變壓器油中微量水分的狀態(tài)及檢測方法
變壓器油中微水的狀態(tài),變壓器在運(yùn)輸、貯存、使用過程中都可能由外界進(jìn)入或油自身氧化產(chǎn)生水,產(chǎn)生的水分會以下列狀態(tài)存在：一是游離水。二是極度細(xì)微的顆粒溶于水。三是促使絕緣纖維老化,絕緣纖維的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分進(jìn)入纖維分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物質(zhì),降低纖維機(jī)械強(qiáng)度和聚合度。
目前電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)最重要的和最昂貴的設(shè)備之列,而且也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故最多的設(shè)備之一。變壓器在發(fā)生突發(fā)性故障之前,絕緣的劣化及潛伏性故障在運(yùn)行電壓的作用下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。因此,國內(nèi)外不僅要定期做以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)的預(yù)防性維護(hù),而且相繼都在研究以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知性維護(hù)策略,以便實(shí)時(shí)或定時(shí)在線監(jiān)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(zhì)量的參數(shù)。變壓器在線智能診斷設(shè)備能夠自動(dòng)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(shí)解決變壓器中存在的隱患,防止事故發(fā)生。
1、變壓器油中微水的狀態(tài)及危害
變壓器在運(yùn)輸、貯存、使用過程中都可能由外界進(jìn)入或油自身氧化產(chǎn)生水,產(chǎn)生的水分會以下列狀態(tài)存在:一是游離水。多為外界入侵的水分,如不攪動(dòng)不易與水結(jié)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,立即處理。二是極度細(xì)微的顆粒溶于水。通常由空氣中進(jìn)入油中,急劇降低油的擊穿電壓。介質(zhì)損耗加大,真空濾油。三是乳化水。油品精煉不良,或長期運(yùn)行造成油質(zhì)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(tài)。加破乳化劑。其危害:一是降低油品的擊穿電壓。100～200 mg/kg擊穿電壓大幅度降至1.0 kV,油中纖維雜質(zhì)極易吸收水分,在電場作用下,在電極間形成導(dǎo)電的“小橋”,因而容易擊穿。二是使介質(zhì)損耗因數(shù)升高。懸浮的乳化水影響最大,不均勻。三是促使絕緣纖維老化,絕緣纖維的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分進(jìn)入纖維分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物質(zhì),降低纖維機(jī)械強(qiáng)度和聚合度。實(shí)驗(yàn)證明,120 ℃,絕緣纖維中的水分每增加1倍,纖維的機(jī)械強(qiáng)度下降1/2,當(dāng)溫度升高,油中的水增加,纖維的水降低,溫度降低,則相反。因此,應(yīng)監(jiān)視油中的微水,進(jìn)而監(jiān)視絕緣纖維的老化。四是水分助長了有機(jī)酸的腐蝕能力,加速了對金屬部件的腐蝕。綜上所述,油中含水量愈多,油質(zhì)本身的老化、設(shè)備絕緣老化及金屬部件的腐蝕速度愈快,監(jiān)測油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。
2、變壓器絕緣油中微水的測試方法
