高能X射線輻射對變壓器油絕緣性能影響

徐成龍，于虹，杜必強(qiáng)，劉澤坤，何運華

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

高能X射線輻射對變壓器油絕緣性能影響

徐成龍，于虹，杜必強(qiáng)，劉澤坤，何運華

(云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217)

為了將X射線數(shù)字成像技術(shù)引入到變壓器的無損檢測中，需要確定X射線對變壓器中絕緣油有無影響。本文是變壓器絕緣油在高頻X射線機(jī)最高能量和不同時間的照射下絕緣油擊穿電壓及帶電傾向性變化情況。初步試驗結(jié)果表明，在高能量下，X射線的輻射對變壓器油的擊穿電壓沒有影響，而會造成其帶電傾向性發(fā)生較大幅度的變化。

X射線；變壓器油；擊穿電壓；帶電傾向性

0 前言

準(zhǔn)確地掌握輸變電設(shè)備的運行狀態(tài)具有十分重要的意義[1-2]。X射線數(shù)字成像技術(shù)能在不解體、不停電情況下，對GIS、罐式斷路器、復(fù)合絕緣子等電力設(shè)備進(jìn)行透視檢測，達(dá)到可視化診斷的目的[3-6]。為了將X射線直接數(shù)字成像技術(shù)引入到變壓器的無損檢測中，需要確定X射線對變壓器中絕緣油有無影響。但是國內(nèi)外文獻(xiàn)資料中只有X射線對固體絕緣材料[7]、氣隙性局部放電[8]、油隙性局部放電[9]以及 SF6氣體的影響[10]，而X射線對輸變電設(shè)備，尤其是對充油設(shè)備中變壓器油的擊穿電壓和帶電傾向會造成什么樣的影響，這方面資料國內(nèi)外并未見到。針對這個情況，本文提出了利用便攜式高頻X射線機(jī)對帶電壓和不帶電壓的變壓器油進(jìn)行定能量和定時間的照射的研究，該研究成果將會為X射線數(shù)字成像透視檢測系統(tǒng)對電力充油設(shè)備進(jìn)行可視化檢測給予明確、充分的證據(jù)，同時為基于X射線的電力設(shè)備數(shù)字成像系統(tǒng)的應(yīng)用范圍提供技術(shù)支持。

1 便攜式高頻X射線機(jī)

X射線數(shù)字成像技術(shù) (Digital Radiography，DR)是目前最先進(jìn)的數(shù)字成像技術(shù)，它比傳統(tǒng)膠片成像和計算機(jī)射線成像 (Computer Radiography，CR)更具有優(yōu)勢[11]。DR技術(shù)具有成像質(zhì)量高、速度快、可以做到實時成像顯示并能實現(xiàn)在線檢測等優(yōu)點[12]。因而，該技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景；針對某些電力設(shè)備缺乏有效檢測手段，且需在不拆卸、不停電情況下，才能確定電力設(shè)備內(nèi)部的情況，因而，X射線數(shù)字成像DR技術(shù)是不可多得的對電力設(shè)備進(jìn)行檢測的手段[13]。為了獲得X射線對充油電力設(shè)備中油的影響，本文利用X射線數(shù)字成像系統(tǒng)中目前工業(yè)用最大能量的便攜式高頻X射線機(jī)對變壓器油的影響進(jìn)行研究。

2 高能量X射線對變壓器油影響

試驗條件是在室溫和濕度為50%情況下，用便攜式高頻X射線機(jī)分別照射加10 kV電壓和不加電壓的兩杯25號變壓器油；選擇便攜式高頻X射線機(jī)的能量為其最高能量 (管電壓300 kV，管電流3 mA)，試驗進(jìn)行了8次，照射時長分別為3 min、5 min、10 min、20 min、30 min、40 min、50 min、60 min。加電壓是為了模擬變壓器真實環(huán)境，不加電壓的油杯為其對照組。

2.1 對變壓器油擊穿電壓影響

擊穿電壓時考核絕緣油電氣強(qiáng)度的一項重要指標(biāo)，是衡量絕緣油在電氣設(shè)備內(nèi)部耐受電壓能力的尺度。它實質(zhì)上反映的是油中是否存在水分、雜質(zhì)和導(dǎo)電微利以及他們對絕緣油性能影響的嚴(yán)重程度[14]。因此對變壓器油進(jìn)行擊穿電壓分析具有重要的意義。本次試驗后分析測得的數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 高能量X射線輻射對絕緣油擊穿電壓影響情況 kV

為了得到更加直觀的帶電傾向性數(shù)據(jù)變化趨勢，根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出擊穿電壓數(shù)據(jù)變化曲線圖，如圖1所示。

