同一份油樣,在 88 攝氏度測一次,在 90 攝氏度再測一次,讀數能差出千分之幾。運行油的判據卡在千分之四十這條線上,差值看著不大,結論卻可能整個翻過來。這便是絕緣油介損對溫度的敏感。現場遇到這類情形,常見的想法是找個系數折算一下。可在現行標準體系里,這個系數并不存在。
把話說得更準一些。電氣設備的介損確實有修正到基準溫度的做法,那是另一套規則,對象是整套絕緣系統,基準也常常不是 90℃。把那套做法平移到一份油樣上,是張冠李戴。油樣這一側的規則只有一條:在 90℃ 下測,測出來是多少便報多少,判據按表 1 的檔位去卡。
絕緣油介損測的是一份液體試樣。它在電極杯里,在規定溫度下,加上規定電壓,讀出來的數反映這份油里有多少可遷移的帶電粒子,即水分、酸、極性老化產物與金屬皂這些雜質。
設備介損測的是另一件東西。繞組、絕緣紙、油、套管全包在里面,讀出來的是這套固體加液體組合的總損耗。兩個數來自不同的試樣,回答的也不是同一個問題。把這兩個數擺在一起互相折算,沒有標準依據。
GB/T 5654-2007 在介質損耗因數測量那一章里確實給了一個換算公式,那是頻率換算:在 40 赫茲到 62 赫茲的范圍內,可以把一個頻率下的結果換算到另一個頻率。翻遍這份標準,對溫度只字未提換算,只規定一般試驗應在 90℃ 下進行。
這個對比很有意思,標準愿意給頻率換算,卻不給溫度換算,說明溫度這一項的處置思路不是測完再折算,而是在規定溫度下把它測準。判據那一側的寫法也一樣。GB/T 7595-2017 表 1 把這一項直接寫成“介質損耗因數(90℃)”,限值是 90℃ 下的值。換到別的溫度去測,得出來的數沒有對應的判據可比。
其一,90℃ 這個條件在現行標準里究竟怎么規定,現場流傳的幾個說法哪些對不上。其二,把 90℃ 做準要拆成哪幾個環節,每個環節失控會怎樣改變結論。前者查出處,后者管落地。
GB/T 5654-2007《液體絕緣材料 相對電容率、介質損耗因數和直流電阻率的測量》里講試驗溫度的那一章篇幅很短,意思卻很明確。這些試驗方法適合于在一個很寬的溫度范圍內試驗絕緣液體,除非在特定液體的規范中另有規定,一般試驗應在 90℃ 下進行。測量溫度的分辨率應在 0.25℃ 以內。
兩句話,一句定溫度,一句定溫度要測得多細。
充填試樣那一條與損耗因數測量那一條寫了相似的一句:試驗池非自動加熱時,當其溫度達到所要求試驗溫度的正負 1 攝氏度時,應于 10 分鐘內開始測量損耗因數。這里的正負 1 攝氏度是開始測量的窗口,意思是溫度進了這個區間便得動手,不能一直等下去。
0.25℃ 則是對溫度測量本身的要求,指儀器顯示或記錄溫度的分辨能力要細到這個程度。一個是時間窗口,一個是分辨能力,兩者不在一個維度上,不能互相替代。
不少儀器樣本與選型文章把測試溫度寫成 90℃ 加減 0.5℃。加減 0.5℃ 是廠家給出的控溫精度口徑,屬于產品指標,不是標準條款。標準給的是 0.25℃ 的分辨率要求與正負 1 攝氏度的起始窗口。
把產品指標當成標準條款寫進作業文件,會讓現場誤以為控溫不到加減 0.5℃ 便不合規。這個理解是反的。合規的判據是分辨能力夠不夠細、有沒有在窗口內開始測量,而不是控溫波動有沒有壓到廠家的那個數。
標準沒有解釋為什么是 90℃ 而不是別的數。現場能觀察到的理由有兩層。其一,溫度升高時油的黏度下降,離子遷移更容易,介損隨之增大,油質好壞在較高溫度下的差別被放大,區分度更好。其二,變壓器運行時繞組熱點附近的油溫本處在這一量級,在這個溫度下測出來的數更貼近實際工況。
