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摘 要：油质监督工作为保证大型变压器的安全、稳定运行，及时发现变压器故障，发挥了重要作用。文章结合超高压变压器特点及近年来油质监督出现的新问题，对超高压变压器油质监督的各项指标进行了分析。
关键词：超高压；变压器；油质；监督
Supervisal of UHV VoltageTransformer Oiliness
Abstract：Oiliness supervisal is very important to ensure large transformer operate safely， stably and find malfunctions in time. Considering the characteristic and new questions appeared in recent years， The supervisal items of UHV voltage Transformer Oiliness were introduced.
Keywords：UHV voltage Transformer Oiliness Supervisal
超高压变压器是超高压工程的关键设备之一，由于其电压高，容量大，安全可靠性要求高，所以对于其液体绝缘介质——变压器油的性能及油质监控也提出了更高的要求。超高压变压器油不仅要有良好的抗氧化性、抗析气性能、低温流动性，还要有更高的绝缘性和清洁度，在油质的监督方面，更应针对近年来出现的热点、难点问题，采用新技术、新方法进行全面的监督和预防，防止因油质问题引起变压器的事故。
1. 颗粒度的监督
随着变压器容量的不断增加，设备各部位的绝缘距离逐渐减小，绝缘裕度越来越小。油中固体颗粒会降低油的击穿电压，导致油介质损耗因素的增加和电阻率的下降，从而影响变压器的绝缘性能，尤其是对于直流变压器，由于是在直流状态下运行，不清洁的油在电场的作用下，杂质和导电微粒作定向运动容易产生搭桥、放电，造成设备运行不正常，所以对油的洁净度要求更高。国内外均有关于油颗粒度高而造成变压器故障的报道，如在法国1980～1990年间发生的10起变压器故障就被认为是变压器油中颗粒度过高造成的。国外许多大变压器厂家对颗粒度均提出了较严格的要求，如日本三菱公司要求100mL变压器油中大于5μm 的颗粒个数不超过3000个；一些欧洲国家制造厂要求100mL变压器油中大于5μm 的颗粒个数不超过2000个，我国目前也正在制订相关的标准。对于直流变，我国要求油中洁净度要达到NAS1638 的1级标准。
2. 微量金属元素的分析
近年来变压器油由于受到金属杂质的污染导致变压器出现绝缘异常的问题日益增多，油中金属元素污染问题也日益受到人们的关注。变压器油中金属含量升高会引起油介质损耗因素tgδ值升高，绕组匝间绝缘下降、夹件绝缘电阻下降甚至闪络等故障，还会引起油流带电及由其产生的静电放电。变压器油在生产、安装、检修过程中可能会带入金属杂质，在运行过程中由于氧化及铜铁等金属材料的催化作用也可能使金属杂质含量增加，特别是运行过程中当变当压器出现某些故障时，如潜油泵泵体或叶轮的磨损，某些部位的放电、过热熔化或腐蚀等，更会使油中金属杂质迅速增多。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收分光光度法、油料发射光谱法等可以检测油中金属含量。
开展变压器油中金属元素的分析，有助于变压器的故障分析判断及处理，因此有必要从变压器投运开始进行定期试验，跟踪分析油中金属在运行中的变化情况，建立历史分析数据档案，并结合电气试验、色谱分析数据及历史运行情况进行综合分析，以便及时发现问题，消除隐患，预防事故。
3. 糠醛含量监测与固体绝缘监督
变压器绝缘强度下降的后果严重，强电场会使固体绝缘材料（绝缘纸）的机械强度受损并引发匝间短路故障。运行中的绝缘纸受温度、水分、有机酸、杂质等的影响，不可逆地逐渐老化裂解产生小分子劣化产物，其中的主要特征产物为糠醛（C5H4O2），在油中有很好的稳定性和好的累积效果，利用高效液相色谱法可准确地检测出其含量。
