低能量下X射線輻射對變壓器油影響

徐成龍,于虹,付世鵬,杜必強,劉澤坤,何運華

(1.華北電力大學機械工程系,河北 保定 071000; 2.華北電力大學云南電網公司研究生工作站,昆明 650217; 3.云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

低能量下X射線輻射對變壓器油影響

徐成龍1,2,于虹3,付世鵬1,杜必強1,劉澤坤2,何運華3

(1.華北電力大學機械工程系,河北 保定 071000; 2.華北電力大學云南電網公司研究生工作站,昆明 650217; 3.云南電網公司電力研究院,昆明 650217)

針對利用X射線數字成像技術對電力變壓器進行透照檢測時可能造成變壓器絕緣油絕緣性能的變化的問題,提出了定X射線能量對變壓器油進行照射研究。該研究利用便攜式高頻X射線機分別對帶電壓和不帶電壓的變壓器油進行定能量和定時間的照射,實驗結果表明,在低能量下,X射線的輻射對變壓器油的擊穿電壓,帶電傾向性和介質損耗因數沒有影響。

X射線;變壓器油;擊穿電壓;帶電傾向;介質損耗因數

1 前言

輸變電設備的安全、穩定、可靠運行對電網是至關重要的,輸變電設備一旦發生故障,不僅危及電網的安全且帶來巨大經濟損失。因此,及時、準確地掌握輸變電設備的運行狀態具有十分重要的意義[1-2]。近年來,云南電網公司率先將X射線直接數字成像技術運用到電力設備檢修中,取得了較好的效果。X射線數字成像技術能在不解體、不停電情況下,對GIS、罐式斷路器、復合絕緣子等電力設備進行透視檢測,達到可視化診斷的目的[3-7]。但X射線對輸變電設備,尤其是充油設備中的油會造成什么樣的影響,這方面資料在國內外并未見到。針對這個情況,本文提出利用便攜式高頻X射線機對加電壓和不加電壓的變壓器油進行定能量和定時間的照射研究,研究的主要內容是變壓器油的擊穿電壓、帶電傾向性和介質損耗因數的變化情況。本文研究成果不僅將為相關研究提供依據,同時也能為X射線無損檢測的應用范圍和應用條件提供理論依據。

2 對變壓器油擊穿電壓影響

擊穿電壓時考核絕緣油電氣強度的一項重要指標,是衡量絕緣油在電氣設備內部耐受電壓能力的尺度。它實質上反映的是油中是否存在水分、雜質和導電微粒以及他們對絕緣油性能影響的嚴重程度。

本次試驗條件是在室溫下分別用40 kV、50 kV、60 kV、70 kV、80 kV管電壓,電流3mA能量的X射線照射加10 kV電壓和不加電壓的25號變壓器油,時間為1小時。表1是加壓情況下和不加壓情況下擊穿電壓分析數據。

表1 低能量下X射線輻射對絕緣油擊穿電壓影響情況 (單位：kV)

為了得到更加直觀的帶電傾向性數據變化趨勢,根據表格數據畫出擊穿電壓數據變化曲線圖,如圖2所示。

圖1 擊穿電壓數據變化曲線圖

從曲線圖可以明顯的看出,無論是加電壓還是不加電壓下的絕緣油在經過不同能量的X射線照射后其擊穿電壓雖然有波動,但是都在原樣37.2kV的擊穿電壓上下波動,其變化并不明顯,而且波動的范圍也都在測試儀的誤差范圍內,所以可以得出在40 kV～80 kV范圍內的X射線能量不會對絕緣油的擊穿電壓造成影響。

3 對變壓器帶電傾向性的影響

帶電傾向也稱電荷密度或帶電度,在強迫油循環的大型變壓器中,由于變壓器油流過絕緣紙及絕緣紙板的表面時,會發生油流帶電現象,簡稱油流帶電。油流帶電引發的靜電放電是威脅大型變壓器安全運行的重要因素之一,變壓器發生油流放電故障在國內外均有發生,變壓器油流放電除了與變壓器的絕緣結構、油的流速、油溫等因素有關外還與變壓器油本身的帶電傾向性有很大的關系。對變壓器油進行帶電傾向性測量,以便對帶電傾向性超標的變壓器油采取措施并及時改善變壓器運行條件以防止變壓器在運行中發生油流放電故障造成變壓器損壞的現象重要意義[8-9]。為了更加全面深入的研究X射線對變壓器油的影響狀況。本次試驗后對各個試驗樣品進行了帶電傾向性分析,分析的結果如表2所示。

