[精品]油流帶電分析

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1、一、油流帶電現(xiàn)象在強(qiáng)迫油循環(huán)的大型電力變壓器中，由于變壓器油流過(guò)絕緣紙及絕緣紙板的表面時(shí)，會(huì)發(fā)生油流帶靜電現(xiàn)象，簡(jiǎn)稱(chēng)油流帶電。油流帶電現(xiàn)象國(guó)內(nèi)外均有發(fā)生，惕1989年報(bào)導(dǎo)，美國(guó)曾有12臺(tái)大型變壓器因油流帶電現(xiàn)象而損壞。我國(guó)曾于1992年對(duì)國(guó)產(chǎn)大型變壓器質(zhì)量進(jìn)行過(guò)調(diào)查，調(diào)查結(jié)果表明，油流帶電引發(fā)的靜電放電是威脅國(guó)內(nèi)大型變壓器安全運(yùn)行的重要因素之一。油流帶電機(jī)理關(guān)于油流帶電的機(jī)理目前尚有爭(zhēng)論，現(xiàn)有的研究結(jié)果認(rèn)為可以從油流的流動(dòng)作用和交流電場(chǎng)的電動(dòng)作用兩方面來(lái)認(rèn)識(shí)。就油流的流動(dòng)作用而言，比較普遍的看法是，變壓器的固體絕緣材料（如絕緣紙和紙板）的化學(xué)組成是纖維素和木質(zhì)素，其中纖維素帶有輕基（-

2、OH）,木質(zhì)素帶有疑基、醛基（?CHO）和竣基（?COOH）。在變壓器油的不斷流動(dòng)下，油與絕緣紙板發(fā)生摩擦，使得這些基團(tuán)發(fā)生電子云的偏移，即這樣，纖維素和木質(zhì)素分子就被?H6+的正電性所覆蓋，絕緣紙板表面就如同覆蓋著一層正極性的氫原子。帶正電性的?H6+對(duì)油中負(fù)離子具有較強(qiáng)的親合作用，進(jìn)而吸附油中負(fù)離子,并在油一紙界面上形成仍電層。當(dāng)變壓器油以一定速度流動(dòng)時(shí)，偶電層的電荷發(fā)生分離，負(fù)電荷仍附著在紙板表面，正電荷進(jìn)入油中并隨油流動(dòng)，形成沖擊電流，如圖1一一82所示。這樣，油就帶正電，而紙板表面帶負(fù)電。隨著油的循環(huán)流動(dòng)，油中正電荷越積越多，當(dāng)積聚到一程度就可能向絕緣紙板放電。影響油流帶電的

3、主要因素（一）油流速度與溫度的影響油流速度是最主要的影響因素。油流速度增加，油流帶電程度隨之嚴(yán)重，通常認(rèn)為在2?4倍的額定流速（平均流速）下，帶電傾向較為明顯。例如，西北某水電廠的#1?#3主變壓器油中乙烘、總炷含量超標(biāo)，乙烘含量最高達(dá)30ppm,總坯最高達(dá)164PPm。經(jīng)測(cè)試和綜合分析判斷，認(rèn)為#1?#3主變壓器油中乙烘含量增高的重要原因是由于油流放電引起的。為此將原來(lái)運(yùn)行的4臺(tái)潛油泵減少為3臺(tái)，使油流速度降低，半年的監(jiān)測(cè)表明：乙烘含量明顯降低，并一直趨于穩(wěn)定。由于油流速度與溫度有關(guān)，所以溫度變化時(shí)，油流帶電程度也隨之變化。圖1一一87示出了在不同流速下，繞組泄漏電流與溫度的關(guān)系曲線