国内外广泛的研究表明，绝缘纸的拉伸强度和绝缘纸的聚合度存在线性关系，变压器油中糠醛浓度对数值与聚合度负线性相关，通过检测油中糠醛浓度就可以估算出绝缘纸的聚合度，所以油中糠醛浓度可作为变压器绝缘老化，特别是绝缘纸老化的重要指标。变压器油中含有高浓度的糠醛常预示绝缘纸的机械强度已降至很低，此时变压器发生故障的危险性相当大，短期内（几个月）糠醛浓度的显著变化也表明变压器内部存在隐患并引发故障的概率相当大。故从新变压器投运前开始，定期监测油中糠醛浓度，作为变压器的基本试验数据存档，并进行分析，可以掌握变压器固体绝缘材料的状况。
4. 抗氧化性与抗氧化剂含量的监测
变压器油在一定条件下，抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性能。变压器油在运行过程中，因受溶解在油中氧气、温度、电场、电弧及水分、杂质和铜、铁等金属催化剂的作用，发生氧化、裂解等化学反应，会不断变质，产生大量的氧化产物，这些氧化产物将对变压器造成致命的影响，因此变压器油的抗氧化性能是一项很重要的指标，尤其是对于超高压换流变压器，由于其特殊的运行条件，运行时油温比交流变压器高10～20℃，因此對油的抗氧化性能要求更高。目前，国内外用于评价变压器油抗氧化性能的方法主要有IEC61125A、IEC61125B（GB/T12580）、IEC61125C、ASTM D2440（SH/T0206）DIN51554（Baader法）等，这些方法最少的也需要进行164h氧化，最长的DIN51554法需要进行28天氧化，由于检测时间长、步骤繁琐，一般只能作为变压器油生产厂家出厂性能试验方法，而不适合用于用户进行新油验收及运行监督。为了快速检测变压器油抗氧化性能，并进行定期监督，可采用旋转氧弹法（ASTM D2112或SH/T093）。 为了提高油品的抗氧化性能，人们往往在油中添加一定量的抗氧化剂，对同一油品来说，抗氧化剂含量越高，油的抗氧化性能越好，但是过量的抗氧化剂会降低油的析气性，甚至降低脉冲击穿电压和相容性，因此IEC及ASTM标准都规定了新油的最高添加量，即分别为≯0.4%和≯0.3%，我国也可参照这两个标准，以防止过量添加而降低油的绝缘性能。变压器在运行过程中，抗氧化剂含量会因运行老化消耗或各种原因的滤油而损失减少，因此也应进行定期检测，及时补加，防止油的劣化。采用红外光谱法（ASTM D2668）或液相色谱法（DL/T704），可快速、准确地检测油中抗氧化剂的含量。
5. 油流带电问题
近年来超高压变压器运行中的油流带电问题日益突出，已引起广泛关注。东北电科院等曾对40台500kV变压器进行油流带电测试，结果发现有6台存在油流带电现象。
油流带电现象取决于液体和固体各自的物理特性。这是因为油中通常存在数量相等的正负离子，因而在电气上呈中性。在变压器运行中，负离子被大量吸附在绝缘纸表面，正离子则分布在油中。这样在两种介质的交界面上产生了双重电荷，即固体侧带一种电荷，液体侧带异种电荷。油流带电使变压器各部件积累了一定的电荷，从而建立了一个直流电场，当该电场超过油的击穿强度时，便发生局部放电或沿面放电，这两种放电发展会进一步促使油的劣化，又使放电加强，并在绝缘表面形成碳痕，使变压器绝缘性能大大降低，并会导致绝缘事故。
影响油流带电的因素主要有：油流流速、油稳、固体绝缘材料的表面平整度、变压器油本身的带电倾向以及油中水分含量、颗粒、金属离子等。
为了监测或研究变压器油流带电现象，各国相继开发了各种测定油流带电的仪器，并提出了各自的油流带电计算模型。现有的测试手段基本可划分为三类，即静电特性分析、油流起电模拟和变压器实测试验。但迄今为止仍没有统一的标准方法及计算模型，还需进行进一步的分析研究。
6. 油质的其它指标
6.1高绝缘强度。超高压变压器油应具有更好的电气性能，即更高的击穿电压和更低的介质损耗因数。
6.2总含气量及氧气含量。通过油中含气量的检测可以判断变压器本体及辅助设备的密封性，同时根据氧气含量的大小及所占的比例可以判断油质劣化情况、设备是否有故障并可粗略判断故障的严重程度。当变压器密封良好时，氧气含量是一定的，当氧气含量过度消耗时，变压器油就存在过度氧化问题。
6.3良好的流动性。要求具有更好的散热冷却性，尤其是运行温度高的换流变，低粘度更有利，可提供有效的冷却性和热传递性，低温启动性能和可过滤性能。
