【摘要】顆粒度是指存在油品單位體積內(nèi)不同顆粒徑的固體微粒的數(shù)目濃度，單位為個(gè)/100ml。本文重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)絕緣油顆粒度檢測(cè)進(jìn)行簡(jiǎn)述，對(duì)取樣前和取樣時(shí)環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)以及可能存在的問(wèn)題進(jìn)行分析探討?？蔀樘馗邏鹤儔浩鳜F(xiàn)場(chǎng)顆粒度試驗(yàn)工作提供參考。

【關(guān)鍵詞】NAS標(biāo)準(zhǔn);顆粒度測(cè)量;取樣環(huán)節(jié);數(shù)據(jù)問(wèn)題分析;絕緣強(qiáng)度

引言

特高壓變壓器絕緣油是保證變壓器絕緣水平的重要組成部分，因此有及其嚴(yán)格的要求，如擊穿電壓強(qiáng)度、油中水分含量、油中含氣量、油中顆粒度含量等參數(shù)，已接近目前油務(wù)處理設(shè)備的能力極限。對(duì)于油中顆粒度在以往并沒(méi)有強(qiáng)制性指標(biāo)要求，隨著近年我國(guó)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)的發(fā)展，電力需求持續(xù)增加，特高壓建設(shè)加快開(kāi)展，為了確保電力穩(wěn)定安全運(yùn)行，對(duì)于特高壓設(shè)備有了嚴(yán)格而具體的要求。因此絕緣油顆粒度這一概念也被逐步重視起來(lái)。

特高壓設(shè)備用油量大，油務(wù)處理工作繁重，為了配合奉賢±800kV直流換流站建設(shè)，近期變電分公司建立了我公司第一個(gè)電力油化試驗(yàn)室，對(duì)濾油全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，從而能快捷、及時(shí)、準(zhǔn)確地提供濾油處理結(jié)果。本文重點(diǎn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)中絕緣油顆粒度檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)及問(wèn)題進(jìn)行分析探討。

1.顆粒度儀設(shè)備選型

變壓器電壓等級(jí)和容量的提高，對(duì)油的顆粒度提出了更加苛刻的要求。顆粒度與變壓器油生產(chǎn)、儲(chǔ)存運(yùn)輸和變壓器箱體內(nèi)部清洗、過(guò)濾機(jī)精度及機(jī)體內(nèi)部環(huán)境處理、油品取樣前環(huán)節(jié)和取樣方法等都有極為密切的關(guān)系，直接影響顆粒度數(shù)值大小，因此顆粒度檢測(cè)是一項(xiàng)復(fù)雜而精細(xì)和需要反復(fù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐的工作。

絕緣油的許用場(chǎng)強(qiáng)主要取決于微水含量和懸浮顆粒總量。因此，對(duì)特高壓變壓器油中作出了嚴(yán)格要求，根據(jù)《±800kV換流站換流變壓器施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)2008》規(guī)定每100ml油中含5～100μm顆粒數(shù)≤2000個(gè)。

表1 不同電壓等級(jí)變壓器新油在投運(yùn)前應(yīng)達(dá)到的指標(biāo)

檢測(cè)項(xiàng)目 電壓等級(jí)/kV

500kV 750kV 800kV

耐壓（kV/2.5mm） ≥60 ≥70 ≥70

微水（μL/L） 10 8 5

含氣量% 1 1 1

介質(zhì)損耗% 0.5 0.5 0.5

顆粒度（個(gè)/100ml） <2000 <2000 <2000

為滿足油中顆粒含量分析，我們?cè)诜钯t±800kV換流站現(xiàn)場(chǎng)配置了一臺(tái)進(jìn)口顆粒含量分析儀，儀器基于國(guó)際液標(biāo)委員會(huì)確定的遮光原理，系統(tǒng)中裝有32通道計(jì)數(shù)器和激光顆粒傳感器，傳感器全部采用高檔光學(xué)鍍膜鏡片，激光防護(hù)等級(jí)1級(jí)。完全滿足特高壓變壓器絕緣油中顆粒含量檢測(cè)要求。

2.顆粒度取樣關(guān)鍵技術(shù)

