通過色譜方法診斷變壓器絕緣老化故障

【摘要】變壓器中包含了很多絕緣紙，由于長期受到熱和電的作用，其會發(fā)生老化分解進(jìn)一步形成一些復(fù)雜化合物糠醛。對這一化合物含量積極檢測，能夠科學(xué)判斷變壓器老化情況并且推斷其是否產(chǎn)生了過熱低溫故障。液相色譜法可以有效檢測糠醛含量，監(jiān)督變壓器帶電工作時絕緣老化狀況。本文主要分析了液相色譜法，液相色譜法對變壓器診斷的意義，液相色譜法診斷變壓器絕緣劣化。

【關(guān)鍵詞】變壓器；液相色譜法；糠醛含量

很多變壓器在電力系統(tǒng)中已經(jīng)使用多年，在長期熱的作用下絕緣紙由于喪失彈性、降低機械強度進(jìn)一步產(chǎn)生老化。因此，對紙質(zhì)絕緣老化程度有效診斷，憑借其速率對剩余使用時間積極判斷，是確保安全運行電力設(shè)備的重要基礎(chǔ)。國外已經(jīng)采用了一些具有實際價值的判斷變壓器紙絕緣老化的方法，也就是高效液相色譜糠醛分析法，以便對變壓器紙質(zhì)絕緣老化與絕緣壽命積極判斷。

一、液相色譜法概述

纖維素是變壓器絕緣紙的重要成分，主要通過葡萄糖體聚合形成。在運行變壓器過程中，由于溫度、水分、油中酸性化合物等同時發(fā)揮作用，致使纖維素出現(xiàn)降解。首先出現(xiàn)鍵斷裂的便是存在于大分子中的氧，其形成葡萄糖單體；由于缺乏穩(wěn)定性的葡萄糖單體，造成其持續(xù)降解形成了含氧雜環(huán)化合物，在變壓器油中發(fā)生溶解，其中具體降解產(chǎn)物便是糠醛。糠醛還可以稱為呋喃甲醛，是一種以油狀態(tài)存在的淺黃色液體，容易和醇類、醚類等有機溶液相溶。烷烴與少量芳香烴等一些非極性或者弱極性化合物構(gòu)成了變壓器油，由于糠醛化合物是非離子型，因此可以選擇具有較強極性的甲醇試劑萃取出變壓器油的糠醛，以便降低大量非極性或者弱極性油成分對檢測糠醛造成的干擾。

二、液相色譜法對變壓器診斷的意義

變壓器油，具體在充油電氣設(shè)備中應(yīng)用，是發(fā)揮了絕緣、冷卻功能的絕緣油品。當(dāng)前，很多變壓器在電力系統(tǒng)已經(jīng)使用了20-30年，需要解決的問題包括對絕緣劣化情況積極診斷，對剩余壽命有效推斷。目前，對變壓器壽命有效診斷的方法有三種。

（一）對生成一氧化碳和二氧化碳量進(jìn)行測定

一氧化碳和二氧化碳是絕緣紙老化產(chǎn)生的，因此可以對二者生成總量進(jìn)行測定及對變壓器壽命積極診斷。但是在運行變壓器過程中，由于處理油在運行溫度中自行分解出一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，以至于對二者的測定造成了影響，也對準(zhǔn)確判斷造成了影響。

（二）絕緣紙的聚合度與抗張強度進(jìn)行測定

纖維素是絕緣紙的重要成分，而葡萄糖單體聚合形成了纖維素大分子。在運行變壓器過程中絕緣紙會出現(xiàn)降解，降低了聚合度和抗張強度。當(dāng)降低至一定程度時，絕緣紙就終止了使用壽命。所以判斷老化程度的重要因素是測定紙的聚合度和抗張強度。但是要在吊罩時才能獲得變壓器紙樣，并且不同取樣位置也對準(zhǔn)確判斷造成了影響，因此，這一方法的應(yīng)用具有局限性。

（三）油中糠醛濃度進(jìn)行測定

在運行變壓器過程中，由于熱發(fā)揮的作用以及存在的水分和氧，造成絕緣紙出現(xiàn)劣化。形成劣化原因非常復(fù)雜，通常包括了水解、氧化、熱降解。紙降解斷裂了纖維素大分子鏈，產(chǎn)生了酸。由于存在的油氧化酸性物與紙降解形成了水，對紙的劣化速度進(jìn)行了加快。越深的劣化程度，則產(chǎn)生了越高濃度的劣化產(chǎn)物。所以，對油中含有的糠醛量積極分析可以掌握紙劣化的情況，并且綜合其產(chǎn)生速率，對變壓器剩余壽命科學(xué)估測。