6.4良好的析气性能。变压器油在承受足以引起通过气液交界中的气体相放电的电场强度作用时，由变压器油吸收或放出气体的现象，叫变压器油的析气性。析气性好的油会表现出良好的吸气性，使油中含气量减少，从而减少因气体导致的油劣化；相反，如果析气性差的油，在一定条件下会放出气体，并产生X蜡，对变压器会带来危害。
6.5低酸值（中和值）。变压器油酸值的大小在一定程度上反映了油的精制深度和氧化的程度，在变压器运行中判断油是否能继续使用的一项重要指标，应较低。
6.6水分。变压器油中水分含量高会使变压器绝缘性能降低，加速油的老化，因此控制油中水分含量是油质监督的重要内容。
7. 实施油中溶解气体在线监测，建立故障诊断专家系统
利用气相色谱法测定变压器油中溶解气体的含量，并利用其特征气体含量判断变压器内部的潜伏性故障，据此监视变压器的运行状况，对设备的安全运行发挥了非常重要的作用。但是传统的色谱分析方法由于从取样到最后分析时间长，中间环节多，作业程序复杂，故容易产生误差，同时受实验周期的限制，变压器在两次试验间隔内不能得到有效监测，难以及时捕捉到变压器故障发展初期的预警信号，当故障发生后进行色谱分析，也会因无法迅速得到分析结果而拖延处理故障的时间，为解决传统色谱分析技术的弊端，对超高压变压器应采取更加完备的监测手段。根据国内外资料表明，实施油中溶解气体在线检测是发现和控制突发性故障的一个很好手段。近几年来，国内外油中溶解气体在线检测技术发展迅速，检测可靠性、准确性越来越高，使该技术在超高压变压器上的应用具备了条件。
同时我们也应看到，变压器发生故障的部位多，原因复杂，单一的色谱检测手段无法避免自身方法的不足，易出现判断盲区，且最终的判断结果仅只能给出故障性质，而不能实现故障定位，对维修策略的制订缺乏指导意义，因此如果能通过在线检测装置连续、实时的分析，并将油中溶解气体分析数据和电气试验数据、人工智能与专家诊断、理论计算与经验分析结合起来，建立起超高压变压器故障监测与诊断的专家系统，对变压器故障进行自动诊断，就可以极大提高诊断的效率和准确性，从而减少变压器的事故，保障设备的安全运行。
8. 结语
为了保证超高压变压器安全、稳定运行，油质监督应从防止油质劣化，延长油质使用寿命着手；同时采用在线检测及诊断技术，及时发现和控制变压器潜伏性或突发性故障，并进行故障定位；开展油中金属微量元素分析、糠醛含量分析及油流带电分析研究，更大地发挥油质监督的作用。
参考文献
[1] 孙坚明等.电力用油（气）[M]. 西安电力热工研究院，1996
[2] DL/T722-2000 变压器油中溶解气体分析和判断导则
[3] 方琼，朱晓辉.电力变压器在线检测技术的应用及前景探讨[J]. 天津电力技术，2004，34（1）：3-6
[4] 周刚等. 大型变压器中油流带电现象及抑制对策[J].山东电力技术，2003，（2）：46-48
[5] 錢艺华等.绝缘油中金属污染检测及危害性分析[J].江西电力，2006，（4）：4-6
[6] 涂愈明等. 超高压变压器油流静电带电问题的研究现状[J]. 变压器，1997，34（6）：1-8
[7] 于敏潮等. 变压器油中颗粒度对变压器绝缘强度的影响[J]. 变压器，2000，3（12）：26-30
[8] 凌愍. 变压器用油的析气性[J].电力设备，2005，6（1）：12-15
作者简介：朱珠玛（1988-），女，汉族，四川巴中人，本科，国网四川省电力公司检修公司，研究方向：电力用油。
关键词：超高压；变压器；油质；监督
Supervisal of UHV VoltageTransformer Oiliness
Abstract：Oiliness supervisal is very important to ensure large transformer operate safely， stably and find malfunctions in time. Considering the characteristic and new questions appeared in recent years， The supervisal items of UHV voltage Transformer Oiliness were introduced.
