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摘 要：在变压器运行状态下，变压器油的作用是非常大的，如果外部环境相对复杂，变压器油的安全稳定运行也会受到影响，在低温环境下对变压器油的击穿特性进行研究，能够有效保证变压器在高寒条件下的可靠运行。本文在-50℃到10℃的温度范围内，对变压器的投运进行简单分析，对变压器油在何種温度范围内的所受到的击穿特性最明显予以阐释，以期提供有效的试验结果。
关键词：高寒；变压器油；运行；击穿
从我国特高压工程的建设规模来看，已经进入了新的建设阶段，从国家电网《关于转变电网发展方式、加快电网建设意见》规划来看，在我国有多个特高压交直流工程都位于寒冷地区，比如内蒙古、东北、新疆等地，在这些寒冷地区进行特高压变压器投运工程是一项技术系数很大的工程，且必须加快解决。目前，国内外学者对油纸绝缘击穿特性做了不同角度的研究，得出油纸绝缘低温击穿特性和交流电压以及均匀电场都有直接关系，变压器油在高寒环境下所呈现出的不同电压形式不同的电极模型等方面，还要进一步完善研究。本文主要对高寒条件下的变压器油击穿特性做简单试验和分析。
1 试验系统和方法
（1）试验系统。进行高压低温试验主要的装置构成是低温环境箱、试验电源、变压器油试验箱以及光纤测温装置。低温环境箱是一个立方体装置，利用大功率空调制冷，让温度精度控制在0.1℃范围内，且箱内有穿墙套管，设置额定电压是500kV，能够满足不同形式的电压试验要求。试验油箱是立方体筒式状，油箱密封性能好，有进油口以及出油口，并配备了干燥剂，油箱中的高压电极可以通过导杆引出到油箱。试验电源有直流电压发生器、工频电压发生器、冲击电压发生器，能够满足所有电压形式的试验。光纤测温装置能够将测量的精度控制到0.1℃范围内，共有4个温度检测通道。
（2）试验方法。在试验之前，用VH500R型真空滤油机进行变压器油的真空滤油工作，依据国家的变压器油标准，每次滤油之后水分体积的颗粒、机制以及分数损耗因数都与规定的相符合为止，然后在试验油箱中注入满足试验条件的变压器油，1小时即可。在本试验中，会涉及工频交流电压、冲击电压和直流电压，所有的电压形式在击穿特性试验中均是指峰值。在试验中对4个试验油箱分别进行击穿试验，每个试验油箱5次击穿试验，且每个温度点都要试验，然后取平均值。
2 试验结果和讨论
在试验中所用的是昆仑45号变压器油，在不同形式电压和电极模型条件下，先对试验变压器油中的截止损耗、颗粒度以及微水体积分数进行测量，要满足规定的试验条件。值得注意的是，为了保证试验结果的准确性和可比性，试验结果应该和试验前的测量结果相似，所有试验的电极间距都保持在2.5mm不变，然后在不同电压形式、水分体积分数和电极模型下，对油隙在各个温度范围内进行低温击穿特性研究。
（1）不同电压形式。在试验中，采用球板电极模型的试验电极，分别对直流电压、冲击电压和工频交流电压在低温下的击穿特性进行分析。直流电压以及交流电压状态下，油隙击穿电压会随着温度的变化而呈现出曲线状，当温度为0℃时击穿电压值最小。
过滤后变压器油中仍含有微量水分，温度较高时，水分在变压器油中处于溶解状态，对击穿电压的影响不明显。随着温度的降低，水分在油中的溶解度减小，因而逐渐析出；水分在电场作用下形成“水桥”使得击穿电压降低，在0℃时油中呈悬浮态的水分体积分数达到极大值，故此时击穿电压最低。当温度<0℃时，油中析出的悬浮水分将逐渐变成悬浮冰，冰粒不易被电场拉长，少量冰粒在电场作用下不易形成“冰桥”，电场畸变程度减弱，故击穿电压反而升高。
