變壓器油中局部放電情況
氣體進入變壓器內(nèi)部有很多途徑，歸納后可分為兩大類：人為因素和系統(tǒng)因素。
①人為因素
需要加注的變壓器油沒有經(jīng)過很好的沉淀和過濾措施，致使過量的氣體進入變壓器箱體內(nèi)部；由于吸油管路漏氣等情況，致使外界空氣竄入箱體。還有電力變壓器的管路不正確地接入控制閥和限流閥，以及錯誤操作電磁閥等引起注油系統(tǒng)局部壓力發(fā)生突然變化，使氣體從油中析出；設(shè)備安裝或維修的過程中絕緣材料(紙+油)吸附大氣中的空氣；變壓器油箱抽真空時間不夠箱體殘留的空氣；真空注油時，帶入的油中的殘存空氣；因設(shè)備制造材料安裝質(zhì)量等問題，致使設(shè)備密封不嚴，運行中滲入油中的空氣。
②系統(tǒng)因素
由實驗可得，常態(tài)下礦物油中氣體的溶解量可達6%-12%。常用的變壓器油中氣體的溶解量一般為9%左右，由此可知正常情況下變壓器油是混有一定量氣體的。根據(jù)亨利定律的描述，氣體在油液中的可溶性與絕對壓力成正比，當(dāng)系統(tǒng)運行時油液經(jīng)閥和過濾器等元件將產(chǎn)生較大壓降，使空氣析出以微小氣泡狀懸浮在油液中。系統(tǒng)回油時在油箱里產(chǎn)生浪花和泡沫，同時必定會攪動油箱內(nèi)的油液使空氣混入，這些油液中的氣體又被吸入系統(tǒng)循環(huán)，致使油液含氣量不斷增加。
根據(jù)斯托克斯法則可知，氣泡的上浮速度與氣泡大小成正比，與油液粘度成反比。由于油中氣泡很小，單靠其自身浮力浮上油面是相當(dāng)困難的。氣泡的直徑一般為0.25-0.5mm，當(dāng)氣泡界面的油液沒有作向上運動的時候，完全要靠自身浮力克服油液的摩擦阻力而向上運動。經(jīng)計算可知，直徑為100pm左右的氣泡在油中上浮1cm需要1分鐘，像直徑為10pm左右的微小氣泡根本不可能自行浮上油面。由于潛油泵的攪拌作用，微細化后的氣泡再經(jīng)閥口高速噴出成為乳化液狀氣泡，即使在油箱中滯留相當(dāng)長的時間，單靠自行浮上也是極其困難的。由此可見，油中氣泡在變壓器箱體內(nèi)部是處于懸浮狀態(tài)的。當(dāng)變壓器油流動時，存在于變壓器油中的氣泡在變壓器箱體內(nèi)部的油道中始終保持懸浮、移動的狀態(tài)。
當(dāng)變壓器油中含有氣泡時，在變壓器絕緣的單元體積內(nèi)，電場分布與絕緣介質(zhì)的介電常數(shù)成反比，氣泡的介電常數(shù)小于油介電常數(shù)的1/2，所以氣泡中的電場強度比油中的要高兩倍以上，而氣泡的耐電場強度比油紙絕緣要低很多，從而使氣泡特別容易發(fā)生局部放電。變壓器油中的氣泡保持靜止和懸移兩種狀態(tài)，有研究針對變壓器油中存在的氣隙缺陷產(chǎn)生的局部放電進行了研究，取得了卓有成效的研究成果，其具體的缺陷模型是：在兩層厚2.5mm的浸油絕緣紙板中夾一層帶有一直徑為20.0mm通孔的1.0mm厚絕緣紙板，為避免變壓器油進入氣隙中影響測量結(jié)果，絕緣紙板之間用一層非常薄的環(huán)氧樹脂膠粘合，以此來模擬氣隙缺陷模型，但它不能反應(yīng)變壓器油中懸移氣泡產(chǎn)生的局部放電。此種缺陷模型的缺點是：真實油中氣泡的體積和形狀是以球形為主，而且隨著各種環(huán)境因素的改變而變化的，但上面所設(shè)計的氣泡缺陷體積和形狀是不能變的。強迫油循環(huán)變壓器中的氣泡缺陷是在潛油泵的作用下隨著油流不段地懸浮、移動的，但此種氣隙缺陷不能反應(yīng)油流等因素對局部放電的影響。
國內(nèi)外針對油中懸移氣泡局部放電特性展開的研究很少，但有一些針對電場作用與氣泡行為特性之間關(guān)系的研究，目前主要是有學(xué)者在工程熱物理學(xué)領(lǐng)域進行了相關(guān)探索性研究。其氣泡產(chǎn)生方法主要分為鼓泡法和直接加熱產(chǎn)生氣泡法。鼓泡法是研究無相變時氣泡行為的一種方法，即在實驗裝置的底部安裝一個氣針或開一個氣孔進行鼓泡。直接加熱產(chǎn)生氣泡是在實驗設(shè)備的管壁加熱產(chǎn)生蒸氣泡，這一過程涉及到界面的傳熱和傳質(zhì)行為，而電場的介入，使蒸氣泡的行為研究變得更加復(fù)雜。因此，目前針對電場下氣泡行為的研究多采用鼓泡法。之后在蠕動流近似的基礎(chǔ)上，分析了電場作用下的氣泡受力情況，計算了電場作用下氣泡內(nèi)外的速度場分布，對氣泡行為及動力學(xué)特性進行了總結(jié)。得出結(jié)論：在電場力的作用，氣泡發(fā)生變形，隨著電場強度的增加，氣泡變形加劇，氣泡的長徑比變大。外電場作用也有利于加劇氣泡內(nèi)部流體的運動。意大利羅馬大學(xué)M.Pompili等人提出了當(dāng)變壓器油中存在氣泡時更容易引起局部放電的結(jié)論，氣泡的存在對起始放電電壓幅值、放電重復(fù)率等參數(shù)有所影響。但沒有進行更進一步的研究。日本Mitsubishi Electric Corporation的H. Shiota等人先設(shè)計了油中氣泡實驗裝置，是用微型注射器將氣體注入進去。研究了在交流電壓作用下單個氣泡的形狀變化和運動規(guī)律，以及氣泡大小與起始放電電壓之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明：氣泡的大小和形狀對于氣泡局部放電特性有很大的影響，氣泡的原始大小與局部放電劇烈程度有關(guān)系。氣泡原始體積越大則局部放電起始放電電壓越小，且局部放電越劇烈；在電場力的作用下，氣泡的形狀發(fā)生了改變，而且電場的存在對于氣泡溶于變壓器油中起促進作用。從以上學(xué)者研究的成果可得：油中氣泡的存在確實會引起局部放電，氣泡形狀大小的改變也會促使局部放電的產(chǎn)生，且對放電特性有很大的影響。
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