变压器油热老化过程中特性变化研究.doc

热老化过程中变压器油理化特性变化研究唐立军彭石林文勇军(长沙理工大学物理与电子科学学院,湖南长沙410004)摘要：电力变压器的安全运营关系到整个电网安全运营的重要和关键设备。现场运营中电力设备的重要绝缘介质是变压器油，变压器油纸绝缘的老化重要是热老化导致的。在漫长的热老化过程中，不仅产生了水分，纸板的纤维结构还会在热应力的作用下逐渐断裂并变脆。在实验室对常用变压器油及油纸进行热老化模拟实验，研究热老化过程中变压器油纸的物理化学特性的变化。结果表白，不同变压器油在热老化过程中生成的酸值速度的一定的差异；绝缘纸的加入对变压器油热老化过程中酸的生成有加剧作用；热老化时间越久，产生的水分会越多，束缚电荷也就越多，导致了在同样的时间下老化限度越大。关键词：变压器油；热老化实验；酸值；绝缘纸；电力安全引言对油纸绝缘结构进行老化评估的方法重要有油中气体分析（DGA）、油中糠醛分析及纸板的聚合度（DP）值和抗拉强度测量等手段。但以上方法要么需要吊罩取样，要么受变压器结构影响较大，要么准确度不高，在现场应用方面都受到一定的限制。为了研究油纸绝缘在热老化过程中其PDC测量曲线的变化情况，使用新的3mm厚绝缘纸板裁剪成相同尺寸，干燥之后放置在密闭的充满油的安瓿瓶中，在130℃下进行了为期近1000h的热老化，分别在0h、240h、480h、720h及960h阶段进行取样测试。。可以看出，测量到的去极化电流和不同含水量试品的测量结果非常类似，即热老化时间越久，产生的水分会越多，束缚电荷也就越多，导致了在同样的时间下老化限度越大，其去极化电流的值就越大。从实验中可以看出，水分作为油纸绝缘老化的直接产物，在PDC测量中可以得到非常直接的表现。电力变压器的安全运营关系到整个电网安全运营的重要和关键设备。现场运营中电力电设备的重要绝缘介质是变压器油。随着电力变压器不断向超高压、大容量方向发展，人们对变压器油的规定也越来越高。变压器油纸绝缘的老化重要是热老化导致的。在漫长的热老化过程中，不仅产生了水分，纸板的纤维结构还会在热应力的作用下逐渐断裂并变脆。酸值是变压器油的一个常规监测项目，能反映油质劣化以及污染限度。变压器油在氧、热和电场的作用下会逐渐老化，使油中酸性物质增多。酸性物质不仅腐蚀设备，同时还会减少油的绝缘性能，最终导致电力设备寿命缩短，甚至导致电力系统故障，导致巨大损失。酸值在国家标准和国际标准中都被列为必测参数。为了保证设备正常运营，延长其使用寿命，就必须对电力用油进行严格的监测和维护。本文实验中选用克拉玛依25#和45#新变压器油，模拟变压器油的老化过程，研究不同时间和不同温度下酸值的变化规律。1.1变压器油的化学组成变压器油是一种天然矿物油，它是天然石油在精炼过程中，运用各个组分沸点的不同，通过蒸馏提取的。其重要成分是碳氢化合物，涉及烷烃、环烷烃及芳香烃等，尚有少量的硫、氧、氮等物质。新的变压器油是呈无色透明液体，在光线折射下，视觉效果显现淡蓝色荧光或淡紫色荧光，这是多环芳香烃、特别是三环烃液态时的典型特性。随着老化限度逐渐加深，多环芳香烃逐渐被氧化，分子中的双键被裂解，逐渐失去不饱和性；油的颜色从无色透明渐变为淡黄色、浅黄色；油逐渐失去荧光，甚至从透明变得混浊；从无嗅无味变成略带煤焦油味或酸味；油中出现黄色或浅黄色悬浮物，甚至出现褐色或黑色沉淀[1]。1.2变压器油热老化机理变压器内绝缘系统重要由绝缘纸和绝缘油组成。在运营过程中，受温度、电场、水分、氧气等因素的影响，油纸绝缘系统逐渐老化，电气及机械性能减少，从而危及变压器乃至整个电网的稳定运营．1．2．1变压器油纸绝缘的老化机理①变压器油的老化机理变压器油是由烷烃、环烷烃、芳香烃等碳氢化合物组成的混合物。在正常温度下，变压器油不会发生热分解，其老化重要是由氧化导致。油中吸取的氧在水分、温度作用下加速老化，生成醇、醛、酮等氧化物及酸性化合物，并最终析出油泥。油氧化反映形成少量的CO和CO2，随着运营中气体的积累，CO和CO2往往成为油中溶解气体中的重要组分，同时还随着有少量H2和低分子烃类气体。这些烃类气体的迅速增长是在非正常的油温下产生的，由于电和热故障可以使某些C-H键和C-C键断裂，随着生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基，这些氢原子或自由基通过复杂的化学反映迅速重新化合，形成氢气和低分子烃类气体(如CH4、C2H6、C2H4、C2H2等)；随着不同故障能量和时间的作用也也许生成碳氢聚合物(X-蜡)及固体碳粒。②固体绝缘的老化机理变压器固体绝缘的重要材料是绝缘纸(纸板)，纸的重要成份是纤维素，纤维素是由长链的糖和单糖构成的有机物。变压器固体绝缘纤维素大分子老化过程即纤维素的降解过程，重要有三种方式：(1)水解。水和酸使纤维素中的配糖键断裂，生成自由的糖，使纤维素的聚合度减少