基于糠醛含量分析的變壓器固體絕緣檢測分析

錢朝春，宦扶天

(江蘇省電力公司鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

基于糠醛含量分析的變壓器固體絕緣檢測分析

錢朝春，宦扶天

(江蘇省電力公司鎮(zhèn)江供電公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212001)

電力系統(tǒng)常用氣相色譜的分析方法判斷變壓器使用狀況，但是對于變壓器內(nèi)部絕緣紙故障卻無能為力。因而一種全新的液相分析方法孕育而生，通過分析絕緣老化的產(chǎn)物——糠醛，可以有效得得知絕緣老化程度，作為判斷電力變壓器老化程度和運行狀況的手段。

變壓器;固體絕緣;糠醛

1 固體絕緣老化診斷方法

1.1 聚合度分析(DP)

變壓器絕緣紙、紙板等是以木材紙漿為原料，其主要成分是由約1200個葡萄糖環(huán)n單體組成的鏈狀多分子化合物的纖維素，其中n稱為聚合度 (Degree of Polymerization，DP)。變壓器在運行中由于溫度、水分和氧氣的作用，纖維素會逐漸降解，使聚合度降低，從而降低紙板的抗拉強度和絕緣性能。

聚合度是最能表征絕緣紙老化程度的指標，非?？煽俊蚀_，是有效的判據(jù)，能夠間接地反映絕緣紙板的機械強度，但是需要采取吊芯，不能從最能反映絕緣真實狀況的關(guān)鍵處取樣，聚合度數(shù)值的分布具有一定的分散性，較難實現(xiàn)。

1.2 油中溶解氣體分析(DGA)

油中溶解氣體分析DGA(Dissolved gas analysis)因不受外界電場、磁場等因素的影響，為變壓器早期故障在線預測診斷提供重要技術(shù)支撐。DGA技術(shù)是目前對油浸變壓器進行故障診斷最方便、有效的手段之一。然而，由于變壓器油氧化時也有CO和CO2產(chǎn)生，其含量及比值規(guī)律不能直接反映變壓器絕緣老化的程度，僅依靠CO和CO2含量、產(chǎn)氣速率和CO/CO2的比值來判斷變壓器絕緣老化狀況，將帶來很大的不確定性，只能作為一種參考判據(jù)。

1.3 水分分析

變壓器油紙絕緣介質(zhì)老化的主要產(chǎn)物是水分。固體絕緣材料中的水分在老化過程中扮演著催化劑的角色來加速老化進程，導致構(gòu)成紙板的纖維素分子鏈加速斷裂，使紙板聚合度降低，進而使絕緣系統(tǒng)的機械強度降低。利用卡爾費休滴定法，可以測出變壓器油中的含水量，然后根據(jù)油水平衡關(guān)系，可以得到絕緣紙中的含水量。

1.4 糠醛含量分析(Furan)

20世紀70年代末，在分析2臺400/22kV發(fā)電機變壓器的事故原因時，檢測到溶解在油中的以糠醛為主的呋喃類化合物，并發(fā)現(xiàn)變壓器油中糠醛僅僅來自于絕緣紙等纖維素材料的老化分解，而與變壓器油無關(guān)，由此開始了基于糠醛分析的固體絕緣診斷方法的研究。該方法可以在變壓器不停運情況下，取油樣，然后測出油中糠醛含量。一般來講，如果油中糠醛含量達到0.5 mg/L時，變壓器整體絕緣程度處于壽命中期;糠醛達到1～2 mg/L時，絕緣劣化嚴重;糠醛達到4 mg/L時，變壓器壽命終止。

2 糠醛含量分析法簡介

2.1 變壓器油中糠醛的來源

變壓器油中的糠醛主要來源于兩個方面，對于新油來說，變壓器油在生產(chǎn)過程中，都需要經(jīng)過溶劑精制工藝來脫除不理想組分，一般溶劑精制工藝均采用糠醛作為溶劑，生產(chǎn)后期雖然采用了白土補充精制工藝，但不一定能把糠醛完全除去。對于運行油來說，變壓器油在使用過程中，變壓器中的絕緣紙在運行過程中發(fā)生降解會生成糠醛及其衍生物，溶于油中的部分會加速油品的老化。

2.2 糠醛含量與變壓器運行年限之間的關(guān)系

國內(nèi)外有關(guān)資料表明，隨著固體絕緣正常老化過程的進展，變壓器油中的糠醛濃度與運行年限之間大致呈指數(shù)關(guān)系，其數(shù)學形式為:

式中:Ck—糠醛濃度，單位為mg/L;

T—變壓器運行年限，單位為年;

A、B—常數(shù)。

DL/T596－1996《電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程》對油浸式變壓器的試驗項目、周期和要求做出了規(guī)定，電力變壓器及電抗器絕緣油中糠醛含量超出表1所示極限為非正常老化，當糠醛含量在4mg/L時，可以認為變壓器絕緣部分處于嚴重老化狀態(tài)。

表1 變壓器糠醛含量標準

2.3 運行中變壓器油糠醛測量數(shù)據(jù)

為了研究不同電壓等級變壓器油中糠醛含量與變壓器服役年限之間的關(guān)系，先后對50臺不同電壓等級的主變進行了糠醛濃度測量與分析，數(shù)據(jù)中不含新?lián)Q過油的變壓器，見表2～5所示。

表2 投運1～5年變壓器糠醛含量統(tǒng)計

表3 投運5～10年變壓器糠醛含量統(tǒng)計

表4 投運10～15年變壓器糠醛含量統(tǒng)計

表5 投運15～20年變壓器糠醛含量統(tǒng)計

2.4 數(shù)據(jù)分析

畫出糠醛含量與投運年限關(guān)系的散點圖如圖1所示。

圖1 糠醛含量與投運年限關(guān)系

從以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，變壓器油中糠醛含量一般在投運1～15年之內(nèi)含量比較低，在此期間絕緣材料自然老化比較緩慢。運行15～20年的變壓器油中糠醛含量顯著上升，并且隨著年限的增加，油中糠醛含量顯著增加，說明固體絕緣隨著年限的增加老化程度也隨之增加。對于部分投運5年以內(nèi)的變壓器油中糠醛含量比較高，是由于新油在制作工藝中殘存的原因造成的，不能反映出變壓器的老化狀況。

3 結(jié)論

(1)測量油中糠醛濃度是檢測固體絕緣老化程度的一種好方法，而且已在其分析方法上有了一定的經(jīng)驗。

(2)由于不同變壓器環(huán)境狀況、設(shè)備類型、運行維護等的差異，基于上述統(tǒng)計分析，可得出一般性規(guī)律;如果多臺變壓器運行情況相近，其中某臺測量值相對偏高且增長較快者，說明其老化相對較快，就可及時注意，從而有利于設(shè)備的維護檢修并可提高其運行的可靠性。

(3)由于使用糠醛精制工藝，不少新變壓器油中初始糠醛含量比較大，但不能由此依據(jù)電力標準中油糠醛含量數(shù)值來判斷絕緣紙已經(jīng)老化。變壓器油在出廠時應(yīng)嚴格控制糠醛含量。

(4)若將糠醛濃度分析手段與其他絕緣試驗方法相結(jié)合，即可取長補短，更利于及時得出比較準確、科學的診斷結(jié)果。

［1］ 張潮海，J．M．K．MacAlpine．糠醛濃度判斷變壓器絕緣紙壽命的綜述［J］．高電壓技術(shù)，2001(4)．

［2］ 林朝輝，張彼德．利用糠醛含量進行變壓器壽命預測［J］．變壓器2009(7)．

［3］ Zhang C H，MacAlpine JM K．Furfural concentration in transformer oil as an indicator of paper ageing［J］．Power Systems Conference and Exposition，2006．

［4］ 徐志強，劉陽，趙敏喬．油中糠醛濃度判定變壓器固體絕緣劣化程度的研究［J］．電子建設(shè)，2010，2(2)．

Solid Insulation Detection Analysis of Transformers Based on Furfuraldehyde Content

QIAN Chao-chun，HUAN Fu-tian
(Zhenjiang Power Supply Company，Jiangsu Electric Power Company，Zhenjiang 212001，China)

In a power system，use conditions of a transformer is often ditermined by analysticalmethod of gas chromatography，but it can do nothing for the internal insulation paper faultof the transformer．So，a new analyticalmethod of liguid phantom has come into the world．Thismethod，through analyxing insulation aging outcome-furfuraldehyde，can effectively known about theinsalation aging degree，to assess the aging degree and running condition of the pwoer tranformer．

transformer，solid insulation，furfuraldehyde

TM41

B

1004－289X(2013)03－0060－03

2013－03－20

錢朝春(1969－)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，助理工程師，主要從事變電運維工作;

宦扶天(1984－)，男，江蘇鎮(zhèn)江人，助理工程師，主要從事變電運維工作。