變壓器用油顆粒度測試取樣裝置開發方法及裝置研究

郝晉堂，郭錦龍

（山西電力科學研究院，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，隨著電網建設即將投入的超高壓變壓器設備的增多，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的關系，分析顆粒污染度對變壓器絕緣油絕緣性能的影響，將油中顆粒污染度做為監督指標，提高設備的絕緣性能，將有利于設備安全穩定運行。雜質對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作用下規則排列形成導電小橋，會顯著降低油擊穿電壓。此外,顆粒雜質更可能引起局部放電或起催化作用導致油的劣化，進而影響變壓器的安全運行。因此，在設備的制造、運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顆粒數量為依據表示）對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]。

電力用油中雜質顆粒對設備的安全運行有較大影響，需要加強運行油液的顆粒度監控，準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境的污染，致使取出的樣品有時不能真實反映顆粒污染度情況。因此，本項目對取樣過程的污染情況進行分析并開發取樣專用裝置，以期能夠提高顆粒度測試的真實性，對電力用油顆粒度超標的油液及時采取可靠措施，確保電力設備安全運行。

2 變壓器油中顆粒度控制標準

我國對變壓器油顆粒度的監測起步較晚，目前，我國已經制訂了顆粒度質量標準并于2008年11月正式頒發。GB/T7595—2008《運行中變壓器油質量標準》中已對500 kV電壓等級油中顆粒度增加列為檢驗項目?！白儔浩饔椭蓄w粒度限值”（DL/T 1096—2008）。質量標準適用范圍為500 kV及以上變壓器、電抗器油的質量監督，其控制指標如下。

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

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

c）采用美國NAS1638：1984顆粒污染度分級標準。

d）當顆粒度超過限值時應查明原因，必要時用精密濾油機對油進行處理，濾油機濾芯精度至少應達到 2～5 μm。

3 變壓器油中顆粒度試驗分析

3.1 絕緣油的理化性能和電氣性能試驗

金屬顆粒對擊穿電壓的影響見表1。

表1 金屬顆粒對擊穿電壓的影響

運行中的500 kV變壓器絕緣油經過長時間運行，油中顆粒污染物的狀況如何，以山西電力科學研究院油質監督檢測中心為案例進行分析論證。筆者對全省電網10個供電單位500 kV及以上變壓器油和電抗器油顆粒度進行了兩輪普查。通過測量數據結果對比，油樣檢測情況分為以下四種，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。由于在顆粒度測試環節中，取樣環節對測試結果影響很大。因此，對于第二、三種（兩次測定有一次不合格）情況來說，兩次測定結果中，測試合格的油樣更接近真實值，而對于兩次測定均不合格的情況應繼續跟蹤監測。

3.2 監測過程中發現的問題

3.2.1 取樣易受到外界環境的影響

目前，大部分電廠的顆粒污染度檢測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境的污染，致使取出的樣品有時不能真實反映現場的顆粒污染度情況。機組調試期間的顆粒污染度檢測過程中，油樣檢測結果與前次測試結果相差較大，且大顆粒雜質呈現明顯增長趨勢，送檢油樣由非專業人員取樣。這說明，在顆粒污染度檢測過程中取樣環節相當重要，應由專業人員嚴格按照規定要求取樣，這樣才能避免出現錯誤判斷。

3.2.2 現行的取樣部位取油樣欠佳

用本體內的絕緣油沖凈取樣閥以及取樣工具，密封取樣時還要排氣等，在這過程中需浪費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，取油樣時為了放完死油，浪費的絕緣油更多。有的變壓器廠家用的取樣閥門大、導油管粗，使取油樣操作過程中絕緣油的浪費更為突出。為了盡早發現變壓器的潛伏性故障，掌握變壓器本體內絕緣油的油質情況，必須定期對變壓器本體內的絕緣油進行取樣分析，用現行的方法取樣，本體內的絕緣油很快就會被放到不能運行的油位需要補油。