Keywords：UHV voltage Transformer Oiliness Supervisal
超高压变压器是超高压工程的关键设备之一，由于其电压高，容量大，安全可靠性要求高，所以对于其液体绝缘介质——变压器油的性能及油质监控也提出了更高的要求。超高压变压器油不仅要有良好的抗氧化性、抗析气性能、低温流动性，还要有更高的绝缘性和清洁度，在油质的监督方面，更应针对近年来出现的热点、难点问题，采用新技术、新方法进行全面的监督和预防，防止因油质问题引起变压器的事故。
1. 颗粒度的监督
随着变压器容量的不断增加，设备各部位的绝缘距离逐渐减小，绝缘裕度越来越小。油中固体颗粒会降低油的击穿电压，导致油介质损耗因素的增加和电阻率的下降，从而影响变压器的绝缘性能，尤其是对于直流变压器，由于是在直流状态下运行，不清洁的油在电场的作用下，杂质和导电微粒作定向运动容易产生搭桥、放电，造成设备运行不正常，所以对油的洁净度要求更高。国内外均有关于油颗粒度高而造成变压器故障的报道，如在法国1980～1990年间发生的10起变压器故障就被认为是变压器油中颗粒度过高造成的。国外许多大变压器厂家对颗粒度均提出了较严格的要求，如日本三菱公司要求100mL变压器油中大于5μm 的颗粒个数不超过3000个；一些欧洲国家制造厂要求100mL变压器油中大于5μm 的颗粒个数不超过2000个，我国目前也正在制订相关的标准。对于直流变，我国要求油中洁净度要达到NAS1638 的1级标准。
2. 微量金属元素的分析
近年来变压器油由于受到金属杂质的污染导致变压器出现绝缘异常的问题日益增多，油中金属元素污染问题也日益受到人们的关注。变压器油中金属含量升高会引起油介质损耗因素tgδ值升高，绕组匝间绝缘下降、夹件绝缘电阻下降甚至闪络等故障，还会引起油流带电及由其产生的静电放电。变压器油在生产、安装、检修过程中可能会带入金属杂质，在运行过程中由于氧化及铜铁等金属材料的催化作用也可能使金属杂质含量增加，特别是运行过程中当变当压器出现某些故障时，如潜油泵泵体或叶轮的磨损，某些部位的放电、过热熔化或腐蚀等，更会使油中金属杂质迅速增多。采用电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收分光光度法、油料发射光谱法等可以检测油中金属含量。
开展变压器油中金属元素的分析，有助于变压器的故障分析判断及处理，因此有必要从变压器投运开始进行定期试验，跟踪分析油中金属在运行中的变化情况，建立历史分析数据档案，并结合电气试验、色谱分析数据及历史运行情况进行综合分析，以便及时发现问题，消除隐患，预防事故。
3. 糠醛含量监测与固体绝缘监督
变压器绝缘强度下降的后果严重，强电场会使固体绝缘材料（绝缘纸）的机械强度受损并引发匝间短路故障。运行中的绝缘纸受温度、水分、有机酸、杂质等的影响，不可逆地逐渐老化裂解产生小分子劣化产物，其中的主要特征产物为糠醛（C5H4O2），在油中有很好的稳定性和好的累积效果，利用高效液相色谱法可准确地检测出其含量。
国内外广泛的研究表明，绝缘纸的拉伸强度和绝缘纸的聚合度存在线性关系，变压器油中糠醛浓度对数值与聚合度负线性相关，通过检测油中糠醛浓度就可以估算出绝缘纸的聚合度，所以油中糠醛浓度可作为变压器绝缘老化，特别是绝缘纸老化的重要指标。变压器油中含有高浓度的糠醛常预示绝缘纸的机械强度已降至很低，此时变压器发生故障的危险性相当大，短期内（几个月）糠醛浓度的显著变化也表明变压器内部存在隐患并引发故障的概率相当大。故从新变压器投运前开始，定期监测油中糠醛浓度，作为变压器的基本试验数据存档，并进行分析，可以掌握变压器固体绝缘材料的状况。
