李清 杨东凯
河南省电力试验研究所
变压器油的绝缘性能与水份、气体和机械杂质等共同对变压器油的污染程度有关的。对水份和气体杂质我们已有较成熟的测量方法和较完善的定量评价指标，但对机械杂质的研究还不够深入，油中机械杂质颗粒的测量技术和设备也比较落后。近几年西安热工研究院等单位较早配备颗粒测试设备后，各省电力试验研究所也相继开始引进该测试设备。他们大都是用于抗燃油的颗粒度检定工作。电科院曾研究过油中碳颗粒影响绝缘油电气性能的问题，此外西安热工研究院、华北电力大学等单位也开展过相关的研究。有关变压器油中机械杂质的国际学术活动十分活跃，如IEC、TC10以及SC10(碳氢液体电介质)会议上提出了有关油中颗粒杂质测量方法的规定并设置了专门的工作小组；CIGE(国际大电网会议)在讨论SC-15(绝缘材料)时，曾把有关变压器油中机械杂质颗粒的问题作为主要的研究课题提出来并呼吁各国学术界踊跃发表有关研究成果；国际电工委员会已将《颗粒计数和尺寸》列入IEC296-91(修订方案)中，并且提出了以每100 mL油中，大于15 μm的颗粒总数不超过8 500个，为500 kV新油的推荐控制指标［1］。
为进一步探索机械杂质对变压器油电气性能的影响，作为该项工作的基础研究之一，对变压器油中机械杂质的污染状况进行调查，就显得十分重要。为此我们就220 kV电压等级的变压器油中机械杂质污染情况做了大量的工作。
1 油样的采集
油样的采集是开展污染调查极为重要的一步，直接影响调查结果的准确性，为了保障采油质量，使用的是直接从美国进口经特殊无尘处理的专用采样瓶。取样点是变压器底部的放油阀，采油前要先放掉3～5 L油以冲掉底部的油泥，整个取样过程严禁瓶口与放油阀接触。在个别情况下，当测得机械杂质含量较高时，为检查采样误差，还需重新取样。
2 机械杂质颗粒的计量方法
气体及液体中存在的悬浮的颗粒状物质通称为SPM(Suspended Particulate Matter)［1］。液体中SPM的测量方法有很多。早期的油中SPM测量，人们使用过显微镜，此方法费时费力。近年来随着测量、光学及自动化技术的进步，诞生了许多油中SPM的测量设备，如利用光散射原理的颗粒OPC(Optical Scattering Single Particle Counter)、利用遮光原理的颗粒计数器等等。
本试验使用的是美国太平洋公司生产的HIAC/ROYCO 8000A型颗粒计数器，该装置利用遮光原理，可由操作人员选用不同的标准，并给出相应标准下的检测结果。整个测量在洁净室中进行。
3 220 kV运行变压器油中机械杂质的分布情况
变压器油中机械杂质颗粒的分布状态及其数量的比较标准中广泛使用的有NAS1638污染度等级和ISO4406清洁度段数表。NAS1638污染度等级标准规定，把粒度为5～100 μm以上的颗粒直径分为5个范围，每个范围根据所含颗粒又分为00级至12级的14个级别。对某一具体油样而言，选择其中5个粒度范围内等级最高的数作为其NAS 1638等级［2］。根据这一规定，把5个粒度范围的平均值和每个粒度范围内的颗粒数之间的关系用双对数坐标系表示时可获得如图1所示近似于直线的虚线。其中粒度为100 μm以上的范围取100～150 μm。这样，NAS等级N(00～12)，平均粒度d及各粒度范围内的颗粒数n(100 mL油)之间的关系可用下式表示：
lgn＝－2.57 lgd＋0.3 N＋4.98
选用NAS 1638污染度标准，对河南电网45台220 kV运行变压器进行了油中颗粒污染情况测试分析。通过测试发现：220 kV运行变压器油中小于15 μm的小颗粒的污染占主导地位，颗粒尺寸越小，数量越多，颗粒尺寸分布范围大致如表1，其NAS 1638污染度等级基本上是由小颗粒引起的，这与国外变压器油样的颗粒污染水平相当［2］。