三、液相色譜法診斷變壓器絕緣劣化

變壓器壽命具體是指絕緣系統(tǒng)油紙的壽命。在使用變壓器過程中絕緣油可以再生或者更換，而紙絕緣的老化過程并不可逆。所以實際上變壓器壽命具體是指絕緣紙和層壓紙板的使用壽命。當(dāng)前，木材紙漿是變壓器紙質(zhì)絕緣的主要原料，纖維素是其重要化學(xué)成分。大概是1200個葡萄糖單體形成的高分子鏈狀聚合物組成了纖維素大分子。

1用貝塞比色管規(guī)格是10mL中稱量被檢測油樣5mL，添加甲醇5mL，均勻搖晃，常溫情況下保證1.5min的振蕩。在高速離心機內(nèi)放置比色管同時使其旋轉(zhuǎn)5到10min，逐漸分層油和甲醇。采用過濾器將甲醇上層萃取液進(jìn)行過濾之后進(jìn)行分析使用。

2使用規(guī)格為50μL微量注射器吸取50μL萃取液，加樣，儀器自行吸取20μL萃取液實施分析，把剩余樣品放入廢液瓶。檢測時需要根據(jù)液相色譜儀操作方法進(jìn)行，獲得色譜圖之后，可以再進(jìn)行一側(cè)檢測。

3可以選擇色譜工作站中的峰面積外標(biāo)法，儀器將會自行提供糠醛在油樣中的含量。測定數(shù)值是平行測定結(jié)果2次的平均算數(shù)值。

4當(dāng)結(jié)束檢測之后，更改流動相為已經(jīng)進(jìn)行過濾處理的純甲醇，采用1Ml/min流速清洗儀器30min，清洗干凈色譜柱。

對運行不同時間的變壓器油采用液相色譜法測定了糠醛含量。測定結(jié)果說明，變壓器油含有的糠醛量與運行變壓器時間的關(guān)系是正比例，也就是運行變壓器時間越長，油中含有的糠醛量也就越大，與運行實際規(guī)律較為吻合。

5影響診斷結(jié)果的因素。影響測量糠醛含量結(jié)果的因素包括兩方面：生產(chǎn)變壓器油的過程與液相色譜測量過程。生產(chǎn)變壓器油工藝的發(fā)展基礎(chǔ)是不斷進(jìn)步的煉油工藝，從早期選擇的環(huán)烷基原油，使用的精制硫酸白土工藝，逐步轉(zhuǎn)變?yōu)椴⒅夭捎铆h(huán)烷基原油和石蠟基原油，選擇精制溶劑、脫蠟溶劑、補充白土精制以及補充加氫精制等工藝。70年代之后開始迅速發(fā)展溶劑與加氫精制，其中比較糠醛精制和酸堿精制可知，糠醛精制的優(yōu)點為沒有廢渣、循環(huán)使用溶劑、可以深度調(diào)節(jié)精制深度等，同時一次性投資所需成本比補充加氫精制低，已經(jīng)被作為國內(nèi)生產(chǎn)變壓器油的重要工藝。按照生產(chǎn)變壓器油工藝特點可知，后續(xù)處理糠醛精制工藝極大影響了精制油糠醛的殘留，假如不能正確處理，就會在油中留下極少的糠醛，因此實驗中處理油樣可采取白土，觀察白土對前后糠醛含量處理時的變化。

6選擇最佳測試條件。第一，選擇萃取溶液濃度。通過分析純甲醇、甲醇溶液以及純水萃取油之中的糠醛，我們可以發(fā)現(xiàn)隨著萃取液中逐漸降低的甲醇濃度，相應(yīng)減少了色譜出峰數(shù)，逐步改善了糠醛峰與附近雜質(zhì)峰之間的分離狀況。當(dāng)甲醇濃度在60%以下時，不斷降低糠醛峰高，因此萃取液選擇60%甲醇，糠醛萃取率及其他雜志萃取率得到最大比值，進(jìn)一步確保了很好的分離糠醛，同時得到了極高的靈敏度。

第二，選擇流動相。采用甲醇+水作為流動相，可以促使在色譜柱上萃取液中的糠醛脫離其他組，經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)甲醇和水在流動相中的比例并不相同，其中保留糠醛的時間、峰高以及分離雜質(zhì)峰的情況也產(chǎn)生了顯著差異。甲醇在流動相中開始增大比例，保留糠醛的時間減少、峰形變窄且高，顯著增加了干擾峰數(shù)量，糠醛峰很難脫離附近的干擾峰。當(dāng)降低流動相中的甲醇比例70%-50%時，不但可以徹底分離糠醛峰和附近干擾峰，且峰高也達(dá)到了測試要求。

結(jié)束語

綜合分析，針對變壓器油包含的糠醛采用液相色譜法測定其含量，不但操作方便、快捷，并且測定結(jié)果具有極高的準(zhǔn)確性和靈敏度，推廣價值無可限量，在電力變壓器絕緣故障診斷中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

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作者簡介

羅莉（1973-），女，籍貫：湖北省武漢市，職稱：工程師，學(xué)歷：本科，主要研究方向：高壓電氣試驗及變壓器油化分析。