2.1 取樣瓶的清潔

顆粒度檢測(cè)是一項(xiàng)極為精細(xì)且對(duì)每部環(huán)節(jié)要求極高的工作，每個(gè)環(huán)節(jié)都要做到無(wú)雜質(zhì)灰塵污染。首先對(duì)取樣瓶?jī)?nèi)部要進(jìn)行顆粒度NAS-0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)處理，全過(guò)程必須帶橡皮手套及口罩。我們使用石油醚作為清洗液，通過(guò)真空過(guò)濾裝置，依次用孔徑為0.65、0.45、0.3μm的濾膜過(guò)濾石油醚，至少循環(huán)2次。將取樣瓶、瓶蓋、塑料薄膜襯墊按GB/T7595規(guī)定方法清洗，向清洗后的取樣瓶中注入占總?cè)莘e45%～55%的清洗液，墊上薄膜，蓋上瓶蓋后充分搖動(dòng)，用自動(dòng)顆粒數(shù)計(jì)數(shù)儀測(cè)定每100ml中粒徑>5μm顆粒不多于100粒。超過(guò)時(shí)則應(yīng)重新清洗取樣瓶，直至顆粒數(shù)不超過(guò)100粒為止?；蛉悠康念w粒污染度比被取油樣至少低兩級(jí)。將顆粒數(shù)乘以注入瓶?jī)?nèi)清潔液體積與瓶總?cè)莘e之比值，并將結(jié)果記錄在取樣瓶的標(biāo)簽上，作為該取樣瓶的清潔等級(jí)。在檢驗(yàn)合格的取樣瓶底部留有約10～20ml清潔液，在瓶蓋與瓶口之間墊上薄膜，帶到現(xiàn)場(chǎng)。

圖1 小型空氣清潔裝置

2.2 現(xiàn)場(chǎng)取樣

取樣應(yīng)避免大風(fēng)、雨天、濕度大灰塵多的氣候環(huán)境。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)須帶橡膠手套及佩戴口罩，倒掉取樣瓶中保留的少量清潔液，用干凈綢布沾取石油醚擦凈取樣閥口，再打開(kāi)、關(guān)閉取樣閥3～5次以沖洗取樣閥，使用與閥口匹配的潔凈塑料管，放出取樣管路內(nèi)存留的油約7.5L，同時(shí)反復(fù)用油清潔塑料管口。在不改變通過(guò)取樣閥液體流量的情況下，移走污油桶，接入取樣瓶，塑料取樣管伸入瓶口2cm并不得觸碰到瓶壁進(jìn)行取樣。現(xiàn)場(chǎng)建議采用小型空氣清潔裝置（如圖1所示），通過(guò)排風(fēng)機(jī)阻斷外界環(huán)境干擾，進(jìn)行全密封方式取樣，清潔裝置潔凈效率達(dá)90%以上，大大降低了環(huán)境因素對(duì)油樣的污染。

3.油中顆粒含量測(cè)量

3.1 自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法

自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法是依據(jù)遮光原理來(lái)測(cè)定油的顆粒污染度。當(dāng)油樣通過(guò)傳感器時(shí)，油中顆粒會(huì)產(chǎn)生遮光，不同尺寸顆粒產(chǎn)生的遮光不同，轉(zhuǎn)換器將所產(chǎn)生的遮光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，再劃分到按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置好的顆粒度尺寸范圍內(nèi)并進(jìn)行計(jì)數(shù)。每年依據(jù)ISO11171校準(zhǔn)一次自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)儀及傳感器;更換傳感器元件時(shí)，也應(yīng)依據(jù)ISO11171重新校準(zhǔn)。

