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充油电气设备内部主要绝缘材料的性能

时间:2018-03-30 13:52:06        阅读:137
文章标题:充油电气设备内部主要绝缘材料的性能关  键 词:充油,电气设备,内部,主要,绝缘材料,的,性能,概      述:充油电气设备内部的主要绝缘材料有变压器油、纸和纸板等A级绝缘材料,当运行年限为20年左右时,最高允许温度为105℃。 一、变压器油的性能 变压器油的耐电强度、传热性及热量都比空气好
       充油电气设备内部的主要绝缘材料有变压器油、纸和纸板等A级绝缘材料,当运行年限为20年左右时,最高允许温度为105℃。
       一、变压器油的性能
       变压器油的耐电强度、传热性及热量都比空气好得多,因此目前国内外的电气设备,特别是大中型电力变压器和电抗器、电流互感器、电压互感器等基本上都采用油浸式结构,并且变压器油起着绝缘和散热的双重作用。
       运行中的变压器油质量标准如表1-1所示。
表1-1 运行中变压器油质量标准
序号 项目 设备电压等级(kV) 质量标准 检验方法
投入运行前的油 运行油
1 外状   透明、无杂质或悬浮物 外观目视
2 水溶性酸(pH)   >5.4 ≥4.2 GB/T7598
3 酸值(mgKOH/g)   ≤0.03 ≤0.1 GB/T7599
或GB/T264
4 闪点(闭口)(℃)   ≥140(10、25号油)
≥135(45号油)
与新油原始测定值
相比不低于10
GB/T261
5 水分/(mg/L)  330~500 ≤10 ≤15 GB/T7600
或GB/T7601
220 ≤15 ≤25
≤110 ≤20 ≤35
6 界面张力(25℃)(mN/m)   ≥35 ≥19 GB/T6541
7 介质损耗因数(90℃) 500 ≤0.007 ≤0.020 GB/T5654
≤330 ≤0.010 ≤0.040
8 击穿电压/kV 500 ≥60 ≥50 GB/T507
或DL/T429.9
330 ≥50 ≥45
66~220 ≥40 ≥35
35及以下 ≥35 ≥30
9 体积电阻率(90℃)/Ω•m)  500 ≥6×1010 ≥1×1010≥ GB/T5654
或DL/T421 
≤330   5×109
10 油中含气量/(%)(体积分数) 330~500 ≤1 ≤3 DL/T423
或DL/T450
11 油泥与沉淀物/(%)(质量分数)   <0.02(以下可忽略不计) GB/T511
12 油中溶解气体组分含量色谱分析   按DL/T722-2000规定 GB/T17623
GB/T7252
取样油温为40~60℃
       运行中变压器油的质量随着老化程度与所含杂质等条件不同而变化很大,除能判断变压器故障的项目(如油中溶解气体色谱分析等)外,通常不能单凭任何一种试验项目作为评价油质状态的依据,应根据几种主要特性指标进行综合分析,并随变压器电压等级和容量不同而有所区别。表1-2为运行中变压器油常规检验周期及检验项目。
表1-2 运行中变压器油常规检验周期及检验项目
设备名称 设备规范 检验周期 表1-1中检验项目
变压器(电抗器) 330~500kV        设备投运前或大修后每年至少一次
       必要时
31~10
1~3,5~10
4,11
6~220kV、8MVA以上        设备投运前或大修后每年至少一次
       必要时
1~9
1~3,5,7,8
6,9,11
<35kV        设备投运前或大修后三年至少一次 自行规定
套管          设备投运前或大修后每年1~3年
       必要时
自行规定
