機房里的油浸式變壓器要做介損測量,問法通常是兩個:什么時候能停電,測出來的數怎么折算到二十攝氏度。這兩個問法都指向操作,答案卻藏在判定口徑里。把三本規程擺在一起看,會發現它們對同一臺變壓器說的并不是同一件事,溫度那一問尤其如此。有一本給了換算表,有一本明寫不宜換算,還有一本只給溫度條件不提折算。測量之前先分清。
GB 50150-2016 的 8.0.11 條把話說得很直白。測量繞組連同套管的介質損耗因數及電容量,當變壓器電壓等級為 35 kV 及以上且容量在 10000 kVA 及以上時,應測量介質損耗因數。這一句里的兩個條件是并列的,電壓與容量要同時夠。
機房里的油浸變常見于兩種位置。中小型機房與樓層配電間用得多的是 10 kV 進線、0.4 kV 出線的配電變壓器,容量多在 630 kVA 到 2500 kVA 這一帶,電壓與容量兩條都不夠。大型園區與獨立變電所則常常設 35 kV 或 110 kV 的主變壓器,容量動輒上萬 kVA,兩條都夠。同一句條文,在兩類機房里給出的是相反的答案。
門檻不等于禁區。對不在門檻內的配電變壓器,條文說的是交接試驗不作這項要求,不是說這項測量沒有價值。運行中設備走的是 DL/T 596-2021 那一本,周期與判據另有一套。反過來看,夠上門檻的主變壓器,交接階段這一項是明確要做的。銘牌先看清楚。
兩類機房的處置因此不同。配電變壓器那一類,介損測量不是交接的必做項,若要做,通常是作為運行階段建立基準的手段,頭一次的數值留下來,往后逐年比。主變壓器那一類,交接階段便要測,且出廠試驗值要一并拿到,因為判據掛在出廠值的 130% 上,沒有出廠值便無從判斷。兩類都做,目的并不一樣。
兩份標準管的是兩個時間段。GB 50150-2016 管安裝后投運前的交接試驗,DL/T 596-2021 管運行中的預防性試驗。同一個量,在兩處的要求并不相同。
周期這一項只有預防性那邊有。DL/T 596-2021 表 5 序號 8 寫的是,A、B 級檢修后,330 kV 及以上不超過 3 年,220 kV 及以下不超過 6 年,必要時。交接沒有周期這一說,它只發生在投運前那一次。
判據也分成兩套。交接看的是與出廠值的關系,被測繞組的 tanδ 值不宜大于產品出廠試驗值的 130%,大于 130% 時可結合其他絕緣試驗結果綜合分析判斷。預防性看的是實測值與變化趨勢,20 ℃ 時不大于下列數值,750 kV 為 0.5%,330 kV 至 500 kV 為 0.6%,110 kV 至 220 kV 為 0.8%,35 kV 為 1.5%。與前一次或出廠值比較,增量不應大于 30%。
這兩句話其實是同一條線。130% 扣掉基數剩下 30%,與增量不大于 30% 說的是同一件事,只是參照物不同,一個掛出廠值,一個掛前一次的數。階段先分清。
| 規程 | 適用階段 | 門檻 | tanδ 判據 | 電容量判據 |
|---|---|---|---|---|
| GB 50150-2016 的 8.0.11 | 交接試驗 | 35 kV 及以上且 10000 kVA 及以上應測量 | 不宜大于出廠試驗值的 130% | 同出廠值相比允許偏差正負 3% |
| DL/T 596-2021 表 5 序號 8 | 預防性試驗 | 按周期,330 kV 及以上不超過 3 年 | 20 ℃ 時按電壓等級 0.5% 至 1.5%,增量不大于 30% | 變化量不大于 3% |
