關(guān)于絕緣油擊穿壓試驗的幾種方法

當(dāng)前國內(nèi)力行業(yè)測定絕緣油的擊穿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)致測定結(jié)果不同。各部門對標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)識、理解不盡統(tǒng)一，對結(jié)果的解釋也不盡相同，志力公司就測定方法的統(tǒng)一以及結(jié)果的分析判斷做些探討。
1. 測試方法
1.1標(biāo)準(zhǔn)的比較
目前關(guān)于絕緣油擊穿壓測試方法的標(biāo)準(zhǔn)比較常用的有GB/T507-1986《氣用油絕緣強度測定法》和DL/T429-1991《力系統(tǒng)油質(zhì)試驗方法》，其中GB/T507-1986主要參照IEC156《絕緣油氣強度測定方法》制定，與IEC156差別很小。GB/T507-1986和DL/T429-1991這兩種標(biāo)準(zhǔn)的測試方法（前者簡稱“方法一”，后者簡稱“方法二”）差別較大，主要差別有兩點：一是極形狀不同，方法一采用球形和球蓋形極，方法二的極為平板倒角形；二是測定油杯容量不同，方法一規(guī)定油杯容積為300~500mL，而方法二規(guī)定油杯容積不得小于200ml（DL/T429-1991的附錄中另有小極、小油杯、小間隙的試驗方法）。在DL/T429-1991中有一條注釋：“經(jīng)過濾處理，脫氣和干燥后的油及壓高于200kV以上的力設(shè)備，應(yīng)按GB507《氣用油絕緣強度測定法》，采用球蓋形極進(jìn)行試驗。”這兩種方法的應(yīng)用在相關(guān)變壓器油質(zhì)量測定標(biāo)準(zhǔn)中有明顯的規(guī)定：GB/T2536-1990《變壓器油》中規(guī)定擊穿壓的測定采用方法一；在GB/T7595-2000《運行中變壓器油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定擊穿壓的測定采用方法一或方法二；在GB/T50150-1991《氣設(shè)備安裝工程氣設(shè)備交接試驗標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定絕緣油的氣強度采用方法一，但試驗極采用平板倒角形極。
1.2.1現(xiàn)狀
據(jù)了解，目前國內(nèi)力行業(yè)，尤其是供系統(tǒng)和安裝系統(tǒng)，絕大多數(shù)采用方法二測試絕緣擊穿壓，即以平板倒角形極和較小的油杯進(jìn)行測試，但又忽略了DL/T429-1991中的注釋，無論是什么狀態(tài)的油，從什么壓等級的氣設(shè)備中采集的油樣，統(tǒng)統(tǒng)都用方法二進(jìn)行測試。
1.2.2原因分析
在力系統(tǒng)中基本上采用方法二測試絕緣油擊穿壓，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，各用油部門一直采用方法二進(jìn)行擊穿壓的測試，相應(yīng)的試驗設(shè)備（如極、油杯）都為適應(yīng)方法二而設(shè)計。要嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，針對不同油樣，隨時更換油杯、極，必須對測試設(shè)備進(jìn)行更新改造，這給試驗人員增添了許多麻煩。絕大多數(shù)情況下，試驗人員就用一種極、一種油杯測試所有油樣，若試驗結(jié)果能滿足不同等級要求的絕緣油擊穿壓標(biāo)準(zhǔn)，這也是一種不錯的選擇，而且不會產(chǎn)生任何分歧，但是，如果測定值介于合格與不合格之間，麻煩就出現(xiàn)了。例如，需測定一臺500kV運行中變壓器油的擊穿壓，采用平板倒角形極和小油杯，以及相配套的升壓設(shè)備等試驗設(shè)備，極之間距離2.5mm，測定的結(jié)果為46kV，這顯然不滿足GB/T7595-2000規(guī)定的擊穿壓試驗應(yīng)按方法一進(jìn)行。要判斷此油樣是否合格，就必須再取樣，用球蓋形極和大油杯進(jìn)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，仍用平板倒角形極，直至測定值合格為止。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)濟的。用平板倒角形極、球形極和球蓋形極測得的擊穿壓值有顯著的差異，GB/T7959-2000附錄B中對采用3種極測定的擊穿壓值進(jìn)行了比較：采用球形極比采用平板倒角形極的高6kV；采用球蓋形極比采用平板倒角形*3~6kV；當(dāng)油的擊穿壓值在30kV以下時，球形和平板倒角形極的測定值基本一致。但這只是一種統(tǒng)計規(guī)律，不能簡單地把采用平板倒角形極測得的擊穿壓值都加上3~6kV，對單個油樣來說差別可能很大，也可能很小。
方法一用油量大，需從氣設(shè)備中多次取樣，對于互感器、抗器和少油開關(guān)等少油氣設(shè)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二，以小油杯進(jìn)行測試。
1.3試驗方法的改進(jìn)建議
A）方法標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)靠攏。目前IEC156的試驗方法是得到世界上大多數(shù)國家承認(rèn)的，其通用性、*性不容置疑。在標(biāo)準(zhǔn)化工作中，優(yōu)先采用*的、通用的標(biāo)準(zhǔn)制定本國-標(biāo)準(zhǔn)是一條很重要的原則，GB/T507-1986基本上是參照IEC156制定的，要求基本相同。
B）考慮到運行中氣設(shè)備的油量稍少及測試油杯的容量稍小對測試結(jié)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放寬至200~500ml。
C）方法一比方法二更接近于絕緣油的實際使用情況，充油氣設(shè)備中發(fā)生油隙擊穿是在場強較高又相對集中的區(qū)域，與球形或球蓋形極間隙更相似，而不同于平板倒角形極間隙。
