淺析影響變壓器油紙絕緣老化的因素

胡章勇 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司鄄城縣供電公司

淺析影響變壓器油紙絕緣老化的因素

胡章勇 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司鄄城縣供電公司

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，變壓器發(fā)揮著重要的作用，因此必須要提高變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性。但在變壓器運(yùn)行過程中比較容易出現(xiàn)油紙絕緣老化的現(xiàn)象，影響其運(yùn)行的效率。鑒于此，進(jìn)行有關(guān)變壓器油紙絕緣老化影響因素的研究十分必要。

變壓器；油紙；絕緣

前言

現(xiàn)代社會(huì)的發(fā)展離不開電能的支持，而社會(huì)的發(fā)展又促進(jìn)了電力行業(yè)的發(fā)展。在這種情況下，電力行業(yè)成為影響我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要產(chǎn)業(yè)之一。近些年來，我國(guó)電力行業(yè)發(fā)展的速度比較快，電網(wǎng)建設(shè)的規(guī)模也在逐漸增大，為人們的生活提供了便利條件。但與此同時(shí)，人們對(duì)電力系統(tǒng)的依賴性變得越來越大。一旦電力系統(tǒng)在運(yùn)行過程中出現(xiàn)問題，不僅會(huì)嚴(yán)重影響到人們的正常生活，同時(shí)還將造成不可挽回的損失。在這種情況下，必須要確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電力系統(tǒng)是由眾多元件、設(shè)備組成的，影響其運(yùn)行穩(wěn)定性的因素也是比較多的。變壓器是整個(gè)電力系統(tǒng)中的核心設(shè)備，其運(yùn)行的狀態(tài)將會(huì)直接影響到電力系統(tǒng)的工作情況。但就目前的調(diào)查情況來看，我國(guó)大多數(shù)的變壓器使用時(shí)間都已經(jīng)超過了二十年，油紙絕緣老化的現(xiàn)象是比較嚴(yán)重的。在這種情況下，變壓器在運(yùn)行過程中出現(xiàn)故障的可能性是非常大的[1]。鑒于此，為了確保電力系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，必須要對(duì)變壓器油紙絕緣老化的影響因素進(jìn)行分析和研究，合理控制變壓器油紙絕緣老化現(xiàn)象。

1.變壓器油紙絕緣老化的機(jī)理分析

變壓器油紙絕緣老化可以分成兩種類型，一種是變壓器油絕緣的老化，另一種是絕緣紙的老化[2]。下面將具體分析一下其絕緣老化的機(jī)理。

首先，分析變壓器油絕緣老化的機(jī)理。變壓器油是一種混合物，其中含有各種類型的碳?xì)浠衔铩Ｔ谡Ｇ闆r下，這些碳?xì)浠衔锸遣粫?huì)進(jìn)行熱分解反應(yīng)的。但如果變壓器內(nèi)部的環(huán)境條件發(fā)生了變化，例如溫度變化、氧氣增加等，則變壓器油是會(huì)進(jìn)行熱分解反應(yīng)的。在熱分解反應(yīng)的過程中，會(huì)生產(chǎn)多種物質(zhì)，其中既包括氧化物，也保護(hù)酸性化合物。同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳、氫氣、低分子烴類氣體等。而且，隨著時(shí)間的不斷增加，產(chǎn)生的物質(zhì)也會(huì)發(fā)生一些變化，會(huì)出現(xiàn)一些固體顆粒等。