       由于充油电气设备容量和运行条件的不同,油质老化的速度也不一样。当变压器油的PH值接近4.4或颜色骤然变深,其他某项指标接近允许值或不合格时,应缩短检验周期,增加检验项目,必要时采取有效处理措施。
       二、固体绝缘材料的性能
       充油电气设备的内绝缘常采用油纸绝缘结构,所用的植物纤维纸及其制品包含电缆纸、电话纸、皱纹纸、金属皱纹纸、点胶绝缘纸、绝缘纸板等。
       变压器油与绝缘纸相结合构成的油纸绝缘结构具有很高的耐电强度,比两者分开单独的(油和纸)任何一种材料都高得多。由于油的绝缘强度和介电系数低于纤维质,油承受较大的电场强度,因此,用纸把油分成一定数量的小油隙,既可以消除油中纤维杂质的积累而不易形成“小桥”,又可以使电场均匀,提高绝缘的电气强度。
       油纸绝缘的缺点是油和纸两者均易被污染,只要含百分之几的杂质,影响就相当严重。因此,在工艺过程中要尽可能地获得较纯净的油和纸,并根据此选择合适的工作场强,才能保证变压器绝缘结构的可靠性。
       1. 绝缘纸
       纸的分子结构有羟基,宏观上为多孔结构,极易吸引水分,在正常大气条件下含水分为7%~9%,饱含时可达15%。纸易被干燥,即使在空气中加热也可干燥至含水分仅0.1%,而在真空中可大大提高干燥速度。由于纸和水的亲和力较油和水的亲和力强,因此,一般纸都从油中吸收水分,并且纸吸收水分后不会与油平均分担水分而影响耐电强度、绝缘老化和机械强度。同时还应指出,纸在干燥过程中不仅很难驱出纸层中的最后残存水分(约0.1%),而且一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解而放出的水分,两者难以直接区分。
       纸受热能分解放出气体的比例约为H2O:CO:CO2=70:12:18,其中CO、CO2是由纸纤维焦化所致。由于变压器绝缘中纤维上承担的工作场强并不高,通常不需要干燥到含0.1%水分这一危险临界值。实际上,不仅纸的热老化与水分和氧的存在有关,也与其他参数有非常复杂的关系。一般说来,除非纸被油完全浸透,否则纸中都会有空气或其他气体的空隙。空隙所分担的电压比纸高得多,如果空隙发生局部放电,将会使油纸绝缘逐渐腐蚀绝缘而最终导致损坏。
       ①电缆纸。电缆纸是充油变压器主要绝缘材料之一,一般是由未漂白硫酸盐纸浆经抄纸而制成。在充油电力变压器中,一般采用DLZ-08和DLZ-12型电缆纸,其厚度分别为0.08mm和0.12mm。电缆纸主要用作导线绝缘、纸圈层间绝缘和引线包扎绝缘等。
       对于超大型高压电力变压器,为了提高纸圈匝绝缘的电气强度,可采用高气密性、高均匀性的绝缘纸,如厚度为0.075mm和0.045mm的纸圈匝绝缘纸。0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高27.6%~36%。为了提高绝缘纸的耐热性,近年来国内外研制成了多种改性的耐热绝缘纸,如将纸浆在有碱性触媒下使纤维素与氰乙烯起化学反应,以氰乙基换普通纤维分子中最容易老化的第一羟基,经氰化处理后的使用温度可提高20℃。如果使用温度不变,氰化纸可延长使用寿命,并能减轻变压器的重量。
       ②电话纸。电话纸由硫酸盐纸浆制成,主要用作线圈导线绝缘和线圈端的端绝缘。在充油电力变压器中采用型号为DH-50型的电话纸,其厚度为0.5±5%mm,卷成宽度为500±10mm纸卷。
       ③皱纹纸。皱纹纸是将底纸为纤维绝缘纸的绝缘纸经加工而成。各种皱纹纸的引申率分别为15%,20%,30%,50%,100%,200%和300%,目前采用的皱纹纸型号为JW-50,底纸分低密度和高密度两种。
       以高密度纤维绝缘纸为底纸和单方向引伸率为20%的皱纹纸,一般用作匝绝缘。底纸厚度为0.075~0.125mm,并有两种不同的颜色。当第二层与第一层匝间绝缘颜色不同时,容易发现第一层绝缘纸有无跑层现象。