圖1 擊穿電壓數(shù)據(jù)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(jīng)過高能量X射線不同時長的照射后其擊穿電壓出現(xiàn)了波動，其中不加電壓和加電壓均有五個數(shù)據(jù)在原樣37.2 kV之上，有三個數(shù)據(jù)在原樣值之下，但總之也都是在原樣37.2 kV的擊穿電壓上下波動，波動范圍不大，沒有明顯的規(guī)律性，而且測試儀的誤差和樣品的偶然性也會導(dǎo)致這種波動，所以可以得出高能量(300 kV，3 mA)X射線輻照不會對絕緣油的擊穿電壓造成影響。

2.2 對變壓器油帶電傾向性影響

油流帶電引發(fā)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(fā)生油流放電故障在國內(nèi)外均有發(fā)生，變壓器油流放電除了與變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、油的流速、油溫等因素有關(guān)外還與變壓器油本身的帶電傾向性有很大的關(guān)系。對變壓器油進(jìn)行帶電傾向性測量，以便對帶電傾向性超標(biāo)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(fā)生油流放電故障造成變壓器損壞的現(xiàn)象重要意義[15-16]。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(jìn)行了帶電傾向性分析，分析的結(jié)果如表2所示。

表2 高能量下X射線輻射對絕緣油帶電傾向影響情況 pc/ml

為了得到更加直觀的帶電傾向性數(shù)據(jù)變化趨勢和變化程度，根據(jù)表格數(shù)據(jù)畫出帶電傾向性數(shù)據(jù)柱形圖和變化曲線圖，如圖2和圖3所示。

從柱形圖中可以明顯的看出在高能量X射線的輻射下加電壓和不加電壓的變壓器油的帶電傾向性分別比原樣曾加了16倍和9倍左右。圖5可以清楚看出絕緣油帶電傾向隨X射線輻射時間的關(guān)系，顯然，兩種情況下X射線在初次照射的3min中就已經(jīng)上升到較高值，而在后面更長時間的照射中帶電傾向出現(xiàn)了一定程度的較小幅度的波動，但從總體趨勢中并沒有呈現(xiàn)有規(guī)律的增加或減少。X射線致使變壓器油帶電性增加的原因可能是在高能射線的作用下油中含有的大量的CH等共價鍵被破壞，從而產(chǎn)生了H+等離子增加了油中的電荷量。加電壓的絕緣油帶電傾向比未加電壓的絕緣油帶電傾向高出原樣值7倍左右，其主要原因可能是外加電場作用下電離作用使得油中離子濃度增大從而加劇了油流帶電現(xiàn)象。高能量X射線的輻射已經(jīng)使得變壓器油帶電傾向性的變化已經(jīng)明顯超出了測試儀器的誤差范圍。由此可以得出高能X射線可以引起變壓器油帶電傾向性的顯著變化。

圖2 帶電傾向變化柱形圖

圖3 帶電傾向變化曲線圖

3 結(jié)束語

1)高能量X射線 (管電壓300 kV，管電流3 mA)在長時間輻照變壓器絕緣油的情況下不會對其擊穿電壓造成影響。

2)高能量X射線對變壓器絕緣油的輻照會引起其帶電傾向性發(fā)生顯著增長，外加電壓會加劇這種現(xiàn)象。

3)這絕緣油在X射線作用下其帶電傾向的增長是在短時間內(nèi)發(fā)生的，且可能存在某一臨界時間值使得在超過該值后絕緣油在X射線的輻照下其帶電傾向不在發(fā)生變化。具體的臨界值還需做進(jìn)一步的研究。

4)利用X射線數(shù)字成像技術(shù)對電力充油設(shè)備進(jìn)行透照檢測需要謹(jǐn)慎進(jìn)行。

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Research on Influence of High-energy X-ray Radiation on Transformer Oil Performance

XU Chenlong，YU Hong，DU Biqiang，LIU Zekun，HE Yunhua
(Yunnan Electric Power Research Institute，Kunming 650217，China)

so as to achieve the purpose of visual diagnosis.In order to apply the X-ray direct digital imaging technology to the field of non-destructive testing of the transformer，it is necessary to determine whether there exists impact when using X-ray irradiating the insulating oil.This paper is about the changes of breakdown voltage and charged tendentiousness under the highest energy and different irradiation time.Preliminary results showed that in the case of high-energy，X-ray radiation has no effect on the breakdown voltage of the transformer oil，which will cause the charging tendency of a significant change.

X-ray；transformer oil；breakdown voltage；charging tendency

TM50

B

1006-7345(2015)03-0088-03

2015-01-09

徐成龍 (1989)，碩士研究生，華北電力大學(xué)云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司研究生工作站，從事電力設(shè)備無損檢測、故障診斷的研究 (e-mail)chenglong610038301＠163.com。

于虹 (1978)，女，高級工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力試驗研究院，從事高電壓技術(shù)與在線檢測方面的研究 (email)894333697＠qq.com。