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摘要：矿物质绝缘油用于电力设备对电网的安全稳定运行具有重要作用，其中水分、介损、击穿电压、和色谱试验是常用且有效的四种绝缘油试验。通过这四种试验能够有效诊断出电力设备中油质水平并推断出电力设备的故障情况，对于设备的运行、维护和检修具有重要意义。
关键词：绝缘油试验；水分；介损；击穿电压；色谱
矿物绝缘油，也称变压器油，是电力设备中重要的液体绝缘介质，在变压器、断路器、电流和电压互感器、套管等设备中起绝缘、散热冷却、灭弧、保护和信息载体的作用。变电试验专业人员就是利用绝缘油的信息载体作用，通过现场取样至试验室试验，而后对结果判断分析，推断出电力设备的故障情况。目前南方电网公司规定，绝缘油周期性开展的预防性试验有外状、水分、介质、击穿电压、油中含气量（500kV）及色谱试验等，其中水分、介损、击穿电压、和色谱试验是常用且有效的四种绝缘油试验。
1 水分试验
1.1水分试验的原理
目前常用微量水分测定法（库伦法）测定绝缘油中水分含量。库伦法是一种电化学方法，它是将库伦计与卡尔—费休滴定法结合起来的分析方法。当被测绝缘油中的水分进入电解液（卡尔—费休试剂，简称卡氏试剂）后，水参与碘、二氧化硫的氧化还原反应，在吡啶和甲醇的作用下，生成氢碘酸吡啶和甲基硫酸吡啶，消耗了的碘在阳极电解产生，从而使氧化还原反应不断进行，直至水分全部耗尽。
根据法拉第定律，电解产生的碘同电解耗用的电量成正比例关系。根据化学反应可得出1毫克水相当于10.72电子库伦，根据这一原理可直接从电解消耗的电量数，计算出水的含量。
1.2水分试验对生产运行的意义
绝缘油中的水分对油的电气性能、理化性能及用油设备的寿命等都有极大的危害。
(1)会降低油的击穿电压。绝缘油中含水量是影响击穿电压的主要原因，当油中含水量超过100~200ppm时，油的击穿电压即大幅度下降到了一个极小值（约1.0kV）。这是由于油中纤维毛类物质，极易吸收水分，在电场的作用下，在电极间聚集成桥，因而容易击穿。
(2)使介质损耗因数升高。由于水分在油中的存在状态不同，对介质损耗因数的影响也不一样。实践证明，悬浮的乳化水使油的介损升高最明显；而溶解水，只要是在溶解度的范围内，影响介损不明显。另外水分的腐蚀产物，如环烷酸皂类是极容易使油质恶化，介损急剧升高，这是水分影响介损的间接后果。
(3)使绝缘纤维易于老化，并使它的介损升高。因为绝缘纸的分子结构是葡萄糖分子，当水分进入纤维分子中后，会降低纤维分子间的引力，促使其水解成低分子的物质。当油中的低分子酸含量较多时，纤维素的水解反应增强。这是因为酸性水溶液是纤维水解的必要条件之一。因此，水分就降低了纤维素的机械强度。
(4)会助长有机酸的腐蚀能力，加速了对金属部件的腐蚀，金属腐蚀产物如金属皂类，又会促进油质迅速老化。。
2 介损试验
1.1介损试验的原理
绝缘油在电气设备内为电绝缘介质，在交流电流产生的交变电场的作用下，理论上介质内部只会通过微弱的电容电流。它与施加电压的相位相比提前90°角，因此是无功电流，只影响电气设备的功率因数，不产生功率损失。但实际上因为油中多少含有不平衡电荷，或由于电场作用而产生的极性分子，它们会起导体作用，产生电阻性的传导电流，或称泄露电流。此电流与施加电压同相位，是有功电流，可引起功率损失，称为绝缘油的“介质损耗”，传导电流与电容电流的比值称为“介质损耗因数”。
介损试验即是将绝缘油加热到90℃后，用2000V交流电压测定其介质损耗因数。
1.2介损试验对生产运行的意义
介损试验的结果主要反映绝缘油老化情况和受污染程度。
(1)绝缘油的介质损耗因数能明显的反映出油的精制程度和净化程度，一般正常精制、净化的油，其介质损耗因数很小，当温度升高时，介质损耗因数升高不大，升温与降温曲线基本重合。但当油精制的程度不够，或净化的不彻底时，油的介质损耗因数较大，温度升高时增大的很快。
(2) 介质损耗因数的变化可以反映出绝缘油在运行中的老化程度。当油已经老化，油中溶解的老化产物较多时，其介质损耗因数会明显增大。
(3)绝缘油介质损失使绝缘内部产生热量，介质损失愈大，则在绝缘内部产生的热量愈多；反过来又促使介质损失更为增加，如此反复，就会在绝缘缺陷出形成击穿，影响设备的安全稳定运行。
3 击穿电压试验
1.1击穿电压试验的原理
将绝缘油装入有一对电极的油杯中，如果将施加于绝缘油的电压按一定速率升高，则当电压达到一定数值时，绝缘油的电阻突降至几乎为零，即电力瞬间激增，并伴有火花或者电弧的形式通过介质，此时称为绝缘油被“击穿”，绝缘油被击穿的临界电压，称为击穿电压，此时的电场强度称为绝缘强度。这表明绝缘油抵抗电场的能力。
电击穿是绝缘油被击穿的主要形式，绝缘油内总有一定数量的自由离子，加压时由于电离作用，电极表面的离子开始由一电极向另一电极移动。在电离作用达到发生击穿的程度以前，离子的速度随着电压的升高而增加离子的数目也迅速增多，它们在强电场的作用下，由于移动速度快、数量多，会使电流剧增而导致绝缘油被击穿。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种击穿一般需要较高的电压，一般可达几十千伏，新油的击穿电压更高。
