變壓器絕緣老化及局部放電的研究

1、論文變壓器絕緣老化及局部放電的研究申請(qǐng)人：屈斌學(xué)科（專(zhuān)業(yè)）：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化指導(dǎo)教師：唐小軍 2013年1月網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文) 任 務(wù) 書(shū)專(zhuān)業(yè)班級(jí) 層次 姓名 學(xué)號(hào) 一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目 二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作自 年 月 日起至 年 月 日止三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基本要求： 指導(dǎo)教師： 網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)考核評(píng)議書(shū)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：建議成績(jī)： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日答辯小組意見(jiàn)：負(fù)責(zé)人簽名 年 月 日答辯小組成員 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會(huì)意見(jiàn)： 負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日論文題目：變壓器絕緣老化及局部放電的研究學(xué)科（專(zhuān)業(yè)）：電力系統(tǒng)及其自動(dòng)化申請(qǐng)人：屈斌指導(dǎo)

2、教師：唐小軍 摘 要變壓器是電力系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，在整個(gè)電力系統(tǒng)當(dāng)中處于非常重要的地位，保障大型電力變壓器運(yùn)行的可靠性對(duì)于整個(gè)電網(wǎng)的安全運(yùn)營(yíng)是具有重要意義的。油紙絕緣老化決定變壓器使用壽命的關(guān)鍵性因素，其在變壓器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中逐漸的老化，承受短路電流電動(dòng)力的能力逐步的降低，成為威脅設(shè)計(jì)及整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的重大隱患。因此，通過(guò)老化試驗(yàn)并結(jié)合實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)油紙絕緣老化機(jī)理進(jìn)行了研究，另外通過(guò)對(duì)局部放電的特點(diǎn)的講述，論述了局部放電與絕緣老化之間的關(guān)系，從而為變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估和壽命預(yù)測(cè)提供了參考依據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)和實(shí)際意義。關(guān)鍵詞:變壓器；油紙絕緣；老化機(jī)理論文類(lèi)型：設(shè)計(jì)報(bào)告abstract powe

3、r transformer is the key equipment in power system and stands an extremely important position. it is of great significance to guarantee transformer operation reliably. the life of transformer is limited to the life of its oil-paper insulation. it degrades as the time goes by, and eventually its capa

4、city of exposure to short-circuit current has been significantly lowered and becomes a hidden threaten to system security therefore, studying the aging characteristics and mechanisms of oil-paper insulation, through accelerated aging experiments and onsite experiences, can provide information and re

5、ferences for transformer insulation condition-based assessment and also lifetime forecasting. key words: power transformer; oil-paper insulation; aging mechanisms目錄1 緒論11.1課題研究的目的和意義11.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的簡(jiǎn)述21.3 課題主要研究?jī)?nèi)容32 變壓器油紙絕緣老化過(guò)程的現(xiàn)狀研究52.1簡(jiǎn)述變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的機(jī)理52.2 變壓器絕緣系統(tǒng)狀態(tài)的檢測(cè)方法62.3判斷變壓器油紙老化的依據(jù)73 變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的影

6、響因素及其特征103.1變壓器內(nèi)部絕緣材料103.2影響變壓器油紙絕緣老化的因素113.3油紙絕緣老化特征量的變化分析144 變壓器油紙絕緣老化的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和分析174.1油紙絕緣的溫升老化實(shí)驗(yàn)174.2熱老化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和現(xiàn)象分析184.3油紙絕緣老化特征產(chǎn)物之間的關(guān)系185 變壓器局部放電的研究現(xiàn)狀205.1局部放電的產(chǎn)生及其特征205.2局部放電與油紙絕緣老化之間的關(guān)系215.3局部放電檢測(cè)方法的研究21結(jié) 論27致 謝28參考文獻(xiàn)29聲 明1 緒論1.1課題研究的目的和意義變壓器在電力系統(tǒng)的各種設(shè)備中屬于比較昂貴而且重要設(shè)備之一，其安全運(yùn)行對(duì)于整個(gè)電力系統(tǒng)的可靠性起到至關(guān)重要的作用。變壓器

7、一旦發(fā)生故障，便會(huì)導(dǎo)致大面積的停電，給電力系統(tǒng)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。實(shí)踐證明，大量的變壓器損壞故障都是由于其絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題而引起的。據(jù)電力公司的相關(guān)數(shù)據(jù)表明，由于變壓器絕緣老化造成的事故約占變壓器總事故的80%以上。而油紙絕緣狀況直接關(guān)系到變壓器的使用壽命，在國(guó)內(nèi)的電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，仍舊有相當(dāng)數(shù)量的超齡變壓器仍在運(yùn)行當(dāng)中，但是其絕緣系統(tǒng)的老化程度已相對(duì)嚴(yán)重，由于固體絕緣的降解，使得其承受短路電流的能力大幅度下降，這也是引起變壓器故障的主要原因。局部放電是指變壓器絕緣系統(tǒng)當(dāng)中部分被擊穿的電氣放電，絕緣系統(tǒng)損壞的先兆大部分都是局部放電，對(duì)變壓器進(jìn)行局部放電的研究和檢測(cè)成為了檢測(cè)變壓器

8、絕緣系統(tǒng)狀況的重要手段，因此，本論文針對(duì)變壓器絕緣老化及局部放電的研究對(duì)降低變壓器故障率、提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和可靠性具有重要意義。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要的設(shè)備之一，其安全運(yùn)行意義重大。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，局部放電是導(dǎo)致電力變壓器絕緣劣化的重要原因之一。從2o世紀(jì)中期開(kāi)始，各個(gè)國(guó)家就對(duì)變壓器中局部放電的機(jī)理做了很多研究，并取得了很大進(jìn)展?，F(xiàn)有的檢測(cè)方法可以通過(guò)對(duì)一些局放物理量的檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部是否發(fā)生了局放。對(duì)于局部放電源的準(zhǔn)確定位是目前發(fā)展的一個(gè)方向。根據(jù)局部放電過(guò)程中所產(chǎn)生的諸如電磁波、聲波、光、熱和化學(xué)變化等現(xiàn)象，其定位方法有電氣定位、超聲定位、光定位、熱定位和dga定位等。目前，

