變壓器用油顆粒度測(cè)試取樣裝置開發(fā)方法及裝置研究

郝晉堂，郭錦龍

（山西電力科學(xué)研究院，山西 太 原 0 30001）

0 引言

絕緣油油中顆粒污染度影響絕緣油的電氣性能，隨著電網(wǎng)建設(shè)即將投入的超高壓變壓器設(shè)備的增多，開展絕緣油顆粒污染度分析工作，研究顆粒污染度與電氣性能指標(biāo)的關(guān)系，分析顆粒污染度對(duì)變壓器絕緣油絕緣性能的影響，將油中顆粒污染度做為監(jiān)督指標(biāo)，提高設(shè)備的絕緣性能，將有利于設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行。雜質(zhì)對(duì)變壓器油電氣性能的影響非常明顯，大量的懸浮顆粒在電場(chǎng)作用下規(guī)則排列形成導(dǎo)電小橋，會(huì)顯著降低油擊穿電壓。此外,顆粒雜質(zhì)更可能引起局部放電或起催化作用導(dǎo)致油的劣化，進(jìn)而影響變壓器的安全運(yùn)行。因此，在設(shè)備的制造、運(yùn)行過程中采取措施有效控制油中顆粒污染非常重要。

1 變壓器油顆粒度取樣測(cè)試的意義

油中顆粒有非金屬顆粒和金屬顆粒兩種，油中非金屬顆粒主要指由纖維性材料構(gòu)成的固體絕緣件中纖維、充電膠體、微生物及橡膠增翅劑等雜質(zhì)顆粒，金屬顆粒主要指油中存在過量的銅、鐵等金屬粒子。兩者顆粒度（以100 mL變壓器油中大于5 μm顆粒數(shù)量為依據(jù)表示）對(duì)油的絕緣性能的危害各不相同，金屬顆粒比纖維顆粒的影響要大[1]。

電力用油中雜質(zhì)顆粒對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行有較大影響，需要加強(qiáng)運(yùn)行油液的顆粒度監(jiān)控，準(zhǔn)確判斷油液的顆粒度污染情況。目前，大部分顆粒污染度檢測(cè)沒有特定的取樣部位及專用的取樣裝置，取得的油樣易受到外界環(huán)境的污染，致使取出的樣品有時(shí)不能真實(shí)反映顆粒污染度情況。因此，本項(xiàng)目對(duì)取樣過程的污染情況進(jìn)行分析并開發(fā)取樣專用裝置，以期能夠提高顆粒度測(cè)試的真實(shí)性，對(duì)電力用油顆粒度超標(biāo)的油液及時(shí)采取可靠措施，確保電力設(shè)備安全運(yùn)行。

2 變壓器油中顆粒度控制標(biāo)準(zhǔn)

我國對(duì)變壓器油顆粒度的監(jiān)測(cè)起步較晚，目前，我國已經(jīng)制訂了顆粒度質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并于2008年11月正式頒發(fā)。GB/T7595—2008《運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中已對(duì)500 kV電壓等級(jí)油中顆粒度增加列為檢驗(yàn)項(xiàng)目?！白儔浩饔椭蓄w粒度限值”（DL/T 1096—2008）。質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為500 kV及以上變壓器、電抗器油的質(zhì)量監(jiān)督，其控制指標(biāo)如下。

a）500 kV及以上交流變壓器油顆粒度宜控制在：投運(yùn)前（熱油循環(huán)后） 100 mL油中大于5 μm的顆粒數(shù)≤2 000個(gè)，運(yùn)行時(shí)（含大修后） 100 mL油中大于5 μm的顆粒數(shù)≤3 000個(gè)。

b）500 kV及以上直流換流變壓器投運(yùn)前（熱油循環(huán)后） 顆粒度宜控制在：100 mL油中大于5μm的顆粒數(shù)≤1 000個(gè)。

c）采用美國NAS1638：1984顆粒污染度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

d）當(dāng)顆粒度超過限值時(shí)應(yīng)查明原因，必要時(shí)用精密濾油機(jī)對(duì)油進(jìn)行處理，濾油機(jī)濾芯精度至少應(yīng)達(dá)到 2～5 μm。

3 變壓器油中顆粒度試驗(yàn)分析

3.1 絕緣油的理化性能和電氣性能試驗(yàn)

金屬顆粒對(duì)擊穿電壓的影響見表1。

表1 金屬顆粒對(duì)擊穿電壓的影響

運(yùn)行中的500 kV變壓器絕緣油經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行，油中顆粒污染物的狀況如何，以山西電力科學(xué)研究院油質(zhì)監(jiān)督檢測(cè)中心為案例進(jìn)行分析論證。筆者對(duì)全省電網(wǎng)10個(gè)供電單位500 kV及以上變壓器油和電抗器油顆粒度進(jìn)行了兩輪普查。通過測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果對(duì)比，油樣檢測(cè)情況分為以下四種，即兩輪全合格；第一輪合格，第二輪不合格；第一輪不合格，第二輪合格；兩輪均不合格。由于在顆粒度測(cè)試環(huán)節(jié)中，取樣環(huán)節(jié)對(duì)測(cè)試結(jié)果影響很大。因此，對(duì)于第二、三種（兩次測(cè)定有一次不合格）情況來說，兩次測(cè)定結(jié)果中，測(cè)試合格的油樣更接近真實(shí)值，而對(duì)于兩次測(cè)定均不合格的情況應(yīng)繼續(xù)跟蹤監(jiān)測(cè)。

