摘要：對(duì)兩個(gè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的絕緣油擊穿電壓的測(cè)量方法進(jìn)行了比較，分析了這些標(biāo)準(zhǔn)目前的執(zhí)行現(xiàn)狀，提出了改進(jìn)試驗(yàn)方法的建議。從絕緣油的擊穿機(jī)理出發(fā)，分析了影響絕緣油擊穿電壓測(cè)量準(zhǔn)確度的主要因素，以及判斷擊穿電壓測(cè)量準(zhǔn)確度和精確度的原則。關(guān)鍵詞：絕緣油；擊穿電壓；目前，國(guó)內(nèi)電力行業(yè)對(duì)絕緣油擊穿電壓的測(cè)試采用了幾種不同的方法和標(biāo)準(zhǔn)。這些方法之間存在明顯的差異，從而導(dǎo)致不同的測(cè)量結(jié)果。不同部門(mén)對(duì)方法和標(biāo)準(zhǔn)的理解和認(rèn)識(shí)不統(tǒng)一，對(duì)結(jié)果的解釋也不盡相同。本文擬就測(cè)定方法的統(tǒng)一和結(jié)果的分析判斷進(jìn)行探討。1試驗(yàn)方法1.1標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比目前，測(cè)試絕緣油擊穿電壓常用的標(biāo)準(zhǔn)有GB/T507—1986 《電氣用油絕緣強(qiáng)度測(cè)定法》和DL/T429—1991 《電力系統(tǒng)油質(zhì)試驗(yàn)方法》，其中GB/T507—1986主要參照IEC156 《絕緣油電氣強(qiáng)度測(cè)定方法》制定，與IEC156差別不大。GB/T507—1986和DL/T429—1991的試驗(yàn)方法差異較大(前者簡(jiǎn)稱(chēng)為“方法1”，后者簡(jiǎn)稱(chēng)為“方法2”)。主要有兩個(gè)區(qū)別：一是電極形狀不同；方法1的電極形狀為球形和球冠形，而方法2的電極形狀為平倒角；第二，油杯容量的測(cè)量不同。方法1規(guī)定油杯容量為300~500 mL，方法2規(guī)定油杯容量不得小于200mL(DL/T429—1991附錄對(duì)小電極、小油杯、小間隙有其他試驗(yàn)方法)。DL/T429—1991中有一條注釋?zhuān)骸敖?jīng)過(guò)濾、脫氣、干燥后的油和電壓高于220 k V的電氣設(shè)備，應(yīng)按GB507 《電氣用油絕緣強(qiáng)度測(cè)定法》用球冠電極進(jìn)行試驗(yàn)?！睖y(cè)量干式變壓器油質(zhì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中明確規(guī)定了這兩種方法的應(yīng)用：GB/T 2536—1990 《干式變壓器油》和SH0040—1991 《超高壓干式變壓器油》規(guī)定采用第一種方法測(cè)量擊穿電壓；GB/T 7595—2000《運(yùn)行中干式變壓器油的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，擊穿電壓應(yīng)采用方法一或方法二測(cè)量。GB/T 50150—1991 《電氣設(shè)備安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定絕緣油的電氣強(qiáng)度試驗(yàn)采用方法1，但試驗(yàn)電極采用平倒角電極。1.2.1現(xiàn)狀據(jù)筆者調(diào)查，目前國(guó)內(nèi)電力行業(yè)，尤其是供電系統(tǒng)和安裝系統(tǒng)，大多采用方法2來(lái)測(cè)試絕緣油的擊穿電壓，即采用平倒角電極和小油杯進(jìn)行測(cè)試，但忽略了DL/T429—1991中的注意事項(xiàng)，從任何狀態(tài)和電壓等級(jí)的電氣設(shè)備上采集的油樣均采用方法2進(jìn)行測(cè)試。1.2.2原因分析基本上用第二種方法測(cè)試電力系統(tǒng)中絕緣油的擊穿電壓。這種情況有歷史原因，也有第一種方法油耗大的原因。多年來(lái)，各石油部門(mén)一直采用第二種方法測(cè)試擊穿電壓，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備(如電極和油杯)以適應(yīng)第二種方法。