       以高密度纤维绝缘纸为底纸和具有双方向引伸率的皱纹纸,一般用作引线绝缘。这种皱纸的底纸厚0.1mm,包括皱纹高度为0.45mm,长度方向引申率为50%,垂直于长度方向引申率为20%。由于它可使引线弯曲时最小半径小于绝缘后引线外径的4倍,加之浸油性能好,抗张强度、撕裂强度和伸长率都比电缆纸高,因此,目前在变压器线圈的引线中已广泛采用这种皱纹纸包扎绝缘。
       ④金属皱纹纸。在底纸为0.075mm的纤维绝缘纸一面上粘0.0075mm的铝箔,可制成0.5mm厚的金属皱纹纸。它的引申率至少为60%,可用作电屏蔽材料。由于它有较高的引申率和柔软性,可制成任意形状的光滑表面,即可制成宽度为1000mm的大张金属皱纹纸带,也可制成宽度为12.5,20,25,30,40,50,75,100mm等的金属皱纹纸带。
       ⑤点胶绝缘纸。如在底纸厚度为0.08~0.5mm纤维绝缘纸的单面或双面涂以环氧树脂胶点,可制成胶层厚度为0.0125~0.025mm、黏合强度达450kPa的点胶绝缘纸,可作为层间绝缘。
       这种纸在120℃或150℃分别烘焙80min或40min后,胶层固化而使各层纸粘固在一起,机械强度增加,当用作中小型变压器层式线圈的层间绝缘时,可使抗短路机械力的能力有所提高。同时,由于绝缘纸上的树脂涂层是呈点胶状,涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂渗透于纤维纸中,从而可保证绝缘材料中气体的排出和油的浸入,可将局部放电对绝缘的损坏程度减少到最小。
       2. 绝缘纸板
       它由木质纤维或掺有适量棉纤维的混合纸浆经抄纸、压光而制成。目前有木质纤维和棉纤维各占一半的50/50型和不掺棉纤维的100/100型两种纸板。
       从表1-3中的纤维程度可以看出棉纤维中含99%以上纯α纤维素,而木纤维中的α纤维素只占80%左右,并还含一定的β纤维素和木质。易吸收水分的β纤维素和木质混合在一起将增加吸湿能力,同时也增强纤维的结构作用。木质具有离子交换树脂的作用,对热稳定较差的β纤维素的电离现象可起到催化作用,即
       H2O+CO+CO2=H2CO3→H++CO3-              (1-1)
表1-3 棉不纤维物理性能比较
                                                                      种类
       指标
棉纤维 木纤维
断面粗度 10~20μm 25~45μm
纤维间隙 多而少 少而大
毛细管现象
       由于β纤维素和木质的存在,基于上述化学反应中电离现象的催化作用,连锁反应将促进热分解,因此木纤维热性能不够稳定。
       在变压器绝缘中,绝缘纸板被广泛用作主绝缘的隔板(纸筒)、线圈间支撑条、垫块、线圈的支撑绝缘和铁轭绝缘。在110kV级以上变压器中用作隔板、角环等的绝缘纸板,通常采用型号为100/100,其厚度有0.5,1.0,1.5,2.5和3mm,目前已开始采用4~8mm的厚纸板。
       随着制造超高压和特高压大型及特大型充油电力变压器的需要,国内外都在不断的提高绝缘纸板的性能,如瑞士Weidmann公司的T系列绝缘纸板、美国Dubeent公司的芳香族聚酰胺纸板都显示良好的高耐热性和机械性能。由于绝缘纸和绝缘纸板的介电系数εz为4.5左右,变压器油的介电系数εy仅为2.2,而油纸绝缘在交流电压下纸层的场强Ey按Ez:Ey = εy:εz分布,油隙是油纸绝缘结构的薄弱环节。因此,在木质纤维中适当掺合低介电系数(2.1~3.8)组分的合成树脂纤维的纸板,在超高压大容量变压器制造中有良好的应用前景。同时,由于采用纸浆成型的绝缘件稳定性好,强度适中,可以提高绝缘结构的可靠性。因此,国内已研制出各种由纸浆成型的绝缘件,以此来解决超高压电力变压器绝缘结构和引线绝缘问题。