其次，分析絕緣紙老化的機(jī)理。在絕緣紙中纖維素的含量是非常高的，纖維素一旦出現(xiàn)變化則會(huì)直接影響到絕緣紙的性質(zhì)。纖維素是一種有機(jī)物，其中主要包括兩種物質(zhì)，一種是糖，另一種單糖。在絕緣紙老化的過程中，纖維素會(huì)發(fā)生降解反應(yīng)。但在不同影響因素的作用下，纖維素發(fā)生的反應(yīng)是不同的。第一種是水解。纖維素中的配糖鍵會(huì)受到水的影響，從而出現(xiàn)斷裂的現(xiàn)象，進(jìn)而影響到纖維素的聚合度。如果絕緣紙中含有大量的水，則會(huì)大大促進(jìn)纖維素水解的速度。如果絕緣紙中還含有酸，則會(huì)加快纖維素水解的速度；第二種是熱解。如果變壓器中的溫度超過了200℃，則纖維素會(huì)在氧化物的作用下發(fā)生反應(yīng)，產(chǎn)生一氧化碳、二氧化碳等物質(zhì)。而熱解反應(yīng)的速度則和溫度有直接的關(guān)系；第三種是氧化降解。如果變壓器中氧氣的含量比較高，則會(huì)使得纖維素發(fā)生氧化反應(yīng)，生產(chǎn)醛類物質(zhì)、水分、一氧化碳等。而且，在氧化降解的過程中還會(huì)伴有水解反應(yīng)，從而使得絕緣紙老化的速度加快。

2.變壓器油紙絕緣老化的影響因素

在變壓器運(yùn)行的過程中，絕緣系統(tǒng)發(fā)揮了重要的作用，是變壓器能夠正常運(yùn)行的保障。變壓器的絕緣系統(tǒng)其實(shí)就是由各種絕緣材料組成的。其實(shí)，可以將變壓器的絕緣系統(tǒng)分成兩種類型，一種是主絕緣，主要是由絕緣紙帶、油道等組成的。另一種是縱絕緣，主要包括絕緣紙帶、墊片等等。無論是哪一種絕緣結(jié)構(gòu)，其中必不可少的絕緣材料就是油和紙。而油紙的絕緣性能也將會(huì)直接影響到變壓器的運(yùn)行狀態(tài)，甚至?xí)绊懙阶儔浩鞯氖褂脡勖?。但在變壓器?shí)際工作的過程中，油紙絕緣會(huì)受到多方面因素的影響，從而出現(xiàn)老化的現(xiàn)象。一旦變壓器油紙絕緣老化現(xiàn)象出現(xiàn)以后，變壓器的絕緣性將會(huì)大大降低，各種安全事故發(fā)生的概率將會(huì)大大增加。鑒于此，必須要對(duì)變壓器油紙絕緣的老化狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)，預(yù)估變壓器的運(yùn)行情況和使用壽命。在對(duì)變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估的過程中，必須要先對(duì)影響變壓器油紙絕緣老化的因素進(jìn)行分析。油紙絕緣老化的影響因素有很多，包括溫度、水分等等，下面將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)地介紹。

第一，是溫度。在變壓器運(yùn)行的過程中，油紙絕緣老化現(xiàn)象的發(fā)生和溫度變化有著密切的關(guān)系。油紙絕緣老化是化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。在整個(gè)反應(yīng)的過程中溫度產(chǎn)生的影響是比較大的。當(dāng)溫度升高時(shí)，反應(yīng)的速度也會(huì)變快，進(jìn)而加快油紙絕緣老化。此外，在熱老化的過程中，絕緣紙自身的性能也會(huì)發(fā)生一定的變化。絕緣紙含有大量的纖維素，制作絕緣紙的原材料中含有的纖維素含量大約在55%左右，而成品絕緣紙中含有的纖維素含量更高，大約在85%左右[3]。纖維素抵御老化的能力是比較弱的，在這種情況下絕緣紙比較容易脫落，進(jìn)而影響油道的暢通性，使得溫度不斷升高，增大油紙絕緣老化的速度；

第二，是水分。正如上文所述，絕緣紙中含有大量的纖維素，而纖維素自身具有較強(qiáng)的吸水能力，可以將各個(gè)部分中存在的水分吸收集中起來，使其參與老化反應(yīng)，促進(jìn)絕緣老化現(xiàn)象的發(fā)生。此外，在油紙絕緣老化反應(yīng)的過程中還會(huì)產(chǎn)生水。和油、紙相比，水的介電常數(shù)是比較大的。如果變壓器在運(yùn)行的過程中出現(xiàn)負(fù)荷突變的情況，水則可以成為負(fù)荷傳輸?shù)耐ǖ?，增大安全事故發(fā)生的可能性。而且，在有水分存在的環(huán)境中，漏電事故發(fā)生的可能性也是比較大的，這會(huì)增加變壓器運(yùn)行的溫度，從而使得油紙絕緣老化現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重；

