油中糠醛濃度判定變壓器固體絕緣劣化程度的研究

徐志強(qiáng)，劉 陽(yáng)，趙敏喬，朱建軍

0 引言

在充油電氣設(shè)備中，構(gòu)成固體絕緣的纖維質(zhì)材料老化分解產(chǎn)生幾種化合物，如呋喃衍生物，部分呋喃衍生物溶于油中，可以作為判定運(yùn)行設(shè)備固體絕緣老化程度的依據(jù)。早在1984年第12屆國(guó)際大電網(wǎng)會(huì)議上，英國(guó)學(xué)者就已提出油中糠醛可以作為判定變壓器內(nèi)絕緣紙老化的特征產(chǎn)物；20世紀(jì)80年代以來，采用糠醛含量判斷變壓器絕緣劣化程度得到了廣泛的應(yīng)用[1-4]。糠醛作為呋喃衍生物的一種，在油中有較好的累積效果，因此，通過檢測(cè)絕緣油中的糠醛含量可以得出電氣體絕緣材料劣化的程度[5-6]。另外，測(cè)量糠醛時(shí)取樣相對(duì)簡(jiǎn)單方便，只需要通過變壓器油箱下方閥門即可取樣，無須設(shè)備停運(yùn)。

但是，由于變壓器油生產(chǎn)工藝改變，在新的變壓器油中已經(jīng)含有糠醛，如果仍簡(jiǎn)單地以糠醛含量去判定絕緣紙板老化的程度必然造成誤判斷。因此，判定方法必須完善。

鑒于上述原因，本文提出了判定絕緣紙板老化程度的修正方法。它是以實(shí)測(cè)的變壓器油糠醛含量減去初始糠醛含量得到的糠醛值來判定絕緣紙板的老化程度。

1 判定方法完善原因

目前，大多數(shù)變壓器油廠家已經(jīng)廢棄原來的硫酸燒堿精制法而改用糠醛作為溶劑的精制法。舊的變壓器油煉制方法是以去蠟淺度加氫油為原料，采用酸堿電化學(xué)精制和白土精制相結(jié)合[7]。隨著環(huán)保要求的提高，為了能使污染從源頭得到控制，新的糠醛精制法應(yīng)運(yùn)而生。它是以去蠟油為原料，預(yù)堿洗和預(yù)加氫后，采用糠醛精制和白土精制相結(jié)合[8-9]。新的糠醛精制具體流程如下：

（1）加入燒堿溶液（堿液加入量由原料的酸值定），堿洗油需要進(jìn)行水洗。

（2）原料預(yù)加氫。反應(yīng)溫度由原料酸值確定。

（3）采用糠醛作為溶劑進(jìn)行萃取，然后用水洗除去糠醛溶劑，通常糠醛/油=(3.0～4.0)/1。

（4）白土補(bǔ)充精制。

（5）調(diào)和。加入變壓器油專用的復(fù)合添加劑，以改善氧化安定性等性能。

此方法因具有無廢渣產(chǎn)生，溶劑循環(huán)使用，精制深度可調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，自2001年來各大廠家開始采用，但該方法使得新變壓器油中含有一定量的糠醛溶劑。

根據(jù)中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》[11]，認(rèn)為油中糠醛含量達(dá)到0.5 mg/L時(shí)，變壓器整體絕緣水平處于壽命中期；達(dá)到1～2 mg/L時(shí)，絕緣劣化嚴(yán)重；達(dá)到5 mg/L時(shí)，變壓器絕緣壽命終止。華北電網(wǎng)有限公司2008《電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》[10]中規(guī)定，當(dāng)糠醛測(cè)量值大于4 g/mL時(shí)，認(rèn)為絕緣老化已比較嚴(yán)重。然而近幾年來，新變壓器油中的糠醛含量有的已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了1 g/mL，這與原來認(rèn)為油中糠醛含量達(dá)到1～2 mg/L時(shí)，絕緣紙板劣化已經(jīng)較為嚴(yán)重有了較大沖突。