| DL/T 474.3-2018 的 4.2.2 | 方法導則 | 不設門檻,規定做法及判斷 | 大修及交接時不大于出廠試驗值的 1.3 倍 | 變化達正負 5% 時結合繞組變形試驗 |
三行放在一處看,能看出兩件事。門檻只有交接那一本設了,預防性與方法導則都不設門檻,判據則三本都給,給的卻不是同一個數。參照哪一格,取決于這一次測量算在哪一個階段。
介損測量要在繞組上加工頻電壓,機房常見的 10 kV 變壓器按 10 kV 加,這一步決定了它只能是停電試驗。帶電項目里的紅外測溫與局放巡檢替代不了它,因為帶電時加不進這個電壓,也取不到繞組連同套管的整體損耗。
停電只是起點,接線與試品狀態還有一串要求。DL/T 474.3-2018 的 4.1.1 條給的是環境條件,試驗應在良好的天氣,試品及環境溫度不低于 +5 ℃,空氣相對濕度不大于 80% 的條件下進行。4.1.2 條給的是準備工作,測試前應先測量試品各電極間的絕緣電阻,必要時對試品表面作清潔或干燥處理,還應了解充油設備絕緣油的電氣及化學性能,包括油的 tanδ 在內的近期試驗結果。
末尾那一句值得留意。它在準備工作里便把油的介損拉了進來,說明繞組介損本來便不是孤立讀一個數。外部連接也要處理,母線、電纜、避雷器及中性點的連接需要在測量前解開或隔離,否則測進來的是整條回路,不是這一臺變壓器。
| 項目 | 要求 | 出處 |
|---|---|---|
| 天氣與環境溫度 | 良好天氣,試品及環境溫度不低于 +5 ℃ | DL/T 474.3-2018 4.1.1 |
| 空氣相對濕度 | 不大于 80% | DL/T 474.3-2018 4.1.1 |
| 測前絕緣檢查 | 先測各電極間絕緣電阻 | DL/T 474.3-2018 4.1.2 |
| 套管與端子表面 | 必要時清潔或干燥處理 | DL/T 474.3-2018 4.1.2 |
| 外部連接 | 解開母線、電纜、避雷器及中性點連接 | 現場作業要求 |
| 油質資料 | 取近期油的 tanδ 及微水結果 | DL/T 474.3-2018 4.1.2 |
變壓器測量繞組的介損,接線方式不是自由選的。DL/T 474.3-2018 的 4.2.1 條寫明了原因,電力變壓器的外殼直接接地,所以現場測量時采用交流電橋反接線方式,或者用 M 型介質試驗器之類的其他儀器。外殼已經接地,正接線那一套接不上去。
接線還有一條硬要求。為避免繞組電感和勵磁損耗給測量帶來誤差,試驗時需將測量繞組各相短路,非測量繞組各相短路接地,用 M 型介質試驗器時接屏蔽。這一條解釋了現場為什么要在套管上做短接排,不是圖省事,是不短接電感的勵磁損耗會混進測量結果。
標準里的接線順序表按雙繞組與三繞組分別列出了加壓繞組與接地部位的組合,測哪一側便把另一側連同外殼一起接地。裝在三相變壓器上的電容型套管另有一套做法,測量任一只套管的 tanδ 與電容時,相同電壓等級的三相繞組及中性點必須短接加壓,非測量的其他繞組三相短路接地,現場采用高壓電橋正接線,把套管測量用小套管的引線接到電橋的 C 端逐一測量。末屏對地的 tanδ 用反接線,加壓在末屏與油箱座之間,施加電壓按末屏絕緣水平與測量靈敏度選用,一般可取 2 kV。反接線先記住。
短接這一動作還有一層用處。繞組各相短接之后,被試側成為一個整體電極,各相之間的差別被抹平,讀到的是這一組繞組的總體水平。若要分別判斷某一相,需要在接線順序上換檔,把加壓繞組同接地部位重新組合,逐檔測。標準給出的接線順序表正是為這件事準備的,測幾檔取決于被試變壓器是雙繞組還是三繞組。
