本文中作者選擇了幾種變壓器油進行了試驗，給出了試驗結果并進行了討論。根據試驗結果，介紹了在交流和直流電場下變壓器油烴組成及添加劑對其介電常數、介質損耗因素和電阻率的影響。

1、前言

　　目前，我國輸變電已經進入大電網、特高壓和智能電網的發展時期。在“十一五”期間，我國開展±800kV電壓等級的特高壓直流輸電項目，如云廣±800kV和向上±800kV特高壓直流輸電工程等。換流變壓器是直流輸電系統的關鍵設備，也是交、直流輸電系統連接兩端換流站和逆變站的核心設備。國內一些公司吸收了外國公司的技術，以±500kV等級換流變壓器的設計經驗為基礎，完成了±800kV等級換流變壓器的研發制造工作。用于直流輸電的特高壓換流變壓器與一般超高壓交流變壓器不同，其每相除具有一個超高壓網側繞組外，還有一個到兩個全絕緣的超高壓直流用閥側繞組。閥側繞組除承受一般交流變壓器的交流和沖擊電壓外，還要承受疊加的直流電壓作用。而交流電壓和直流電壓對絕緣的作用完全不同，以前采用的交流變壓器絕緣結構分析方法不再適用于超高壓換流變壓器絕緣設計。±800kV換流變壓器的絕緣結構由油、紙和紙板的復合絕緣材料構成，與一般的電力變壓器相比，換流變壓器閥側在運行時不但承受交流電壓和沖擊電壓，還要承受直流電壓作用。相應的換流變壓器要受到交流電場、直流電場和極性反轉電場的作用。

　　換流變壓器承受正弦交流電壓時,其電場在不同絕緣材料中的分布為電容性分布,即取決于不同材料的電容率(介電常數ε)。在介電常數較低的變壓器油中電場強度比較高,而介電常數相對較高的紙板中交流場強較低。換流變壓器承受穩態直流電壓作用時,其穩態直流電場分布取決于復合絕緣結構中不同材料的電阻率值。穩態直流場集中分布于電阻率高的絕緣紙板中，對于電阻率最低的變壓器油來說,接近于短路狀態,即此時油中穩態直流電場分布很少。換流變壓器承受極性反轉電場的情況時,根據加電時間的不同過程,其電場分布是不同的。在極性反轉后瞬間,在電阻率最低的變壓器油中具有較高的場強。這說明反轉后瞬間,場強在復合絕緣結構中的分布是電容性分布,即瞬間絕緣結構電場分布的決定因素是絕緣材料的介電常數。相對于紙和紙板,變壓器油的耐受場強較低,但其在反轉后瞬間承受極高的場強,此處為換流變的絕緣薄弱部位。在電壓極性反轉過程中,絕緣介質的交界面上出現了孤立的空間電荷,而且此種電荷的分布比較復雜,大量的空間電荷造成了局部電位的升高或降低而形成“電位高峰”或“電位低谷”并進一步形成了空間電荷間的附加電場,此附加電場疊加到原電場上,引起了電場的畸變。

　　變壓器油作為換流變壓器的絕緣用油，其介電常數和電阻率的大小直接影響換流變壓器的絕緣結構設計，其電阻率的高低直接影響換流變壓器中空間電荷的消散速率、畸變電場的存在時間。因此，開展換流變壓器油的基礎油組成與添加劑與其介電常數、介質損耗因數和電阻率的關聯性研究，其結論能為直流變壓器油質量改進和換流變壓器的絕緣設計提供技術支持。

2、試驗材料及試驗方法

2.1、試驗材料

　　隨著我國特高壓直流設備國產化的發展，目前運行的±800kV換流變壓器大部分采用國產的變壓器油。因此，基礎油選擇生產變壓器的幾種基礎油，添加劑選擇變壓器油制造行業廣泛使用的抗氧劑，以及近年來，為了抑制變壓器油的硫腐蝕問題而在油中加入金屬鈍化劑，作為考察對象。基礎油性質見表1。

表1 樣品性質

　　表1的結果表明，N1、N2和N3的Cp值小于50%，是不同芳烴含量的環烷基基礎油，N4的Cp值大于56%，是低芳烴的石蠟基基礎油。試驗室選擇了國內外變壓器油制造行業常用的主要抗氧劑和金屬鈍化劑，詳細情況見表2。

表2 添加劑及其制造商

2.2、試驗方法及設備

　　目前，用于變壓器油介損、介電常數和電阻率測量的方法主要用GB/T5654(等效于IEC60247)、IEC61620和ASTMD924，變壓器油電阻率測量方法還有DL/T421和ASTMD1169，電阻率測定值不僅與測試電場強度、充電時間和液體溫度有關，還與變壓器油的組成和溶解性電導粒子的數量有關，其原理：在250kV/mm～500kV/mm直流電場下，在1min時間內測量極化電流，計算得到電阻率。試驗設備見表3。

表3 主要試驗儀器及設備

結論

　　(1)溫度與換流變壓器油的介電常數、介質損耗因數和電阻率相關，隨著溫度升高介電常數減小，介質損耗因數增大，電阻率減小，電阻率大的減小幅度也大，不呈線性關系。

　　(2)芳烴含量(CA值)的高低與換流變壓器油的擊穿電壓和介質損耗因數沒有相關性，與體積電阻率有相關性，且呈反比關系，體積電阻率的大小與原油屬性沒有關系。

　　(3)變壓器油常用抗氧劑在通常的加入量下，對介質損耗因數和體積電阻率沒有負面影響，鈍化劑加入對介質損耗因數沒有負面影響，對體積電阻率有明顯的降低作用，即在直流電場下鈍化劑會增加基礎油的電導性能。

　　(4)降低換流變壓器油的電阻率比較適宜的途徑是調整基礎油的芳烴含量或加入適當的添加劑。