目前测量绝缘油击穿电压的电极形状规定220kV及以下设备采用平板电极，500kV设备采用球形或者球盖形电极，电极距离为2.5mm。
1.2击穿电压试验对生产运行的意义
绝缘油的击穿电压受以下几个因素的影响：
(1)水分。如上所述，水分对绝缘油的击穿电压有重要影响，是最平常和最灵敏的脏物。
(2)油中微量的气泡。因为油中存在的气泡，在较低的电压下气泡便可游离，并在电场力作用下，在电极间形成导电的“小桥”，使绝缘油被击穿。
(3) 温度。温度的影响还要视绝缘油中杂质和水分的有无而不同。
绝缘油中不含杂质，并经干燥无水分的油，一般温度下对击穿电压影响不大。这是因为在一定场强和温度下，油分子本身不易裂解，，但当温度升高至一定程度后，则油分子本身因裂解而发生电离，且随着温度的升高，绝缘油的粘度显著减小，电离产生的电子和离子由于阻力变小而运动速度加快，导致绝缘油被击穿，击穿电压显著下降。
绝缘油中含有水分和杂质时，则在同一温度下，其击穿电压较无杂质、水分的绝缘油的击穿电压要低。温度较低时，油中水分多呈悬浮乳状，其击穿电压值较小，随着温度的升高，乳状水逐渐转变为溶解状，油的击穿电压也随之上升。但当油温升高到一定程度时，油中水分发生蒸发，在油中造成气泡的数目就会增加，而且由于温度高，粘度降低，阻力减小，使水分、杂质和产生的气泡在油中容易形成导电小桥，结果使油的击穿电压又很快的下降。
(4)油中含游离碳。当油中含游离碳并在有水分的情况下，击穿电压随碳微粒量的增加而下降。
(5)油老化产生酸性物质。这些产物是使水保持乳化的重要因素，会使绝缘油的击穿电压下了；而对干燥不含水分的绝缘油无影响。
4 色谱试验
1.1色谱试验的原理
电力设备用绝缘油利用气相色谱法测定油中溶解气体的组分含量，从而对电气设备的运行情况进行诊断。气相色谱法又称气体色谱法、气相层析法，以气体作为流动相，利用样品中各组分在流动相和固定相中被吸附和溶解度的不同，即分配系数不同进行分离的。当两相作相对运动时，样品各组分在两相间进行反复多次分配，不同分配系数的组分在色谱柱中运动速度不同，滞留时间也就不同。分配系数
小的组分就会较快地流出色谱柱；分配系数大的组分就较易滞留在固定相内，流过色谱柱的速度也较慢。这样，当流经一定柱长后，样品中各组分得到了分离。当分离后的各组分流出色谱柱进入检测器时，记录仪就记录出各组分的色谱峰。由于色谱柱中存在着分子扩散和传质阻力等原因，所记录的色谱峰就不以一条矩形的谱带出现，而是一条接近正态分布的曲线。
目前多用外标法进行油中溶解气体的组分含量的测定。
1.2色谱试验对生产运行的意义
色谱分析诊断电气设备的早期故障灵敏, 而且可以在设备运行的情况下进行取油样追踪分析, 便于追踪设备故障的发展状况, 较现有的停电预试方法快捷、方便。
充油电气设备内部的绝缘材料分解所产生的气体可达20多种。根据充油电气设备的内部故障诊断的需要，绝缘油中溶解气体组分分析的对象一般包括永久性气体（H2、O2、N2、CO、CO2）及气态烃（CH4、C2H6、C2H4、C2H2）共9个组分。在判定设备内有无故障时，常用的方法是“三查”，即查对注意值、考查产气速度和调查设备状况。具体方法参照《DL/T 722-2014 变压器油中溶解气体分析和判断导则》进行分析，最后作出判定有无故障的初步结论。
由于故障下产气的累计性、产气速率的特性以及产气的特征性，通过对油中溶解气体分析通常可以反映出电气设备的潜伏性故障。然后结合热红外成像图谱分析判断变压器可能存在的过热性或放电性故障，最后针对设备特点和故障性质有选择地做一些如绕组直阻、铁芯绝缘、介损、局部放电等电气试验进行综合分析，确定对故障类型、位置的判定后，可以采取缩短试验周期，降低负荷或者停电检修等处理措施。
5 结束语
通过对电力设备用矿物质绝缘油进行一系列的试验分析后，可以对电力设备中矿物质绝缘油的品质和电气设备的运行状况和有无故障发生有一个初步的判断，但是这些试验可以大致确定故障的有无和故障类型，却不能确定故障的位置，故障位置需要结合红外测温试验、用油设备电气试验及停电检修等手段进行最终的确认。利用绝缘油试验反映设备的状况是进行状态检修的重要手段，是简单而有效地监测电力设备重要绝缘部分的测试方法。正是有这些试验方法和诊断手段为电力的安全稳定运行提供了保障，保护人身的安全，保障设备的稳定，维护企业的价值。
参考文献：
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论文作者:黄云
论文发表刊物:《电力设备》2017年第19期
论文发表时间:2017/11/24
标签：电压论文; 绝缘油论文; 水分论文; 色谱论文; 介质论文; 因数论文; 电极论文; 《电力设备》2017年第19期论文;