變壓器絕緣材料老化判斷的方法探討

孟麗坤

摘 要：變壓器絕緣材料主要用途是對(duì)通電導(dǎo)體之間進(jìn)行絕緣隔離。在變壓器中，絕緣材料不僅僅起到絕緣的作用，還起到散熱、固定、保護(hù)、防潮等作用，是變壓器的重要組成部分。如今大型變壓器通常選擇油紙作為絕緣材料，油紙的主要成分有紙板、絕緣紙和絕緣油，油紙的構(gòu)成比較簡(jiǎn)單。絕緣材料的使用程度標(biāo)志著變壓器的使用壽命，該文探討了造成變壓器絕緣材料老化的原因，詳細(xì)介紹了絕緣材料在老化分解過(guò)程中產(chǎn)氣（CO、CO2）及糠醛的現(xiàn)象，并且主要探討了應(yīng)用測(cè)量氣體、糠醛含量的具體方法來(lái)檢測(cè)變壓器絕緣材料的老化程度。

關(guān)鍵詞：變壓器絕緣材料 絕緣材料老化 判斷方法

中圖分類號(hào)：TM404 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）10（c）-0107-02

變壓器絕緣材料主要用途是對(duì)通電導(dǎo)體之間進(jìn)行絕緣隔離。在變壓器中，絕緣材料不僅僅起到絕緣的作用，還起到散熱、固定、保護(hù)、防潮等作用，是變壓器的重要組成部分。如今大型變壓器通常選擇油紙作為絕緣材料，油紙的主要成分有紙板、絕緣紙和絕緣油，油紙的構(gòu)成比較簡(jiǎn)單。但當(dāng)變壓器的故障關(guān)乎到固體絕緣材料時(shí)，應(yīng)引起高度的重視，因?yàn)楣腆w絕緣故障可能會(huì)造成變壓器設(shè)備的損壞、局部放電等事故。絕緣材料的使用程度標(biāo)志著變壓器的使用壽命，所以，判斷絕緣材料老化程度的方法至關(guān)重要。

1 造成絕緣老化的原因

變壓器絕緣材料的使用環(huán)境復(fù)雜，絕緣材料的使用壽命受很多因素的影響（溫度、濕度、電場(chǎng)），所以絕緣材料相比于其他材料更容易老化、破損。除去環(huán)境對(duì)絕緣材料的影響，絕緣材料自身的結(jié)構(gòu)、特征、工藝技術(shù)等條件對(duì)老化速度也會(huì)有不同程度的影響。而且，絕緣材料不光會(huì)在電的作用下發(fā)生老化，還會(huì)因?yàn)檫€會(huì)因?yàn)槭艹倍铀倮匣?。總而言之，造成絕緣材料老化的原因主要包括電作用、機(jī)械力作用以及環(huán)境濕度的影響。

2 絕緣材料老化分解的產(chǎn)氣現(xiàn)象分析

大部分固體絕緣材料在老化分解的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生氣體，不妨以分析氣體產(chǎn)生原因?yàn)榛A(chǔ)，對(duì)變壓器油中氣體含量的檢測(cè)來(lái)判斷絕緣材料的老化程度。

通過(guò)對(duì)固體材料成分的研究得知，固體絕緣材料中含有大量的較弱的C-O鍵和無(wú)水右旋糖環(huán)，這兩種化學(xué)鍵的熱穩(wěn)定性相比于變壓器中的碳?xì)滏I要不穩(wěn)定一些，并且還會(huì)在比較低的溫度下進(jìn)行重新排列、化合。在電、熱、濕度以及氧氣的催化作用下，分子中的聚合物會(huì)出現(xiàn)氧化分解，分子中含有的共價(jià)鍵（C-O、C-H、C-C）均被破壞，形成大量的CO、CO2氣體和少量的水以及糠醛。這是發(fā)生在變壓器中的緩慢化學(xué)反應(yīng)，受溫度的影響較大，如果聚合物在開(kāi)始分解的時(shí)候周?chē)行囟冗_(dá)到105 ℃，不僅生成水和氣體（CO、CO2），變壓器油也會(huì)被氧化，這說(shuō)明氣體的生成不僅受溫度的影響，還可以根據(jù)絕緣紙的濕度來(lái)簡(jiǎn)單判斷絕緣材料的老化程度。

3 絕緣材料老化的判斷試驗(yàn)

3.1 CO、CO2的含量檢測(cè)

檢測(cè)CO、CO2含量最好的方法就是運(yùn)用氣相色譜法，具體的檢測(cè)方法為：取40～60ml變壓器油，將其裝入注射器中密封。在50℃的溫度下進(jìn)行震蕩，使溶解在油中的氣體脫出，當(dāng)油中的氣、液達(dá)到平衡時(shí)停止震蕩。通過(guò)對(duì)氣體中目標(biāo)氣體的濃度測(cè)定，并嚴(yán)格按照氣相色譜檢測(cè)流程的規(guī)定、分配定律以及物料平衡的原理[1]計(jì)算出溶解在油中的CO、CO2濃度。

氣相色譜法檢測(cè)的過(guò)程如圖1所示。

3.2 糠醛的含量檢測(cè)

與檢測(cè)CO、CO2含量的方法相類似，糠醛的含量檢測(cè)運(yùn)用液相色譜檢測(cè)法。檢測(cè)用器件可選擇可見(jiàn)波長(zhǎng)掃描紫外檢測(cè)器[2]。相關(guān)數(shù)據(jù)分析為：以甲醇與水的混合液（6：4）作為流動(dòng)相，將體積流量控制在1.0 ml/min左右，檢測(cè)波長(zhǎng)為275 nm；進(jìn)樣量具體為10 ml[3]。糠醛的液相色譜檢測(cè)過(guò)程如圖2所示。

4 判斷變壓器絕緣材料老化存在的問(wèn)題

4.1 運(yùn)用對(duì)CO、CO2含量的檢測(cè)方法

變壓器絕緣材料老化的主要特征體現(xiàn)在絕緣材料的分子在氧氣、水分、溫度等因endprint