       三、变压器的变比测量方法
       测量变压器变比的目的是为了检查变压器绕组匝数比的正确性,检查分接开关的工作状态,作为分析变压器有无匝间短路的依据,作为变压器并列运行的条件。目前主要的测量方法有双电压表法、变比电桥法和使用专用变比测试仪
       ZC-203B全自动变比测试仪是武汉致卓测控于2009年最新推出第二代专业变比测试设备,可用于电力系统的三相变压器测试,特别适合于Z型绕组变压器、整流变压器和平衡变压器测试。仪器采用了大屏幕液晶显示,全中文菜单及汉字打印输出,人机界面友好,功能完善,操作方便,是电力系统、变压器生产厂家和铁路电气系统进行变压器变比、组别、极性、以及角度测试的理想仪器。
       1. ZC-203B全自动变比测试仪具有以下特点:
       (1)仪器内部集成幅值稳定、相位恒定的三相或单相标准电源。
       (2)测试单相或者三相变压器,不但对一般电力变压器适用,而且特别适合于Z型绕组变压器、整流变压器和铁路电气系统的斯科特、逆斯科特、平衡变压器测试。
       (3)内部标准电源输出功率大,最大5A输出,特别适合低压变压器测试、以及CT和PT制造过程中半成品的匝数测试。
       (4)精确快速测试电流互感器(CT)和电压互感器(PT)的匝比,匝比误差和相位差。
       (5)测试精度高,仪器采用16位高精度AD转换器配合CPU采用DSP(数字信号处理)芯片,有效的保证了测量精度及抗干扰能力。
       (6)仪器采用无局放调压输出,调压、测量速度快,只需5秒钟即可完成升压与测试。
       (7)测量速度快,一组数据的测试时间为几秒钟,仪器自动判断当前分接的额定变比:在多分接变压测试过程中只需设置一次参数,仪器自动判断当前分接,大大提高工作效率。
       (8)仪器内部根据被测试试品自动进行量程切换。
       (9)内部具有过流保护、检查接线功能。
       (10)320×240大屏幕、高亮度的液晶显示,全汉字菜单及操作提示实现友好的人机对话,触摸按键使操作更简便。
       (11)自带实时电子钟,自动记录试验的日期、时间利于实验结果的保存、管理。
       (12)面板式热敏打印机,可现场快速打印试验结果。
       (13)数据具备掉电存贮及浏览功能,可以存储1000组实验结果,能与计算机联机传送数据。
       2. ZC-203B全自动变比测试仪技术指标:
规格型号 ZC-203B
测试用途 变压器变比、组别、极性、以及角度测量
工作电源 输入电压 185Vac~250Vac
允许输入电压 85Vac~264Vac
频       率 50/60Hz
允许频率 45Hz~65Hz
输入功率 40VA
接       头 标准交流插口60320
输出范围 20V档位 电压0~20V;电流0~10A
50V档位 电压0~50V;电流0~5A
测量范围 变比测试范围 0.5~10000
组别测试范围 1~12
角差测试范围 0°~360°
测试精度 变比测试精度 ±0.1%(0.5~1000)
±0.2%(1001~2000)
±0.3%(2001~4000)
±0.5%(4001~10000)
角差测试精度 30'
环境条件 运行温度 -10℃~+50℃
存储温度 -25℃~+70℃
湿       度 相对湿度:5%~95%,不结露
物理特性 尺       寸 360×220×150mm3
重       量 ≈5kg(不包括附件)
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