試驗電壓這一項兩本規程給的是同一條規則。DL/T 596-2021 表 5 序號 8 的判據第 4 項寫的是,繞組電壓 10 kV 及以上時試驗電壓取 10 kV,繞組電壓 10 kV 以下時取 Un。DL/T 474.3-2018 也按變壓器單列了一張試驗電壓表,兩處的寫法是一致的。
對機房里那臺 10 kV 進線的油浸變,高壓繞組落在 10 kV 這一檔,試驗電壓取 10 kV。低壓側那組 0.4 kV 繞組按規則取額定電壓。同一臺變壓器上不同電壓等級的繞組,試驗電壓并不相同,這一點在記錄里要分開寫。
還有一處容易忽略。試驗電壓是判據的一部分,不是可調的便利選項。儀器升不到 10 kV 時把電壓降下來測出的數,與標準規定的條件下測出的數不是同一個條件,兩者不能直接放進同一張趨勢圖里比。電壓檔位先定。
試驗電壓定在繞組電壓這一檔上,用意是讓絕緣處在同實際運行相近的場強之下。介損讀數反映的是絕緣在這個場強下的損耗水平,電壓降下來,某些同場強有關的損耗成分便跟著變弱,讀數偏小。受潮及老化的絕緣對場強的反應更明顯,降電壓測得的結果因此偏向樂觀。這一條解釋了為什么降電壓不是隨手可做的調整,它改變的是測量本身。
介損儀自己也有邊界。DL/T 846.17-2025 給高壓介質損耗測試儀定的輸出電壓范圍是 0.5 kV 到 10 kV,頻率設定范圍 45 Hz 到 55 Hz,波形為正弦波,總諧波畸變率不大于 5%,電壓允許誤差不超過設定值的正負 3%。同一份標準還給了一張容性負載能力表,10 kV 對應 50 nF,5 kV 對應 100 nF,3 kV 對應 150 nF。
把這三檔乘起來看是一件有意思的事。試驗電壓與負載電容量上限的乘積大致穩定在 500 kV·nF 上下,折成容性電流約 140 mA 到 160 mA,這三個電流值是由上表推出的,并非儀器銘牌標注,選型時應以廠家規格書為準。乘積穩定說明限制來自高壓電源的電流上限,而不是電壓上限。由此可以推得一條現場規則,試驗電壓抬一檔,能測的電容量便掉一檔,兩者成反比。
機房 10 kV 配電變壓器的繞組連同套管電容量通常在數 nF 量級,10 kV 這一檔的 50 nF 夠用,不構成約束。容量上萬 kVA 的主變壓器電容量明顯更大,10 kV 檔帶不動的情形在現場確實會遇到,處置辦法有兩條,一是把試驗電壓降下來換取更大的可測電容量,二是配諧振電感把帶載能力往上抬。走頭一條要清楚代價,電壓降了便不是標準規定的試驗條件,讀數與往年數據不再同一口徑,記錄里必須寫明。走第二條則不改變試驗電壓。帶載先算過。
標準里還給了另一種加壓方式。自激測量方式下,勵磁電源的輸出電壓范圍是 3 V 到 50 V,輸出電流上限 15 A,它不走內置高壓電源那一路,靠被試設備自身建立試驗電壓。電容量很大的試品在內置高壓源帶不動時,這一條路是備選。選它要先看清前提,自激法要求被試繞組能建立起電壓,接線也同內置高壓源那一路不同,測出來的數不宜與常規方式混在同一條趨勢線里。
題目里那一問,答案分三處,且三處的態度并不一致。
GB 50150-2016 的 8.0.11 條第 3 款寫的是,當測量時的溫度與產品出廠試驗溫度不符合時,可按本標準附錄 C 表換算到同一溫度時的數值進行比較。這一句給了兩個信息,一是交接階段允許換算,二是換算的目標是產品出廠試驗溫度,不是二十攝氏度。