第三，是電場(chǎng)。在變壓器運(yùn)行的過程中，因電場(chǎng)作用導(dǎo)致的絕緣老化是一種比較常見的現(xiàn)象。在電場(chǎng)的作用下，油紙絕緣會(huì)出現(xiàn)放電的現(xiàn)象，這會(huì)對(duì)油紙絕緣自身產(chǎn)生較大的影響，增加其老化的速度。此外，在電場(chǎng)的作用下，油降解的速度也會(huì)加快，并會(huì)產(chǎn)生一定的物質(zhì)，這些物質(zhì)中有一部分是酸性的，會(huì)對(duì)油紙絕緣產(chǎn)生一定的影響。在電場(chǎng)作用下，油紙絕緣會(huì)發(fā)生一系列比較復(fù)雜的反應(yīng)，但目前學(xué)術(shù)界還沒有給出統(tǒng)一的答案，因此也不能確定具體的反應(yīng)類型和反應(yīng)過程；

第四，是氧氣。經(jīng)過大量的試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，在油紙絕緣老化的過程中氧氣發(fā)揮了重要的促進(jìn)作用，大大提高了油紙絕緣老化的速度。有人進(jìn)行過試驗(yàn)，如果對(duì)變壓器中的氧氣進(jìn)行限制，可以使得油紙絕緣老化的速度降低數(shù)倍。此外，在試驗(yàn)的過程中人們還發(fā)現(xiàn)，變壓器中含有一定量的銅離子可以降低氧氣的含量，使得油紙絕緣老化的速度變得緩慢；

第五，是酸。油紙絕緣老化的過程中會(huì)發(fā)生一系列的反應(yīng)，從而產(chǎn)生一些物質(zhì)。在這些物質(zhì)里有酸性物質(zhì)。酸性物質(zhì)可以分成兩種，一種是高分子量酸，該種物質(zhì)可以和油融合在一起。另一種是低分子量酸，該種物質(zhì)可以和纖維素發(fā)生反應(yīng)，從而加速絕緣紙中的纖維素的水解速度。此外，在油紙絕緣老化的過程中，酸性物質(zhì)還會(huì)和水分進(jìn)行協(xié)同作用，從而加快油紙絕緣老化的速度；

第六，是機(jī)械力。在變壓器工作的過程中不可避免地會(huì)受到機(jī)械力的作用，包括機(jī)械振動(dòng)、沖擊等等。在機(jī)械力的作用下，絕緣紙中含有的纖維素會(huì)斷裂，從而影響到絕緣紙的聚合度。

除了上述介紹的幾種影響因素以外，對(duì)變壓器油紙絕緣老化會(huì)產(chǎn)生影響的因素還包括光、酶、微生物等。目前來說，關(guān)于這些影響因素的研究還是比較少的，但它們對(duì)變壓器油紙絕緣老化的影響是不可以忽視的。因此，必須要加強(qiáng)對(duì)這些影響因素的研究。

3.總結(jié)

總之，變壓器油紙絕緣老化是影響變壓器運(yùn)行穩(wěn)定性和使用壽命的主要原因之一。為了確保變壓器運(yùn)行的穩(wěn)定性，延長(zhǎng)變壓器使用壽命，必須要加強(qiáng)對(duì)變壓器油紙絕緣老化影響因素的研究，提前判斷變壓器的運(yùn)行情況，避免出現(xiàn)較為嚴(yán)重的事故。

[1]廖瑞金,楊麗君,鄭含博,汪可,馬志欽.電力變壓器油紙絕緣熱老化研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2012,05:1-12.

[2]陶鳳源,張東,董新勝,王世榮. 極化譜法在變壓器油紙絕緣狀態(tài)檢測(cè)中的影響因素分析[J]. 工礦自動(dòng)化,2014,10:33-36.

[3]柳巖,張吉?jiǎng)? 變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的影響因素[J]. 民營(yíng)科技,2015,07:21.