4. 抗氧化性与抗氧化剂含量的监测
变压器油在一定条件下，抵抗氧化作用的能力称为抗氧化性能。变压器油在运行过程中，因受溶解在油中氧气、温度、电场、电弧及水分、杂质和铜、铁等金属催化剂的作用，发生氧化、裂解等化学反应，会不断变质，产生大量的氧化产物，这些氧化产物将对变压器造成致命的影响，因此变压器油的抗氧化性能是一项很重要的指标，尤其是对于超高压换流变压器，由于其特殊的运行条件，运行时油温比交流变压器高10～20℃，因此對油的抗氧化性能要求更高。目前，国内外用于评价变压器油抗氧化性能的方法主要有IEC61125A、IEC61125B（GB/T12580）、IEC61125C、ASTM D2440（SH/T0206）DIN51554（Baader法）等，这些方法最少的也需要进行164h氧化，最长的DIN51554法需要进行28天氧化，由于检测时间长、步骤繁琐，一般只能作为变压器油生产厂家出厂性能试验方法，而不适合用于用户进行新油验收及运行监督。为了快速检测变压器油抗氧化性能，并进行定期监督，可采用旋转氧弹法（ASTM D2112或SH/T093）。 为了提高油品的抗氧化性能，人们往往在油中添加一定量的抗氧化剂，对同一油品来说，抗氧化剂含量越高，油的抗氧化性能越好，但是过量的抗氧化剂会降低油的析气性，甚至降低脉冲击穿电压和相容性，因此IEC及ASTM标准都规定了新油的最高添加量，即分别为≯0.4%和≯0.3%，我国也可参照这两个标准，以防止过量添加而降低油的绝缘性能。变压器在运行过程中，抗氧化剂含量会因运行老化消耗或各种原因的滤油而损失减少，因此也应进行定期检测，及时补加，防止油的劣化。采用红外光谱法（ASTM D2668）或液相色谱法（DL/T704），可快速、准确地检测油中抗氧化剂的含量。
5. 油流带电问题
近年来超高压变压器运行中的油流带电问题日益突出，已引起广泛关注。东北电科院等曾对40台500kV变压器进行油流带电测试，结果发现有6台存在油流带电现象。
油流带电现象取决于液体和固体各自的物理特性。这是因为油中通常存在数量相等的正负离子，因而在电气上呈中性。在变压器运行中，负离子被大量吸附在绝缘纸表面，正离子则分布在油中。这样在两种介质的交界面上产生了双重电荷，即固体侧带一种电荷，液体侧带异种电荷。油流带电使变压器各部件积累了一定的电荷，从而建立了一个直流电场，当该电场超过油的击穿强度时，便发生局部放电或沿面放电，这两种放电发展会进一步促使油的劣化，又使放电加强，并在绝缘表面形成碳痕，使变压器绝缘性能大大降低，并会导致绝缘事故。
影响油流带电的因素主要有：油流流速、油稳、固体绝缘材料的表面平整度、变压器油本身的带电倾向以及油中水分含量、颗粒、金属离子等。
为了监测或研究变压器油流带电现象，各国相继开发了各种测定油流带电的仪器，并提出了各自的油流带电计算模型。现有的测试手段基本可划分为三类，即静电特性分析、油流起电模拟和变压器实测试验。但迄今为止仍没有统一的标准方法及计算模型，还需进行进一步的分析研究。
6. 油质的其它指标
6.1高绝缘强度。超高压变压器油应具有更好的电气性能，即更高的击穿电压和更低的介质损耗因数。
6.2总含气量及氧气含量。通过油中含气量的检测可以判断变压器本体及辅助设备的密封性，同时根据氧气含量的大小及所占的比例可以判断油质劣化情况、设备是否有故障并可粗略判断故障的严重程度。当变压器密封良好时，氧气含量是一定的，当氧气含量过度消耗时，变压器油就存在过度氧化问题。