9、國(guó)內(nèi)外研究較多也比較成熟的是超聲定位和電氣定位。但一些新的定位方法的出現(xiàn)也為進(jìn)一步研究局部放電的定位提供了新的思路，如基于輻射電磁波的超高頻定位，基于相控陣?yán)碚摰木植糠烹娫炊ㄎ坏?。局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，它是由于設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱點(diǎn)或生產(chǎn)過(guò)程中造成的缺陷，在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。它表現(xiàn)為絕緣內(nèi)氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部擊穿或?qū)俦砻娴倪吘壖凹饨遣课粓?chǎng)強(qiáng)集中引起局部擊穿放電等。但若電器設(shè)備絕緣在運(yùn)行電壓下不斷出現(xiàn)局部放電，這些微弱的放電將產(chǎn)生累積效應(yīng)會(huì)使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要

10、的設(shè)備之一，其安全運(yùn)行意義重大。在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行中，局部放電是導(dǎo)致電力變壓器絕緣劣化的重要原因之一。從2o世紀(jì)中期開(kāi)始，各個(gè)國(guó)家就對(duì)變壓器中局部放電的機(jī)理做了很多研究，并取得了很大進(jìn)展?，F(xiàn)有的檢測(cè)方法可以通過(guò)對(duì)一些局放物理量的檢測(cè)來(lái)發(fā)現(xiàn)變壓器內(nèi)部是否發(fā)生了局放。對(duì)于局部放電源的準(zhǔn)確定位是目前發(fā)展的一個(gè)方向。1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀的簡(jiǎn)述國(guó)外專(zhuān)家學(xué)者對(duì)于變壓器老化程度的測(cè)定研究起步70年代，當(dāng)時(shí)主要是采用氣相色譜法來(lái)檢測(cè)絕緣油中的一氧化碳和二氧化碳的含量來(lái)作為檢測(cè)變壓器絕緣系統(tǒng)老化程度的依據(jù)。1984年，英國(guó)專(zhuān)家首先提出絕緣油中的糠醛是在變壓器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中所產(chǎn)生的特有物質(zhì)，可以通過(guò)檢測(cè)糠醛在絕緣油中的含

11、量來(lái)判斷絕緣系統(tǒng)老化的程度。近年隨著對(duì)于變壓器絕緣老化研究的不斷深入，比較有代表性和說(shuō)服力的有以紙絕緣老化生成的丙酮含量來(lái)作為檢測(cè)的依據(jù)。到目前為止，世界上針對(duì)變壓器絕緣老化程度的檢測(cè)有三種公認(rèn)的方法：第一種方法，就是一氧化碳和二氧化碳的總含量與絕緣紙平均聚合度殘留率的比值。當(dāng)比值大于0.33或者比值少于0.19則表示此時(shí)的變壓器絕緣系統(tǒng)存在分解故障。國(guó)內(nèi)的變壓器由于其存在的特殊性，如年份長(zhǎng)、生產(chǎn)工藝的多變性、型號(hào)不一、絕緣結(jié)構(gòu)的多變等特點(diǎn)，使得很難去計(jì)算每臺(tái)變壓器的絕緣紙質(zhì)量，因此，針對(duì)第一種方法檢測(cè)的結(jié)果很難反映國(guó)內(nèi)變壓器的真實(shí)老化狀態(tài)。第二種方法，油中糠醛的含量，這種方法規(guī)定當(dāng)糠醛的含量

12、達(dá)到0.5mg/l時(shí)，變壓器的絕緣水平處于使用壽命的中間段，當(dāng)含量達(dá)到4mg/l以上，則說(shuō)明此時(shí)運(yùn)行的變壓器老化程度已相當(dāng)嚴(yán)重，使用壽命已快要結(jié)束。這種方法也存在一定的缺陷，國(guó)內(nèi)有學(xué)者指出，許多變壓器內(nèi)部都裝有吸附劑，使得循環(huán)油中有部分糠醛被吸收，因此檢測(cè)出來(lái)的糠醛含量是不準(zhǔn)確的。第三種方法，絕緣紙的聚合度。通過(guò)絕緣紙的聚合度來(lái)判斷變壓器絕緣系統(tǒng)的老化程度非常直接，但是直到目前為止沒(méi)有規(guī)范的判斷指標(biāo)。因此，為了準(zhǔn)確的獲得變壓器絕緣系統(tǒng)的老化程度和局部放電現(xiàn)象，有必要對(duì)變壓器的老化機(jī)理和測(cè)定方法進(jìn)行研究。1.3 課題主要研究?jī)?nèi)容本論文首先從變壓器油紙絕緣老化的現(xiàn)狀入手，分析影響變壓器油紙老化的主

13、要因素，包括溫度、空氣所含水分、四周電場(chǎng)、酸性物質(zhì)的作用。通過(guò)對(duì)變壓器油紙絕緣老化的監(jiān)測(cè)來(lái)對(duì)老化過(guò)程當(dāng)中特征量，如油中糠醛、油中水分、絕緣子聚合度等發(fā)生改變做了原理性的分析。其次，通過(guò)對(duì)油紙絕緣的單因子熱老化試驗(yàn)，對(duì)比分析各老化特征量隨老化時(shí)間的變化關(guān)系以及老化特征量之間的相互關(guān)系，并對(duì)油紙絕緣老化的動(dòng)力學(xué)原理和老化機(jī)理進(jìn)行研究。另外，還對(duì)不同初始老化程度油紙絕緣的老化特性試驗(yàn)，分析老化過(guò)程中特征量如油中溶解氣體、糠醛、水分隨老化時(shí)間的變化關(guān)系，對(duì)處于老化中后期油紙絕緣特征生成物的生成速率進(jìn)行研究。最后，論述了局部放電的原理和特點(diǎn)，指出對(duì)于電力變壓器而言，絕緣內(nèi)部或者是表面發(fā)生局部放電而造成的