3.2 測(cè)量過(guò)程

觀察油樣，若油樣中有游離狀水，油有乳化現(xiàn)象，應(yīng)在油樣（體積為VA）中加入適量清潔液使油樣透明，再進(jìn)行測(cè)量。記錄加入溶劑的量（VB）。充分搖動(dòng)油樣約5min，使內(nèi)部顆粒分布均勻，將其置入超聲浴鍋中振蕩脫氣約10min。然后取出取樣瓶擦干外部，將其置入儀器壓力艙中，并開(kāi)動(dòng)攪拌器使油樣顆粒均勻分散，期間注意攪拌速度，不能產(chǎn)生氣泡。被測(cè)油樣的黏度過(guò)大，進(jìn)入儀器傳感器的油達(dá)不到額定流量、或者油樣的顆粒濃度超過(guò)了傳感器允許的極限值時(shí)，應(yīng)稀釋油樣后，重新脫氣測(cè)量。選擇的稀釋液要與被測(cè)油樣互溶，并且稀釋液不能溶解或凝聚油樣中的污染顆粒。測(cè)試后取下試瓶，用過(guò)濾后達(dá)到NAS-0級(jí)的石油醚清洗傳感器管道。

測(cè)試結(jié)果按式（1）計(jì)算，即：

（1）

式中：

C——被測(cè)油樣中某尺寸范圍的顆粒數(shù)量，個(gè)/100mL;

C'——某尺寸范圍的粒徑若干次平行測(cè)量結(jié)果的平均值，個(gè)/100mL;

Cb——稀釋液中某尺寸范圍的顆粒數(shù)量，個(gè)/100mL;

Va——油樣體積，mL;

Vb——稀釋液體積，mL。

三次平行測(cè)量中，大于 5μm顆粒總數(shù)的最大相對(duì)誤差為±6%，按NAS-1638顆粒污染度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)劃分顆粒度等級(jí)。

3.3 試驗(yàn)問(wèn)題分析

現(xiàn)場(chǎng)油務(wù)處理初始階段，經(jīng)過(guò)濾機(jī)過(guò)濾2次油樣顆粒含量均達(dá)到5000以上。結(jié)果見(jiàn)表2所示。過(guò)濾4次約幾十小時(shí)處理后，顆粒含量仍然維持在3000～4000左右，見(jiàn)表3所示。

表2 過(guò)濾2次后顆粒度結(jié)果（個(gè)/100mL）

設(shè)備

檢測(cè)項(xiàng)目 油罐1 油罐2 油罐3 油罐4

顆粒度 6780 6578 7230 5870

表3 過(guò)濾4次后顆粒度結(jié)果 （個(gè)/100mL）

設(shè)備

檢測(cè)項(xiàng)目 油罐1 油罐2 油罐3 油罐4

顆粒度 3340 3460 3124 3097

經(jīng)反復(fù)取樣試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)顆粒度含量不下降的主要原因總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

濾油機(jī)過(guò)濾精度及內(nèi)部處理問(wèn)題。經(jīng)反復(fù)取樣試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)為了配合特高壓變壓器高標(biāo)準(zhǔn)要求，現(xiàn)場(chǎng)使用的真空濾油機(jī)必須提高過(guò)濾精度，必須采用2級(jí)以上真空濾油機(jī)，其過(guò)濾器必須使用名副其實(shí)的0.5μm濾芯。真空濾油機(jī)必須具備如下功能：①同時(shí)具有真空濾油與注油功能。②進(jìn)油泵、排油泵的流量和揚(yáng)程必須與濾油機(jī)凈油能力和過(guò)濾系統(tǒng)的阻力相匹配。③具有強(qiáng)勁的真空提升能力，以適應(yīng)油箱的大容積、高真空度。④具有全自動(dòng)運(yùn)行功能，適應(yīng)長(zhǎng)期連續(xù)不間斷運(yùn)轉(zhuǎn)要求。⑤采用自動(dòng)跟蹤調(diào)速變流技術(shù)。為避免油泵或供油電磁閥的頻繁啟停造成斷流與過(guò)沖、油泵頻繁供油不足、摩擦加劇、局部過(guò)熱而產(chǎn)生乙炔和過(guò)急的油流產(chǎn)生的流動(dòng)帶點(diǎn)現(xiàn)象，濾油機(jī)的自動(dòng)油路不應(yīng)再采用全開(kāi)全關(guān)的泵或閥。⑥濾油機(jī)應(yīng)有再循環(huán)閥，以方便調(diào)節(jié)注油流速和提升注油壓力。⑦宜使用數(shù)字式或指針式真空計(jì)，以防止抽真空時(shí)麥?zhǔn)秸婵沼?jì)水銀進(jìn)入變壓器器身。后項(xiàng)目部考慮重新更換過(guò)濾濾網(wǎng)，清潔機(jī)身內(nèi)部環(huán)境，經(jīng)過(guò)3～5個(gè)循環(huán)后，過(guò)濾雜質(zhì)能力有顯著提高。另外，為增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)處理顆粒度能力，可以考慮在真空濾油機(jī)出口側(cè)串接精過(guò)濾器（如圖2所示）。精濾器采用三級(jí)精過(guò)濾器，第一級(jí)濾芯的過(guò)濾精度為10μm，第二級(jí)濾芯的過(guò)濾精度為1μm，第三級(jí)濾芯過(guò)濾精度為0.5μm，專(zhuān)門(mén)進(jìn)行雜質(zhì)及顆粒的精過(guò)濾處理。實(shí)踐證明，精過(guò)濾器的使用可有效縮短過(guò)濾油的時(shí)間，加快顆粒度達(dá)標(biāo)。

