電力變壓器絕緣老化程度的分析

何海燕 王曉娟

（1.渭南市東雷二期抽黃工程建設(shè)局機(jī)電安裝修試總隊(duì) 陜西 渭南 715500；2.渭南市東雷二期抽黃工程建設(shè)局機(jī)電科 陜西 渭南 715500）

1 電力變壓器絕緣老化的原因和危害

電力變壓器的絕緣主要是指變壓器繞組的絕緣材料，它是保證變壓器正常工作的基本條件。在變壓器的長期運(yùn)行過程中，絕緣材料會(huì)發(fā)生一些物理和化學(xué)變化，導(dǎo)致其機(jī)械和電氣性能不斷地下降，這就是絕緣的老化。絕緣老化的原因很多，在變壓器中主要是熱老化。絕緣材料在高溫作用下，短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞，即使溫度比短時(shí)允許溫度低，但作用時(shí)間很長時(shí)，絕緣性能也常常發(fā)生不可逆的變化，這就是絕緣材料的熱老化。

絕緣老化造成的后果：一方面絕緣材料的絕緣強(qiáng)度不斷降低，易產(chǎn)生局部放電、絕緣的工頻及沖擊擊穿強(qiáng)度降低，造成變壓器的擊穿損壞；另—方面絕緣材料老化產(chǎn)生沉積物，降低絕緣油的性能，容易造成變壓器局部過熱或其他故障。直接影響變壓器的使用壽命，所以在變壓器的運(yùn)行過程中，就要科學(xué)的運(yùn)行監(jiān)督提高變壓器的安全運(yùn)行水平，及時(shí)診斷變壓器的絕緣老化程度，提前發(fā)現(xiàn)缺陷，推斷其剩余壽命，并為變壓器的運(yùn)行修理提供依據(jù)。

2 診斷電力變壓器絕緣老化的常用方法

診斷電力變壓器絕緣老化的常用方法有：①測(cè)量絕緣紙的抗張強(qiáng)度(TS)；②利用氣相色譜法測(cè)定CO和CO2生成量；③測(cè)量絕緣紙的聚合度（DP）；④測(cè)量油中的糠醛濃度。

這是最早判斷絕緣紙老化程度的方法，若絕緣紙的抗張強(qiáng)度下降到初始值的50%或更低時(shí)候，絕緣老化已經(jīng)很嚴(yán)重了，設(shè)備就要退出運(yùn)行。此方法是比較直觀的反映了絕緣老化程度，但要求停電吊芯，而且需要樣品較多，在我們生產(chǎn)運(yùn)行中很難實(shí)現(xiàn)，一般不采用此方法。

由于絕緣紙老化分解出CO和CO2，所以測(cè)量CO和CO2的生成量可以在一定程度上反映絕緣紙的老化程度。但是根據(jù)現(xiàn)有的統(tǒng)計(jì)資料，固體絕緣的正常老化過程與故障情況下的劣化分解，表現(xiàn)在油中CO和CO2的含量上，一般沒有嚴(yán)格的界限，規(guī)律也不明顯。這主要是由于從空氣中吸收CO2、固體絕緣老化及油的長期氧化形成CO和CO2的基值過高造成的。在密封設(shè)備中，空氣也可能經(jīng)泄露而進(jìn)入設(shè)備油中，這樣，油中的CO2濃度以空氣的比率存在。還有國產(chǎn)變壓器中使用的“1030”或“1032”漆在運(yùn)行溫度下也會(huì)分解出CO和CO2，這些都給分析造成了一定的困難，有時(shí)得不到明確的結(jié)論。

絕緣紙中包含纖維分子的數(shù)目，就是絕緣紙的聚合度（DP）。測(cè)量絕緣紙的聚合度也是確定變壓器老化程度的一種方法。絕緣紙聚合度的大小直接反映絕緣紙的老化程度，它是變壓器絕緣老化的主要判據(jù)。一般新絕緣紙的聚合度為1300左右，當(dāng)平均聚合度下降到500時(shí)，變壓器整體絕緣處于壽命中期；當(dāng)平均聚合度下降到250時(shí)，可認(rèn)為變壓器絕緣壽命已終止。變壓器取紙樣部位的不同，將會(huì)導(dǎo)致聚合度數(shù)值的不同，由于聚合度具有一定的分散性，因此，要求在多個(gè)部位上取紙樣，以求得平均聚合度；或者要求每次在代表性部位取紙樣. 取樣數(shù)應(yīng)該統(tǒng)一，以強(qiáng)調(diào)其可比性和同比性.但是，這項(xiàng)試驗(yàn)要求變壓器停運(yùn)、吊罩，以便取紙樣，還有這項(xiàng)試驗(yàn)步驟復(fù)雜時(shí)間長，所以一般不采用這種方法。

