绝缘油介质损耗,是指在交变电场作用下,绝缘油因电导和介质极化滞后效应而导致的电能损耗,通常用损耗因数(tanδ)来表示,即介质损耗角的正切值。对于纯净、干燥的新油,其tanδ值非常小。然而,在运行过程中,油品会逐渐氧化生成有机酸、醇、醛等极性物质,也会吸收水分,还可能混入纤维、金属微粒等杂质。这些因素会导致油的电导率增加,偶极极化加剧,从而使tanδ显著增大。因此,tanδ是一个能灵敏、综合地反映绝缘油电气性能老化程度的指标,也是评价其绝缘性能的重要依据之一。
介质损耗因数(tanδ)的测量通常基于交流电桥法原理,主流标准(如GB/T 5654, IEC 60247)也主要规定了电桥法。
西林电桥法原理:这是一种经典且高精度的测量方法。仪器内部集成了一台精密交流高压西林电桥或与其等效的数字化自动平衡电桥。将被试油样注入专用测试油杯,油杯构成标准电容器(Cx,其介质为被试油)。在电桥线路中,通过调节可调电阻(R3)和电容(C4)等桥臂,使电桥达到平衡(指零仪指示为零或最小)。在平衡状态下,可以根据桥臂参数计算出油样的电容值Cx及其介质损耗因数tanδ。
自动测量技术:现代测试仪在保持测量原理核心的基础上,普遍采用数字化技术。由内置微处理器控制的电路自动完成施加试验电压(通常为2kV工频或特定频率)、寻找电桥平衡点、采集桥臂参数、实时计算并显示tanδ值和电容值,并自动进行温度补偿等。这大大简化了操作,降低了对人员专业水平的依赖,也提高了测量的一致性和效率。
测量条件:测量通常在规定的恒定温度下进行(常用的是90°C,有时也参考70°C或其它温度),因为在不同温度下,油中水分、杂质和老化产物的影响程度不同,温度的统一是保证测量结果可比性的关键。因此,高精度恒温油杯是仪器的核心部件之一。
一套功能完善的绝缘油介质损耗测试仪通常包括以下关键部分:
高压源与电桥单元:产生0至设定值(如0-2000V)连续可调的工频高压,并集成高精度数字化电桥测量电路,实现信号的施加、采集与处理。
恒温测试油杯系统:
油杯本体:采用三电极结构(高压电极、测量电极、保护电极)以消除边缘效应影响,通常由不锈钢等惰性材料制成,保证清洗方便。
加热与温控单元:采用内置或外置的精密加热器和Pt100等温度传感器,配合PID温控算法,确保油杯内油样温度能快速、稳定地达到设定值(如90°C),并保持足够长的恒温时间。
控制与数据处理单元:核心为微处理器,负责运行自动测量程序、控制升压、平衡电桥、采集数据、计算最终结果、管理温度控制逻辑,并具备自检和故障诊断功能。
人机交互与显示单元:大尺寸液晶显示屏,实时显示测试电压、当前温度、tanδ值、电容值、测试时间等全部关键信息,并引导用户完成操作。
辅助部件:包括与油杯匹配的专用连接线、油杯盖、测试报告打印机(部分机型集成)以及仪器保护箱等。
该仪器是电力公司、大型工矿企业、科研院所油化试验室的核心设备之一,应用广泛:
新油验收:检测新购入绝缘油的tanδ,确保其初始性能符合标准。
运行油定期监督试验:根据规程(通常1-3年)对运行中的变压器油进行取样检测,跟踪其tanδ的变化趋势,评估其老化状况。
故障诊断与检修辅助:当设备发生异常或进行大修后,通过检测tanδ来分析油质变化是否为影响因素之一。
油品净化或再生后效果评估:评估滤油、脱水或再生处理后,油品电气性能的恢复情况。
标准试验流程:
取样与准备:严格按照标准方法,使用清洁、干燥的专用取样瓶从设备中采取代表性油样。样品在试验室静置,使气泡逸出。
油杯清洗与干燥:这是获得准确数据的关键前提。用适当溶剂清洗油杯,再用电热恒温干燥箱烘干。
注油与安装:将油样缓慢注入已清洗干燥的油杯中,确保无气泡。旋紧油杯盖,并正确连接至仪器。
参数设置与试验:开启仪器,设定试验温度(如90°C)和试验电压。启动测试程序,仪器自动加热、恒温、加压并完成测量。
读取与记录:待测试完成后,记录屏幕上稳定显示的tanδ值和电容值。必要时,记录试验时的温度、湿度等环境参数。
结果分析与判断:将测量值与规程标准、历史数据、设备其它试验结果进行比对,综合判断油质状况及对设备绝缘的影响。
在选择适用的介质损耗测试仪时,以下几点可以作为参考依据:
测量准确度与范围:仪器tanδ的测量准确度(如±(读数×1% + 0.0001))和量程范围是否满足标准要求。
温度控制精度与稳定性:恒温油杯的温度控制精度(如±0.5°C以内)和均匀性,这是保证测量重复性和可比性的核心。
自动化与易用性:测量过程是否全自动,操作界面是否友好,是否支持数据存储和导出功能,便于建立油品档案。
安全性与可靠性:高压输出是否具有过压、过流、短路等多重保护,仪器接地是否可靠,整体结构是否稳固。
符合标准:仪器设计是否符合国家及国际相关标准(如GB/T 5654)的要求。
武汉特高压电力科技有限公司关注电力设备绝缘系统的精细化诊断。绝缘油介质损耗测试仪作为深入洞察液体绝缘微观电特性的精密工具,其价值在于将油品的复杂老化过程,凝练为一个直观、量化的电气指标。通过持续监测这一指标的变化,电力试验人员能够更早地发现潜在隐患,科学地评估设备绝缘健康状况,为制定精准的维护策略提供坚实的实验依据,从而服务于电网资产的长周期安全稳定运行。


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