為了嚴(yán)格執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)不同的油樣隨時(shí)更換油杯和電極，檢測(cè)設(shè)備必須更新改造，給檢測(cè)人員增加了很多麻煩。在大多數(shù)情況下，測(cè)試人員使用一個(gè)電極和一個(gè)油杯來(lái)測(cè)試所有油樣。如果測(cè)試結(jié)果能滿足不同等級(jí)絕緣油的擊穿電壓標(biāo)準(zhǔn)，這也是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，不會(huì)有異議。但是，如果測(cè)量值介于合格和不合格之間，就會(huì)出現(xiàn)麻煩。比如需要測(cè)量一臺(tái)500kV干式變壓器油在運(yùn)行中的擊穿電壓，使用平倒角電極，小油杯，配套升壓設(shè)備等測(cè)試設(shè)備。電極間距為2.5 mm，測(cè)得結(jié)果為46 k V，明顯不符合GB/T 7595—2000擊穿電壓不低于50 K V的要求，但此時(shí)不能判定此油樣不合格，因?yàn)楦鶕?jù)DL/T429—1991中的注釋?zhuān)妷焊哂?20 kV的電氣設(shè)備的油擊穿電壓試驗(yàn)應(yīng)按方法1進(jìn)行。來(lái)判斷這個(gè)油樣

有的單位采用散裝油深化處理的手段，仍然使用平倒角電極，直到測(cè)量值合格。這使得絕緣油的絕緣更加可靠，但卻增加了加工成本，極不經(jīng)濟(jì)。平倒角電極、球形電極和球冠電極測(cè)得的擊穿電壓值存在顯著差異。在GB/T 7959—2000附錄B中，比較了三種電極測(cè)量的擊穿電壓值：球形電極比平倒角電極高6 KV左右；球冠電極比平倒角電極高3 ~ 6 K V。當(dāng)油的擊穿電壓低于30 k V時(shí)，球形和平面倒角電極的測(cè)量值基本相同。然而，這只是一個(gè)統(tǒng)計(jì)規(guī)則。不可能簡(jiǎn)單地在平倒角電極測(cè)得的擊穿電壓值上加3 ~ 6千伏，對(duì)單個(gè)油樣來(lái)說(shuō)可能差別很大，也可能很小。方法一是耗油量大，需要從電氣設(shè)備上多次取樣。對(duì)于油量較少的電氣設(shè)備，如變壓器、電抗器、開(kāi)關(guān)等油量較少的設(shè)備，必須在多次取樣后進(jìn)行補(bǔ)油。所以很多單位都選擇了第二種方法，用小油杯測(cè)試。1.3檢驗(yàn)方法的改進(jìn)建議A)方法標(biāo)準(zhǔn)要向國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)靠攏。目前，IEC156的測(cè)試方法得到了世界上大多數(shù)國(guó)家的認(rèn)可，其普遍性和先進(jìn)性毋庸置疑。在標(biāo)準(zhǔn)化工作中，優(yōu)先采用先進(jìn)的、國(guó)際通行的標(biāo)準(zhǔn)制定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)是一個(gè)非常重要的原則。GB/T507-1986基本參照IEC156制定，要求基本一致。b)考慮到運(yùn)行中的電氣設(shè)備的油量略少，試驗(yàn)油杯的容量對(duì)試驗(yàn)結(jié)果影響不大，GB/T507—1986中油杯容量的限制可以放寬，如從300500ml放寬到200500ml。c)第一種方法比第二種方法更接近絕緣油的實(shí)際使用情況。充油電氣設(shè)備中的油隙擊穿是在場(chǎng)強(qiáng)相對(duì)較高且集中的區(qū)域，更類(lèi)似于球形或球冠形電極間隙，而不同于平倒角。