2.影響實驗結(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，擊穿起始于個別油分子在場中的極化、離，其化學(xué)組成對擊穿壓影響不大，不同牌號和產(chǎn)地的絕緣油應(yīng)該具有大致相同的擊穿壓，并且同一試樣平行試樣結(jié)果的分散性也不大，擊穿壓值能達(dá)到200kV以上（極距離2.5mm）。但實際應(yīng)用中的油和“純凈油”有*的不同，用目前世界上的凈化設(shè)備多次處理后的絕緣油，其含水量也往往大于2mg/kg，每100ml油中長度大于5um的雜質(zhì)顆粒不少于數(shù)千個；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，大氣中的水分、飄塵會不可避免的浸入油中。這些油中的雜質(zhì)和溶解于油井與油分子緊密結(jié)合的水分子，在純凈的油分子中遠(yuǎn)未在極之間極化和離之前，就沿場強度方向排列、聚集，進(jìn)而離形成微小通路，即所謂“小橋”，小通路連接貫穿兩級，導(dǎo)致油迅速擊穿。油中雜質(zhì)越多，越易形成小橋，擊穿壓越低。測定絕緣油的擊穿壓，實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。
油的擊穿過程實際上是隨機的，與油隙場的瞬間狀態(tài)密切相關(guān)。油中雜質(zhì)分布的不均勻性和雜質(zhì)顆粒的運動，導(dǎo)致油隙雜質(zhì)顆粒的分布隨時間改變而不同，因此小橋在場中的位置是不可預(yù)知的。尤其是對于平板倒角形極而言，相對均勻的場比球形和球蓋形極所形成的同等強度的場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。這也是平板倒角形極測定油的擊穿壓值比另兩種極的測定值低的根本原因。
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(fù)雜的，即使是一杯試樣，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(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定取6次試驗的平均值作為試驗結(jié)果，這種規(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(yán)格規(guī)定，使這些因素對結(jié)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
絕緣油介強度測試儀器包括升壓裝置（手動或自動）、油杯和極、攪拌裝置（手動或自動）、數(shù)據(jù)輸出裝置（模擬儀表或數(shù)顯打印機）、計時裝置等，每一部分的異常都會使測定結(jié)果產(chǎn)生誤差，全自動的儀器較好，在測定過程中基本上消除了認(rèn)為因素的影響。
2.1.1升壓裝置
升壓裝置的輸出壓波形是否近似正弦波，輸出壓是否與輸出顯示一直，對結(jié)果的準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。升壓裝置的此項性能應(yīng)由生產(chǎn)廠家在儀器的設(shè)計生產(chǎn)中予以保證，用戶可在選購儀器時向生產(chǎn)廠家索要升壓裝置輸出壓頻譜分析和輸出壓峰值的檢測報告。
2.1.2油杯和極
極的形狀不同，極周圍空間的場也截然不同，平板倒角形極之間的場可以大致看成是均勻場，而球形和球蓋形極之間的場為不均勻場，絕緣油在不同場中的表現(xiàn)也*不同。油杯的容量大小、極浸入絕緣油的深淺都會給測定結(jié)果帶來影響，為此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定。實踐證明，極的加工和裝配水平、油杯的形狀和材料等不同都會給測定結(jié)果帶來明顯的差異。
2.2環(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，從而使測定值偏低，因此標(biāo)準(zhǔn)中有油杯加防塵蓋和盡快完成測定的提法，有條件的，應(yīng)盡可能在有空調(diào)和潔凈、干燥的實驗室內(nèi)進(jìn)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(jié)果的影響。
3對試驗結(jié)果的分析判斷
3.1試驗數(shù)據(jù)的分散性
一個絕緣油樣6次擊穿壓試驗的測定值，其分散性是較大的，根本原因在于擊穿瞬間兩個極之間的場分布狀態(tài)和絕緣油所含雜質(zhì)的分布狀態(tài)都是隨機的。數(shù)據(jù)處理中，不論6個數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差S≥10kV（極距離2.5mm）時重新取樣測定，這一提法值得*。較準(zhǔn)確地說，我們測得的擊穿壓值只是說明絕緣油在平均值附近發(fā)生擊穿的概率，偏離此點較多的過高值和過低值出現(xiàn)擊穿的概率較低，并不是說該絕緣油在此點一定被擊穿。選擇擊穿壓值較集中的范圍，取不少于6個測定值的平均值作為測定結(jié)果是較為合理的，這樣更能較實地反映絕緣油的平均被污染水平。
3.2試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性
得到準(zhǔn)確可靠的絕緣油擊穿壓值，是擊穿壓試驗的zui終目的。若對試驗結(jié)果產(chǎn)生懷疑，建議用下述辦法處理：
A） 檢驗升壓裝置輸出壓波形和幅值。此項工作一般生產(chǎn)廠家都已做了，在正常使用中發(fā)生變化的可能性不大，在使用中若沒有發(fā)生明顯的損壞由此引起的誤差可能性很小。
B） 在測得介于合格與不合格之間時，采用對比試驗的方法，驗證油杯和極對結(jié)果的影響，即同時在不同的實驗室，用不同的極和油杯測定同一油樣，在確保兩對極間距離都是（2.5±0.1）mm的前提下，測定值較高的應(yīng)更接近于值。這是因為只有極間距離過大才會使絕緣油的擊穿壓測定值的誤差為正誤差，其余各種影響因素，包括極形狀、加工精度和表面狀態(tài)，油杯的材料、形狀等，都會使測定值出現(xiàn)負(fù)誤差，即測得結(jié)果小于值。
4.文章結(jié)束語
綜上所述，由于影響擊穿壓測定的因素較為復(fù)雜，人為做一些嚴(yán)格的規(guī)定，統(tǒng)一測定方法，繼這樣將可以大大提高我國絕緣油擊穿壓測定的技術(shù)水平。

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