3.2.3 油中水分含量較大

使用激光計數儀檢測油中顆粒污染度時，如果油中含有較多水分，會嚴重干擾測試結果的準確性。因此，在取樣時若發現油中水分含量較大時，應先對油系統中的油進行過濾，在去除水分后再進行取樣；當油中顆粒污染度超標后，很難在短時間內將油品處理合格。由于顆粒雜質會降低高電壓變壓器的絕緣油的絕緣強度，并可能引起油流帶電，為適應高電壓設備用油監督的需要，應開展變壓器絕緣油的顆粒污染度檢測工作，并逐步將其納入定期監測工作中[2]。

4 變壓器用油顆粒度測試取樣方法及裝置

在電氣設備安裝及檢修中，變壓器、電抗器等設備中的絕緣油需取油樣送檢，試驗合格后才進行設備投運。由于取油樣方法不當、油樣保管、運輸、放置時間過長等因素影響油樣所做的試驗項目不合格，造成重復多次取樣試驗。提出的變壓器專用負壓取油裝置使取油管內部形成一密閉環境，改變了以前取樣時暴露于大氣（因天氣空氣質量差）導致油樣二次污染，從而影響測量結果；省時、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：應先后用蒸餾水或去離子水及經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，應在沖洗后立即取樣。

b）乳膠管需要用質量好的、能長期耐絕緣油腐蝕且不與絕緣油產生任何化學反應，也不對絕緣油產生誘導或催化作用，預使用的膠皮管必須經清洗及干燥處理，并保存在干燥器內。

c）新油取樣：應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，應從油桶底部取樣，取樣工具要用經過過濾的異丙醇或丙酮清洗并烘干備用。為了避免沉降，液體應在取樣前充分攪動。

d）運行油取樣：取樣前應將取樣閥用經過過濾的異丙醇或丙酮清洗；在取樣前應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進行調節。

4.2 變壓器油取樣專用裝置研發

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

注意取下1油樣時，請更換新的（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，使油品檢測產生誤判。圖1取樣過程中，因是負壓取油，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，使油品污染指標測量更接近真實值。

圖2適用于油液面及出口高于取樣瓶時的情況，自然流出，如主變壓器等。

4.3 顆粒度取樣應注意的問題

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

圖1 負壓取油圖A

圖2 負壓取油圖B

在油溫低于環境溫度時不允許取樣,在相對濕度高于75%時不應取樣，在有風雨、霧的天氣也不宜取樣，如果在特殊的情況下取樣，必須采取相應的措施后方能取樣[3]。

測量前，首先須觀察所測介質的外觀，查看是否有肉眼可見的雜質、氣泡或油液介質中含有水滴等情況。如果雜質較多，則不宜再使用儀器檢測，因為大顆粒（＞500 μm） 可能會造成傳感器的堵塞。而油液中水的含量過多，會嚴重影響測量結果，使測出的顆粒數量嚴重偏高，這種情況下應進行脫水處理之后再做測量或考慮換油。

被測介質的粘度也是使用者需要加以注意的。在采樣測量情況下，粘度一般不應大于100 mm2/s；高壓在線測量情況下，可測粘度一般不應大于500 mm2/s。對粘度的限制以被測介質能夠順暢地吸入系統為宜。如果被測介質粘度過大，則需經稀釋以后才能測量。

5 結束語

通過對取油樣的方法及裝置改進和油樣保管過程的完善，既可以大大提高油樣試驗合格率、降低成本，又能保證停電計劃內施工工期與取樣和質量工藝，還可以創造可觀的經濟效益，避免了取樣過程造成的油樣污染，較好地解決了顆粒度測試結果受取樣環節和環境因素造成污染的問題。

［1］ 祁炯.淺談油中顆粒度對變壓器絕緣強度的影響［J］.安徽電力，2004（04）：31-32.

［2］ 楊瓊華，楊斌，王竟豐.500 kV充油設備不容忽視的油質檢測項目［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鍵技術分析［J］.電力設備，2008（07）：22-23.