摘要：现阶段，国内致力于构建全球能源互联网，主要以“一极一道”为核心，这就对大容量、远距离的输电网络提出了更高的要求。目前，高压直流输电以其优越的性能而被广泛使用，换流变压器作为高压直流输电的核心设备，其运行的安全性和稳定性对整个输电网络来说至关重要。其中，变压器油绝缘性能的好坏直接影响换流变压器的稳定运行。与普通变压器相比，换流变压器阀侧主绝缘承受着多种电压的综合作用。水分含量与变压器油的绝缘性能密切相关，且我国北方局部地区冬季室外温度可达?40℃以下，因此对低温下变压器油击穿特性进行研究具有重要意义。
关键词：复合电压作用；变压器油；低温击穿特性
引言
直流输电工程在解决我国大容量、远距离输电和电网互联技术等问题方面发挥了重要的作用。换流变压器是直流输电工程中的重要设备，换流变压器的严重故障将导致设备损坏和电力供应中断等后果，造成巨大的经济损失。换流变压器内部主要采用油纸复合绝缘，其阀侧绕组在运行中承受的电压和传统交流变压器有较大差别。运行中的换流变压器阀侧绕组不仅承受交流电压，还承受直流电压和交直流叠加电压，此外，还要承受极性反转电压和冲击暂态电压等，这些都对绝缘设计提出了更高的要求。
1本课题研究背景及意义
变压器是一种静止的电气设备，其利用电磁感应原理，把输入的电压升高或降低为同频率的交流电压输出，以满足高压送电、低压配电及其他用途的需要。现代的工业、农业及科研等部门，广泛采用电力作为能源。而在各种用电设备中，需要不同电压的电源。因此变压器被得到了广泛的应用。如今变压器伴随着现在工厂、大型高层建筑、商务中心、剧院、医院、宾馆、隧道、地铁、地下电站、试验室、车站、码头、机场等重要的场所，为众多的重要场所提供了足够的电力，保证了社会的正常运转。所以说在现在生活中变压器变得越来越重要，已成为我们生活中不开或缺的一部分，一旦变压器出现跳闸、漏电、线路老化等故障时，就会严重的影响到我们的正常生活秩序，所以在变压器的使用期间一定要注意变压器的维护与保养，确保变压器的正常使用以及变压器的安全可靠。在我们国家，变压器油主要分为两种，一种是产于大庆油田的石蜡基油，另一种是产于新疆克拉玛依油田的环烷基油。从天然石油中提炼出来的矿物油作为目前变压器中最常用的工程液体电介质，除了拥有良好的绝缘性能以外，它还在变压器的口常运行过程中起到散热和消弧的重要作用。目前，一些国内外学者已经对变压器油进行了改性，或者在采用植物油来代替矿物油的领域进行研究，目的是获得绝缘性能更为优秀的变压器油。
2复合电压作用下变压器油的低温击穿特性
2.1温度对变压器油击穿特性的影响
含水体积分数分别为3.5×10?6、15.0×10?6和30.0×10?6的变压器油在?40~20℃温度区间内的复合电场击穿特性如图1所示。由图1(a)可见，在该温度区间内，含水体积分数为3.5×10?6的变压器油在交流、直流以及50%交直流叠加电压作用下的击穿场强均随温度的降低而升高。由图1(b)、图1(c)可见，当变压器油的含水体积分数为15.0×10?6及30.0×10?6时，在复合电场作用下的击穿场强均随温度的降低呈现先减小后增大的变化趋势，且曲线的极小值分布在?10~0℃温度区间内。对比图1(a)可见，含水体积分数较低时交流、直流以及交直流叠加3种不同电压波形下变压器油击穿场强曲线相隔较远，即含水体积分数较低时不同电压波形下击穿场强相差较大（如图1(a)所示）；随含水体积分数升高，3条曲线间距离逐渐减小，当含水体积分数达到30.0×10?6时3条曲线距离较小，几乎交织在一起，即变压器油含水率的增加削弱了直流分量对其击穿场强的影响（如图1(b)及图1(c)所示）。
图1不同直流分量、不同含水率下的油样击穿场强与温度关系
2.2含水率对变压器油击穿特性的影响
在交流电场下含水体积分数为3.5×10?6时击穿场强随温度降低呈上升趋势，含水体积分数升高后变压器油的击穿场强随温度降低先降后升。当油样的含水体积分数为15.0×10–6时，击穿场强最小值出现在–10℃附近；油样含水体积分数为30.0×10–6时，击穿场强最小值向高温方向移动至0℃附近。在–10℃以上，水分对变压器油击穿场强影响较大；而在–10℃以下，含水体积分数15.0×10–6及30.0×10–6的变压器油的击穿曲线基本重合，说明低温下含水体积分数＞15.0×10–6时水分对击穿场强影响较小。当对变压器油施加50%交直流叠加电压时，各含水率的变压器油击穿强度随温度变化趋势与交流下相同，但含水体积分数为30.0×10?6的变压器油击穿场强最低点所对应的温度移至10℃附近，且在低温区含水15.0×10?6及30.0×10?6变压器油的击穿曲线亦较为接近。当在变压器油上施以直流电压时，各含水率的变压器油击穿强度变化趋势与50%交直流叠加电压下的相同，且最小击穿场强所对应的温度点亦相同，但各含水率下变压器油的击穿场强分散性均变大，并且含水15.0×10?6及30.0×10?6的变压器油击穿曲线在低温区（击穿场强最低点对应温度以下）不再基本重合，而是随温度降低差距逐渐增大。
2.3直流分量对变压器油击穿特性的影响
在?40~20℃温度区间内对不同含水率的油样在不同直流分量的复合电压作用下的击穿场强进行测量，依次取η=0、50%、100%。当变压器油的含水体积分数为3.5×10?6时，不同温度油样的击穿场强均随直流分量的增加出现较大幅度的降低，纯交流电压下的击穿场强最高，纯直流分量下的击穿场强最低，交直流叠加电压下的击穿场强介于二者之间。当变压器油的含水体积分数为15.0×10?6及30.0×10?6时，随直流分量的增加，油样击穿场强同样呈减小趋势，但是当变压器油的含水体积分数为30.0×10?6时，油样的击穿场强曲线较平缓，变化幅度在10.0kV/mm以内，说明高含水率油样的击穿场强受直流含量变化的影响较小。变压器油击穿场强的大小总体规律为：纯交流电压>50%交直流叠加电压>纯直流电压。低含水率变压器油的纯交流电压下击穿场强受温度影响最为严重，在?40~20℃温度区间内变化率最大为68.1%。
结语
1）温度对变压器油的击穿场强影响显著。不同直流分量下，低含水率变压器油的击穿场强均随温度的降低而逐渐增大；高含水率变压器油击穿场强呈先减小后增大的变化趋势，曲线极小值分布在?10~0℃温度区间内，且随含水率增大击穿场强最小值逐渐向高温方向移动。
2）含水率较低时，直流分量对变压器油击穿场强影响显著，击穿场强大小依次为：纯交流电压>50%交直流叠加电压>纯直流电压；含水率较高时，直流分量对变压器油击穿场强影响减弱。
3）室温下，含水率对各种电压波形下变压器油击穿强度影响较为明显；低温下，含水率较高时变压器油的交流及交直流叠加下的击穿场强随温度降低始终较为接近，但直流电压下击穿场强随温度降低差距逐渐增大。
参考文献
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