6.3良好的流动性。要求具有更好的散热冷却性，尤其是运行温度高的换流变，低粘度更有利，可提供有效的冷却性和热传递性，低温启动性能和可过滤性能。
6.4良好的析气性能。变压器油在承受足以引起通过气液交界中的气体相放电的电场强度作用时，由变压器油吸收或放出气体的现象，叫变压器油的析气性。析气性好的油会表现出良好的吸气性，使油中含气量减少，从而减少因气体导致的油劣化；相反，如果析气性差的油，在一定条件下会放出气体，并产生X蜡，对变压器会带来危害。
6.5低酸值（中和值）。变压器油酸值的大小在一定程度上反映了油的精制深度和氧化的程度，在变压器运行中判断油是否能继续使用的一项重要指标，应较低。
6.6水分。变压器油中水分含量高会使变压器绝缘性能降低，加速油的老化，因此控制油中水分含量是油质监督的重要内容。
7. 实施油中溶解气体在线监测，建立故障诊断专家系统
利用气相色谱法测定变压器油中溶解气体的含量，并利用其特征气体含量判断变压器内部的潜伏性故障，据此监视变压器的运行状况，对设备的安全运行发挥了非常重要的作用。但是传统的色谱分析方法由于从取样到最后分析时间长，中间环节多，作业程序复杂，故容易产生误差，同时受实验周期的限制，变压器在两次试验间隔内不能得到有效监测，难以及时捕捉到变压器故障发展初期的预警信号，当故障发生后进行色谱分析，也会因无法迅速得到分析结果而拖延处理故障的时间，为解决传统色谱分析技术的弊端，对超高压变压器应采取更加完备的监测手段。根据国内外资料表明，实施油中溶解气体在线检测是发现和控制突发性故障的一个很好手段。近几年来，国内外油中溶解气体在线检测技术发展迅速，检测可靠性、准确性越来越高，使该技术在超高压变压器上的应用具备了条件。
同时我们也应看到，变压器发生故障的部位多，原因复杂，单一的色谱检测手段无法避免自身方法的不足，易出现判断盲区，且最终的判断结果仅只能给出故障性质，而不能实现故障定位，对维修策略的制订缺乏指导意义，因此如果能通过在线检测装置连续、实时的分析，并将油中溶解气体分析数据和电气试验数据、人工智能与专家诊断、理论计算与经验分析结合起来，建立起超高压变压器故障监测与诊断的专家系统，对变压器故障进行自动诊断，就可以极大提高诊断的效率和准确性，从而减少变压器的事故，保障设备的安全运行。
8. 结语
为了保证超高压变压器安全、稳定运行，油质监督应从防止油质劣化，延长油质使用寿命着手；同时采用在线检测及诊断技术，及时发现和控制变压器潜伏性或突发性故障，并进行故障定位；开展油中金属微量元素分析、糠醛含量分析及油流带电分析研究，更大地发挥油质监督的作用。
参考文献
[1] 孙坚明等.电力用油（气）[M]. 西安电力热工研究院，1996
[2] DL/T722-2000 变压器油中溶解气体分析和判断导则
[3] 方琼，朱晓辉.电力变压器在线检测技术的应用及前景探讨[J]. 天津电力技术，2004，34（1）：3-6
[4] 周刚等. 大型变压器中油流带电现象及抑制对策[J].山东电力技术，2003，（2）：46-48
[5] 錢艺华等.绝缘油中金属污染检测及危害性分析[J].江西电力，2006，（4）：4-6
[6] 涂愈明等. 超高压变压器油流静电带电问题的研究现状[J]. 变压器，1997，34（6）：1-8
[7] 于敏潮等. 变压器油中颗粒度对变压器绝缘强度的影响[J]. 变压器，2000，3（12）：26-30
[8] 凌愍. 变压器用油的析气性[J].电力设备，2005，6（1）：12-15
作者简介：朱珠玛（1988-），女，汉族，四川巴中人，本科，国网四川省电力公司检修公司，研究方向：电力用油。