DL/T 474.3-2018 的 4.2.2 條 a 項給出了相反的處理。110 kV 或 16000 kVA 及以上變壓器的 tanδ 宜在 10 ℃ 到 40 ℃ 范圍內測量,測量結果的比較不宜進行溫度換算。這一條的適用對象是較大的變壓器,機房里的配電變壓器夠不上這條線,但它說明了一件事,溫度換算在方法導則這里不是默認動作。
DL/T 596-2021 走的是第三條路。表 5 序號 8 的方法及說明第 3 項寫的是,測量宜在頂層油溫低于 50 ℃ 且高于零度時進行,測量時記錄頂層油溫和空氣相對濕度,分析時應注意溫度對介質損耗因數的影響。它給了溫度區間,要求記錄,提醒注意影響,唯獨沒有給換算表。
| 規程 | 溫度要求 | 換算態度 |
|---|---|---|
| GB 50150-2016 8.0.11 | 與出廠試驗溫度不符時處理 | 可按附錄 C 表換算到同一溫度 |
| DL/T 474.3-2018 4.2.2 | 110 kV 或 16000 kVA 及以上宜在 10 ℃ 至 40 ℃ | 比較不宜進行溫度換算 |
| DL/T 596-2021 表 5 序號 8 | 宜在頂層油溫低于 50 ℃ 且高于零度 | 未給換算表,只要求記錄與分析 |
三處并列,口徑并不統一。現場若只記住一句「折算到二十攝氏度」,會把三本的差別抹平。溫度先看清。
三處態度不一樣,原因在各自要比的對象上。交接試驗比的是出廠試驗值,出廠試驗在制造廠內完成,溫度由廠家定,現場拿不到那個溫度,只能靠換算把兩者拉到同一溫度上,附錄 C 表因此存在。預防性試驗比的是這臺設備自己歷年的數,同一臺變壓器可以在相近條件下反復測,控溫比換算更穩,標準便只給溫度區間。方法導則管的是做法,它對較大的設備明寫不宜換算,用意是把測量結果留在當時的溫度條件下互相比較。三處的差別不是疏漏,是比的對象不同。
二十攝氏度這個參照點確實存在,只是它掛在另一個量上。DL/T 596-2021 表 5 里,絕緣電阻那一項的說明給了明確的換算系數,A 等于 1.5 的 K/10 次方,K 為實測溫度與 20 ℃ 相差的度數。實測溫度在 20 ℃ 以上時,R20 等于 A 乘 Rt,實測溫度在 20 ℃ 以下時,R20 等于 Rt 除以 A。同一條還寫明,測量溫度以頂層油溫為準。
再看介質損耗因數那一項,通篇沒有換算式,只有溫度區間、記錄要求,外加一句注意影響。同一個表里相鄰兩項,一項給了公式,一項不給,這不是遺漏,是這兩個量的溫度行為不同。絕緣電阻隨溫度的變化可以用一個系數去逼近,介損與溫度的關系受絕緣結構、含水量及老化程度影響,用一個系數去逼近會讓趨勢判斷失真。
把絕緣電阻的換算式借過來用在介損上,是這題里常見的錯法。兩個數都在二十攝氏度這一檔上看,看上去很整齊,實際上介損那一欄里這個換算沒有標準依據。兩件事別混。
既然沒有換算表,可比性便只能從測量條件上來。DL/T 596-2021 把溫度基準落在頂層油溫上,這一點與絕緣電阻那一項的寫法一致,說明同一臺設備的溫度基準應當統一取頂層油溫,而不是環境溫度或繞組平均溫度。
區間是兩頭都有的,下限為零度,上限為 50 ℃。上限這一頭在現場常常守不住。油浸變壓器運行時頂層油溫常常高于 50 ℃,停運之后要等它回落。這一等不是被動等待,它是測量條件的一部分,等不到線以下測出來的數,與往年在線以下測出來的數不能放進同一條趨勢線。