評估絕緣材料中的濕度,是確保變壓器可靠性和使用壽命的一個(gè)重要因素。絕緣油中的濕度在不斷地變化,因而可能對質(zhì)量造成不利影響。另外,大部分濕度分布在絕緣紙中。濕度會影響固體和液體絕緣材料的介電擊穿強(qiáng)度,并影響纖維素絕緣材料的老化速度以及過載期間的氣泡形成傾向。環(huán)境溫度、負(fù)載、老化、泄漏以及其他因素會引起濕度的不斷變化。因此,隨著變壓器溫度的循環(huán)變化,需連續(xù)監(jiān)視和診斷。這對過載或峰值負(fù)載的變壓器更有必要。變壓器絕緣系統(tǒng)中的總濕度由纖維素和液體中的水分含量決定。絕緣紙和絕緣油中的濕度關(guān)系僅取決于溫度。當(dāng)溫度增加時(shí),水在絕緣油中的溶解性(溶液含水能力)增加,水分會從絕緣紙轉(zhuǎn)移到絕緣油中。當(dāng)溫度降低時(shí),這一過程則會反向進(jìn)行,但水分從液體介質(zhì)流動(dòng)到固體絕緣材料的速度相當(dāng)緩慢。因此,絕緣油冷卻期間的含水量高于加熱期間。因此,要準(zhǔn)確掌握變壓器中的濕度分布,必須知道設(shè)備在其熱循環(huán)中所處的位置。要通過監(jiān)視液體介質(zhì)中的水分含量了解絕緣紙的真實(shí)濕度,變壓器必須處于相對穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。
絕緣油中水分的相對飽和度需要標(biāo)準(zhǔn)化,因絕緣油中的濕度與溫度變化緊密相關(guān),并且在變壓器主箱中存在一定的溫度梯度(通常箱的頂部溫度要高于底部)。要完成標(biāo)準(zhǔn)化,專家系統(tǒng)分析需推斷底部的相對飽和度百分?jǐn)?shù)。可通過采用傳感器報(bào)告的溫度和其采樣位置獲得。該分析假定變壓器頂部溫度比底部溫度高出10 ℃。如采用頂部或底部之外的位置作取樣點(diǎn),則必須指定溫度偏差。通過濕度的相對飽和度以及具體測量溫度,專家系統(tǒng)將以一定相對飽和度百分?jǐn)?shù)作絕緣紙濕度的計(jì)算結(jié)果。必須注意,該計(jì)算只基于單次測量的結(jié)果信息,可能未反映出絕緣紙真正的濕度濃度,特別是在變壓器剛經(jīng)歷劇烈的溫度變化后。如果專家系統(tǒng)確定變壓器處于平衡狀態(tài)(絕緣紙既不釋放也不吸收濕度),則計(jì)算第2個(gè)相對飽和度百分?jǐn)?shù),該飽和度為變壓器處于平衡狀態(tài)時(shí)的最近30次相對飽和度百分?jǐn)?shù)測量結(jié)果的平均值。前面記錄的溫度和變化決定了是否存在平衡的判斷標(biāo)準(zhǔn)。有4種可用警報(bào)。濕度警報(bào)顯示時(shí)以“P”作首個(gè)字符。第2個(gè)字符為0~3的數(shù)字。P0警報(bào)表示傳感器故障。P1警報(bào)表示未執(zhí)行分析。P1、P2和P3警報(bào)均依賴于相對飽和度百分比。警報(bào)的條件:1為絕緣油濕度的相對飽和度百分比≥50,但<75;2為絕緣油濕度的相對飽和度百分比≥75。
信息來源：aixiangbo.com 信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司
目前電力變壓器不僅屬于電力系統(tǒng)最重要的和最昂貴的設(shè)備之列,而且也是導(dǎo)致電力系統(tǒng)事故最多的設(shè)備之一。變壓器在發(fā)生突發(fā)性故障之前,絕緣的劣化及潛伏性故障在運(yùn)行電壓的作用下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學(xué)變化等一系列效應(yīng)及信息。因此,國內(nèi)外不僅要定期做以預(yù)防性試驗(yàn)為基礎(chǔ)的預(yù)防性維護(hù),而且相繼都在研究以在線監(jiān)測為基礎(chǔ)的預(yù)知性維護(hù)策略,以便實(shí)時(shí)或定時(shí)在線監(jiān)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(zhì)量的參數(shù)。變壓器在線智能診斷設(shè)備能夠自動(dòng)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(shí)解決變壓器中存在的隱患,防止事故發(fā)生。
1、變壓器油中微水的狀態(tài)及危害