14、放電電老化是不容忽視的，分析了局部放電與變壓器油紙絕緣之間的關(guān)聯(lián)性，并通過(guò)對(duì)局部放電的檢測(cè)方法來(lái)得出變壓器絕緣的薄弱地帶，從而為檢修與保養(yǎng)提供了參考依據(jù)。2 變壓器油紙絕緣老化過(guò)程的現(xiàn)狀研究簡(jiǎn)述變壓器絕緣系統(tǒng)老化之前，首先我們需要清楚整個(gè)變壓器絕緣系統(tǒng)包括哪幾個(gè)方面。一般來(lái)說(shuō)，變壓器內(nèi)絕緣系統(tǒng)主要包括絕緣油和絕緣紙兩大部分，在變壓器實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，不可避免的會(huì)受到四周環(huán)境因素的影響，比如常見(jiàn)的溫度、水分、氧氣、酸性物質(zhì)、電場(chǎng)分布等因素的影響，隨著時(shí)間的推移，這種影響程度越來(lái)越嚴(yán)重，油紙絕緣系統(tǒng)也逐步的呈現(xiàn)老化的狀況，變壓器整體機(jī)械性能和電氣性能指數(shù)指標(biāo)都逐步下降，從而在一定程度上給變壓器的運(yùn)

15、行帶來(lái)了隱患，也影響了整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)的穩(wěn)定性。2.1簡(jiǎn)述變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的機(jī)理分析變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的機(jī)理需要分為兩大部分入手：變壓器絕緣油老化的機(jī)理變壓器絕緣油屬于一種碳?xì)浠衔飿?gòu)成的混合物，主要組成包括烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴等。在通常環(huán)境溫度下，變壓器絕緣油是不會(huì)發(fā)生化學(xué)分解反應(yīng)的，因此絕緣油的老化主因在于空氣的氧化導(dǎo)致的。絕緣油在吸收了氧氣之后，會(huì)在空氣水分和溫度的雙重影響下加速老化的進(jìn)程，從而分解出諸如醇、醛等氧化物和酸性物，最終形成油泥。在絕緣油分解的過(guò)程當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生一定量的co和co2，隨著變壓器的不斷運(yùn)行，co和co2會(huì)不斷的溶解在絕緣油當(dāng)中，成為溶解氣體中主要成分，另外還包

16、括一些h2等低分子烴類(lèi)氣體。絕緣油在非正常溫度狀態(tài)下會(huì)使的某些c-h和c-c鍵斷裂，通過(guò)一些復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)重新發(fā)生化合，形成一定量的h2等烴類(lèi)氣體，這些烴類(lèi)氣體加速了絕緣油的老化進(jìn)程。變壓器絕緣紙老化的機(jī)理變壓器固體絕緣部分主要材料就是絕緣紙，也是通常操作人員所稱(chēng)的紙板，絕緣子的主要成分是纖維素，從纖維素的化學(xué)組成來(lái)看，主要是由單糖和長(zhǎng)鏈的糖組成，也就是說(shuō)變壓器絕緣子的老化過(guò)程核心就是纖維素的降解過(guò)程。纖維素的降解過(guò)程可以分為三種方式，第一種：氧化降解，纖維素很容易被氧化，其化學(xué)物質(zhì)中的碳原子成分會(huì)與氧接觸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而生產(chǎn)酸類(lèi)、醛類(lèi)化合物，其中醛基遇氧生成羧基，羧基本身化學(xué)組成結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定

17、，容易發(fā)生水解。2.2 變壓器絕緣系統(tǒng)狀態(tài)的檢測(cè)方法變壓器油紙絕緣系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中逐漸老化，其在電力系統(tǒng)中的重要性迫使在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中都需要對(duì)其運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，變壓器絕緣狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方法主要可分為電方法、時(shí)域極化法、絕緣紙聚合度法、油中糠醛含量法。1) 電方法傳統(tǒng)的電測(cè)試方法主要有測(cè)量擊穿強(qiáng)度、介質(zhì)損耗、電容、局放信號(hào)、絕緣電阻、吸收比(極化系數(shù))、直流電阻等。2) 時(shí)域極化法時(shí)域極化法是在絕緣試品兩端加上一個(gè)階躍電壓，通過(guò)測(cè)試極化/去極化電流的幅值和相位，從而獲取介電常數(shù)的相關(guān)信息。在過(guò)去的十年中，基于極化/去極化電流的以及恢復(fù)電壓測(cè)量的時(shí)域方法得到了廣泛的關(guān)注，其中又以基于恢復(fù)電壓測(cè)試的變

18、壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估為代表。3) 絕緣紙聚合度法變壓器固體絕緣(紙、紙板)的主要成份是纖維素(線(xiàn)性聚合體)，聚合體中葡萄糖單體的個(gè)數(shù)被稱(chēng)為聚合度。纖維素的聚合度通常采用粘度法測(cè)得。4) 油中糠醛含量法較之于關(guān)于絕緣紙的直接測(cè)量，糠醛分析提供了一種更為簡(jiǎn)單、可行的方法。大量資料表明:油中糠醛含量與絕緣紙聚合度之間存在近似的對(duì)數(shù)關(guān)系.2.3判斷變壓器油紙老化的依據(jù)變壓器油紙老化是一非常復(fù)雜的過(guò)程，因?yàn)檎麄€(gè)變壓器絕緣系統(tǒng)受到溫度、電氣、物理、化學(xué)、機(jī)械等多因素的影響，因此對(duì)于普通的操作檢修人員來(lái)說(shuō)很難從變壓器絕緣系統(tǒng)表面來(lái)分析其老化的程度。上個(gè)世紀(jì)七十年代，國(guó)際上在診斷變壓器老化程度的時(shí)候常用的方法就是

19、采用氣相色譜法來(lái)檢測(cè)絕緣油中的co和co2含量，根據(jù)含量比來(lái)作為判斷變壓器絕緣系統(tǒng)老化的程度，從而為變壓器檢修故障和保養(yǎng)提供了參考依據(jù)。直至八十年代中期，英國(guó)的一個(gè)學(xué)者首次提出了根據(jù)變壓器絕緣油中分解的物質(zhì)糠醛含量來(lái)作為評(píng)判運(yùn)行變壓器內(nèi)部絕緣紙老化的優(yōu)劣程度。隨著科技的發(fā)展，人們對(duì)于變壓器絕緣紙老化機(jī)理也研究的越深，相繼提出了以絕緣紙老化生成物中的丙酮含量作為判斷絕緣材料的老化程度?？偟膩?lái)說(shuō)，目前國(guó)際上針對(duì)變壓器絕緣紙老化程度評(píng)判依據(jù)主要有三種。a. co和co2生成總量以及co/co2的比值規(guī)律國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)中針對(duì)變壓器絕緣油中溶解氣體的分析和判斷導(dǎo)則有明確規(guī)定對(duì)開(kāi)放式變壓器co的含量，一般在3