兩層理由都指向同一件事,90℃ 是一個約定好的比較基準,不是物理量本身的要求,基準一旦動了,歷史數據便斷掉了。同一臺設備的歷年數據要在同一溫度下比,否則看到的“變化”里混著溫度的影響,分不清是油變了還是測的時候溫度不一樣。
GB/T 7595-2017《運行中變壓器油質量》表 1 里介質損耗因數這一項,括號里標著 90℃。分兩檔。設備電壓等級 500 至 1000 千伏的,投入運行前的油不大于 0.005,運行油不大于 0.020。330 千伏及以下的,投入運行前的油不大于 0.010,運行油不大于 0.040。檢驗方法欄寫的是 GB/T 5654。
流傳版本常把分界線放在 330 千伏,寫成 330 千伏及以上不大于 0.020、220 千伏及以下不大于 0.040。表 1 的實際分法是 500 至 1000 千伏一檔、330 千伏及以下一檔。
這條差別不小。一臺 330 千伏的主變,按錯誤口徑要拿 0.020 這條線去卡,按表 1 該拿 0.040 這條線。判級的結果會不一樣,處置的緩急也不一樣。
表 1 有兩列質量指標。一列是投入運行前的油,一列是運行油。同一臺設備,新油注入前與運行若干年后用的是兩個數。拿運行油的數去比投入運行前的限值,或者反過來,都屬于張冠李戴。
新變壓器油與低溫開關油的驗收另有一套,按 GB 2536 執行,與運行中的油不是一條線。表 1 的適用范圍也寫得很清楚,它管充入電氣設備的礦物變壓器油和斷路器用油在運行中的質量監督,不適用于在電纜或電容器中用作浸漬劑的礦物絕緣油。
那是體積電阻率。它的檢驗方法欄寫的是 DL/T 421,與介質損耗因數那一欄的 GB/T 5654 不是同一條。表下還有一句腳注:測試方法也包括 GB/T 5654,結果有爭議時以 DL/T 421 為仲裁方法。
同一份試樣往往一次升溫、兩項都測,因為兩項的試驗溫度都是 90℃。這時候要留意,兩項的判據與仲裁方法不同,報告里要分開寫,不能拿一條標準的結果去替另一條下結論。
升溫時間這一項,標準給的是量級。把裝有試樣的試驗池加熱到所需試驗溫度,每個試驗溫度所需的時間取決于加熱方法,通常可能在 10 分鐘到 60 分鐘范圍。這句話有上下兩層意思。升溫有下限,太快容易沖過頭。升溫也有上限,拖得太久油樣自身的狀態會變。
溫度進了正負 1 攝氏度的窗口,10 分鐘內必須開始測量。這條是上限約束,防止油樣在加熱狀態下長時間放置。它既不是“一到溫度便要立刻讀數”的意思,也不是“多恒溫一會兒更保險”的意思。
現場兩種偏差都出現過,一種是升溫剛停便讀數、油樣內部還沒均過來,另一種是恒溫半小時后才讀數、已經超出標準給的時間。
儀器顯示的溫度變化 0.1℃ 還是 1℃,決定了你能不能判斷自己是否真的在窗口內。標準要求分辨率在 0.25℃ 以內,為的是讓這個判斷有據可依。讀數跳一格是 1 攝氏度的儀器,分辨不出 88.4℃ 與 89.0℃ 的差別,也發現不了自己還在窗口外。
溫度傳感器裝在加熱體上、裝在油杯壁上、裝在油樣里,讀出來的不是同一個數。加熱體與油樣之間隔著杯壁與油層,熱平衡需要時間。顯示 90℃ 的時候,油樣中心可能還低著兩三度。
這個偏差在加熱塊加玻璃杯這類結構里更明顯,感應加熱配合控溫算法的結構則好一些。判斷的辦法不復雜:升溫到設定值之后等一小段時間,看讀數是否還在單向漂移。仍在漂移便說明沒穩。
溫度控住之后,讀數這一環還有一個判據。重復測量那一條的要求是:完成初次測量后,倒出試驗液體,再用第二份試樣充滿試驗池,操作程序和頭一次相同,但省去涮洗,重復測量。兩次測得的數值之差應不大于 0.0001 加兩個值中較大的百分之二十五。