鑒于前三種方法的缺陷，在變壓器的運(yùn)行實(shí)踐中，常采用測(cè)量變壓器油中的糠醛濃度來診斷變壓器絕緣老化的程度。

3 測(cè)量變壓器油中的糠醛濃度來診斷變壓器絕緣的老化

絕緣紙中的主要化學(xué)成分是纖維素。糠醛是絕緣紙中纖維素大分子解聚后形成的一種主要氧環(huán)化合物，它溶解在變壓器絕緣油中，是絕緣紙因降解形成的主要特征液體，可以用高性能液相色譜分析儀測(cè)出其含量，根據(jù)濃度的大小判斷絕緣紙的老化程度，并根據(jù)糠醛的產(chǎn)生速率（ppm/a）可進(jìn)一步推斷其剩余壽命。利用測(cè)量糠醛濃度來判斷變壓器的老化狀態(tài)，是目前變壓器老化最有效的檢測(cè)手段，其優(yōu)點(diǎn)有：①取樣方便，不需要停電，用油樣量少，一般只需十至十幾毫升。②變壓器可以不停運(yùn)。③油樣不需要特別的容器，保存方便。④糠醛為高沸點(diǎn)液態(tài)物，不易逸散損失。⑤針對(duì)性強(qiáng)，油老化不產(chǎn)生糠醛。⑥測(cè)量的重復(fù)性和精度都比較高。

另外，當(dāng)油作脫氣或再生處理時(shí)，即使油通過硅膠吸附，會(huì)損失部分糠醛，但損失程度比CO和CO2氣體損失小得多。油中糠醛分析對(duì)于運(yùn)行年限不長的變壓器，還可以結(jié)合油中的CO和CO2含量分析來綜合診斷其內(nèi)部是否存在固體絕緣局部過熱故障。當(dāng)懷疑設(shè)備固體絕緣材料老化時(shí)，一般CO2/CO＞7；當(dāng)懷疑故障涉及固體絕緣材料時(shí)，可能CO2/CO＜3，必要時(shí)應(yīng)該從最后一次的測(cè)試結(jié)果中減去上一次的測(cè)試數(shù)據(jù)，重新計(jì)算比值，以確定故障是否涉及固體絕緣。

油中糠醛含量的判斷，《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》（1997）規(guī)定如下：①糠醛含量超過表1數(shù)據(jù)時(shí)，一般視為非正常老化，需要跟蹤檢測(cè)。②跟蹤檢測(cè)時(shí)，注意增長率；③測(cè)試值大于4mg/L時(shí)，認(rèn)為絕緣老化已經(jīng)比較嚴(yán)重。

4 檢測(cè)實(shí)例

東雷二期抽黃工程建設(shè)局泵站于1997年部分投運(yùn)，加上設(shè)備采購時(shí)間較長，目前部分變壓器時(shí)有故障發(fā)生，為了排除故障解決問題，2009年對(duì)段家塬系統(tǒng)三級(jí)站、流曲系統(tǒng)三合站的故障變壓器進(jìn)行了試驗(yàn)檢測(cè)。三合站變壓器型號(hào)為SL7-4000/35，1998年6月投運(yùn)，投運(yùn)11年。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流曲系統(tǒng)三合站的變壓器油的水溶性酸（PH）值為4.0，已經(jīng)超標(biāo)，不符合絕緣油質(zhì)試驗(yàn)要求。吊芯后3個(gè)部位測(cè)試絕緣紙聚合度試驗(yàn)結(jié)果平均為608；糠醛濃度為0.26mg/L，絕緣屬于正常老化。綜合判斷其固體絕緣性能良好。采用壓力式過濾法對(duì)變壓器油進(jìn)行了處理，油簡化試驗(yàn)合格，再運(yùn)行無故障發(fā)生。段家塬系統(tǒng)三級(jí)站變壓器型號(hào)為SL7-2000/35，1997年5月投運(yùn)，運(yùn)行12年。變壓器油的簡化試驗(yàn)項(xiàng)目均合格，檢測(cè)糠醛濃度時(shí)發(fā)現(xiàn)其濃度為0.45 mg/L，鑒于該變壓器運(yùn)行年限已久，在隨后吊芯中也進(jìn)行了絕緣紙的聚合度測(cè)試，3個(gè)部位的平均聚合度為516。綜合上述試驗(yàn)，判斷其絕緣有老化現(xiàn)象，今后要對(duì)其加強(qiáng)監(jiān)控、檢測(cè)。

經(jīng)過實(shí)踐認(rèn)為，測(cè)量油中糠醛的濃度可以判斷變壓器絕緣的劣化程度，隨著變壓器運(yùn)行年限的增長，其油中的糠醛含量會(huì)增高。當(dāng)變壓器油中的糠醛含量達(dá)到2mg/L～3mg/L時(shí)，變壓器絕緣老化已很嚴(yán)重；達(dá)到3.5mg/L時(shí)，變壓器絕緣壽命應(yīng)終止。由于引起變壓器絕緣老化的原因相當(dāng)復(fù)雜，所以此時(shí)要結(jié)合做油中溶解氣體試驗(yàn)、絕緣紙的聚合度試驗(yàn)，必要時(shí)還要調(diào)查研究變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、運(yùn)行史、故障史、檢修史等，進(jìn)行綜合判斷。陜西水利

表1 正常老化糠醛含量表