20、00mg/l以下；對(duì)隔膜變壓器絕緣油中co含量一般要高于300mg/l。開(kāi)放式變壓器中對(duì)于co/co2的比值大于0.33或者比值夏小于0.99時(shí)，表明此時(shí)變壓器的絕緣系統(tǒng)出現(xiàn)了問(wèn)題，很可能是絕緣紙中的纖維成分發(fā)生了降解作用。而隔膜變壓器，對(duì)于co/co2的比值會(huì)放寬松許多，當(dāng)co/co2的比值大于0.5時(shí)，變壓器絕緣紙才可能會(huì)出現(xiàn)老化故障。日本專(zhuān)家總結(jié)出了co與co2的總量與絕緣紙聚合度殘留率之間的關(guān)聯(lián)，結(jié)論是當(dāng)co與co2的總量超過(guò)1ml/g時(shí)，絕緣紙聚合度殘留率大約為一半，當(dāng)co與co2的總量超過(guò)3ml/g時(shí)，絕緣紙聚合度殘留率只有三分之一。針對(duì)這種以co與co2的總量來(lái)測(cè)定變壓器老化程度

21、的依據(jù)有一定的參考價(jià)值，但是考慮到我國(guó)變壓器的國(guó)情，這種測(cè)定方法又有著很大的局限性，原因在于我國(guó)生產(chǎn)變壓器的絕緣材料、絕緣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、絕緣紙的比例等等都會(huì)隨著不同的型號(hào)、年份、廠家而不同，因此很難確定的計(jì)算出每臺(tái)變壓器絕緣紙的總量，進(jìn)而僅僅憑借運(yùn)行中變壓器絕緣子分解出現(xiàn)的co與co2的總量來(lái)判定老化程度是不夠準(zhǔn)確的。b. 絕緣油中糠醛含量作為判定依據(jù)糠醛是變壓器在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中絕緣紙生成的一種特征物，在正常溫度內(nèi)呈現(xiàn)是液態(tài)，而且這種特征物只來(lái)源于變壓器絕緣紙的分解物，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)非正常老化和嚴(yán)重老化的糠醛含量有一個(gè)限定值，當(dāng)絕緣油中糠醛的含量達(dá)到0.5mg/l時(shí)，表明此時(shí)變壓器的絕緣系統(tǒng)處于中

22、期水準(zhǔn)，使用壽命還較長(zhǎng)。當(dāng)絕緣油中的糠醛含量達(dá)到4mg/l以上，則表明絕緣紙老化程度嚴(yán)重，且整體變壓器絕緣水平到了末期，變壓器的使用壽命已接近終點(diǎn)。國(guó)家電力科學(xué)研究院曾做過(guò)相關(guān)的模擬實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)表明絕緣油中的糠醛含量和絕緣紙絕合度有著很大的關(guān)聯(lián)性，通過(guò)測(cè)定絕緣油中糠醛的含量能夠很好的判斷變壓器絕緣系統(tǒng)的老化程度和使用壽命水平。當(dāng)然這種方法也存在一定的弊端：許多國(guó)產(chǎn)的變壓器中都裝有吸附過(guò)濾器，吸附劑能夠?qū)τ椭械目啡┢鸬揭欢ǖ奈阶饔茫瑥亩档土私^緣油中的糠醛含量，另外國(guó)內(nèi)針對(duì)變壓器檢修導(dǎo)則中有采用壓力濾油，這也會(huì)帶走部分糠醛含量，從而給測(cè)定的糠醛含量造成了一定的偏差。c. 絕緣紙的聚合度通過(guò)測(cè)定絕

23、緣紙的聚合度來(lái)判定變壓器絕緣系統(tǒng)的老化程度非常的直接，但是目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)這種測(cè)定方法尚未有明確、統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定。國(guó)內(nèi)針對(duì)變壓器絕緣紙聚合度基準(zhǔn)有一個(gè)比較統(tǒng)一的共識(shí)：以絕緣紙平均聚合度1000為基準(zhǔn)，當(dāng)絕緣紙平均聚合度降至500時(shí)，表明此時(shí)變壓器性能和使用壽命達(dá)到中期水平；當(dāng)絕緣紙平均聚合度降至250時(shí)，需要注意此時(shí)變壓器使用壽命已經(jīng)到達(dá)了晚期，不適宜繼續(xù)在電網(wǎng)中正常運(yùn)行，否則很可能會(huì)引起電網(wǎng)事故。聚合度是目前最直接、最貼切的表達(dá)絕緣紙老化程度的參考指標(biāo)，但是需要在多個(gè)繞組部位取樣，原因在于繞組的部位不同，其溫度也不同，帶來(lái)的老化程度也不一樣，因此絕緣紙的聚合度是一個(gè)呈現(xiàn)分布式規(guī)律的指標(biāo)。專(zhuān)家

24、建議在測(cè)算聚合度時(shí)，可以先通過(guò)測(cè)定絕緣油中的co與co2的總量與糠醛的含量來(lái)做類(lèi)比，從而推導(dǎo)出聚合度值。上述的三種判斷變壓器絕緣系統(tǒng)老化程度的依據(jù)對(duì)于變壓器整體絕緣老化的鑒定上是有著很大的參考價(jià)值的，但由于國(guó)產(chǎn)變壓器在絕緣結(jié)構(gòu)及個(gè)體上存在著較大的差異性，這也使得三種依據(jù)判斷變壓器絕緣系統(tǒng)老化的準(zhǔn)確性有所下降，因此針對(duì)變壓器進(jìn)行加速老化實(shí)驗(yàn)，通過(guò)研究油紙老化產(chǎn)生的特征物之間的關(guān)聯(lián)性來(lái)加深對(duì)變壓器絕緣老化機(jī)理的認(rèn)識(shí)是非常有必要的。3 變壓器油紙絕緣系統(tǒng)老化的影響因素及其特征變壓器在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，由于受到諸如溫度、水分、氧化、酸性等因素的影響，使得絕緣紙聚合度下降，絕緣系統(tǒng)老化程度顯著降低，這也