形電極間隙。2 影響試驗(yàn)結(jié)果的主要因素 嚴(yán)格地講，不含水分、灰塵和纖維等雜質(zhì)的純凈油，擊穿起始于個(gè)別油分子在電場(chǎng)中的極化、電離，其化學(xué)組成對(duì)擊穿電壓影響不大，不同牌號(hào)和產(chǎn)地的絕緣油應(yīng)該具有大致相同的擊穿電壓，并且同一試樣平行試驗(yàn)結(jié)果的分散性也不大，擊穿電壓值能達(dá)到200 k V以上（電極距離2．5 mm）。但實(shí)際應(yīng)用中的油和“純凈油”有極大的不同，用目前世界上較先進(jìn)的凈化設(shè)備多次處理后的絕緣油，其含水量也往往大于2 mg／kg，每100 mL油中長(zhǎng)度大于5μm的雜質(zhì)顆粒不少于數(shù)千個(gè)；另外在取樣測(cè)定過(guò)程中油樣也不可避免地與周?chē)髿饨佑|，大氣中的水分、飄塵會(huì)不可避免地混入油中。這些油中的雜質(zhì)和溶解于油并與油分子緊密結(jié)合的水分子，在純凈的油分子遠(yuǎn)未在電極之間極化和電離之前，就沿電場(chǎng)強(qiáng)度方向排列、聚集，進(jìn)而電離形成微小通路，即所謂“小橋”，小通路連接貫穿兩極，導(dǎo)致油迅速擊穿。油中雜質(zhì)越多，越易形成小橋，擊穿電壓越低。測(cè)定絕緣油的擊穿電壓，實(shí)際上是在衡量絕緣油中雜質(zhì)含量的多少，即判斷絕緣油被污染的程度。 油的擊穿過(guò)程實(shí)際上是隨機(jī)的，與油隙電場(chǎng)的瞬間狀態(tài)密切相關(guān)。油中雜質(zhì)分布的不均勻性和雜質(zhì)顆粒的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致油隙間雜質(zhì)顆粒的分布隨時(shí)間改變而不同，因此小橋在電場(chǎng)中的位置是不可預(yù)知的。尤其是對(duì)于平板倒角形電極而言，相對(duì)均勻的電場(chǎng)比球形和球蓋形電極所形成的同等強(qiáng)度的電場(chǎng)所占的空間體積要大得多，小橋形成的位置更加不可預(yù)知，形成的概率也要大得多。這也是平板倒角形電極測(cè)定油的擊穿電壓值比另兩種電極的測(cè)定值低的根本原因。 由以上擊穿機(jī)理的分析，我們可以得知油隙的擊穿雖然是短暫的一瞬間，其過(guò)程卻是復(fù)雜的，即使是一杯試樣，在多次擊穿試驗(yàn)中的測(cè)得值也是分散性很大的，各種試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定取6次試驗(yàn)的平均值作為試驗(yàn)結(jié)果，這種規(guī)定在一般的測(cè)試中是不多見(jiàn)的。把一些顯而易見(jiàn)的影響因素作人為的嚴(yán)格規(guī)定，使這些因素對(duì)結(jié)果的影響維持在一個(gè)恒定的水平是十分必要的。2．1 試驗(yàn)儀器的影響 試驗(yàn)儀器包括升壓裝置（手動(dòng)或自動(dòng)）、油杯和電極、攪拌裝置（手動(dòng)或自動(dòng)）、數(shù)據(jù)輸出裝置（模擬儀表或數(shù)顯打印機(jī)）、計(jì)時(shí)裝置等，每一部分的異常都會(huì)使測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生誤差，全自動(dòng)的儀器較好，在測(cè)定過(guò)程中基本上消除了人為因素的影響。2．1．1 升壓裝置 升壓裝置的輸出電壓波形是否近似正弦波，輸出電壓是否與輸出顯示一致，對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性有很大影響，不同的測(cè)試儀器，其升壓裝置的性能必須確保符合標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。升壓裝置的此項(xiàng)性能應(yīng)由生產(chǎn)廠家在儀器的設(shè)計(jì)生產(chǎn)中予以保證，用戶可在選購(gòu)儀器時(shí)向生產(chǎn)廠家索要升壓裝置輸出電壓頻譜分析和輸出電壓峰值的檢測(cè)報(bào)告。2．1．2 油杯和電極 電極的形狀不同，電極周?chē)臻g的電場(chǎng)也截然不同，平板倒角形電極之間的電場(chǎng)可以大致看成是均勻電場(chǎng)，而球形和球蓋形電極之間的電場(chǎng)為不均勻電場(chǎng)，絕緣油在不同電場(chǎng)中的表現(xiàn)也完全不同。油杯的容量大小、電極浸入絕緣油的深淺都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)影響，為此相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中都有明確的規(guī)定。