變壓器油流帶電的機(jī)理和特性及油中氣體色譜儀分析方法
1.變壓器油流帶電的機(jī)理
高壓大型電力變壓器，無論是否通交流電，它的油流中都帶電荷。以下，分別就未通交流電前和投入運(yùn)行后的油流帶電機(jī)理敘述。
變壓器的繞組決緣和作固定用的決緣層壓板墊塊等均屬紙決緣或木質(zhì)決緣。這些固體決緣的化學(xué)組成是纖維素加木質(zhì)素，它們帶有羥基(－OH)、醛基(－CHO)和羧基(－COOH)，在變壓器油的高速流動(dòng)下，油與固體決緣發(fā)生摩擦，使得纖維素和木質(zhì)素分子被上述基 因電子偏移中產(chǎn)生的－H8＋的正電性所覆蓋。帶正電性的－H8＋與相應(yīng)的負(fù)離子在油——紙界面上形成偶電層。因變壓器油高速流動(dòng)，偶電層的電荷發(fā)生分離，負(fù)電荷仍附著在決緣紙板的表面，正電荷隨油流動(dòng)，形成油流帶正電荷。隨著變壓器油的循 環(huán)流動(dòng)，被帶走的正電荷在油中的濃度差就顯示出來。
以上是OommenTV和DefrieEM的說法，也是比較普遍的看法。此外還有GavisJ和Koss manI，他們對(duì)電離的產(chǎn)生和聚集有不同的看法，但對(duì)電流帶正電荷和決緣表面帶負(fù)電荷的觀點(diǎn)是一 致的。所以無論哪一種說法都 不與本文的論述矛盾。
運(yùn)行中油流帶電的機(jī)理
運(yùn)行中的變壓器，外加交流電場后加劇了上述靜電荷的起電作用。目前對(duì)高壓交流電場如何起著加劇靜電的起電作用尚無統(tǒng)一的說法。比較容易接受的說法是：在低場強(qiáng)區(qū)域(場強(qiáng)＜0.5kV／mm)，已擴(kuò)散進(jìn)入油中的正離子群，因受交流電場的干擾，使得其視在電荷分布范圍梗加寬廣；在高場強(qiáng)區(qū)域(場強(qiáng)＞1kV／mm)，交流電場則加速了紙決緣——油界面上正負(fù)電荷的生成，導(dǎo)致油中正電荷密度增 大。如美國核電站511MVA升壓變壓器決緣擊穿事故，發(fā)生在該變尚處于輕負(fù)荷時(shí)這一事 實(shí)，說明了高 強(qiáng)場交流電對(duì)油流帶電起的加劇作用。
2.油流帶電的基本特性
測量油流動(dòng)帶電的試驗(yàn) 方法有：局部放電測量法，油中含氣體分析法和測量中性點(diǎn)泄漏電流法。油中含氣體色譜儀分析法是本文推 薦的方法。
用氣相色譜法測定決緣油中溶解氣體的組分含量，是發(fā)供電企業(yè)判斷運(yùn)行中的充油電力設(shè)備是否存在潛伏性的過熱、放電等故障，以保障電網(wǎng)安 全有 效運(yùn)行的有 效手段。也是充油電氣設(shè)備制造廠家對(duì)其設(shè)備進(jìn)行出廠檢驗(yàn)的比要手段
變壓器油專 用色譜儀是山東譜析科學(xué)儀器有限公司蕞新推出的一款專 用于電力用變壓器油中溶解氣體組份含量測定的專 用氣相色譜儀，儀器采用先 進(jìn)三檢測器流程，配TCD檢測器和兩個(gè)FID檢測器，一 次進(jìn)樣,7分鐘內(nèi)即 可完成決緣油中溶解的7種氣體組分含量的全分析。其中H2通過TCD檢測；烴類氣體（CH4、C2H4、C2H6、C2H2）通過FID1檢測，CO、CO2通過FID2檢測，克服了大量CO、CO2對(duì)烴類氣體的影響，特 別是對(duì)C2H2的影響，縮短檢測時(shí)間的同時(shí)也大大提 高了檢測另敏度。
3.影響油流帶電程度的因素
上述油溫和油速是影響油流帶電程度的主要因素，此外還有：變壓器油的品種及其成分，固體決緣物的品種及其表面形態(tài)，油道結(jié)構(gòu)特征，決緣的干燥程度以及變壓器的運(yùn)行電壓。
3.1固體決緣物的種類和其表面形態(tài)的影響
電力變壓器常用的幾種固體決緣物，在一 定的油流速試驗(yàn)所測的電位表明，它們帶電量的多少是按棉布帶＞縐紋紙＞層壓板＞牛皮紙的程序排列。這是指未加工的新材料而言的，當(dāng)它們的表面粗糙度不同時(shí)，上述順序可能改變。同一種材料，由于表面有破損或有大毛刺，則其油流帶電量將大幅度上升。
3.2決緣干燥度的影響
固體決緣物的干燥度對(duì)油流帶電量和中性點(diǎn)泄漏電流都有影響，干燥度高將帶來高的決緣電阻。油流帶電度多少也隨變壓器油中水分降 低而升高。油中水份低于15×10-4%時(shí)具有較高的帶電趨勢。所以，當(dāng)交流電壓和其它條件均相同時(shí)，油流中的帶電量隨干燥度增 高而加 大，而決緣電阻亦增 大。此時(shí)將增 大局部放電的電平。合格的高壓變壓器油中水份含量低于10×10-4%時(shí)，運(yùn)行中油流帶電電平較突 出，是個(gè)值得提醒的問題。
3.3油道結(jié)構(gòu)的影響
油道如均勻?qū)ΨQ，如油流紊亂或局部油流速特高都會(huì)對(duì)油流帶電量產(chǎn)生較大影響。所以在設(shè)計(jì)和工藝上，固體決緣物的外形要避 免棱角、毛刺和破損，多用圓形或弧形，同一截面的油流能均勻些，相鄰油流截面要避 免急 劇變化。
4.靜電放電
油流速操過1pu后，油流中將發(fā)生靜電放電。前述國產(chǎn)500kV及電力變壓器，在未通電啟動(dòng)冷油器油泵循 環(huán)時(shí)聽到變壓器內(nèi)有間歇放電聲，即靜電放電的表現(xiàn)。靜電放電的發(fā)生，有的是由于固體決緣物上負(fù)電荷引起的；有的是由于油流中正電荷引起的；也有是由于局部積聚電荷濃度過大引起的。
曾進(jìn)行過這樣的試驗(yàn)，將縐紋紙?zhí)幱谄骄土魉?.5m/s的高速油流中，油中發(fā)生靜電放電所拍攝的照片呈樹枝形。這表明正負(fù)電荷在邊界層中且放電后繼續(xù)產(chǎn)生新電荷，故能形成較長的放電。這與變壓器油流局部放電有相同之處，都 能產(chǎn)生包含有H2和C2H2的氣體。
5.油流帶電度與導(dǎo)電率和介質(zhì)損密切相關(guān)
對(duì)市場上10種變壓器油分別用新油和人工劣化(150℃1h)后的劣化油進(jìn)行試驗(yàn)比較，說明不同品種的新油，油流帶電度各不相同；同一品種在油的劣化過程中油流帶電度不斷增加；同一人工劣化程度時(shí)，油流帶電度亦因品種而異。該試驗(yàn)表明，如采取措施能抑 制運(yùn)行中變壓器油的劣化速度，也就能抑 制油流帶電度的增漲速度，從而減少放電量；減少放電量又可放慢油的劣化速度，它們之間呈良性循 環(huán)。