25、給變壓器的機(jī)械和電氣性能帶來(lái)了影響，通過(guò)對(duì)絕緣系統(tǒng)內(nèi)部絕緣材料組成的了解，對(duì)影響變壓器絕緣紙老化的因素進(jìn)行研究可以為日后變壓器老化實(shí)驗(yàn)判定提供有益的參考。3.1變壓器內(nèi)部絕緣材料電網(wǎng)中使用較多的油浸式變壓器一般采用的是油紙絕緣結(jié)構(gòu)，紙板具有良好的絕緣性能，相對(duì)介電系數(shù)約為3.72，變壓器絕緣油所起的主要作用是絕緣和冷卻的作用，絕緣油可以帶走變壓器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的多余熱量。由絕緣紙和絕緣油構(gòu)成的絕緣系統(tǒng)具有非常優(yōu)秀的電氣性能，在短時(shí)間的電壓作用下，其耐壓程度可達(dá)到50-120kv/mm，并且制造工藝非常便捷。變壓器絕緣油最初的絕緣油是由石蠟構(gòu)成的，不過(guò)在變壓器老化發(fā)生之后，其形成了難以溶解的油

26、泥，增加了絕緣油的粘度，并且吸熱和傳熱性能也降低了許多，相對(duì)于石蠟來(lái)說(shuō)，環(huán)烷烴油非常容易被氧化，但是其生成物易溶于絕緣油中，因此在電力系統(tǒng)當(dāng)中運(yùn)用的比較廣。原油的選擇是絕緣油在制造過(guò)程當(dāng)中非常重要的一環(huán)，原油精煉的程度、煉制過(guò)程、煉制工都會(huì)對(duì)最終產(chǎn)品中各成分的含量造成非常大的影響。成品絕緣油是環(huán)烷烴、烷烴和芳香烴按照一定比例的構(gòu)成的混合物，具有良好的電氣特性、吸氣性、化學(xué)穩(wěn)定性。變壓器絕緣油中的環(huán)烷烴具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性和介電穩(wěn)定性，周?chē)鷾囟鹊淖兓瘜?duì)其粘度影響很小，分子為封閉的環(huán)狀鏈、結(jié)構(gòu)嚴(yán)密、不易破壞，并且凝固點(diǎn)低、使用溫度范圍廣、介質(zhì)損耗因數(shù)小、介電強(qiáng)度高，但抗氧化性能稍差。絕緣紙絕緣紙的

27、主要材料就是纖維素，這在之前章節(jié)已經(jīng)討論過(guò)，纖維素主要成分是由長(zhǎng)鏈的糖和單糖組成，這種纖維素的含量并不純，因?yàn)樵谀静暮推渌荼局参锷虾茈y找到百分百純凈的纖維素，一般來(lái)說(shuō)，絕緣紙取材的源木料當(dāng)中還包含約15%左右的木質(zhì)素，纖維素的含量一般在55%左右，還有大約30%的為半纖維素。在絕緣紙的制造過(guò)程當(dāng)中，源木材首先要進(jìn)行前化學(xué)處理，主要是除去其中廣大木質(zhì)素和半纖維素，常用的化學(xué)制劑為硫酸鹽，經(jīng)過(guò)化學(xué)處理之后，成品絕緣紙中纖維素含量達(dá)到80%-90%之間。3.2影響變壓器油紙絕緣老化的因素變壓器絕緣紙老化主要就是由于絕緣紙中的纖維素發(fā)生降解作用，通過(guò)x-射線(xiàn)對(duì)纖維素的研究，發(fā)現(xiàn)纖維素分子內(nèi)部有一部分

28、區(qū)域分子排列很有規(guī)律性，分子間排布很整齊，稱(chēng)之為結(jié)晶區(qū)，還有部分區(qū)域是呈現(xiàn)的無(wú)規(guī)則排布，分子間距不一，稱(chēng)之為無(wú)結(jié)晶區(qū)。通常來(lái)說(shuō)，降解作用一般發(fā)生在無(wú)結(jié)晶區(qū)，因?yàn)榻Y(jié)晶區(qū)分子鍵比較穩(wěn)定，分子間的作用力很大，因此所受的影響也比較小；而非結(jié)晶區(qū)分子之間的作用力薄弱，在環(huán)境、化學(xué)等多方面因素的影響下，降解作用也就越發(fā)的明顯。1) 溫度溫度是影響變壓器絕緣系統(tǒng)老化的主要因素，絕緣紙的熱穩(wěn)定性比較差，在變壓器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，溫度超過(guò)一百度以后，纖維素便會(huì)自動(dòng)分解，分解出水分還有少量的co與co2，隨著運(yùn)行的時(shí)間加長(zhǎng)，絕緣紙的老化程度也就越來(lái)越嚴(yán)重，變壓器的大部分機(jī)械性能和電氣性能都失效了，而纖維素自身抗老化性

29、和穩(wěn)定性都比較低，這也是絕緣紙最大的缺陷所在。變壓器運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中熱量也會(huì)隨之上升，熱降解使得纖維素分子鍵發(fā)生斷裂，c-o鍵的熱穩(wěn)定性相對(duì)于絕緣油中的c-h鍵要弱許多，即使處于正常的溫度環(huán)境下，c-o鍵也很容易斷裂。變壓器運(yùn)行產(chǎn)生的熱量會(huì)引起絕緣紙的溫度上升，在上個(gè)世紀(jì)三十年代，國(guó)外專(zhuān)家曾經(jīng)提出過(guò)十度法則，他們經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，變壓器的運(yùn)行溫度每增加十度，則其使用壽命就會(huì)降低一半。變壓器在運(yùn)行時(shí)，鐵芯及繞組中有能量損耗，這些能量損耗一方面影響變壓器運(yùn)行時(shí)的效率;另一方面，損耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，引起變壓器的發(fā)熱。當(dāng)變壓器內(nèi)部有熱量產(chǎn)生時(shí)，變壓器的溫度將升高。當(dāng)變壓器的溫度高于冷卻介質(zhì)的溫度時(shí)，就開(kāi)始向冷