3.2 監(jiān)測(cè)過程中發(fā)現(xiàn)的問題

3.2.1 取樣易受到外界環(huán)境的影響

目前，大部分電廠的顆粒污染度檢測(cè)沒有特定的取樣部位及專用的取樣裝置，取得的油樣極易受到外界環(huán)境的污染，致使取出的樣品有時(shí)不能真實(shí)反映現(xiàn)場(chǎng)的顆粒污染度情況。機(jī)組調(diào)試期間的顆粒污染度檢測(cè)過程中，油樣檢測(cè)結(jié)果與前次測(cè)試結(jié)果相差較大，且大顆粒雜質(zhì)呈現(xiàn)明顯增長趨勢(shì)，送檢油樣由非專業(yè)人員取樣。這說明，在顆粒污染度檢測(cè)過程中取樣環(huán)節(jié)相當(dāng)重要，應(yīng)由專業(yè)人員嚴(yán)格按照規(guī)定要求取樣，這樣才能避免出現(xiàn)錯(cuò)誤判斷。

3.2.2 現(xiàn)行的取樣部位取油樣欠佳

用本體內(nèi)的絕緣油沖凈取樣閥以及取樣工具，密封取樣時(shí)還要排氣等，在這過程中需浪費(fèi)1～2 L絕緣油，有的變壓器為了能在地面上取到變壓器中部和上部的油樣，在中部取樣閥和上部取樣閥上加了延長管，取油樣時(shí)為了放完死油，浪費(fèi)的絕緣油更多。有的變壓器廠家用的取樣閥門大、導(dǎo)油管粗，使取油樣操作過程中絕緣油的浪費(fèi)更為突出。為了盡早發(fā)現(xiàn)變壓器的潛伏性故障，掌握變壓器本體內(nèi)絕緣油的油質(zhì)情況，必須定期對(duì)變壓器本體內(nèi)的絕緣油進(jìn)行取樣分析，用現(xiàn)行的方法取樣，本體內(nèi)的絕緣油很快就會(huì)被放到不能運(yùn)行的油位需要補(bǔ)油。

3.2.3 油中水分含量較大

使用激光計(jì)數(shù)儀檢測(cè)油中顆粒污染度時(shí)，如果油中含有較多水分，會(huì)嚴(yán)重干擾測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在取樣時(shí)若發(fā)現(xiàn)油中水分含量較大時(shí)，應(yīng)先對(duì)油系統(tǒng)中的油進(jìn)行過濾，在去除水分后再進(jìn)行取樣；當(dāng)油中顆粒污染度超標(biāo)后，很難在短時(shí)間內(nèi)將油品處理合格。由于顆粒雜質(zhì)會(huì)降低高電壓變壓器的絕緣油的絕緣強(qiáng)度，并可能引起油流帶電，為適應(yīng)高電壓設(shè)備用油監(jiān)督的需要，應(yīng)開展變壓器絕緣油的顆粒污染度檢測(cè)工作，并逐步將其納入定期監(jiān)測(cè)工作中[2]。

4 變壓器用油顆粒度測(cè)試取樣方法及裝置

在電氣設(shè)備安裝及檢修中，變壓器、電抗器等設(shè)備中的絕緣油需取油樣送檢，試驗(yàn)合格后才進(jìn)行設(shè)備投運(yùn)。由于取油樣方法不當(dāng)、油樣保管、運(yùn)輸、放置時(shí)間過長等因素影響油樣所做的試驗(yàn)項(xiàng)目不合格，造成重復(fù)多次取樣試驗(yàn)。提出的變壓器專用負(fù)壓取油裝置使取油管內(nèi)部形成一密閉環(huán)境，改變了以前取樣時(shí)暴露于大氣（因天氣空氣質(zhì)量差）導(dǎo)致油樣二次污染，從而影響測(cè)量結(jié)果；省時(shí)、省力；且能很好地保證油品與所取樣品油的一致性；取樣過程安全可靠，操作方便。

4.1 新油取樣要求

a）取樣容器：應(yīng)先后用蒸餾水或去離子水及經(jīng)過過濾的異丙醇沖洗容器后烘干備用。如果以所取樣品沖洗容器，應(yīng)在沖洗后立即取樣。

b）乳膠管需要用質(zhì)量好的、能長期耐絕緣油腐蝕且不與絕緣油產(chǎn)生任何化學(xué)反應(yīng)，也不對(duì)絕緣油產(chǎn)生誘導(dǎo)或催化作用，預(yù)使用的膠皮管必須經(jīng)清洗及干燥處理，并保存在干燥器內(nèi)。

c）新油取樣：應(yīng)用取樣管從油桶的中部到底部取樣，如懷疑油中存在自由水，應(yīng)從油桶底部取樣，取樣工具要用經(jīng)過過濾的異丙醇或丙酮清洗并烘干備用。為了避免沉降，液體應(yīng)在取樣前充分?jǐn)噭?dòng)。

d）運(yùn)行油取樣：取樣前應(yīng)將取樣閥用經(jīng)過過濾的異丙醇或丙酮清洗；在取樣前應(yīng)至少將液體從閥門放出1～2 L，在沖洗和取樣的過程中閥門開度不應(yīng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

