油液檢測與分析

     油液檢測與分析是用于確定與電力設備絕緣系統或潤滑系統有關設備狀態的檢測技術，通常包括三個方面：油液狀態、油液系統狀態和設備自身狀態。通過絕緣油油質分析、油中溶解氣體分析、糠醛、抗氧化劑含量等分析可以對充油類高壓電力設備絕緣狀態及運行狀況得以充分了解；而通過對潤滑油中的磨粒分析，可定性和定量評價轉動設備的磨損，早期發現潛在的設備故障。通過定期油液檢測與分析還可發現和糾正不合理的維修和運行習慣。

l 絕緣油檢測

當今的大型高壓/特高壓電力設備(如變壓器、電抗器等)內部仍多采用傳統的油紙絕緣系統，由于變壓器油品質純凈，并具有非極性分子結構和良好的絕緣性能，所以在變壓器中主要起到絕緣、冷卻和消滅電弧的重要作用，為確保充油類高壓電力設備的安全、可靠運行且降低維護成本，就必須通過一系列理化及電氣性能測試以保證變壓器絕緣油質量。

目前在用的變壓器油主要是礦物油，礦物油是石油餾分，而用于變壓器油的礦物油，大部分屬于環烷基油(naphthenic Oil)，環烷基油的特點是傾點較低、黏度指數較低。傾點低的好處是可以用于較低的溫度，黏度指數低，在溫度變化時，油的粘度變化較大。石蠟基油(Paraffinic Oil)也是礦物油的一種，但散熱性比環烷基油差。

邁射智能科技擁有逾四十年有關液體絕緣材料試驗及分析領域的經驗，無論是礦物油、硅油、植物油、難燃類碳氫化合物或Askarel，邁射智能科技均可提供所有測試的技術支持及相關指導。

變壓器油的絕緣強度及冷卻能力因其老化程度而有較大差異。其主要老化因素如下：

•  氧化：變壓器油氧化后生成諸如有機酸、酯、酚類化合物，并最終生成油泥。油泥不僅顯著降低絕緣油的絕緣強度，且直接影響變壓器的散熱能力。
•  污染：變壓器油受到污染后，其絕緣強度也會發生顯著變化。其中最常見的因素是水分。此外，游離的纖維素、金屬顆粒等均會使絕緣油發生劣化。
•  熱老化：負荷升高及/或環境溫度升高造成變壓器油溫生高將加速絕緣油的老化進程。

顏色和外觀

      對油的外觀檢驗采取目測法。純凈的變壓器油外觀為淡黃而略帶微藍色，清澈、透明、無可見懸浮物和機械雜質等任何異物；油中如存在彌散狀態水分時，將失去應有的透明度，顏色由黃變白；而當油中產生老化物時，隨老化程度不同，油色逐漸變深、變暗，逐漸失去透明，以致出現絮狀物和油泥。

擊穿電壓

       對變壓器油均勻施加電壓，當電壓達到某一值時，變壓器油遭受破壞而失去電阻、伴隨著電弧的產生而發生導電，該電壓值即為變壓器油的擊穿電壓。油的擊穿電壓是通過油的耐受電場能力反映油、特別是新油被污染情況和潔凈程度的一個試驗項目。

含水量(卡爾·費休法)

      水分影響絕緣油的老化速度和絕緣性能。邁射智能科技采用完全由計算機自動控制的卡爾·費休滴定計確定油中的水分含量。

酸值

       變壓器油中所含的酸性物質為無機酸和全部有機酸的總和。隨著變壓器運行時間的增長，變壓器油的酸值會逐漸升高，因而采用酸值判斷油的老化程度非常靈敏。

界面張力(鉑絲環測定法)

       變壓器油的界面張力指變壓器油與純水間界面所具有的張力。變壓器油所含極性物質(親水性物質)越少，油分子的極性越小，處于界面上的油分子和水分子間的作用力越小，因而界面張力越高。變壓器油受到極性物質污染后，界面張力顯著下降。而運行中的變壓器油隨著老化產物的不斷增加，界面張力會越來越低。由此可見，界面張力從極性物質含量高低的角度反映了油品的優劣和老化程度。