可比性的做法因此變得很具體。同一臺變壓器歷年測量盡量安排在相近的油溫附近,油溫與相對濕度一并記錄,測量的季節與時辰也盡量固定。有了這批條件記錄,兩次讀數之間的差別才談得上是絕緣狀態的變化,而不是測量條件的差別。條件可比,趨勢才可比。
記錄里值得固定下來的項目可以列成一張短單子。測量日期與時刻,頂層油溫,空氣相對濕度,天氣狀況,試驗電壓及頻率,接線方式,短接同接地的部位,儀器型號及編號。前四項是溫度及濕度條件,中間三項決定讀數的口徑,末尾一項用于下一次比對時確認是不是同一臺儀器。單子不長,缺其中任何一項,下一次的測量條件便對不上。
機房的停電窗口本身便是稀缺資源,業務連續性擺在那里。介損測量對窗口的占用不止于停電那一段,排下來大致是六步,停電與驗電接地,解開外部連接,放電與靜置,等待頂層油溫回落到 50 ℃ 以下,接線與測量,恢復接線并送電。
六步里耗時彈性較大的恰恰是等待油溫那一段,它不由作業人員控制,取決于停運前的負荷、環境溫度及散熱條件。這一段排在測量之前,且在排窗口時容易被漏掉,到了現場才發現油溫降不下來,測量只能往后推或者帶著不合格的條件做。窗口先算夠。
能省窗口的是分工。帶電巡檢那一層負責把可疑設備挑出來,介損這一項只對挑出來的設備做,不必每次全量鋪開。還有一層替代不了,帶電巡檢取不到繞組連同套管在 10 kV 下的損耗水平,介損這個讀數沒有帶電側的等價量。窗口既省不掉,也不必臺臺都排,挑出來的那幾臺排夠便行。
題目里的介損還有一個容易被合并的對象。繞組連同套管的介損,與絕緣油的介損,是兩個不同的量,測量的對象、施加的電壓及判據都不一樣。
繞組介損在變壓器本體上做,電壓按繞組電壓等級取 10 kV 或額定電壓,判據掛在 DL/T 596-2021 與 GB 50150-2016 上。絕緣油介損在油樣上做,方法標準掛的是 GB/T 5654-2007,該標準給的是液體絕緣材料相對電容率、介質損耗因數,以及直流電阻率的測量。兩者不是替代關系。
DL/T 474.3-2018 的 4.2.2 條 b 項把兩者的關系點明了,110 kV 或 16000 kVA 及以上變壓器的 tanδ 大于初始值的 1.3 倍時,應結合絕緣油的 tanδ、微水等試驗結果進行綜合判斷。油介損在這里是解釋繞組介損讀數的旁證,繞組讀數偏高時用它來判斷是絕緣整體受潮還是別的原因。
油的介損自己也有判據。運行中變壓器油的質量要求掛在 GB/T 7595-2017 上,該標準給的是運行中變壓器油的質量指標及檢驗項目,油的介損在其中與繞組介損分列兩處,判據不同,取樣送檢的周期也不同。取樣及保存要按油樣的規矩走,取樣閥、容器及避光這幾項做不到位,讀到的是取樣過程帶來的數,不是設備里的油。這一層在機房里容易省掉,因為取油樣要另排一次作業,且窗口同停電測量常常不在同一次作業里。
北京康高特(KGT)自研的太乙絕緣油介損測試儀站在油這一側。它的介質損耗因數測試范圍從大于十的負六次方到 4,分辨率為正負十的負六次方或正負十的負五次方,相對電容率范圍 1.0 到 30、精度 0.01,電阻率分辨率覆蓋 2.5 MΩ 到 100 TΩ·m,溫度測試范圍 10 ℃ 到 110 ℃,分辨率 0.1 ℃,準確度為 ±1 ℃,交流電壓范圍 500 V 到 2000 V,直流電壓范圍 125 V 到 500 V。溫度這一項值得單看,10 ℃ 到 110 ℃ 的區間把油介損常測的高溫點也覆蓋在內,控溫由儀器自己完成,不受現場環境溫度約束,這與繞組介損要在現場等油溫回落是兩種處境。
