变压器油老化介电特性的研究及分析

代敦三

（湖北省电力装备有限公司，武汉 430000）

引言

随着我国直流输电技术的不断发展，高压直流输电线路得到了大规模的普及和推广应用。作为高压直流输电线路的重要设备，换流变压器肩负着电能的转换及传输等责任。由于运行环境较为复杂恶劣，换流变压器极易发生故障。据现有研究数据，换流变压器故障占据着我国高压直流输电线路故障的一半以上。可以看出，换流变压器的安全稳定运行直接影响着电力系统的稳定性。

随着换流变压器的长期运行，其内部的绝缘结构容易受到温度及水分等因素的影响，导致其绝缘结构裂解，进而会对变压器的介电性能造成不利影响。基于此，针对换流变压器内部变压器油的老化特性，研究了不同老化时间、不同温度下变压器油的电导率、相对介电常数及介质损耗的变化规律。

1 变压器油绝缘老化的机理

变压器油是石油分馏而得到的产物，具有纯净、稳定及绝缘性能好等优点。变压器油是一种混合物，当变压器正常运行时，变压器油不会产生分解气体。但当周围环境发生变化时（如工作温度升高或水分增加等），就可能导致变压器油发生分解进而产生多种气体（如氧化物及酸性化合物）。通过上述热分解反应，即会使变压器油的绝缘发生老化。

2 变压器油老化的介电特性

2.1 变压器油老化的电导率

为研究变压器油老化的电导率变化规律，以老化时间及温度为变量，分别计算变压器油老化的电导率，计算结果如图1所示。

图1 老化变压器油的电导率

观察图1(a)可得，随着温度的升高，变压器油的电导率呈现上升趋势。固定老化时间为120 d，当温度为-40 ℃时，变压器油的电导率为0×10‐11S/m；而当温度升高至100℃时，变压器油的电导率升高至11.5×10‐11S/m。同时随着老化时间的增加，变压器油的电导率也随之增加。如图1(b)所示，固定温度为100℃，当老化时间时0 d时，变压器油的电导率为0×10‐11S/m ；而当老化时间增加至120 d时，变压器油的电导率升高至为1.1×10‐11S/m。造成这种现象的原因是，随着温度的升高和老化时间的增加，变压器油老化程度加剧，导致其产生更多氧化物，最终使得变压器油的电导率升高。

2.2 变压器油老化的相对介电常数

为研究变压器油老化的相对介电常数变化规律，以老化时间及温度为变量，分别计算变压器油老化的相对介电常数，计算结果如图2所示。

图2 老化变压器油的相对介电常数

由图2(a)可知，随着温度的升高，变压器油的相对介电常数呈现线性下降趋势。固定老化时间为120 d，当温度为-40℃时，变压器油的相对介电常数为2.33；而当温度升高至100℃时，变压器油的相对介电常数下降至为2.13。同时，随着老化时间的增加，变压器油的相对介电常数随之增加。由图2(b)可知，固定温度为100℃，当老化时间时0 d时，变压器油的相对介电常数为2.05；而当老化时间增加至120 d时，变压器油的相对介电常数升高至为2.12。

2.3 变压器油老化的介质损耗因数

为研究变压器油老化的介质损耗因数变化规律，以老化时间及温度为变量，分别计算变压器油老化的介质损耗因数，计算结果如图3所示。

图3 老化变压器油的介质损耗因数

由图3(a)可知，随着温度的升高，变压器油的介质损耗因数呈现上升趋势。固定老化时间为120 d，当温度为-40℃时，变压器油的介质损耗因数为0%；而当温度升高至100℃时，变压器油的介质损耗因数下降至为3.25%。由图3(b)可知，随着老化时间的增加，变压器油的介质损耗因数随之增加。固定温度为100℃，当老化时间时0 d时，变压器油的介质损耗因数为0.1%；而当老化时间增加至120 d时，变压器油的介质损耗因数升高至为3.3%。

3 结论

变压器油的老化损耗直接影响了换流变压器的安全稳定运行，为此，首先阐述了变压器油的老化机理，然后分别以温度和老化时间为变量，研究了变压器油的电导率、相对介电常数及介质损耗的变化规律。结果表明，随着老化时间的增加，变压器油的电导率、相对介电常数和介质损耗因数均呈现上升的趋势。