顆粒度

      絕緣油中存在的顆粒物有很多來源，設備本身可能含有從生產中帶來的顆粒物；絕緣油處理過程中沒有適當過濾而帶入的顆粒物；設備磨損、油以及絕緣材料老化都會在電力設備運行期間產生顆粒物；高于500℃的局部過熱也會形成碳化的顆粒物；這些懸浮顆粒物對絕緣油電氣絕緣強度的影響是隨顆粒總類(金屬、纖維以及油泥等)和水分的含量而定的。

閃點

      絕緣油由于放電而被擊穿或長期暴露在非常高的溫度下可能產生足夠多的低分子量的碳氫化合物，這些碳氫化合物造成了絕緣油閃點的下降。低的閃點表明絕緣油中存在揮發性可燃產物。這些可燃產物可能是由于溶劑污染形成的；但在某些情況下，是由于發生了強烈的火花放電而造成。

密度

       變壓器油密度指某一溫度下相同體積的油水重量比值。測定變壓器油的密度在生產實際中有重要意義，運行中控制變壓器油密度不得過高。如高于標準要求的0.895 g/cm³，則在極低溫度下運行或停放的充油設備中就有可能出現浮冰。因此，對于變壓器油來說，在不影響油的其他性質(如閃點)條件下，密度低一些為好。

油泥

      用于檢查運行油中尚處于溶解或膠體狀態下在加入正庚烷時，可以從油中沉析出來的油泥沉積物。由于油泥在新油和老化油中的溶解度不同，當老化油中滲入新油時，油泥便會沉析。油泥沉積會影響設備的散熱性能，還對固體絕緣材料和金屬造成嚴重的腐蝕，導致絕緣性能下降，危害性較大，因此以大于5%的比例混油時，必須進行油泥析出試驗。

介質損耗因數與體積電阻率

      由于變壓器油內存在少量自由電荷和極性分子，故在交變電場下，變壓器油不僅通過電容電流，也通過電導電流和極化電流，并消耗有功功率。該現象稱為變壓器油介質損耗，而介質損耗因數即用于衡量介質損耗大小的常用參數。介質損耗因數升高的油，會使變壓器油整體損耗增大、絕緣電阻下降，因此變壓器油的介質損耗因數是電力行業例行檢驗并加以控制的項目。

       變壓器油的體積電阻率同介質損耗因數一樣，可以判斷變壓器油的老化程度與污染程度。油中的水分、污染雜質和酸性產物均可影響電阻率的降低

油流帶電度

      屬于絕緣油特殊試驗項目，單位體積變壓器油所產生的電荷量稱為油流帶電度，以μC/m³或pC/m³表示。測試過程是通過測量靜電電流平均值和流量平均值求得油流帶電度。

氧化安定性

      變壓器油的氧化安定性試驗是評價其使用壽命的一種重要手段。通常只對新油進行此項目試驗，但對于不含抗氧化劑的油，除對新油進行試驗外，在運行若干年后也應進行此項試驗，以便采取適當的維護措施，延長使用壽命。

油中微生物

        在充油設備制造、安裝、檢修和油處理過程中，不可避免地會與空氣接觸而帶入微生物。此外，工作人員和使用的工具及安裝或更換的零部件，都有可能成為帶菌的來源。微生物對變壓器油介損的影響，通常歸因于微生物的膠體性質和表面上存在電荷。絕緣油的微生物含量及種類的分析和鑒別，為研究變壓器油在運行中介損的異常變化提供了一種可能的方法。

油中溶解氣體分析(DGA)

       油中溶解氣體分析(DGA)技術是目前國內外各大電力公司廣泛使用的充油式電力設備最為有效的油液診斷技術，因而在《電力設備預防性試驗規程》中對變壓器、互感器、套管、電力電纜等電氣設備均有有關的規定。絕緣油中溶解氣體分析是電力設備預防性維護方案中的重要測試項目。邁射智能科技可進行絕緣油中11種氣體DGA和總氣含量的檢測與分析：