不滿足便繼續充填試樣測量,直到相鄰兩次滿足為止,此時認為測量有效。條文的注里還補了一句,只有鑒定數值較小的產品時才需要重復測量,例行試驗不需要重復測量。
取值與報告的要求緊接著給出。報告兩次有效測量值的平均值作為試樣的損耗因數。報告應包括電場強度、施加電壓的頻率、試驗溫度三項。溫度這一項被寫進必報內容,與前面那些溫度控制的要求是呼應的。
試驗電壓那一句寫的是:通常采用頻率 40 赫茲到 62 赫茲的正弦電壓,施加交流電壓的大小視被試液體而定,推薦電場強度為 0.03 千伏每毫米到 1 千伏每毫米。
流傳版本把電場強度寫成 0.5 到 1 千伏每毫米,把下限抬高了十幾倍。標準原文的下限是 0.03。對三電極油杯,現場通常施加 2 千伏的試驗電壓,場強是否落在推薦區間取決于油杯的電極間距,這一項在油杯的校準證書上查。
間距還有個連帶影響。間距變了,油杯的電極常數跟著變,電容與電阻率的結果都要重算。油杯磕碰過或者拆洗后裝回不到位,間距未必還是原值。定期校一次空杯電容,能把這個偏差撈出來。
試驗池條件處理那一段講了一件容易被跳過的事。為了使試驗池的清洗程序對隨后試驗的影響壓下來,很重要的一點是要對干燥清潔的試驗池進行預處理,即用下次的被試液體充滿試驗池兩次。
充填試樣那一段接著講裝樣:用一部分液體試樣刷洗試驗池三次,然后倒出并倒掉,再重新充滿試樣,注意防止夾帶氣泡。
還有一句帶紀律性質的話。在一種液體內不呈活性的雜質,可能在另一種液體內會因雜質的遷移而呈現活性,因此宜限制一試驗池只用于一種類型的液體。
取樣這一環在介損之前,卻直接決定介損讀數。取樣瓶要清潔干燥,取樣位置在設備下部的取樣閥,先放掉一段死油再接樣。運輸途中避免日曬與進水。
水分是介損格外敏感的影響因素之一。表 1 里水分與介質損耗因數是相鄰兩項,一個升高另一個往往跟著升高。取樣環節帶進去的水,會在 90℃ 下把讀數頂上去。取樣量也要夠,介損、電阻率、微水、酸值往往共用一份樣,取樣瓶要一次取足,避免分次開瓶吸潮。取樣后盡快送檢,放得越久,油樣與空氣接觸的機會越多,讀數里的水分貢獻也越大。GB/T 7595-2017 表 1 的水分限值是分檔的,330 至 1000 千伏的運行油不大于 15 毫克每升,220 千伏的不大于 25 毫克每升,110 千伏及以下的不大于 35 毫克每升。
這份標準 2007 年 12 月 3 日發布、2008 年 5 月 20 日實施,現行。本文引用的試驗溫度、溫度分辨率、頻率條件、重復測量判據、報告內容都出自這份標準。它適用于未使用過的液體絕緣材料的參考性試驗,也適用于運行中變壓器、電纜等設備中的液體,不過只適用于單相液體。這份標準的術語在 2007 版做過變更,用相對電容率與直流電阻率,1985 版的舊名是工頻相對介電常數與體積電阻率,寫報告時沿用舊名會造成口徑混亂。
該標準 2017 年 5 月 12 日發布、2017 年 12 月 1 日實施,現行。表 1 給出運行中礦物變壓器油的質量指標,介質損耗因數與體積電阻率都標著 90℃。
它 2009 年 7 月 1 日發布、2009 年 12 月 1 日實施,現行。表 1 體積電阻率這一項的檢驗方法欄寫的便是這條,表下腳注還寫明測試方法也包括 GB/T 5654,結果有爭議時以 DL/T 421 為仲裁方法。同一份試樣要同時出介損與電阻率時,這條分工要記住。它規定的是絕緣油、抗燃油體積電阻率的測定方法,其他油類介質可參照。