表2 低能量下X射線輻射對絕緣油帶電傾向影響情 (單位：pc/ml)

為了得到更加直觀的帶電傾向性數據變化趨勢,根據表格數據畫出帶電傾向性數據變化曲線圖,如圖3所示。

圖3 帶電傾向性數據變化曲線圖

從曲線圖可以較為清楚的看出,經過X射線的輻射后加電壓和不加電壓下的絕緣油的帶電傾向性覺不同程度的發生了變化,但是變化幅度都比較小,而且波動的范圍基本圍繞原樣18.3pc/ ml數值上下波動,考慮到檢測儀的誤差,這種浮動就可以忽略不計,因此可以得出在40 kV～80 kV范圍內的X射線能量不會對絕緣油的帶電傾向性造成影響。

4 對變壓器介質損耗因數的影響

一般來說,絕緣材料的老化和內部發生局部放電會導致絕緣材料在物理和化學性能方面發生變化,同時介質損耗因數也會發生改變,在眾多的絕緣材料參數當中,介質損耗因數是反映其絕緣狀況的重要參數。

用40 kV、50 kV、60 kV、70 kV、80 kV管電壓,電流3mA能量的X射線照射加10 kV電壓和不加電壓的25號變壓器油1小時。將試驗后的絕緣油取樣進行介質損耗因數分析,得到的數據如表3所示。

表3 低能量下X射線輻射對絕緣油介質損耗影響情況/(90℃)

為了得到更加直觀的介質損耗因數數據變化趨勢,根據表格數據畫出介質損耗因數數據變化曲線圖,如圖4所示。

圖4 介質損耗因數數據變化曲線圖

從曲線圖可以較為清楚的看出在不同能量的X射線的輻射下,變壓器油的介質損耗因數并沒有呈現有規律的增長或下降,其數值的波動也均是在原樣介質損耗因數數值的上下波動,考慮到試驗和檢測儀的誤差,可以得出在40 kV～80 kV范圍內的X射線能量不會對絕緣油的介質損耗因數造成影響。

5 結束語

本文提出利用便攜式高頻X射線機分別對帶電呀和不帶電壓的變壓器油進行定能量和定時間的照射,實驗結果表明,較低能量下 (40～80 kV,3mA)X射線的長時間照射并不會對變壓器油的帶電擊穿電壓、帶電傾向性和介質損耗因數產生影響。本文研究成果不僅將為相關研究提供依據,同時也能為X射線無損檢測的應用范圍和應用條件提供理論依據。

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Study of the Low Energy X-ray Impact to the Transformer Oil

XU Chenglong1,2,YU Hong3,FU Shipeng1,DU Biqiang2,LIU Zekun1,HE Yunhua3
(1.Department of Mechanical Engineering,North China Electric Power University,Baoding,Hebei 071000; 2.Graduate Workstation of North China Electric Power University&Yunnan Power Grid Corporation,Kunming 650217; 3.Yunnan Electric Power Research Institute,Kunming 650217)

In order to clearly understand the impact of X-rays on the transformer oil,It is proposed a research of using given energy X-ray to irradiate the transformer oil in this paper.The content of the study is to irradiate the applied voltage and no voltage transformer oil respectively for given energy and given time by portable high frequency X-ray generator.Experimental results show that low energy X-ray has no effect on the breakdown voltage,charging tendency,and the dielectric loss factor of transformer oil.

X-ray;transformer oil;breakdown voltage;charging tendency;dielectric loss factor

TM621.8

B

1006-7345(2014)03-0081-03

2014-03-25

徐成龍 (1989),男,碩士研究生,華北電力大學云南電網公司研究生工作站,研究方向為電力設備無損檢測,在線監測(e-mail)chenglong610038301@163.com。

于虹 (1978),女,博士,高級工程師,云南電網公司電力試驗研究院,從事高電壓與絕緣技術研究 (e-mail)894333697 @qq.com。