圖2 三級(jí)精濾器

現(xiàn)場(chǎng)還發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)油罐中顆粒含量指標(biāo)合格的油在注入變壓器后，顆粒含量明顯增加，必須反復(fù)進(jìn)行熱油循環(huán)后，才能最終達(dá)到規(guī)定的顆粒度指標(biāo)。油中顆粒對(duì)變壓取油樣方式。經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)取樣點(diǎn)不同（濾油機(jī)出口、儲(chǔ)油罐取樣、本體取樣閥）、取樣容器不同（顆粒度儀專(zhuān)配的取樣瓶、普通磨口瓶、質(zhì)量好的和質(zhì)量差的針管注射器）、油樣是否靜止（在濾油過(guò)程中取樣、在本體熱油循環(huán)靜止48小時(shí)后取樣、在靜止油罐中取樣、取樣后油樣是否經(jīng)震蕩脫氣去氣泡等）均對(duì)檢測(cè)結(jié)果有明顯影響。后經(jīng)我試驗(yàn)室組織相關(guān)單位分析討論決定：①不采用注射器取樣，統(tǒng)一采用顆粒度儀專(zhuān)配取樣瓶從本體底部出口閥取樣。②取樣瓶必須嚴(yán)格進(jìn)行NAS-0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)前處理，瓶身合格后方可取樣。④采用潔凈塑料管代替乳膠管取樣。取樣時(shí)佩戴口罩與手套。③油樣不靜止，取樣后10min內(nèi)進(jìn)行試驗(yàn)。⑤試驗(yàn)前嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)清洗顆粒度儀傳感器，做到NAS-0級(jí)標(biāo)準(zhǔn)方可進(jìn)行油樣試驗(yàn)。⑥每個(gè)樣品連續(xù)進(jìn)行5次試驗(yàn)，剔除前2次數(shù)據(jù)，采納后3次數(shù)據(jù)取算數(shù)平均值作為測(cè)試結(jié)果。取樣環(huán)境。雨天、大風(fēng)、濕度大的天氣取樣數(shù)據(jù)無(wú)準(zhǔn)確性與可靠性，應(yīng)盡可能在晴天或良好氣候條件下取樣檢測(cè)。

4.絕緣油顆粒度幾個(gè)階段的檢測(cè)

在國(guó)網(wǎng)公司召開(kāi)的特高壓直流變壓器絕緣油選用原則研討會(huì)上，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)絕緣油顆粒度檢測(cè)取樣時(shí)間節(jié)點(diǎn)和取樣點(diǎn)作了明確規(guī)定。1）油在注入變壓器之前，每個(gè)油罐中取油樣;2）熱油循環(huán)后靜止48小時(shí)和168小時(shí)，在本體的油樣閥口進(jìn)行取樣。

因特高壓變壓器對(duì)油中顆粒度要求嚴(yán)格，當(dāng)油從油罐注入本體后必須利用熱油循環(huán)清除其內(nèi)部的殘留雜質(zhì)。經(jīng)過(guò)反復(fù)循環(huán)，現(xiàn)場(chǎng)分別在靜置48h和168h后，從本體取樣進(jìn)行檢驗(yàn)，顆粒度及其他關(guān)鍵性試驗(yàn)結(jié)果如表4。