4、。由圖可見(jiàn)，當(dāng)油溫在50?60°C之間時(shí),油流所產(chǎn)生的泄漏電流達(dá)最大值。通常，變壓器恰工作在這樣的溫度范圍，顯然是不利的。研究表明，油的流速在0?29m/s以下時(shí)，就不會(huì)發(fā)生放電現(xiàn)象，但為了安全要留有一定的格度。（二）油流狀態(tài)的影響汕的流動(dòng)分為層流和湍流，汕流狀態(tài)通常以雷諾數(shù)表示。圖1—88示出了汕流狀態(tài)（雷諾數(shù)）與泄電流的圖1-87不同流速下繞組汕漏電流與溫度的關(guān)系圖1-88泄漏電流?雷諾數(shù)的關(guān)系關(guān)系。從目中可以看出，當(dāng)油流處在展流區(qū)時(shí)，泄漏電流與雷諾數(shù)成正比，且與溫度有關(guān)。而在湍流區(qū)，則與雷諾數(shù)的平方成正比。從展流到湍流的過(guò)渡區(qū)域，由于汕流極不穩(wěn)定，電荷的分離與雷諾數(shù)的2?5次方成

5、正比。以層壓紙管的汕流來(lái)模擬汕流的試驗(yàn)結(jié)果如圖1-89所示。ABC位置圖1-89在層壓紙管模型屮靜電感應(yīng)電流的分布由圖可見(jiàn)：（1）在紙管的入油口油流極不穩(wěn)定，屬湍流狀態(tài)，其泄漏電流最大。（2）在紙管的出口處，也有類(lèi)似的湍流效應(yīng)。在實(shí)際的變壓器屮，繞組卜?部的進(jìn)汕口附近區(qū)域?qū)偻牧鳡顟B(tài)，因此該區(qū)域汕流帶電程度嚴(yán)重。（三）勵(lì)孩對(duì)汕流帶電的影響圖1—90所示為在一臺(tái)實(shí)際的500kV單相自耦殼式變壓器模型上進(jìn)行不同勵(lì)磁下測(cè)量靜電泄漏電流的試驗(yàn)結(jié)果。由圖可知，泄漏電流隨勵(lì)孩電壓升高而增大，「L與油溫有關(guān)，泄漏電流的峰值效應(yīng)明顯。圖1—90變壓器勵(lì)磁對(duì)泄漏電流的影響（四）油系對(duì)油流帶電的影響當(dāng)油泵突

6、然起動(dòng)時(shí)，由于油流的擾動(dòng)，交界面的偶電展快速被油流分離，會(huì)使油很快增加到一個(gè)較高的起始帶電度，頻繁起動(dòng)油泵會(huì)加劇這種現(xiàn)象。因此油泵的起動(dòng)和切斷應(yīng)該逐步進(jìn)行。此外，由于油泵本身的油流速度較高，很容易分離電行，在設(shè)計(jì)時(shí)，油泵大多是位于冷卻器下部，油泵旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電荷經(jīng)油泵本體對(duì)地釋放一部分，但有人認(rèn)為，人釋放量不夠，會(huì)影響變壓器內(nèi)部的油流帶電，因此有些設(shè)計(jì)作了改進(jìn)，其目的是使油進(jìn)/變壓器之前，有一段較長(zhǎng)的電荷釋放距離。（五）油中水分的影響油中水分含量對(duì)油的流動(dòng)帶電傾向有明顯的影響。隨著油中微量水分的減小，油中的帶電傾向?qū)⒃黾?，從圖1?91所示的9種美國(guó)產(chǎn)新絕緣油的含水量與電荷密度的關(guān)系曲線

7、中可以看出，當(dāng)怕中微水含量小于15PPm時(shí)，油中電行密度劇增。這與油的種類(lèi)也有關(guān)，電荷密度較高的是一種經(jīng)水解處理后再用漂白土過(guò)濾的油種，電行密度較低的是一種經(jīng)水解處理后再以溶劑革取的油種，兩者的區(qū)別是前者無(wú)抑制劑，后者則添有抑制劑，也即抽中的其他物質(zhì)對(duì)電荷密度會(huì)有一定的影響。合格的大型變壓器中的絕緣油徽水含量低（約lOPPm）,使得電荷的泄放困難，故運(yùn)行中的大型電力變壓器油流帶電問(wèn)題較嚴(yán)重。由于溫度的變化，水分在油和紙質(zhì)材料問(wèn)有一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)平