大型变压器油流带电现象

电力18讯：    一、油流带电现象
在强迫油循环的大型电力变压器中，由于变压器油流过绝缘纸及绝缘纸板的表面时，会发生油流带静电现象，简称油流带电。油流带电现象国内外均有发生，惕1989年报导，美国曾有12台大型变压器因油流带电现象而损坏。我国曾于1992年对国产大型变压器质量进行过调查，调查结果表明，油流带电引发的静电放电是威胁国内大型变压器安全运行的重要因素之一。东北电力科学院和沈阳变压器厂曾在制造厂内和电力系统中对500kV大型变压器进行油流带电的测试，在40台次的测试中，发现6台次（其中电力系统中的2台次，出厂试验4台次）由于油流带电引起变压器内部放电，其具体情况如表1－－39所示。
表11-39 油流引起变压器内部放电的情况
序号 试品及型号 冷却器的
起动台数 泵起和时间地）  静电电压（kV） 放电量（pC） 放电情况
铁芯和元件 高压绕组中点
1 ODFPSZ
250000/500
（C相） 2/3 3/6 / 　 104以上 2台泵时几分至十几分放电1次；3台时508放电1次，能听到响声；屏蔽和内部有放电
2 ODFPSZ
250000/500
（B相） 3 　 　 　 104以上 声电信号同时出现，能听到放电响声；磁屏蔽和内部有放电
3 ODFPS-250000／500
（第2台） 3 1．3 6 　 104以上 1min放电一次有响声。油箱底局部有放电，层压板有碳化
4  ODFPS一250000/500
（第3台） 3 　 　 　 104以上 3台泵有放电，2台时消失。能听到响声，油箱底部有放电
5 ODFPSZ__167000/500
（D相） 3 1．5 5．5 14.2 104以上 声、电信号同时出现，能听到响声。孩屏蔽与箱壳间有放电痕迹，阻值0．3Ω
6 ODF PSZ一167000/500
（C相） 3 1以上 1．2 18．2 104以上 声、电信号同时出现，能听到响声。磁屏蔽与箱壳间有放电痕迹
鉴于以上所述，大型变压器的油流带电现象已引起国内外电力部门和变压器制造业的广泛关注。日本、美国、法国、瑞典、英国和波兰等很多国家早在70年代就投入大量人力、物力对油流带电问题开展研究。近些年来，油流带电问题也引起我国的重视、变压器制造业、电力部门和有关高等偏校都在认真进行研究。

油流带电机理
关于油流带电的机理目前尚有争论，现有的研究结果认为可以从油流的流动作用和交流电场的电动作用两方面来认识。
就油流的流动作用而言，比较普遍的看法是，变压器的固体绝缘材料（如绝缘纸和纸板）的化学组成是纤维素和木质素，其中纤维素带有羟基（-OH），木质素带有羟基、醛基（-CHO）和竣基（-COOH）。在变压器油的不断流动下，油与绝缘纸板发生摩擦，使得这些基团发生电子云的偏移，即
　
这样，纤维素和木质素分子就被-Hδ+的正电性所覆盖，绝缘纸板表面就如同覆盖着一层正极性的氢原子。带正电性的-Hδ+对油中负离子具有较强的亲合作用，进而吸附油中负离子，并在油一纸界面上形成仍电层。当变压器油以一定速度流动时，偶电层的电荷发生分离，负电荷仍附着在纸板表面，正电荷进入油中并随油流动，形成冲击电流，如图1－－82所示。这样，油就带正电，而纸板表面带负电。随着油的循环流动，油中正电荷越积越多，当积聚到一程度就可能向绝缘纸板放电。
　
图1－82 电荷分离机理
（a）油静止；（b）油流动
交流电场的电动作用是指外加交流电场能大大加剧静电起电作用。对电动作用机理，目前还远没有达到共识的程度。

测量油流带电倾向的方法和仪器
据报导，目前国内外研究人员测量油流带电倾向的方法有循环直接法、循环注入法、流下法和旋转回金法等。我国采用的方法如下：
（一）循环注入法
东北电力科学研究院应用循环注入法的测量装置如图1－－83所示。装置的静电发生器是一段包有皱纹纸和白布带的引线模型，使油在2mm间隙中循环流过引线模型的表面。用循环泵使基准油以一定的温度和流速流过静电发生器。测量绝缘表面的对地泄漏电流与时间关系，当测量带电倾向时，用注射器注入几十毫升的被试油样，这时泄漏电流有一变化量，根据泄漏电流波形变化求出带电倾向。
　
图1-83 循环注入法测量装置
1-静电发生器；2-汉拉第笼；3-绝缘法兰；4-循环管；5-循环泵；6-调速阀门；7-放油门；8-流量计；9-油箱；10-被试油样器；11-加热器；12-注射器；13-注油阀门；14-调控仪；15-静电计；16-记录仪
例如，某500kV变电所C相电抗器油带电倾向测量结果如图1－84所示。
图中A点为基准油循环开始，B点为被试油样注入开始，C点为油样注入结束，根据B、C两点闪电流的变化量，计算出带电倾向。已知测试装置纵坐标灵敏度为0．34nA／cm，根坐标灵敏度为2.5s/cm，当温度为20℃，注入被试油样为70ml时，经计算带电倾向为q=0. 239 × 10-9 × 3．0 × 1012=10.24（μC／m3）
　
图 1－84循环注入法测量泄漏电流与时间的关系曲线
该装置的特点是：
（1）可移动；
（2）可调节温度和流速；
（3）测带电倾向时可用较少