4.2 變壓器油取樣專用裝置研發(fā)

為了避免取樣過程造成的油樣污染，取樣裝置應(yīng)克服目前裝置引入污染的不足問題，使顆粒度測(cè)試結(jié)果不受取樣環(huán)節(jié)的污染。在抽取油液的樣品時(shí)要防止塵土、雜質(zhì)、水氣的人為污染，以及前次抽樣時(shí)的殘留油液混入取樣中。顆粒污染分析從工作系統(tǒng)管路中提取液樣，為精準(zhǔn)油品分析測(cè)試提供安全的環(huán)境，本油液取樣工具包含負(fù)壓型油液取樣器、NAS 1638 0級(jí)軟管、250 ml油液NAS 1638 0級(jí)清潔瓶等。

注意取下1油樣時(shí)，請(qǐng)更換新的（已清洗密封保存）專用取樣管，以免上1油樣與下1油樣交叉感染，使油品檢測(cè)產(chǎn)生誤判。圖1取樣過程中，因是負(fù)壓取油，且取油管、取油瓶已事先做了凈化處理，幾乎沒有暴露在大氣中，所以，大氣浮塵很少混入油品，使油品污染指標(biāo)測(cè)量更接近真實(shí)值。

圖2適用于油液面及出口高于取樣瓶時(shí)的情況，自然流出，如主變壓器等。

4.3 顆粒度取樣應(yīng)注意的問題

取樣時(shí)，應(yīng)從變壓器下部閥門（含密封取樣閥）處取樣。取樣前油閥門應(yīng)先用干凈的甲級(jí)棉紗或紗布擦凈。旋開螺帽，接上取樣用耐油管，放油將管路沖洗干凈，沖洗的油應(yīng)收集起來，不應(yīng)直接排至現(xiàn)場(chǎng)。管路沖洗干凈后用取樣瓶取樣，取樣結(jié)束，蓋上瓶塞并旋緊設(shè)備螺帽。注意：取下1油樣時(shí)，請(qǐng)及時(shí)更換專用取樣管，以防油樣交叉污染。

圖1 負(fù)壓取油圖A

圖2 負(fù)壓取油圖B

在油溫低于環(huán)境溫度時(shí)不允許取樣,在相對(duì)濕度高于75%時(shí)不應(yīng)取樣，在有風(fēng)雨、霧的天氣也不宜取樣，如果在特殊的情況下取樣，必須采取相應(yīng)的措施后方能取樣[3]。

測(cè)量前，首先須觀察所測(cè)介質(zhì)的外觀，查看是否有肉眼可見的雜質(zhì)、氣泡或油液介質(zhì)中含有水滴等情況。如果雜質(zhì)較多，則不宜再使用儀器檢測(cè)，因?yàn)榇箢w粒（＞500 μm） 可能會(huì)造成傳感器的堵塞。而油液中水的含量過多，會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)量結(jié)果，使測(cè)出的顆粒數(shù)量嚴(yán)重偏高，這種情況下應(yīng)進(jìn)行脫水處理之后再做測(cè)量或考慮換油。

被測(cè)介質(zhì)的粘度也是使用者需要加以注意的。在采樣測(cè)量情況下，粘度一般不應(yīng)大于100 mm2/s；高壓在線測(cè)量情況下，可測(cè)粘度一般不應(yīng)大于500 mm2/s。對(duì)粘度的限制以被測(cè)介質(zhì)能夠順暢地吸入系統(tǒng)為宜。如果被測(cè)介質(zhì)粘度過大，則需經(jīng)稀釋以后才能測(cè)量。

5 結(jié)束語

通過對(duì)取油樣的方法及裝置改進(jìn)和油樣保管過程的完善，既可以大大提高油樣試驗(yàn)合格率、降低成本，又能保證停電計(jì)劃內(nèi)施工工期與取樣和質(zhì)量工藝，還可以創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益，避免了取樣過程造成的油樣污染，較好地解決了顆粒度測(cè)試結(jié)果受取樣環(huán)節(jié)和環(huán)境因素造成污染的問題。

［1］ 祁炯.淺談?dòng)椭蓄w粒度對(duì)變壓器絕緣強(qiáng)度的影響［J］.安徽電力，2004（04）：31-32.

［2］ 楊瓊?cè)A，楊斌，王竟豐.500 kV充油設(shè)備不容忽視的油質(zhì)檢測(cè)項(xiàng)目［J］.今日科苑，2009（04）：63.

［3］ 錢旭耀，劉霞，杜成峰，等.1 000 kV特高壓油浸電力變壓器施工關(guān)鍵技術(shù)分析［J］.電力設(shè)備，2008（07）：22-23.