這份行業標準 2023 年 5 月 26 日發布、2023 年 11 月 26 日實施,現行。它規定絕緣油介質損耗因數及體積電阻率測試儀的技術要求、試驗方法、檢驗規則,也規定標志、包裝、運輸、貯存的要求,適用于測試儀的生產和檢驗。選型與驗收歸這條,試驗方法與判據歸前面兩條,三條各管一段,不要混著引。現場常見的一種寫法是把儀器樣本上的指標當成判據往報告里抄,那是把設備標準與判據標準攪在了一起。
前者管新安裝設備的交接試驗,后者管運行中設備的預防性試驗。兩者覆蓋面同為 750 千伏及以下,卻屬兩條獨立的線,判據與周期不可混用。油介損的周期與判據歸屬預防這一側,交接那一側只在頂層依據層面涉及。交接試驗關心的是設備裝好之后能不能投運,預防性試驗關心的是運行中的狀態有沒有走壞。同一臺設備的同一份油樣,在兩個階段測出來的數會去比對兩條不同的線,這個區分不能含糊。
某臺 220 千伏主變,運行油介損的限值按表 1 取 330 千伏及以下這一檔,為 0.040。
油化班頭一次測,儀器顯示 88.4 攝氏度時讀數 0.0365,判合格。復核時把溫度控到 90.0 攝氏度,重新讀數為 0.0408,判超標。
兩次溫差 1.6 攝氏度,讀數差 0.0043,結論從合格翻成超標。88.4 攝氏度已經落在正負 1 攝氏度窗口之外,按標準給的起始窗口,本不該在這個溫度下開始測量。
這臺主變后來的處理是按超標走的,先做吸附再生,復查合格后再投運。若按頭一次那個數放行,等于把一次超標漏了過去。復盤時還查了一件事。這臺主變的歷年數據都在 90℃ 下測的,唯獨這一次是 88.4 攝氏度。把這一年的數放進趨勢圖,曲線上出現一個下凹的缺口,與前后兩年的走向對不上。缺口本身便是一個提醒,只是當時沒人去看。
某臺 500 千伏主變,限值按 500 至 1000 千伏這一檔,為 0.020。
頭一遍用大功率升溫,溫度沖到 93.2 攝氏度,回落到 90.0 攝氏度后讀數 0.0231,判超標。換一份試樣,把升溫功率調小,過沖控制在 0.3 攝氏度以內,溫度平穩停在 90.0 攝氏度,讀數為 0.0184,判合格。
兩次差 0.0047,而限值只有 0.020。過沖那一段的高溫停留讓油樣多受了一次熱,讀數被抬了上去。同一份油,控溫方式不同,結論差出兩級。這臺主變后來把升溫功率固定在一個檔位,過沖多少攝氏度每次都記進原始記錄。過沖量本身不是判據,記下來是為了讓下一次的數據能復現。
跟溫度這一項直接相關的幾項參數如下。
溫度測試范圍 10 攝氏度到 110 攝氏度,覆蓋 90℃ 這個點,也留出上下兩端做溫度特性比對的空間。溫度分辨率 0.1 攝氏度,細于 GB/T 5654-2007 要求的 0.25℃。溫度精度正負 1 攝氏度,與標準給的正負 1 攝氏度起始窗口同一量級。
交流電壓 500 伏到 2000 伏、50 赫茲,落在標準給的 40 到 62 赫茲區間,上限覆蓋三電極油杯常用的 2 千伏。直流電壓 125 伏到 500 伏,用于電阻率那一側。
介質損耗因數的測量范圍自百萬分之一量級到 4,分辨率正負百萬分之一,覆蓋表 1 從 0.005 到 0.040 這一段,也夠用于新油驗收里更低的數值。相對電容率 1.0 到 30,精度 0.01。電阻率分辨率覆蓋 2.5 兆歐米到 100 太歐米。
溫度上限到 110 攝氏度、下限到 10 攝氏度,這個范圍的用處在于畫同一份油樣的溫度特性曲線,從 30 攝氏度一路測到 100 攝氏度,每 10 攝氏度取一個點,看曲線在什么位置開始上翹。
