关于油水界面张力和介质损耗因数浅谈

关于油水界面张力和介质损耗因数浅谈

王建凯

山东黄金电力有限公司 山东省莱州市

绝缘油相当于变压器的血液，对于设备存在的故障有很直观的反映，绝缘油的颜色、水分含量、杂质颗粒、酸碱度、闪点、耐压值、油水界面张力、介质损耗因数都对油的质量有自己相应的评定标准，都可以直观的反映出油存在的问题从而反映出设备存在的问题，是我们最常用的检测评定手段。

油的界面张力能敏感的反映绝缘油质劣化的产物和从固体绝缘材中产生的可溶性极性杂质，油水界面张力值的大小与新油的纯净程度和运行油劣化的状况有密切的关系，我国20世纪80年代制定了GB6541-86《石油产品油对水界面张力测定法（圆环法）》的国家标准，并随后研制出了圆环法自动界面张力测试仪，在其后颁布的GB2536,《变压器油》、GB/T14542-93《运行中变压油维护管理导则》、GB7595-2000《运行中变压器油质量标准》中，均把油对水界面张力值作为必测项目。

绝缘油在交流电流产生的交变电场的作用下，理论上介质内部只会通过微弱的电容电流，它施加的电压相位提前90°角，只影响电气的功率因数，不产生功率损失。但实际上，油内可能有内部电荷不平衡，或由于电场作用产生的极性分子，它会起导体作用从而导致电阻性的传导电流或称泄露电流。此电流与施加电压同相位，因此是有功电流可引起功率损失，称为“绝缘油的介质损耗”，传导电流与电容电流的比值称为“介质损耗因数”。介质损耗因数越大油的功率损耗越大，即油的损失功率与介质损因数成正比，也就是说油的绝缘性的优劣，由介质损耗因数决定，绝缘油的功率损耗通常不用损失功率表示，而是由介质损耗因数表示，所以该项目也是对绝缘油优劣评定的重要指标。

国内变压器油的检测标准与国外相同，变压器矿物绝缘油在我国已建立起新油和运行油的标准体系，国内的GB2536《变压器油》、SH0351《断路器油》，运行油标准GB/T7595-2000《运行中变压器油质量标准》，其中都有相关于油水界面张力和油介质损耗因数的相关规定，绝缘油的界面张力和介质损耗因数测试仪技术不断更新不断完善，已经达到了检测标准，检测效果可靠，检测水平更加趋向国际。

此次研究在于探究油水界面张力和油的介质损耗因数的关系，我们取20个绝缘油，取10个矿山变压器在用油，取10个不同油桶新油，取废弃油10个样，每个样做界面张力和介质损耗因数实验得出数据并记录。

目前国内对油的界面张力和介质损耗因数的检测方法和仪器都已经很精确，油对水界面张力测定法（圆环法），本标准是等效采用国际标准ISO 6295-1983《石油产品油对水界面张力测定法（圆环法）》制订的。此次实验用的是SCZL202型全自动张力测试仪。介质损耗因数采用电桥法测量，依据GB/T 5654一2007/IEC 60247：2004，采用SCJS601型绝缘油介质损及体积率全自动测试仪进行实验。综合评定变压器油的优劣性，通过对油样的试验数据总结分析油与水的界面张力和介质损耗因数对油的评定及两者之间的关系。试验条件均选择25℃左右室温，空气湿度相差不大的条件下进行，每个油样都进行了多次测定，实验数值基本没有差别，可以保证实验数值的准确性。

经过两个月的实验，总结出实验数据作出点分布图，曲线分布中点的分布如下：

根据图中实验数据落点即可看出界面张力和介质损耗率无线性关系也非曲线关系，但是他们两者互为影响因素。

油对水界面张力反应的是油与水的亲合力，张力大则油水不易混容(乳化)，油在精制中则易脱水(绝缘油的一重要指标是微量水PPM不能超标)，油在运行中也不易吸水，故变油器油的标准中要规定其界面张力要大于一定的值。

如果变压器油受到污染或在运行中氧化、老化而生成一些微量新物质，毫无疑问都会使油对水界面的张力下降，张力的下降在某些方面又客观的反应了油中异物的多少，这些极微量的异物可能很难定性、定量的检测，但往往会对油的介质损耗有较明显的反应，虽说油对水的界面张力与油的介质损耗两者不是简单的线性关系，但绝缘油对水的界面张力，肯定会影响油与水混容的难易程度，油对水的界面张力小，油在脱气(脱水)精制过程就较难，所需时间较长，反之油也较易吸"潮"，而众所周知:绝缘油中微量水的存在会对油的诸多性能有较大的影响。因此可认为:油对水的界面张力变小能客观的反映:油中不明微量杂质的存在，以及油水间相互亲疏力的大小。

绝缘油介质损耗因数的影响因素有以下几个方面：

1. 杂质的影响
           含有杂质的油，可谓中性分子和极性分子的混合物。杂质在电场作用下，将产生电场偶极化损失，因而使油的tanδ值增大。
           （2）温度的影响
           温度对tanδ值是一个非常重要的参量。在一般情况下，tanδ值与温度成指数函数关系：tanδ=ktN。式中k一油的中性分子常数,t一油温(℃) N-指数， 一般N=0.022。就油本身的组成成分而言，油中的芳香烃成分对油的抗氧化安定性和防止气体的析出具有直接的重要作用，但油中芳香烃成分含量愈高， 油中水分的溶解度就会变大，使油的含水量增加， 这是由芳香烃自身的固有特性决定的。油中含水量的增加，便导致油的tanδ值的增大。
           （3）水分的影响
           水分是影响tanδ值的重要因素。对于品质纯净，没有劣化的油，当其含水量变化时，油的tanδ值变化是十分明显的。如果油中除含有水分以外，还含有其他杂质，如纤维、碳微粒，灰尘等，在与水微粒相结台后，在高压电场的作用下，检测电极问会形成桥路，使油的tanδ值明显增大。
           （4）生产中油的污染
           油浸高压产品在生产中是离不开油的， 在产品装配中要多次注油、冲洗，往往出现合格油注入产品后-油再从产品中放出来就出现tanδ增大的现象。其原因是产品内部不洁所致， 可为产品内部直接造成， 也可为产品外部条件间接造成，但最后都反应在油的tanδ值变异。如产品器身不洁，干燥处理中附有大量灰尘， 部件油漆未干， 厂房内降尘壁大，对零部件装配中设有认真清理等。
           （5）混油的影响
           混油是造成变压器油tanδ增大的一个重要原因。两种及两种以上互不相容的油混合后，一种油中的杂质将成为另一种油老化的催化剂，从而造成混合油tanδ的剧增。故不同油基(石蜡基油和环烷基油等)的油、相同油基不同炼制工艺的油(或称不同牌号的油)，甚至相同炼制工艺但不是同一批的油，原则上不要混在一起使用。要特别注意的是绝对不要在变压器油中混入机械油和润滑油。当变压器发生混油后，国家标准规定经混油试验合格后就可使用 值得一提的是，同内有数台大型变压器混油后，虽经混油试验合格，但在变压器投运后，仍产生油tanδ增大，并使绕组绝缘电阻降低到无法运行的地步。

结论

目前国内外对两个项目的测试方法和设备已经很完善，但是我们仍应该寻找新的试验方法，来保证实验准确性，试验合格后油不会产生问题。但就目前而言，多项目综合判定油的优劣性是十分必要的。油的界面张力和介质损耗因数都可用来判定油的优劣性，他们之间互相影响但是没有明确的线性关系，单凭界面张力无法确定油是否合格，需要结合其他项目综合判定。