（2）不同电极模型
试验电压采用的是工频交流电压。平板电极、球–板电极及针–板电极的低温击穿特性试验采用的3种电极模型分别模拟了变压器中的均匀电场、稍不均匀电场和极不均匀电场的情况。不同电极模型的击穿电压随温度的变化曲线均呈 U 形，其机理解释与不同电压形式相同。从击穿电压的绝对值来看，针–板电极模型最小，平板和球–板电极模型相等，但平板电极模型的击穿分散性较大。
（3）不同水分体积分数
配制水分体积分数平均值分别为5.5×10-6、25.3×10-6、60.1×10-6的变压器油，分别对其进行低温击穿特性试验，试验电极为球–板电极，试验电压为工频交流电压，随着水分体积分数的增大，击穿电压明显降低，在-10～0℃范围内最为显著。温度的降低使得变压器油中溶解水析出形成悬浮水，-10～0℃范围内析出形成的悬浮水的体积分数达到最大值。变压器油中的水分体积分数越大，析出的水分越多，越易形成贯穿电极的“水桥”，进而使得击穿电压显著降低。在低温范围内，析出的悬浮水形成悬浮冰，水分体积分数越大，形成“冰桥”的机率越大，但相比于“水桥”，形成“冰桥”所需的电场能量较大，因此其击穿电压降低程度较小。
3 结语
在高寒条件下进行变压器投运工作是非常难的，要考虑的因素也比较多，本文主要进行了高压低温试验，对变压器油在-50℃到10℃的温度范围内的击穿特性。从试验中可以得出，直流电压和交流电压条件下的变压器油的击穿电压是随着温度变化的曲线呈现出U形的，当0℃时，击穿电压的值极小，在冲击电压下电压的变化没有明显规律。当变压器投运在高寒地区时，要对变压器油水分体积的分数严格控制，在油温达到10℃之后才可以带负荷运行。
参考文献
[1]姜赤龙，司马文霞，杨庆，等.多种外部因素对变压器油冲击击穿特性的影响[J].高电压技术，2011，37（9）：2272-2279.
[2]司马文霞，曹雪菲，杨庆，等.冲击电压下3种纳米改性变压器油击穿特性的比较和分析[J].高电压技术，2015，41（2）：374-381.
（作者单位：国网黑龙江省电力有限公司检修公司）
关键词：高寒；变压器油；运行；击穿
从我国特高压工程的建设规模来看，已经进入了新的建设阶段，从国家电网《关于转变电网发展方式、加快电网建设意见》规划来看，在我国有多个特高压交直流工程都位于寒冷地区，比如内蒙古、东北、新疆等地，在这些寒冷地区进行特高压变压器投运工程是一项技术系数很大的工程，且必须加快解决。目前，国内外学者对油纸绝缘击穿特性做了不同角度的研究，得出油纸绝缘低温击穿特性和交流电压以及均匀电场都有直接关系，变压器油在高寒环境下所呈现出的不同电压形式不同的电极模型等方面，还要进一步完善研究。本文主要对高寒条件下的变压器油击穿特性做简单试验和分析。
1 试验系统和方法
（1）试验系统。进行高压低温试验主要的装置构成是低温环境箱、试验电源、变压器油试验箱以及光纤测温装置。低温环境箱是一个立方体装置，利用大功率空调制冷，让温度精度控制在0.1℃范围内，且箱内有穿墙套管，设置额定电压是500kV，能够满足不同形式的电压试验要求。试验油箱是立方体筒式状，油箱密封性能好，有进油口以及出油口，并配备了干燥剂，油箱中的高压电极可以通过导杆引出到油箱。试验电源有直流电压发生器、工频电压发生器、冲击电压发生器，能够满足所有电压形式的试验。光纤测温装置能够将测量的精度控制到0.1℃范围内，共有4个温度检测通道。
