直流用閥側(cè)繞組。閥側(cè)繞組除承受一般交流變壓器的交流和沖擊電壓外，還要承受疊加的直流電壓作用。而交流電壓和直流電壓對(duì)絕緣的作用完全不同，以前采用的交流變壓器絕緣構(gòu)造分析方法不再適用于超高壓換流變壓器絕緣設(shè)計(jì)。800kV換流變壓器的絕緣構(gòu)造由油、紙和紙板的復(fù)合絕緣材料構(gòu)成，與一般的電力變壓器相比，換流變壓器閥側(cè)在運(yùn)行時(shí)不但承受交流電壓和沖擊電壓，還要承受直流電壓作用。相應(yīng)的換流變壓器要受到交流電場(chǎng)、直流電場(chǎng)和極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的作用。 換流

3、變壓器承受正弦交流電壓時(shí),其電場(chǎng)在不同絕緣材料中的分布為電容性分布,即取決于不同材料的電容率(介電常數(shù))。在介電常數(shù)較低的變壓器油中電場(chǎng)強(qiáng)度比較高,而介電常數(shù)相對(duì)較高的紙板中交流場(chǎng)強(qiáng)較低。換流變壓器承受穩(wěn)態(tài)直流電壓作用時(shí),其穩(wěn)態(tài)直流電場(chǎng)分布取決于復(fù)合絕緣構(gòu)造中不同材料的電阻率值。穩(wěn)態(tài)直流場(chǎng)集中分布于電阻率高的絕緣紙板中，對(duì)于電阻率最低的變壓器油來說,接近于短路狀態(tài),即此時(shí)油中穩(wěn)態(tài)直流電場(chǎng)分布很少。換流變壓器承受極性反轉(zhuǎn)電場(chǎng)的情況時(shí),根據(jù)加電時(shí)間的不同過程,其電場(chǎng)分布是不同的。在極性反轉(zhuǎn)后瞬間,在電阻率最低的變壓器油中具有較高的場(chǎng)強(qiáng)。這說明反轉(zhuǎn)后瞬間,場(chǎng)強(qiáng)在復(fù)合絕緣構(gòu)造中的分布是電容性分布,即瞬

4、間絕緣構(gòu)造電場(chǎng)分布的決定因素是絕緣材料的介電常數(shù)。相對(duì)于紙和紙板,變壓器油的耐受場(chǎng)強(qiáng)較低,但其在反轉(zhuǎn)后瞬間承受極高的場(chǎng)強(qiáng),此處為換流變的絕緣薄弱部位。在電壓極性反轉(zhuǎn)過程中,絕緣介質(zhì)的交界面上出現(xiàn)了孤立的空間電荷,而且此種電荷的分布比較復(fù)雜,大量的空間電荷造成了局部電位的升高或降低而形成“電位高峰”或“電位低谷”并進(jìn)一步形成了空間電荷間的附加電場(chǎng),此附加電場(chǎng)疊加到原電場(chǎng)上,引起了電場(chǎng)的畸變。 變壓器油作為換流變壓器的絕緣用油，其介電常數(shù)和電阻率的大小直接影響換流變壓器的絕緣構(gòu)造設(shè)計(jì)，其電阻率的高低直接影響換流變壓器中空間電荷的消散速率、畸變電場(chǎng)的存在時(shí)間。因此，開展換流變壓器油的根底油組成與添加

5、劑與其介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和電阻率的關(guān)聯(lián)性研究，其結(jié)論能為直流變壓器油質(zhì)量改良和換流變壓器的絕緣設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持。 2、試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法 2.1、試驗(yàn)材料 隨著我國(guó)特高壓直流設(shè)備國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展，目前運(yùn)行的800kV換流變壓器大部分采用國(guó)產(chǎn)的變壓器油。因此，根底油選擇生產(chǎn)變壓器的幾種根底油，添加劑選擇變壓器油制造行業(yè)廣泛使用的抗氧劑，以及近年來，為了抑制變壓器油的硫腐蝕問題而在油中參加金屬鈍化劑，作為考察對(duì)象。根底油性質(zhì)見表1。 表1 樣品性質(zhì) 表1的結(jié)果說明，N1、N2和N3的Cp值小于50%，是不同芳烴含量的環(huán)烷基根底油，N4的Cp值大于56%，是低芳烴的石蠟基根底油。試驗(yàn)室選擇了國(guó)內(nèi)外變

6、壓器油制造行業(yè)常用的主要抗氧劑和金屬鈍化劑，詳細(xì)情況見表2。 表2 添加劑及其制造商 2.2、試驗(yàn)方法及設(shè)備 目前，用于變壓器油介損、介電常數(shù)和電阻率測(cè)量的方法主要用GB/T5654(等效于IEC60247)、IEC61620和ASTMD924，變壓器油電阻率測(cè)量方法還有DL/T421和ASTMD1169，電阻率測(cè)定值不僅與測(cè)試電場(chǎng)強(qiáng)度、充電時(shí)間和液體溫度有關(guān)，還與變壓器油的組成和溶解性電導(dǎo)粒子的數(shù)量有關(guān)，其原理：在250kV/mm500kV/mm直流電場(chǎng)下，在1min時(shí)間內(nèi)測(cè)量極化電流，計(jì)算得到電阻率。試驗(yàn)設(shè)備見表3。 表3 主要試驗(yàn)儀器及設(shè)備 結(jié)論 (1)溫度與換流變壓器油的介電常數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)和電阻率相關(guān)，隨著溫度升高介電常數(shù)減小，介質(zhì)損耗因數(shù)增大，電阻率減小，電阻率大的減小幅度也大，不呈線性關(guān)系。 (2)芳烴含量(CA值)的高低與換流變壓器油的擊穿電壓和介質(zhì)損耗因數(shù)沒有相關(guān)性，與體積電阻率有相關(guān)性，且呈反比關(guān)系，體積電阻率的大小與原油屬性沒有關(guān)系。 (3)變壓器油常用抗氧劑在通常的參加量下，對(duì)介質(zhì)損耗因數(shù)和體積電阻率沒有負(fù)面