絕緣油中糠醛含量與絕緣紙老化關(guān)系的探討

關(guān) 瑾，宋春然，薛守洪，王振中

(1.內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)高電壓與絕緣技術(shù)企業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010020)

油浸式變壓器的絕緣系統(tǒng)主要是由介電常數(shù)較高的油浸紙和介電常數(shù)相對(duì)較低的絕緣油組合而成[1]。絕緣系統(tǒng)的壽命指油-紙絕緣系統(tǒng)的壽命，其壽命決定了變壓器的壽命。變壓器在運(yùn)行過程中，絕緣油可以通過再生或更換，改善運(yùn)行過程中出現(xiàn)的老化現(xiàn)象[2]。但是，油浸紙一旦發(fā)生老化就是不可逆的，且更換難度大[3]。因此，絕緣紙的老化是決定變壓器壽命的關(guān)鍵因素。及時(shí)準(zhǔn)確地評(píng)估絕緣紙老化程度，有助于發(fā)現(xiàn)變壓器絕緣系統(tǒng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，為變壓器的運(yùn)行維護(hù)、檢修和更換提供重要的參考依據(jù)。

1 變壓器油中糠醛含量與絕緣老化的關(guān)系

1.1 糠醛的產(chǎn)生

絕緣紙的主要成分是纖維素，纖維素是由多個(gè)葡萄糖單體聚合而成的高分子碳水化合物，其聚合度高達(dá)2000。纖維素的分子式為(C6H10O5)n，n為聚合度(DP)。糠醛產(chǎn)生的機(jī)理和化學(xué)反應(yīng)眾說紛紜，沒有統(tǒng)一的結(jié)論。目前，普遍認(rèn)為是纖維素老化時(shí)，長(zhǎng)鏈發(fā)生裂解，鏈兩端的葡萄糖單體脫離受熱分解，生成包括糠醛在內(nèi)的呋喃類化合物?？啡┑慕Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式見圖1。一般認(rèn)為，變壓器的正常運(yùn)行或過載運(yùn)行，導(dǎo)致絕緣紙發(fā)生正常老化或過熱老化，都會(huì)產(chǎn)生糠醛[4，5]。

圖1 糠醛的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

1.2 評(píng)估絕緣紙老化程度的理化特征參量

目前，常用來評(píng)估絕緣紙老化程度的理化特征參量有以下4種：絕緣紙的聚合度、碳氧化物、甲醇、糠醛。表1總結(jié)了以上4個(gè)理化特征量在實(shí)際運(yùn)用中的優(yōu)勢(shì)和不足[4-6]。

表1 各理化特征參量的優(yōu)勢(shì)和不足

綜合比較表1中各個(gè)特征參量的優(yōu)勢(shì)與不足，可以看出，糠醛是評(píng)估絕緣紙老化程度最成熟和最具可行性的理化特征參量。

2 油中糠醛含量檢測(cè)結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析

2006年，采用日本島津LC-10AVP型高效液相色譜儀，對(duì)蒙西地區(qū)發(fā)供電單位的24臺(tái)主變進(jìn)行了糠醛含量的檢測(cè)，主變運(yùn)行年限和糠醛含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果詳見表3-7。電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，油中糠醛的含量超過表2值時(shí)一般為非正常老化，需要跟蹤檢測(cè)；當(dāng)糠醛含量超過4mg/L時(shí)，則認(rèn)為絕緣老化比較嚴(yán)重[7]。

表2 變壓器運(yùn)行年限與糠醛含量

表3 運(yùn)行10年-15年主變糠醛含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

表4 運(yùn)行15年-20年主變糠醛含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從表3-表5的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，運(yùn)行10年-15年、15年-25年主變的糠醛含量均小于0.1mg/L。隨著主變運(yùn)行年限的增加，油中糠醛含量也有所增加。運(yùn)行20年以上11.1%主變的糠醛含量范圍在0.4mg/L～0.75mg/L，11.1%主變的糠醛含量范圍在0.2mg/L～0.4mg/L，超過一半主變的糠醛含量均小于0.1mg/L，總體糠醛含量增加的不明顯。其中，運(yùn)行10年-15年、15年-25年主變的糠醛含量均未超過表2中的標(biāo)準(zhǔn)值。

表5 運(yùn)行20年以上主變糠醛含量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

從以上統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知，運(yùn)行15年-25年主變的糠醛含量與運(yùn)行10年-15年主變的糠醛含量沒有發(fā)生顯著的變化；運(yùn)行超過20年主變的糠醛含量偏低，其糠醛含量總體有所增長(zhǎng)，但是增長(zhǎng)趨勢(shì)不顯著。

此時(shí)，需要考慮糠醛含量的影響因素，如變壓器運(yùn)行期間的換油、補(bǔ)油，導(dǎo)致糠醛含量減少；絕緣油經(jīng)過白土或硅膠等的再生處理措施，導(dǎo)致糠醛含量顯著下降甚至未檢出[8]；設(shè)備的運(yùn)行情況(繞組絕緣的老化不均一)，導(dǎo)致糠醛含量較少[4]?？梢?，實(shí)驗(yàn)室糠醛含量的檢測(cè)結(jié)果不能真實(shí)反映主變絕緣紙老化的程度。

3 結(jié)束語

在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，不能僅僅依據(jù)油中糠醛含量的高低判斷絕緣紙的老化。要準(zhǔn)確判斷絕緣紙的老化程度，還應(yīng)該綜合多方面因素考慮。應(yīng)當(dāng)及時(shí)掌握糠醛的初始濃度、吸附劑種類的選用及濾、換油記錄等種信息[9]，結(jié)合主變的運(yùn)行和檢修定期進(jìn)行糠醛含量的檢測(cè)，積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并聯(lián)合油中溶解氣體分析，綜合判斷絕緣紙的老化程度及其絕緣紙的潛在故障。