上翹得越早,說明這份油里對溫度敏感的成分越多,同一臺設備歷年都做這條曲線,比曲線本身的高低更有意義,因為每一次的測量溫度與升溫過程都能復現,曲線之間才可比。
要再說一次,曲線用來看趨勢,不能用來把某個溫度下的讀數折算成 90℃ 的值去判級。判級只認 90℃ 下實測的那個數。
工作環境負 20 攝氏度到正 55 攝氏度,防護等級 IP30,重量 22 千克,接口為 USB Type B。這幾個數合起來說明它是油化室里的臺式設備,不是提著走的現場儀器。介損這一項本身也不該在現場做,取樣回到油化室測,溫度、清潔、干擾才都控得住。
不能。現行標準體系沒有給出絕緣油介損的溫度換算公式,GB/T 5654-2007 只給了頻率換算。限值是 90℃ 下的值,在別的溫度下測出來的數沒有對應的判據。真遇到加不了熱的情形,正確做法是在報告里寫明實測溫度,并注明該結果不與 90℃ 的限值比對。還有一種情形要分開說。儀器具備從 10 攝氏度到 110 攝氏度的控溫能力,不等于可以在任意溫度上判級。能力是能力,判據是判據。拿 80 攝氏度下的讀數與 0.040 去比,比出來的結論不成立。
不一定。要看傳感器裝在哪里,也要看有沒有等到熱平衡。判斷的辦法是看讀數是否還在單向漂移。仍在漂移便說明沒穩,這時候讀出來的數不能用。
GB/T 5654-2007 對取值的規定是:報告兩次有效測量值的平均值作為試樣的損耗因數。同一章給了重復性判據,兩次測得的數值之差應不大于 0.0001 加兩個值中較大的百分之二十五。不滿足便繼續充填試樣測量,直到相鄰兩次滿足為止。報告里還要寫上電場強度、施加電壓的頻率、試驗溫度三項。
兩個不同的試樣,回答不同的問題。油樣介損說的是這份油臟不臟、老沒老,設備介損說的是整套絕緣系統的狀態。它們之間不能互相折算,各自對各自的判據。設備那一側的數值另有修正到基準溫度的做法,與油樣這一側不是同一套規則。兩邊都超,通常指向真的劣化,油樣這一側超、設備那側不超,多半是油臟了或者受潮,處理的對象是油。反過來,設備那一側超而油樣這一側不超,問題多半出在固體絕緣上,換油解決不了,這個交叉判斷比盯著一個數有用。
不建議。標準寫明一種液體內不呈活性的雜質可能在另一種液體內呈現活性,宜一池只用于一種液體。油杯的電容量與空杯介損要定期校,本底值變了便說明清洗沒到位。每次測之前先測空杯本底,是能立刻發現問題的習慣。清洗用的溶劑也要挑。石油醚、正庚烷這類溶劑洗過之后還要用無水乙醇沖一遍,再進烘箱干燥。溶劑本身會有殘留,殘留到了 90℃ 下參與極化,同樣把讀數頂高,這一點常被當成清洗沒做干凈的證據而反復返工。
絕緣油介損對溫度敏感,正因敏感,溫度才要當作測量條件去控制,而不是當作測量之后的修正項。GB/T 5654-2007 給了頻率換算公式卻不給溫度換算,這件事本身已說明處置思路。GB/T 7595-2017 把限值直接標成“介質損耗因數(90℃)”,等于把溫度寫進了判據的定義里。
現場能做的四件很具體:溫度分辨到 0.25℃ 以內,在正負 1 攝氏度窗口的 10 分鐘內開始測,確認油樣真的均溫而不是只看顯示值,把頻率與場強連同油杯清潔一起管住。
那些流傳口徑落到現場,代價是看得見的。一臺 330 千伏主變,實測 0.024,按網上那一檔的 0.020 去卡便成了超標,油被送去再生,白白停了一次電。把表 1 翻開對照,330 千伏及以下這一檔的運行油限值是 0.040,這臺主變的油還在合格區間里,白折騰的是運維安排而不是油。
溫度這一項沒有捷徑。把 90℃ 測準不需要額外的技巧,需要的是把它當成一個條件去落實,而不是當成一個數字去記錄。