淺談絕緣油質(zhì)劣化的原因

梁亞平（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎　811999）

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淺談絕緣油質(zhì)劣化的原因

梁亞平
（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎811999）

摘要：由于絕緣油在變壓器中的普遍使用，絕緣油品質(zhì)的好壞對變壓器的影響越來越重要，為了變壓器的安全運行及合理回收、處理、利用資源（絕緣油），現(xiàn)對關(guān)于引起絕緣油油質(zhì)進行劣化的基本因素、產(chǎn)生的分解物及最后油泥所造成的后果進行淺談及分析。

關(guān)鍵詞：劣化；基本因素；催化劑；加速劑；分解物；油泥

1前言

今天已有成千上萬的變壓器均裝滿了絕緣油在運行，這些變壓器中的絕緣油主要作用是：

1）維持變壓器絕緣系統(tǒng)的絕緣強度；

2）提供有效的冷卻；

3）保護變壓器鐵芯和線圈組件免遭化學(xué)侵蝕；

4）防止在變壓器內(nèi)生成油泥。

然而，當(dāng)變壓器中的絕緣油的性質(zhì)發(fā)生了相當(dāng)大的變化以后，油就不能再起到上述作用了，這時就說明油已劣化，裝有這種劣質(zhì)油的變壓器再繼續(xù)運行下去就會使變壓器的壽命顯著降低。

1.1絕緣油劣化的起因

即使在一臺新生產(chǎn)安裝好的變壓器中“新”油也是不存在的，一旦油裝入設(shè)備中，投運以前，油的劣化和污染化已經(jīng)開始了，這里的劣化僅僅指油氧化的結(jié)果，污染指當(dāng)油中含有水份和其它外來物質(zhì)，而不是油氧化的產(chǎn)物時，就認為油是受到了污染。

1.2絕緣油劣化總的化學(xué)反映

通過很多資料顯示（且已證實）：當(dāng)氧與不穩(wěn)定的烴類雜質(zhì)在變壓器內(nèi)部并在其它材料催化的影響下，油的氧化就開始了。它嚴(yán)重地加速了油泥產(chǎn)生。當(dāng)絕緣油經(jīng)化驗證實不能再使用時，可以發(fā)現(xiàn)這種油中存在的烴類至少有80%，仍保持未變，若能將氧化物完全清除后，它仍能繼續(xù)使用。正確的說是油的氧化實際上是油中雜質(zhì)的氧化，而不是烴類的氧化，純凈的烴類在正常條件下是不容易氧化的。

2絕緣油劣化的基本因素

2.1氧

氧來源于變壓器里面的空氣，即使用真空注油法也不能把所有的氧清除干凈，即使是在密封的變壓器里，仍然有容積為0.25%的氧存在，由于氧的溶解度高于氮（16%：7%），氧在油中溶解的空氣中占有高比率，讓我們來看一下氧在油中與在空氣中含量的對比：

氣體在空氣中（大氣）氣體在油中

N2=79%N2=71%

O2=20%O2=28%

其它氣體=1%其它氣體=1%

可以看出，變壓器油對氧有特殊的親和力，尤其是纖維素通過熱而降解，也是氧的提供源之一。在油的整個使用壽命期內(nèi)，氧化速度是逐漸增大的，另外催化劑和加速劑對變壓器也有不利的影響。

2.2催化劑

（1）水份

對油的壽命有影響的第二種因素是水份（催化劑），它能加速油的降解速度，而在這一過程中其本身是不發(fā)生消耗的主要物質(zhì)。

水份可以通過泄露從外部以冷凝方式進入絕緣油中，或在其內(nèi)部由氧化作用的化學(xué)過程而產(chǎn)生，水份是油氧化作用的主要催化劑。所有形態(tài)的水都含

（2）銅和氧

如前所述表明了劣化過程的開始階段，這是一個長期的過程，銅（線圈）和鐵芯也起了催化作用。

2.3加速劑

有些次要因素也會增加油的氧化速度，這些被稱之為加速劑，由下列因素構(gòu)成：熱、震動（由于50 Hz電源引起的機械振動）、沖擊負荷、電壓波動、高電壓。

（1）熱

熱成像大多數(shù)的化學(xué)反應(yīng)，熱是一種主要的加速劑，氧與油的化合所需的時間取決于變壓器的工作溫度。例如：在75℃時大約需要5 d，油就能與氧化合，反之在50℃就要幾個月。