| 維度 | 繞組連同套管介損 | 絕緣油介損 |
|---|---|---|
| 測量對象 | 變壓器本體繞組連同套管 | 取出的油樣 |
| 試驗電壓 | 10 kV 或額定電壓 | 交流 500 V 至 2000 V |
| 溫度條件 | 現場頂層油溫,宜低于 50 ℃ | 儀器控溫 10 ℃ 至 110 ℃ |
| 判據所在 | GB 50150-2016 與 DL/T 596-2021 | 油質標準與油介損方法標準 |
| 相互角色 | 判斷絕緣整體狀態 | 解釋繞組讀數變化的旁證 |
同一件事上出現不同數字,這題里有兩處,都是能讓人判斷反掉的那種。
頭一處在電容量上。GB 50150-2016 的 8.0.11 條第 4 款寫的是,變壓器本體電容量與出廠值相比允許偏差應為正負 3%。DL/T 596-2021 表 5 序號 8 的判據第 3 項寫的是,電容量與出廠試驗值或歷年的數值比較不應有顯著變化,變化量不大于 3%。DL/T 474.3-2018 的 4.2.2 條 c 項寫的是,當電容值與出廠值或初始值比較變化達正負 5% 時,應結合變壓器繞組變形試驗結果進行綜合判斷。
三個數擺在一起,3% 出現兩次,5% 出現一次,含義并不沖突。3% 是判定線,超過它說明電容量這一項出了問題。5% 是動作線,超過它要把繞組變形試驗的結果拉進來一起看,因為電容量變化到這個幅度可能與繞組位移有關。兩個數是一對門檻,不是兩個口徑。
第二處在 tanδ 上。交接階段的 130% 與預防性階段的 30%,前面算過了,是同一條線扣不扣基數的差別。真正要留意的是參照物,一個比出廠值,一個比前一次的數或前幾次的數值,參照物換了,同一句結論的含義也會換。三處別互套。
1、把絕緣電阻的二十攝氏度換算式用到介質損耗因數上。DL/T 596-2021 只給絕緣電阻那一欄寫了換算系數與 A 的計算式,介損那一欄沒有。兩欄在同一張表里前后相鄰,抄錯一行的情形并不少見。
2、把 GB 50150-2016 的 35 kV 且 10000 kVA 門檻說成是 DL/T 596-2021 的要求。前者管交接,后者管預防性,轉述時兩本規程的歸屬要寫清。把門檻掛錯一本,結論會從「不必做」變成「必須做」,方向正好相反。
3、用絕緣油的介損去替代繞組介損的判據。兩者對象與電壓不同,油介損是旁證,不是替代項。
4、儀器在 10 kV 下帶不動便降電壓,降完不寫進記錄。電壓變了試驗條件便變了,往年的數不能接著用。
5、只看 tanδ 不看電容量。電容量變化達 5% 時要拉繞組變形試驗一起判,這一層在只看介損讀數時會被漏掉。介損與電容量是同一次測量的兩個數,讀數時一并記,判斷時一并看。
6、測完不記頂層油溫及空氣相對濕度。沒有這兩個條件讀數,下一次的測量無從對齊,趨勢也無從建立。
結語:先問這本規程管哪一段
機房油浸變的介損怎么測,落到操作上是接線、加壓及讀數,落到判定上卻要先回答三件事。這本規程管的是交接還是預防性,這臺變壓器的電壓與容量夠不夠門檻,這一次測量處在哪個溫度區間。三件事定下來,溫度折算那一問才有答案,交接階段可按附錄 C 表換算到出廠試驗溫度,預防性階段沒有換算表,靠的是把頂層油溫控在 50 ℃ 以下、把油溫及相對濕度記下來、在相近條件下逐年比對。測完把條件一并歸檔,下一次才有可比的那一條線。