1.   潛伏性故障早期報警；

2.   檢驗設備運行狀況；

3.   新設備、檢修設備投運檢驗；

4.   便于制定檢修計劃；

5.   確定在保修期內是否存在故障；

6.   為電力設備的可靠性檢修提供關鍵參考數據；

7.   確定是否需要進行其他測試及檢驗項目；

       變壓器在發生故障前，在電、熱效應作用下引起變壓器油和固體絕緣材料的裂解，從而產生氫及低分子量的烴類氣體以及一氧化碳、二氧化碳等，并大部分溶解于油中。通過油中氣體的定性分析可以判斷設備內部的故障類型，例如局部放電、火化放電、電弧、局部過熱等。邁射智能科技專門開發的脫氣技術可確保檢測油中含量低于0.1ppm的乙炔及其他故障氣體，整個檢測過程完全自動化以減少人為誤差。與傳統方法比較，采用先進的脫氣技術可獲得更好的重復性及精度。

       此外，邁射智能科技也開發了針對有載分接開關(LTC)以及充油斷路器(OCB)的相關油中溶解氣體檢測項目。由于這兩種設備在日常運行中均有電弧頻繁發生，因而其油中溶解故障氣體含量顯著高于變壓器。而且當有載分接開關及充油斷路器中存在故障時，則其中的故障氣體水平將進一步上升，因而DGA可有效用于充油開關設備的油液檢測應用。

抗氧化劑含量檢測

      抗氧化劑減緩了絕緣油被氧化的過程，因此也減緩了油泥和酸性物質的形成，很重要的一點在于必須明確有沒有以及哪類抗氧化劑被添加入絕緣油中，從而通過分析此抗氧化劑的含量來監測其在變壓器運行期間的消耗情況。DBPC (T501)是一種最常用的抗氧化劑，在絕緣油出廠品質證書中應陳述加入的抗化劑類型及含量。

腐蝕性硫及金屬鈍化劑含量檢測

      礦物質絕緣油中含有痕量各類硫化物，有些硫化物分子可作為有利的金屬鈍化劑。而其他硫化物分子則會導致不利于絕緣系統的化學反應，在試驗室中則可通過ASTM D-1275測試方法檢測出該類硫化物含量。過去通常的做法是用戶可拒絕驗收未通過該項檢測的絕緣油。但近幾年來確發現通過ASTM各類檢測的絕緣油也導致了變壓器及電抗器故障。

      當硫化物由于熱發生化學性質改變后，其結果是硫化物與設備內的各類金屬(如銅、銀)發生化學反應，生成各類具有電導性的硫化銅(一價、二價)產物，從而影響設備絕緣性能。同時產生的一價、二價銅離子也可進入繞組的紙絕緣，并與二價硫離子發生反應后生成導電物質。所有這些存在于纖維素類固體絕緣材料上的導電物質均可導致絕緣失效。邁射智能科技依照ASTM 1275A、1275B及CIGRE推薦方法進行腐蝕性硫檢測。

       確定了油中可能存在的腐蝕性硫后，則需要采取相關措施除去該類物質。添加鈍化劑可防止腐蝕性硫在導線劑紙絕緣上的沉積，但無法避免對絕緣系統已有的損壞。由于鈍化劑會隨使用時間的延長而逐漸減少，因而邁射智能科技也開發了相應的定量檢測方法以便隨時測定絕緣油中鈍化劑的含量以維持其在絕緣油中的正常水平。

絕緣油中糠醛含量檢測

       構成變壓器固體絕緣材料的絕緣紙及紙板，是由未經漂白的硫酸鹽纖維素經造紙而成。纖維素分子結構呈鏈狀，是由吡喃葡萄糖單體聚合而成。通常將纖維素分子鏈包含單體的平均數稱為聚合度(DP)。新牛皮紙的聚合度為1000-1300。絕緣紙(板)的機械強度與平均聚合度與纖維素相鄰分子鏈間的交聯有關。在熱、電等老化因素的共同作用下，纖維素分子鏈各單體間鏈接發生斷裂，而其聚合度也會下降。中度老化纖維素的聚合度約為500；聚合度低于250的絕緣紙(板)已嚴重老化；而聚合度低于150的纖維素則基本上已失去其原有機械強度。

