淺析溫度對變壓器油中微水含量的影響

柳惠+柳娟+范建波

摘 要：變壓器油在運輸、貯存及運行過程中吸收了空氣中的水分造成變壓器油中微水含量增高，而變壓器油中微水含量是影響其絕緣強度的主要因素之一 ，盡管油中含水量很小 ，但對油的絕緣強度有很大的影響，油中存在的微量水分會使設備的絕緣性能大大降低，嚴重時可導致絕緣擊穿、燒毀設備等重大事故。本文論述了變壓器油中微量水產生的形式，分析變壓器油中微量水隨溫度變化的關系，以及對變壓器油絕緣性能的影響。

關鍵詞：變壓器；溫度；溶解度；微水含量

中圖分類號：TM406 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0135-01

1 引言

變壓器油作為電力設備用油有其自身的特點——電氣絕緣性能，是變壓器絕緣和散熱的重要介質。而變壓器油中微水含量是影響其絕緣強度的主要因素之一，盡管油中含水量很小，但對油的絕緣強度有很大的影響。變壓器油在變壓器內部起絕緣、冷卻和消弧的作用。油中存在的微量水分會使設備的絕緣性能大大降低，嚴重時可導致絕緣擊穿、燒毀設備等重大事故。

2 變壓器油中微水的存在的形式

變壓器油中微量水分可使絕緣油介質損耗顯著增加，水分還能促進有機酸對銅、鐵等金屬的腐蝕作用，產生的皂化物會惡化油的介質損耗因數；增加油的吸潮性，并對油氧化起催化作用，使油生成雜質。導致絕緣電阻降低和絕緣強度進一步下降，并使油擊穿電壓降低。

研究表明，變壓器油在運輸、貯存及運行過程中吸收了空氣中的水分造成變壓器油中微水含量增高。變壓器油中的微水主要由三方面形式存在：溶解水、懸浮水和沉積水，并且隨著油溫的變化，這三種形態可以互相轉化：最常見的形式是溶解在油中的水叫溶解水；另外水分子可能會直接與油的分子結合，懸浮于油中形成懸浮水；當油中的水飽和后，還會有自由水沉淀在油的底部形成沉積水。

3 變壓器油中微水隨溫度變化的關系及對油絕緣性能的影響

因為水是強極性液體，水分總是會向最危險的高場強區聚集。而電力變壓器是一個強的電場區域，水高于絕緣紙和油的介電常數時（水的相對介電常數為80，變壓器油僅為2.2），易被變壓器的強電場所吸引。在強電場作用下易電離分解，從而增加了油的電導電流，降低油的絕緣性能，對變壓器的運行安全極為不利。

另外在變壓器繞組匝間中都有紙類絕緣物。水分受溫度的影響，溫度越高水在變壓器油中溶解度越高。而絕緣紙中溶解水剛好與變壓器油中的相反，溫度越高水在絕緣紙中溶解度越低。這導致的后果將是處于穩定低溫區的紙類絕緣增加含水量。若存在一個強電場，極易形成極性通道，變壓器發生故障的概率就會大大增加。

3.1 微水與變壓器油的擊穿電壓的關系

變壓器油的擊穿電壓會隨著油中水分含量的增加而急劇降低。當油中含水量僅為幾十個ppm時，其耐壓值就會下降至較低水平。油中的含水量為30ppm時，擊穿電壓為40kV左右，而油中含水量為50ppm時則只有20kV左右，變壓器油的擊穿電壓已大大降低。通過跟蹤監測變壓器油中的含水量，不僅可以防止變壓器油絕緣強度降低至危險水平，而且根據油中水分含量的大小還可以對變壓器整體絕緣狀況進行評估，并對設備的密封性做出判斷。變壓器油中微水含量與絕緣強度的關系可發現，當油中含水量達到一定值時，其絕緣強度驟降。

3.2 溫度與變壓器油中微水的關系

在變壓器中，由于絕緣油和紙對水分親和力的巨大差異，絕大多數水分都被絕緣紙莎吸收。但是油和紙中水分的分布并不是固定不變的，變壓器中水分在油和絕緣紙中的擴散取決于變壓器的運行情況。在變壓器正常運行時，溫度則是水分動態變化的最主要的因數。

水分一般很難溶解于變壓器油中，但是它能顯示出對油分子有很強的親和力（特別是老化油）。雖然變壓器油有很強的憎水性，但是水分在油中的溶解度會隨著溫度的升高急劇增加。變壓器油中水分的溶解度可以表示為：LogS=A-B/T，式中S是以ppm為單位的油中水分溶解度，T是絕對溫度，水分溶解度公式中的系數，A一般在7.09到7.42之間，B在1567到1670之間。

當變壓器在工作過程中溫度升高時，油能從紙中吸收大量的水分。當油中水分超過飽和值時，游離水就會出現。變壓器在高溫時運行一段時間后，大量的水分就會從絕緣紙中擴散到油中。而當變壓器的溫度突然降低時，變壓器油就可能達到飽和，此時油的溶解度迅速減小，水分又將返回到紙中。通過多次試驗發現不同變壓器油品隨溫度變化時所含微水量的變化趨勢，均顯示隨著溫度的升高，油中含水量也隨之增加。

4 結語

（1）變壓器油中含微水有三種存在形態，且三種形態不是固定的，隨溫度變化會相互轉化。（2）隨著變壓器油溫度的升高，水再變壓器油中的溶解度會隨之增加，油中水的含量會增加。這樣會導致在強電場作用下水的電離分解，從而增加了油的電導電流，降低油的絕緣性能。（3）通過跟蹤監測變壓器油中的含水量，不僅可以防止變壓器油絕緣強度降低至危險水平，而且根據油中水分含量的大小還可以對變壓器整體的密封性做出判斷。

參考文獻

[1]楊保初，劉曉波，戴玉松，編著，高電壓技術.重慶：重慶大學出版社，2002.1.

[2]劉玉仙.變壓器油紙絕緣的含濕分析及其對運行安全的影響[J].變壓器，2002，39（5）：64-66.endprint