2 試驗(yàn)分析

國(guó)內(nèi)各大變壓器油制造廠家糠醛精制法技術(shù)不盡相同，尤其是溶劑回收系統(tǒng)存在較大的差異。為了證實(shí)目前的新變壓器油中糠醛含量是否已超標(biāo)，采用島津LC-9A液相色譜儀（圖1）進(jìn)行糠醛含量的檢測(cè)。

未知變壓器油中糠醛濃度的測(cè)定是依據(jù)儀器的工作曲線計(jì)算得到。表1記錄了多個(gè)500 kV變電站變壓器或電抗器投運(yùn)前油樣糠醛含量檢測(cè)試驗(yàn)的結(jié)果。

表1 糠醛含量檢測(cè)結(jié)果Tab.1 Furfural content detection result

由表1可知，變壓器在投運(yùn)前后絕緣油中糠醛含量數(shù)值都較大，如果按照文獻(xiàn)[10]中所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)糠醛測(cè)量值大于4 g/mL時(shí)，絕緣老化比較嚴(yán)重，顯然判定結(jié)果與實(shí)際不符。如果按照本文提出的以糠醛差值判斷絕緣壽命，則與實(shí)際運(yùn)行狀況相符。

3 采用糠醛含量判斷絕緣紙板壽命的修正方法

為了進(jìn)一步驗(yàn)證變壓器油糠醛含量必須減去初始糠醛含量才能作為判定絕緣紙板老化程度的方法，重點(diǎn)對(duì)天津吳莊500 kV站4號(hào)變壓器A相和北京城北500 kV站1號(hào)變壓器A相進(jìn)行了跟蹤測(cè)試，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 吳莊、城北站糠醛含量檢測(cè)結(jié)果Tab.2 Furfural content results measured at Wuzhuang and Chengbei stations

表2的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確地驗(yàn)證了本文提出的修正方法的合理性。自2001年至今投運(yùn)的110 kV及以上的變壓器，如果投運(yùn)前沒有測(cè)得糠醛含量，若運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)糠醛含量數(shù)值較大，需要結(jié)合高壓試驗(yàn)中的介損值，氣相色譜中的CO、CO2值綜合分析判斷，最終確定是否停運(yùn)，要根據(jù)能準(zhǔn)確反映絕緣紙板老化的聚合度來定。

目前規(guī)程規(guī)定交接試驗(yàn)500 kV及以上的變壓器及電抗器需要做糠醛試驗(yàn)，根據(jù)以上分析，110 kV及220 kV等級(jí)的變壓器同樣需要做，只有給出每臺(tái)變壓器的初始糠醛濃度，才能得到真正的預(yù)防性試驗(yàn)分析中由絕緣紙板老化產(chǎn)生的糠醛濃度，由此得到的數(shù)據(jù)才能準(zhǔn)確地分析出變壓器的絕緣故障。

4 結(jié)論

隨著變壓器油煉制工藝的變化，新的變壓器油中已經(jīng)含有一定量的糠醛溶劑，簡(jiǎn)單的以測(cè)定的糠醛含量作為判斷變壓器絕緣紙板老化程度的標(biāo)準(zhǔn)存在一定的不足。通過實(shí)際試驗(yàn)分析，證明了變壓器油糠醛含量應(yīng)減去初始糠醛含量才能作為判定絕緣紙板老化程度的方法。

最初以糠醛判斷絕緣紙板壽命是因?yàn)榭啡┳鳛檫秽苌锏囊环N，在油中具有很好的累積效果。隨著煉油技術(shù)的發(fā)展，是不是可以再找到另外的一種絕緣紙板分解產(chǎn)物，根據(jù)其在油中的溶解效果和累積效果來判斷絕緣紙板的老化程度，這是有待于進(jìn)一步探索的新課題。

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[11]DL/T 596—1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程[S].