30、卻介質(zhì)散發(fā)出熱量。散熱的快慢取決于變壓器溫度與冷卻介質(zhì)的溫度之差和變壓器的散熱能力。在一定條件下，溫度差愈大，散熱愈快。因此，在一定的負(fù)載下，變壓器的溫度將逐漸升高，直到散出去的熱量等于產(chǎn)生的熱量時(shí)，溫度就不再升高，并保持一定的對(duì)冷卻介質(zhì)的溫升值。變壓器的溫升對(duì)它的運(yùn)行有很重要的影響，最主要的是對(duì)絕緣材料的影響。過(guò)高的溫度將使絕緣材料破壞而失去絕緣能力，或縮短它的有效使用壽命，另外，溫度升高將增大繞組的電阻，因而使銅耗增加。因此，必須使變壓器在額定負(fù)載時(shí)各部分的溫度不超過(guò)絕緣材料所允許的數(shù)值。要降低溫升，可以從兩方面著手:一方面在設(shè)計(jì)制造時(shí)努力設(shè)法提高變壓器的效率，減少損耗;另一方面是提高變壓

31、器的散熱能力，使它更有效地冷卻。而散熱能力與變壓器的結(jié)構(gòu)布置和所采用的冷卻方式有關(guān)，因此，如何加強(qiáng)冷卻，使熱量能更好地散發(fā)出來(lái)，是一個(gè)有重要意義的問(wèn)題。應(yīng)該指出，對(duì)于溫升和冷卻的問(wèn)題，必須全面來(lái)考慮。一方面，不能認(rèn)為溫升越低越好。這是因?yàn)橐欢ǖ慕^緣材料可以運(yùn)行在一定的溫升，溫升過(guò)低說(shuō)明有效材料沒(méi)有被充分利用，或者說(shuō)明采用了不必要的太強(qiáng)的冷卻措施，而這些都是不經(jīng)濟(jì)的。此外，如果采用能耐較高溫度的絕緣材料，則可以使變壓器運(yùn)行在較高的溫度，更多地節(jié)約有效材料，但絕緣材料的成本可能較高。另一方面，決定可以允許的總損耗的因素，有時(shí)不是溫升的限制，而是對(duì)變壓器效率的要求，后者是由動(dòng)力經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來(lái)決定的，這

32、時(shí)溫升已不是關(guān)鍵問(wèn)題，因此，溫升和冷卻的問(wèn)題必須從節(jié)約關(guān)鍵材料和全面的經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)來(lái)統(tǒng)一加以考慮。2) 電場(chǎng)在電場(chǎng)的作用下，變壓器絕緣紙會(huì)發(fā)生老化，這是影響變壓器絕緣系統(tǒng)老化的主要因素之一。一般來(lái)說(shuō)，變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)的老化程度取決于其局部放電的累積程度。變壓器在生產(chǎn)制造的過(guò)程當(dāng)中采取了壓力浸油的工藝，但是在變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)或者一些死角處仍舊會(huì)存在一些褶皺和氣泡，在局部放電的作用下，這些氣泡會(huì)發(fā)生崩潰，從而出現(xiàn)了游離在外的許多電子，這些電子在電場(chǎng)的作用下以一定的動(dòng)能去沖擊c-h，c=c等穩(wěn)定的化合物分子鍵，從而破壞了有機(jī)物的結(jié)構(gòu)。另外，電場(chǎng)會(huì)加速絕緣油降解，從而形成酸性特征物，這些特征物會(huì)沉積在

33、絕緣紙的表層，加速了變壓器絕緣系統(tǒng)老化的速度。3) 水分水分是決定著變壓器絕緣系統(tǒng)老化的關(guān)鍵性因素，主要原因在于變壓器絕緣油容易吸收空氣的水分，而水分在絕緣油中的溶解度是與溫度相關(guān)的。絕緣紙中的纖維素降解產(chǎn)生的羧基對(duì)溶液具有極強(qiáng)的親和力，很容易發(fā)生水解反應(yīng)，另外紙板的吸濕能力要比絕緣油大很多。研究表明，油紙絕緣中初始所含的水分越多，對(duì)降解的促進(jìn)作用也就越強(qiáng)。油紙絕緣老化的過(guò)程是伴隨著水分的生成的，隨著變壓器絕緣系統(tǒng)老化程度的加劇，水分也越來(lái)越多，當(dāng)水分量積累到一定程度以后，油紙絕緣的使用壽命也就到了終點(diǎn)了。由于水是一種極性很強(qiáng)的化合物，容易向高電場(chǎng)區(qū)聚集，因此在變壓器最危險(xiǎn)的高場(chǎng)強(qiáng)地帶聚集了許

34、多的水分，這很容易形成極性通路，導(dǎo)致了變壓器的故障率大大提高。4) 氧氣氧氣對(duì)油紙絕緣老化的影響與水分是類(lèi)似的，都起著關(guān)鍵性的作用，絕緣紙中的纖維素成分很容易氧化，實(shí)驗(yàn)研究表明：當(dāng)絕緣紙中的水分成分達(dá)到0.3%時(shí)，氧氣將纖維素的降解速度提高了約三倍，在變壓器中，除了器身內(nèi)部殘留的氧和外部滲入的少量氧之外，變壓器油的老化產(chǎn)物中也含有不容忽視的氧化劑，較高的溫度可以加快纖維素的氧化反應(yīng)。5) 其他因素除了上述的幾種主要影響變壓器油紙絕緣老化的因素之外，還存在如物理應(yīng)力、光、微生物等因素對(duì)變壓器絕緣系統(tǒng)老化仍舊起到不小的作用。3.3油紙絕緣老化特征量的變化分析變壓器在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中，隨著溫度的升高、以

35、及絕緣油中水分溶解度的增加，其絕緣性能進(jìn)一步降低，老化程度也越來(lái)越嚴(yán)重，油紙絕緣與氧氣發(fā)生氧化作用，生產(chǎn)的羧基又再次氧化、碳化，生產(chǎn)的氧化產(chǎn)物以及一些不溶性物質(zhì)，簡(jiǎn)稱(chēng)為油泥。根據(jù)iec標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，對(duì)繞組采用導(dǎo)向冷卻 (od)的強(qiáng)油循環(huán)產(chǎn)品，其繞組溫升可提高5 (即70)，這是因?yàn)閷?dǎo)向冷卻的繞組溫度最高點(diǎn)與平均溫度間的溫差較之非導(dǎo)向冷卻的要小。但是在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)gb1094.21996中卻并未對(duì)導(dǎo)向冷卻變壓器的繞組平均溫升做出與iec標(biāo)準(zhǔn)相同的規(guī)定，仍維持在65。當(dāng)溫度在95以上時(shí)，變壓器油將會(huì)顯著的惡化，所以油頂層溫度不宜超過(guò)95，相應(yīng)油頂層溫升限值是按下式計(jì)算而得的:油頂層最高溫度最高氣溫=油頂