變壓器在運(yùn)輸、貯存、使用過程中都可能由外界進(jìn)入或油自身氧化產(chǎn)生水,產(chǎn)生的水分會以下列狀態(tài)存在:一是游離水。多為外界入侵的水分,如不攪動(dòng)不易與水結(jié)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,立即處理。二是極度細(xì)微的顆粒溶于水。通常由空氣中進(jìn)入油中,急劇降低油的擊穿電壓。介質(zhì)損耗加大,真空濾油。三是乳化水。油品精煉不良,或長期運(yùn)行造成油質(zhì)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(tài)。加破乳化劑。其危害:一是降低油品的擊穿電壓。100～200 mg/kg擊穿電壓大幅度降至1.0 kV,油中纖維雜質(zhì)極易吸收水分,在電場作用下,在電極間形成導(dǎo)電的“小橋”,因而容易擊穿。二是使介質(zhì)損耗因數(shù)升高。懸浮的乳化水影響最大,不均勻。三是促使絕緣纖維老化,絕緣纖維的分子是葡萄糖(C6H12O6)分子,水分進(jìn)入纖維分子后降低其引力,促使其水解成低分子的物質(zhì),降低纖維機(jī)械強(qiáng)度和聚合度。實(shí)驗(yàn)證明,120 ℃,絕緣纖維中的水分每增加1倍,纖維的機(jī)械強(qiáng)度下降1/2,當(dāng)溫度升高,油中的水增加,纖維的水降低,溫度降低,則相反。因此,應(yīng)監(jiān)視油中的微水,進(jìn)而監(jiān)視絕緣纖維的老化。四是水分助長了有機(jī)酸的腐蝕能力,加速了對金屬部件的腐蝕。綜上所述,油中含水量愈多,油質(zhì)本身的老化、設(shè)備絕緣老化及金屬部件的腐蝕速度愈快,監(jiān)測油中水分的含量,尤其是溶解水的含量十分必要。
2、變壓器絕緣油中微水的測試方法
評估絕緣材料中的濕度,是確保變壓器可靠性和使用壽命的一個(gè)重要因素。絕緣油中的濕度在不斷地變化,因而可能對質(zhì)量造成不利影響。另外,大部分濕度分布在絕緣紙中。濕度會影響固體和液體絕緣材料的介電擊穿強(qiáng)度,并影響纖維素絕緣材料的老化速度以及過載期間的氣泡形成傾向。環(huán)境溫度、負(fù)載、老化、泄漏以及其他因素會引起濕度的不斷變化。因此,隨著變壓器溫度的循環(huán)變化,需連續(xù)監(jiān)視和診斷。這對過載或峰值負(fù)載的變壓器更有必要。變壓器絕緣系統(tǒng)中的總濕度由纖維素和液體中的水分含量決定。絕緣紙和絕緣油中的濕度關(guān)系僅取決于溫度。當(dāng)溫度增加時(shí),水在絕緣油中的溶解性(溶液含水能力)增加,水分會從絕緣紙轉(zhuǎn)移到絕緣油中。當(dāng)溫度降低時(shí),這一過程則會反向進(jìn)行,但水分從液體介質(zhì)流動(dòng)到固體絕緣材料的速度相當(dāng)緩慢。因此,絕緣油冷卻期間的含水量高于加熱期間。因此,要準(zhǔn)確掌握變壓器中的濕度分布,必須知道設(shè)備在其熱循環(huán)中所處的位置。要通過監(jiān)視液體介質(zhì)中的水分含量了解絕緣紙的真實(shí)濕度,變壓器必須處于相對穩(wěn)定的溫度狀態(tài)。
絕緣油中水分的相對飽和度需要標(biāo)準(zhǔn)化,因絕緣油中的濕度與溫度變化緊密相關(guān),并且在變壓器主箱中存在一定的溫度梯度(通常箱的頂部溫度要高于底部)。要完成標(biāo)準(zhǔn)化,專家系統(tǒng)分析需推斷底部的相對飽和度百分?jǐn)?shù)。可通過采用傳感器報(bào)告的溫度和其采樣位置獲得。該分析假定變壓器頂部溫度比底部溫度高出10 ℃。如采用頂部或底部之外的位置作取樣點(diǎn),則必須指定溫度偏差。通過濕度的相對飽和度以及具體測量溫度,專家系統(tǒng)將以一定相對飽和度百分?jǐn)?shù)作絕緣紙濕度的計(jì)算結(jié)果。必須注意,該計(jì)算只基于單次測量的結(jié)果信息,可能未反映出絕緣紙真正的濕度濃度,特別是在變壓器剛經(jīng)歷劇烈的溫度變化后。如果專家系統(tǒng)確定變壓器處于平衡狀態(tài)(絕緣紙既不釋放也不吸收濕度),則計(jì)算第2個(gè)相對飽和度百分?jǐn)?shù),該飽和度為變壓器處于平衡狀態(tài)時(shí)的最近30次相對飽和度百分?jǐn)?shù)測量結(jié)果的平均值。前面記錄的溫度和變化決定了是否存在平衡的判斷標(biāo)準(zhǔn)。有4種可用警報(bào)。濕度警報(bào)顯示時(shí)以“P”作首個(gè)字符。第2個(gè)字符為0~3的數(shù)字。P0警報(bào)表示傳感器故障。P1警報(bào)表示未執(zhí)行分析。P1、P2和P3警報(bào)均依賴于相對飽和度百分比。警報(bào)的條件:1為絕緣油濕度的相對飽和度百分比≥50,但<75;2為絕緣油濕度的相對飽和度百分比≥75。
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