表1 220 kV变压器油颗粒尺寸分布范围
d/μm
＞5
＞15
＞25
＞50
＞100
n/100 mL
120～48 000
30～4 600
0～1 767
0～190
0～33
将普查数据按照总颗粒数(即大于5μm颗粒数)和可见颗粒数(一般肉眼目视的最小尺寸为50 μm)分别统计于表2。
表2 普查油样的颗粒数分档统计表
＞5 μm
颗粒/100 mL
占油样的比例/
%
＞50 μm
颗粒/100 mL
占油样的比例/
%
＜500
68.9
＜50
82.2
＜1 000
82.2
＜100
93.3
＜20 000
95.6
＜200
100
＞2 000
4.4
＞200
0
图1中，系列1为新乡火电厂4号主变油样，其污染度为NAS 2级；系列2为驻马店1号主变油样，其污染度为NAS 3级；系列3为南供宛北1号主变油样，其污染度为NAS 4级；系列4为平供舞阳2号主变油样，其污染度为NAS 5级；系列5为首电3号主变油样，其污染度为NAS 6级；系列6为平供1号主变油样，其污染度为NAS 7级。图中虚线表示的NX为NAS等级曲线。图中画出了有代表性的6组颗粒度分布曲线，可以看出颗粒的分布范围是非常广的。
 
图1 变压器油中颗粒分布
抽样调查表明：84.4%的油样污染度在NAS 1到NAS 6之间，15.6%的油样为NAS 7和NAS 8。其中NAS 8的油样仅占4.4%，污染度较低，在NAS 1～NAS 3之间的油样所占比例约为调查油样的30%。
法国Alsthom公司经过多年的工业试验，按油中颗粒含量对变压器油规定出3种类型，如图1中被曲线1和2划分的A、B、C三个区［3］。
A区——油没有经过充分过滤；
B区——油经过很好的过滤；
C区——油经过精细过滤。
根据Alsthom的内部规范规定：按照对变压器的不同要求，在油经过处理送交绝缘试验以前，其颗粒含量应相当于C区或B区。
与Alsthom的规定相比较，河南省内220 kV运行变压器油的污染程度并不高。尽管所调查的油样其污染度等级是由小颗粒造成的，还发现污染等级较高的油样，大颗粒的含量也较高。在变压器油中，小颗粒数量多能悬浮在油中不易沉降，对电气性能有危害；而大颗粒易于沉降到线圈及绝缘纸上，会造成更大的影响［3］，因此，对污染等级较高的变压器应加强对油的过滤。
4 结论
(1)开展变压器油样机械杂质颗粒的污染调查，一定要注重正确的油样采集方法，否则会造成严重的测量误差。
(2)通过对河南省45台220 kV运行变压器油的颗粒污染调查，发现其污染等级基本上是由小颗粒引起的。
(3)通过油样测试调查，河南省有82.2%的油样每100 mL油中大于5 μm的颗粒总数都少于10 000个，同样有82.2%的油样每100 mL油中大于50 μm的可见颗粒总数少于50个，与国外变压器油的颗粒污染水平相当。这说明河南省对220 kV变压器的安装、油处理及注油和维护管理水平较高。
(4)与Alsthom的内部规范相比，河南省所有220 kV运行变压器油的污染水平相对较低。
(5)对污染等级较高的变压器，应加强油的过滤。
参考文献
1 环境计测技术调查专门委员会ヶリ一ンル一 一ムと微粒子计测技术.电气学会技术报告第255号，1987.8
2 能原部西安热工研究院.变压器安全运行的研究.全国变压器运行专业学术会议.西安：1987.8
3 J.Samat，D.Lacaze.变压器油中微粒对绝缘耐压的影响.变压器，1989.26(7)：31～35
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