36、層溫升限值但是對(duì)于油不與大氣直接接觸的全密封變壓器，其油頂層的溫升限值可提高到60。溫升標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)絕緣材料的性質(zhì)、變壓器使用情況和自然環(huán)境條件而確定的，標(biāo)準(zhǔn)中選用的數(shù)值，是考慮了變壓器在正常使用年限內(nèi)絕緣不會(huì)破壞，一般認(rèn)為變壓器的正常使用年限應(yīng)該是20年左右。在夏天周?chē)鷾囟雀哌_(dá)40時(shí)，繞組的平均溫度可到105，溫度最高的部分可能會(huì)達(dá)到120，這時(shí)絕緣的老化是較快的，但這種日子是不多的，在大部分時(shí)間內(nèi)溫度要低得多，絕緣的總的損壞率應(yīng)該使它保持在使用年限內(nèi)能正常運(yùn)行。油紙絕緣老化特征量的變化分析主要是針對(duì)特征物：油中糠醛、絕緣紙聚合度、絕緣油中水分等產(chǎn)物展開(kāi)分析的。1) 油中糠醛國(guó)內(nèi)外針對(duì)糠醛與變

37、壓器油紙進(jìn)行了大量的變壓器老化試驗(yàn)，研究結(jié)果均表明，變壓器絕緣油中的糠醛成分只來(lái)自于絕緣紙的老化，對(duì)于糠醛具體形成的機(jī)理，至今沒(méi)有一個(gè)觀點(diǎn)能被大家所一致認(rèn)可。當(dāng)變壓器絕緣紙發(fā)生老化時(shí)，油紙絕緣系統(tǒng)就會(huì)包含一定量的糠醛，生成的糠醛在絕緣油中的分布是呈現(xiàn)均勻狀態(tài)的，因此可以利用高效液相色譜法針對(duì)糠醛的含量進(jìn)行檢測(cè)，糠醛含量的多少直接決定了變壓器絕緣紙老化程度的高低，這對(duì)于檢測(cè)油紙老化狀態(tài)非常有幫助。2) 絕緣紙聚合度變壓器在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，由于受到環(huán)境因素，諸如溫度、氧氣、水分等因素的影響，會(huì)加速絕緣紙老化的進(jìn)程，促進(jìn)絕緣紙中纖維素的降解作用，纖維素分子鍵長(zhǎng)度由于分解和斷裂，使得絕緣紙的機(jī)械性能和

38、電氣性能大幅度惡化，絕緣紙的聚合度也顯著降低，從而嚴(yán)重的影響變壓器的使用性能，危及到電網(wǎng)的正常運(yùn)營(yíng)。3) 絕緣油中水分變壓器絕緣紙因?yàn)槔匣傻乃珠_(kāi)始積累，積累的水分主要集中在絕緣紙和溶解在絕緣油當(dāng)中，它會(huì)使得絕緣性能大幅度降低，局部起始電壓和擊穿電壓也會(huì)隨著絕緣系統(tǒng)中含水量的增加而急劇下降，對(duì)設(shè)備運(yùn)行構(gòu)成了威脅，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)釀成放電擊穿事故。4 變壓器油紙絕緣老化的實(shí)驗(yàn)測(cè)定和分析4.1油紙絕緣的溫升老化實(shí)驗(yàn)為了能夠深入的分析不同類(lèi)型的絕緣油紙的老化特性以及在老化過(guò)程當(dāng)中，特征產(chǎn)物的變化，本文設(shè)計(jì)了如下的老化試驗(yàn)。試驗(yàn)材料主要使用兩種絕緣油和絕緣紙，絕緣油種類(lèi)分別為：克拉瑪依變壓器油o1表示

39、與biotemp抗老化油，o2表示。絕緣紙種類(lèi)分別為：常規(guī)硫酸鹽木紙，p1表示與熱穩(wěn)定紙，p2表示。試驗(yàn)流程整個(gè)油紙絕緣老化的試驗(yàn)流程如下：a：對(duì)絕緣紙進(jìn)行裁剪，得到若干質(zhì)量為5g的絕緣紙樣品。b：將裁剪好的絕緣紙樣品置于真空箱中，于90下干燥48小時(shí)，后冷卻至40,浸入己脫氣除水的新變壓器油并保持12小時(shí).c：從浸油后的絕緣紙樣中挑選若干形狀均勻的樣品裝入燒瓶?jī)?nèi)，按10:1的比例添加已脫氣除水的新變壓器油，并按1g油:0.5cm2銅的比例向其中添加適量銅片，后將燒瓶置于真空充氮箱中，抽真空并于真空狀態(tài)下充氮至一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，后在密閉的、充滿(mǎn)氮?dú)獾沫h(huán)境下進(jìn)行密封，從而得到的4種油紙絕緣試品。d

40、：上述4種不同組合的油紙絕緣樣品分別至于90、110、130老化箱中，進(jìn)行熱老化試驗(yàn)，并按一定的時(shí)間間隔，取樣進(jìn)行性能參數(shù)的測(cè)量.4.2熱老化實(shí)驗(yàn)的結(jié)果和現(xiàn)象分析老化試驗(yàn)進(jìn)行了約4000小時(shí)，130部分試驗(yàn)樣品絕緣紙聚合度值己經(jīng)下降到200以下，達(dá)到了壽命終點(diǎn)；同時(shí)，部分試品如90下munksjo紙?jiān)嚻方^緣紙聚合度仍處于700-800的水平，油紙絕緣還處于良好的狀態(tài)。本文在三個(gè)試驗(yàn)溫度下，對(duì)四種不同類(lèi)型的油紙絕緣模型進(jìn)行了約4000小時(shí)的加速老化試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)反映油紙絕緣老化的多個(gè)特征量如油中溶解氣體、油中水分、油酸值、油中糠醛、絕緣紙聚合度的跟蹤分析結(jié)果表明:隨老化時(shí)間的增加，變壓器油中溶解c