       實驗室可采用ASTM D-4243測試方法可以測定絕緣紙(板)聚合度。但獲取紙樣是一項具有破壞性且昂貴的工作，并且需要在設備斷電條件下進行，因而通過分析油中溶解的纖維素分解產物(如呋喃類化合物等)進而確定固體絕緣材料的聚合度是當前主要的固體絕緣老化檢測技術。纖維素分解產物一部分吸附于紙及紙板，另一部分則溶解于油中。邁射智能科技從油樣中分離該類化合物并采用高性能液相色譜分析(HPLC)方法進行分析，可探測到十億分之一(PPB)的痕量濃度。其中油中糠醛(2-C5H4O2)含量能夠體現絕緣紙(板)聚合度，通過了解固體絕緣材料的聚合度，技術人員就可進而分析變壓器的負載能力及預期剩余使用壽命。

多氯聯苯(PCBs)含量

       多氯聯苯(PCBs)由于其良好的化學穩定性、電氣性能、耐燃性、高粘性以及高電解常數等優良理化性質，因此是一種使用廣泛的工業產品，并曾大量生產并廣泛使用。在電力工業領域主要作為電容器及變壓器絕緣油。自1966年瑞典研究人員在魚體內發現多氯聯苯后，人們認識到多氯聯苯對人類及環境帶來的危害。隨后世界各國相繼限制了多氯聯苯的生產及使用。中國自上世紀七十年代起陸續下發了有關管理規定，目前執行的標準是1991年國家技術監督局和國家環保局頒布的《含多氯聯苯廢物污染控制標準》(GB 13015-91)。國家環保局按照被多氯聯苯污染程度不同對電力設備及液體絕緣材料分類(見右圖)。因而在處理上述污染的設備或液體絕緣材料之前，需要確定其相應的污染程度。

       邁射智能科技是美國國家授權(NELAC)的多氯聯苯指定檢測單位，相關檢測均按美國環保署8082 測試方法進行檢測。樣品分析前，首先對各種標準樣品進行色譜分析從而獲得可辨別且重復性好的色譜圖樣。通過樣品的色譜圖與標準圖譜進行比對確定樣品內所含多氯聯苯的類型。最終由專業化學分析人員計算樣品中多氯聯苯的含量并最終出具檢驗報告。

• 油中金屬含量檢測

       液體絕緣材料中金屬含量測試目的在于幫助技術人員查明變壓器內故障位置。自上世紀80年代引入電力行業以來，目前該項測試已成為提供變壓器運行關鍵數據的測試手段之一。邁射智能科技采用等離子體發射光譜(ICP)結合專門開發的油樣前處理技術可快速地完成油中金屬含量分析并得到精確結果。目前已廣泛用于檢測變壓器強迫油循環系統中是否存在過量磨損金屬顆粒以及OLTC分接開關觸頭表面狀況的評估。

       邁射智能科技通常分析油中的八種金屬及非金屬含量，分別為：鐵、銅、鋁、鉛、銀、錫、鋅及硅。也可根據用戶要求而檢測其他金屬。變壓器內含有上述金屬的部件通常包括：

1.    鋁：繞組、靜電環及套管；

2.    銅：繞組、銅質部件；

3.    鐵：鐵芯、油箱；

4.    鉛：焊縫；

5.    鉛、銀、錫、鋅：接頭、接線片、螺栓及其他附件；

6.    硅：硅油、污垢及灰塵；

采用油中金屬含量分析主要用于探測以下故障：

1.    無勵磁分接開關觸頭故障；

2.    電流互感器接觸不良；

3.    鐵芯接地不良故障；

4.    電涌放電故障；

5.    套管連接故障；

6.    靜電環故障；