（2）试验方法。在试验之前，用VH500R型真空滤油机进行变压器油的真空滤油工作，依据国家的变压器油标准，每次滤油之后水分体积的颗粒、机制以及分数损耗因数都与规定的相符合为止，然后在试验油箱中注入满足试验条件的变压器油，1小时即可。在本试验中，会涉及工频交流电压、冲击电压和直流电压，所有的电压形式在击穿特性试验中均是指峰值。在试验中对4个试验油箱分别进行击穿试验，每个试验油箱5次击穿试验，且每个温度点都要试验，然后取平均值。
2 试验结果和讨论
在试验中所用的是昆仑45号变压器油，在不同形式电压和电极模型条件下，先对试验变压器油中的截止损耗、颗粒度以及微水体积分数进行测量，要满足规定的试验条件。值得注意的是，为了保证试验结果的准确性和可比性，试验结果应该和试验前的测量结果相似，所有试验的电极间距都保持在2.5mm不变，然后在不同电压形式、水分体积分数和电极模型下，对油隙在各个温度范围内进行低温击穿特性研究。
（1）不同电压形式。在试验中，采用球板电极模型的试验电极，分别对直流电压、冲击电压和工频交流电压在低温下的击穿特性进行分析。直流电压以及交流电压状态下，油隙击穿电压会随着温度的变化而呈现出曲线状，当温度为0℃时击穿电压值最小。
过滤后变压器油中仍含有微量水分，温度较高时，水分在变压器油中处于溶解状态，对击穿电压的影响不明显。随着温度的降低，水分在油中的溶解度减小，因而逐渐析出；水分在电场作用下形成“水桥”使得击穿电压降低，在0℃时油中呈悬浮态的水分体积分数达到极大值，故此时击穿电压最低。当温度<0℃时，油中析出的悬浮水分将逐渐变成悬浮冰，冰粒不易被电场拉长，少量冰粒在电场作用下不易形成“冰桥”，电场畸变程度减弱，故击穿电压反而升高。
（2）不同电极模型
试验电压采用的是工频交流电压。平板电极、球–板电极及针–板电极的低温击穿特性试验采用的3种电极模型分别模拟了变压器中的均匀电场、稍不均匀电场和极不均匀电场的情况。不同电极模型的击穿电压随温度的变化曲线均呈 U 形，其机理解释与不同电压形式相同。从击穿电压的绝对值来看，针–板电极模型最小，平板和球–板电极模型相等，但平板电极模型的击穿分散性较大。
（3）不同水分体积分数
配制水分体积分数平均值分别为5.5×10-6、25.3×10-6、60.1×10-6的变压器油，分别对其进行低温击穿特性试验，试验电极为球–板电极，试验电压为工频交流电压，随着水分体积分数的增大，击穿电压明显降低，在-10～0℃范围内最为显著。温度的降低使得变压器油中溶解水析出形成悬浮水，-10～0℃范围内析出形成的悬浮水的体积分数达到最大值。变压器油中的水分体积分数越大，析出的水分越多，越易形成贯穿电极的“水桥”，进而使得击穿电压显著降低。在低温范围内，析出的悬浮水形成悬浮冰，水分体积分数越大，形成“冰桥”的机率越大，但相比于“水桥”，形成“冰桥”所需的电场能量较大，因此其击穿电压降低程度较小。
3 结语
在高寒条件下进行变压器投运工作是非常难的，要考虑的因素也比较多，本文主要进行了高压低温试验，对变压器油在-50℃到10℃的温度范围内的击穿特性。从试验中可以得出，直流电压和交流电压条件下的变压器油的击穿电压是随着温度变化的曲线呈现出U形的，当0℃时，击穿电压的值极小，在冲击电压下电压的变化没有明显规律。当变压器投运在高寒地区时，要对变压器油水分体积的分数严格控制，在油温达到10℃之后才可以带负荷运行。
参考文献
[1]姜赤龙，司马文霞，杨庆，等.多种外部因素对变压器油冲击击穿特性的影响[J].高电压技术，2011，37（9）：2272-2279.
[2]司马文霞，曹雪菲，杨庆，等.冲击电压下3种纳米改性变压器油击穿特性的比较和分析[J].高电压技术，2015，41（2）：374-381.
（作者单位：国网黑龙江省电力有限公司检修公司）