表4 變壓器在靜置48h和168h后絕緣油的檢測(cè)值

靜置

時(shí)間/h 顆粒度

（個(gè)/100mL） 含氣量

% 微水

mg/L 擊穿電壓

kV 介損

%

48 785 0.6 5.3 78 0.046

168 662 0.3 5.6 77 0.048

5.顆粒對(duì)變壓器絕緣強(qiáng)度的影響分析

（1）顆粒度對(duì)不同絕緣結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生不同的影響。高電壓產(chǎn)品易受損的部位主要是高壓套管屏蔽處和高壓引線處，它們受損后在油隙中就無(wú)絕緣覆蓋，此時(shí)油中的顆粒會(huì)對(duì)變壓器的絕緣產(chǎn)生較大影響。電力變壓器的主絕緣低壓繞組和高壓繞組都有絕緣覆蓋，此時(shí)顆粒會(huì)產(chǎn)生較小的影響，而且表現(xiàn)出的擊穿過(guò)程和無(wú)絕緣的擊穿不相同。顆粒如果沉積在絕緣材料表面也會(huì)對(duì)設(shè)備的絕緣強(qiáng)度產(chǎn)生影響。

（2）顆粒種類(lèi)不同對(duì)絕緣強(qiáng)度的影響不同。金屬顆粒對(duì)變壓器絕緣的影響要大于非金屬顆粒的影響。但是具我了解沒(méi)有因金屬顆粒污染引起變壓器的故障，原因是大金屬顆粒沉積在箱底和絕緣表面，一般不會(huì)對(duì)絕緣產(chǎn)生較大影響，易于及時(shí)發(fā)現(xiàn)予以處理。小金屬顆粒含量少，即使存在也會(huì)被抗氧化劑吸附失去活性。油中存在的顆粒主要是非金屬類(lèi)雜質(zhì)，其本身不會(huì)對(duì)變壓器絕緣產(chǎn)生較大影響。但有關(guān)專(zhuān)家研究表明：如果水分和雜質(zhì)（尤其是纖維雜質(zhì)）共同存在時(shí)，其對(duì)絕緣的影響會(huì)明顯增加。所以油中顆粒度的檢測(cè)要和微量水分含量同時(shí)進(jìn)行，以便于對(duì)絕緣性能進(jìn)行綜合分析。

（3）顆粒度在不同類(lèi)型電壓下對(duì)絕緣強(qiáng)度影響不同。雜質(zhì)顆粒在直流電壓作用下更容易產(chǎn)生定向運(yùn)動(dòng)，形成導(dǎo)電橋路，由此分析，變壓器油中雜質(zhì)顆粒度對(duì)設(shè)備介電強(qiáng)度影響在直流電壓下要比交流電壓下大的多。所以此次我奉賢±800kV直流換流站直流變?cè)O(shè)備要求油中潔凈度達(dá)到NAS-3級(jí)以下，即顆粒度<2000個(gè)/100ml。

6.結(jié)論

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)判斷，油樣顆粒度檢測(cè)結(jié)果大于50μm的顆粒較多，很可能是取樣環(huán)節(jié)受環(huán)境污染造成，若檢驗(yàn)結(jié)果中5～25μm顆粒較多，則主要是油本身雜質(zhì)含量高，需要進(jìn)一步濾油處理。特高壓設(shè)備用油量大，將油中顆粒含量標(biāo)準(zhǔn)提高到“5～100μm的顆粒數(shù)<2000個(gè)/100mL無(wú)100μm以上顆?！苯o油務(wù)處理帶來(lái)較大的工作量，因此現(xiàn)場(chǎng)必須配合精度較高的濾油設(shè)備，嚴(yán)格按顆粒度檢測(cè)工藝流程進(jìn)行油務(wù)處理，熟練掌握顆粒度檢測(cè)的取樣前和取樣時(shí)環(huán)節(jié)，確保數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確、可靠性。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：

李文（1972—），男，大學(xué)本科，工程師，華東送變電工程公司變電分公司副經(jīng)理。

王賢（1982—），男，大學(xué)本科，工程師，現(xiàn)供職于華東送變電工程公司。