實(shí)踐表明，電極的加工和裝配水平、油杯的形狀和材料等不同都會(huì)給測(cè)定結(jié)果帶來(lái)明顯的差異。2．2 環(huán)境的影響 大氣中的飄塵和水氣不可避免地要混入待測(cè)油樣中，從而使測(cè)定值偏低，因此標(biāo)準(zhǔn)中有油杯加防塵蓋和盡快完成測(cè)定的提法，有條件的話，應(yīng)盡可能在有空調(diào)的潔凈、干燥的試驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，尤其是在我國(guó)南方潮濕多雨的季節(jié)和北方沙塵較大的季節(jié)，防止環(huán)境條件對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。3 對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析判斷3．1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分散性 一個(gè)絕緣油油樣6次擊穿電壓試驗(yàn)的測(cè)定值，其分散性是較大的，根本原因在于擊穿瞬間兩個(gè)電極之間的電場(chǎng)分布狀態(tài)和絕緣油中所含雜質(zhì)的分布狀態(tài)都是隨機(jī)的。數(shù)據(jù)處理中，不論6個(gè)數(shù)據(jù)分散性有多大統(tǒng)統(tǒng)進(jìn)行平均，或者按照數(shù)處理原則舍棄離散值再進(jìn)行平均，都不十分合適。筆者認(rèn)為，有些儀器使用說(shuō)明中建議當(dāng)6個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差s≥10kV（電極距離2．5 mm）時(shí)重新取樣測(cè)定，這一提法值得推薦。較準(zhǔn)確地說(shuō)，我們測(cè)得的擊穿電壓值只是說(shuō)明該絕緣油在平均值附近發(fā)生電擊穿的概率較大，偏離此點(diǎn)較多的過(guò)高值和過(guò)低值出現(xiàn)電擊穿的概率較低，并不是說(shuō)該絕緣油在此點(diǎn)一定被擊穿。選擇擊穿電壓值較集中的范圍，取不少于6個(gè)測(cè)定值的平均值作為測(cè)定結(jié)果是較為合理的，這樣更能較真實(shí)地反映絕緣油的平均被污染水平。3．2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性 得到準(zhǔn)確可靠的絕緣油擊穿電壓值，是擊穿電壓試驗(yàn)的較終目的。若對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生懷疑，建議用下述辦法處理： a）檢驗(yàn)升壓裝置輸出電壓波形和幅值。此項(xiàng)工作一般生產(chǎn)廠家都已做了，在正常使用中發(fā)生變化的可能性不大，在使用中若沒(méi)有發(fā)生明顯的損壞，由此引起的誤差可能性很小。 b）在測(cè)得值介于合格與不合格之間時(shí)，采用對(duì)比試驗(yàn)的方法，驗(yàn)證油杯和電極對(duì)結(jié)果的影響，即同時(shí)在不同的試驗(yàn)室，用不同的電極和油杯測(cè)定同一油樣，在確保兩對(duì)電極間距離都是（2．5±0．1）mm的前提下，測(cè)定值較高的應(yīng)更接近于真值。這是因?yàn)橹挥须姌O間距離過(guò)大才會(huì)使絕緣油的擊穿電壓測(cè)定值的誤差為正誤差，其余各種影響因素，包括電極形狀、加工精度和表面狀態(tài)，油杯的材料、形狀等，都會(huì)使測(cè)定值出現(xiàn)負(fù)誤差，即測(cè)得結(jié)果小于真值。4 結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，由于影響擊穿電壓測(cè)定的因素較為復(fù)雜，人為作一些嚴(yán)格的規(guī)定，統(tǒng)一測(cè)定方法，繼這樣將可以大大提高我國(guó)絕緣油擊穿電壓測(cè)定的技術(shù)水平。

參考文獻(xiàn)：

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