（2）震動與沖擊

電動機械的震動和電氣或機械的突然沖擊也能使反應(yīng)加速。

（3）電壓

纖維素絕緣在較高工作電壓（尤其是超高壓設(shè)備）下對油的氧化作用有什么影響尚不清楚，在變壓器的設(shè)計中因為受到容量和尺寸的限制，使油的通路狹窄，而電應(yīng)力（以kV/cm表示）則增加了（見表1）。

表1變壓器油在電應(yīng)力下的氧化安定度

表1中表明，甚至在低電壓應(yīng)力下（49 kV/cm）氧化速度也能加速。在電應(yīng)力下可觀察到油的其它現(xiàn)象為：

a、沉淀中可見粒子更大；

b、雜質(zhì)沉淀聚集在強度最大區(qū)域；

c、深沉并不均勻，而是形成分離的細長條，同時按電應(yīng)力線方向排列。

因而電應(yīng)力越大（電場越強），越妨礙熱傳導(dǎo)，使絕緣纖維的機械強度喪失，加速老化對變壓器絕緣形成導(dǎo)電的“橋”，導(dǎo)致絕緣電阻降低，也加速生成了更多的水。所以每種因素都是氧化過程的一個構(gòu)成部分，直到“滾雪球”的后果發(fā)生為止。

3絕緣油劣化的分解物

很多人認為油劣化過程的主要階段的生成是有過氧化物，酸類、醇類、酮類和油泥。

絕緣油早期劣化階段：

油中一旦生成了過氧化物，這種不穩(wěn)定的化合物就開始了鏈反應(yīng)，纖維素（紙、棉等）很容易與過氧化物反應(yīng)，生成氧化纖維素，這種化合物機械強度差，造成絕緣材料脆化，這種脆化絕不超過電壓波所產(chǎn)生的沖擊。

4絕緣油劣化的最后可見物階段（油泥）

油劣化過程的終極階段是生成油泥，有可見物就標(biāo)志著氧化過程已經(jīng)進行了很長的一段時間了，油泥是一種樹脂狀，其部分是導(dǎo)電的物質(zhì)，能適度的溶于油中，當(dāng)酸侵蝕鐵、銅、青漆、油漆等物體時，就產(chǎn)生了油泥，同時這些物質(zhì)進入溶液并與之結(jié)合，這種油泥最終會從溶液中沉淀出來生成一種稠的瀝青狀的物質(zhì)，附在絕緣材料上、變壓器殼的邊壁上，沉積在通風(fēng)道、冷卻散熱片等地方。

油泥的產(chǎn)生會造成非常嚴(yán)重的后果，其中之一是這種分解物在變壓器的內(nèi)表壁上沉積之前，就已經(jīng)在絕緣材料上形成了堆積，它一旦在絕緣材料上形成堆積、沉淀，就會對纖維素立即起作用，導(dǎo)致絕緣收縮，這種收縮使變壓器喪失吸收沖擊負荷的能力。所以，變壓器線圈在負荷下的移動會造成其過早損壞，此外，在鐵芯和繞組上，如沉積了3～6 mm厚的油泥時將會使變壓器的工作溫度升高10～15℃，這就造成變壓器降低運行中的額定出力。當(dāng)油已嚴(yán)重劣化后，在油中的大約2 870種烴類也只有極少數(shù)與氧化合了。若能清除了油中的氧化產(chǎn)物，油仍能按其原來的用途可以使用。

參考文獻：

［1］美國變壓器維護協(xié)會編著.變壓器維護指南［M］.1981.

［2］武漢市泛科電力設(shè)備研究所.充油電氣設(shè)備故障非電量診斷技術(shù)資料匯編［Z］.

中圖分類號：TM855

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0060-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.021

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：梁亞平（1975-），男，助理工程師，從事電站水輪機檢修工作。有額外的氧。