41、o2氣體成明顯增加趨勢(shì)，油中溶解co及烴類(lèi)氣體由于受到系統(tǒng)中殘余o2的影響，在試驗(yàn)初期有一些波動(dòng)。在整個(gè)老化過(guò)程中，四種類(lèi)型油紙絕緣試品油中溶解氣體含量分散性較大，難以建立起與老化時(shí)間的數(shù)學(xué)模型;各類(lèi)油紙絕緣油中溶解氣體變化并無(wú)特殊規(guī)律，不能以氣體含量或者變化模式來(lái)判定油紙絕緣的類(lèi)型。biotemp油可以有效降低油紙?jiān)嚻方^緣紙中水分含量，因而與25號(hào)變壓器油相比較，當(dāng)與常規(guī)硫酸鹽木漿紙組合時(shí)，其可以顯著抑制油紙絕緣的降解。另外，與常規(guī)硫酸鹽木漿紙相比，munksjo紙具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定性能，由其構(gòu)成的油紙?jiān)嚻防匣^(guò)程非常緩慢。4.3油紙絕緣老化特征產(chǎn)物之間的關(guān)系本文試驗(yàn)條件下，變壓器油中糠醛含量

42、與絕緣紙聚合度的試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，可以得到油中糠醛含量與絕緣紙聚合度的關(guān)系，結(jié)果表明如下:變壓器油中糠醛含量對(duì)數(shù)值與絕緣紙聚合度大致成線(xiàn)性關(guān)系，絕緣油、紙類(lèi)型對(duì)糠醛與聚合度模型的參數(shù)有決定性影響。由常規(guī)硫酸鹽木漿紙構(gòu)成的油紙?jiān)嚻穬蓞?shù)間具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，對(duì)應(yīng)于較高的相關(guān)系數(shù)，而由munksjo紙構(gòu)成的油紙?jiān)嚻吩诶匣^(guò)程中糠醛含量有一定波動(dòng)，兩參數(shù)的相關(guān)系數(shù)偏低。在老化過(guò)程中，由munksjo紙構(gòu)成的油紙?jiān)嚻肪哂休^低的糠醛生成速率，對(duì)應(yīng)于較小的函數(shù)斜率和較低的油中糠醛含量;與常規(guī)絕緣紙相比，熱穩(wěn)定紙老化產(chǎn)生較少量的糠醛.對(duì)應(yīng)于相同的油紙絕緣老化程度，不同類(lèi)型的油紙絕緣組合對(duì)應(yīng)于不

43、同的油中糠醛含量。因而在利用油中糠醛含量對(duì)油紙絕緣老化程度進(jìn)行估算時(shí)，必須考慮油、紙類(lèi)型對(duì)糠醛含量的影響。變壓器油中糠醛含量的注意值應(yīng)根據(jù)其對(duì)應(yīng)的油紙絕緣類(lèi)型制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。5 變壓器局部放電的研究現(xiàn)狀5.1局部放電的產(chǎn)生及其特征一般認(rèn)為局部放電是指在電場(chǎng)作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電而沒(méi)有貫穿施加電壓的整個(gè)系統(tǒng)，即沒(méi)有擊穿的現(xiàn)象。放電是指由電子雪崩開(kāi)始，二次過(guò)程為補(bǔ)充，使載流子穿過(guò)原為絕緣介質(zhì)的不連續(xù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程。產(chǎn)生局部放電的主要原因是電介質(zhì)不均勻時(shí)，絕緣體各區(qū)域承受的電場(chǎng)強(qiáng)度不均勻，在某些區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到擊穿場(chǎng)強(qiáng)而發(fā)生放電，而其它區(qū)域仍然保持絕緣的特性。產(chǎn)生局部放電的條件取決于絕緣

44、裝置中的電場(chǎng)分布和絕緣的電氣物理性能。大型電力變壓器基本采用油一紙復(fù)合絕緣及油一屏障絕緣結(jié)構(gòu)，局部放電一般發(fā)生在絕緣薄弱或電場(chǎng)強(qiáng)度偏高的部位。按部位來(lái)分，變壓器局部放電主要發(fā)生在引線(xiàn)接線(xiàn)處、紙板、壓板、圍屏、端部油楔、金屬尖端、變壓器油以及套管等部位。電力變壓器主要采用油-紙屏障絕緣，這種絕緣由電工紙層和絕緣油交錯(cuò)組成。由于大型變壓器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣很不均勻。當(dāng)設(shè)計(jì)不當(dāng)，造成局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高，工藝不良或外界原因等因素，造成內(nèi)部缺陷時(shí)，在變壓器內(nèi)必然會(huì)產(chǎn)生局部放電，并逐漸發(fā)展，最后造成變壓器損壞。電力變壓器內(nèi)部局部放電主要以下面幾種情況出現(xiàn)：(1)繞組中部油-紙屏障絕緣中油通道擊穿;(2)繞組端部油通

45、道擊穿;(3)緊靠著絕緣導(dǎo)線(xiàn)和電工紙(引線(xiàn)絕緣、搭接絕緣、相間絕緣)的油間隙擊穿;(4)線(xiàn)圈間(匝間、餅間)縱絕緣油通道擊穿;(5)絕緣紙板圍屏等的樹(shù)枝放電;(6)其他固體絕緣的爬電;(7)絕緣中滲入的其他金屬異物放電等。因此，對(duì)已出廠的變壓器，有以下幾種情況須進(jìn)行局部放電試驗(yàn)：(1)新變壓器投運(yùn)前進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，檢查變壓器出廠后在運(yùn)輸、安裝過(guò)程中有無(wú)絕緣損傷。(2)對(duì)大修或改造后的變壓器進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，以判斷修理后的絕緣情況。(3)對(duì)運(yùn)行中懷疑有絕緣故障的變壓器作進(jìn)一步的定性診斷，例如油中氣體色譜分析有放電性故障，以及涉及到絕緣其他異常情況。(4)作為預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目或在線(xiàn)檢測(cè)內(nèi)容，監(jiān)測(cè)變

46、壓器運(yùn)行中絕緣情況。5.2局部放電與油紙絕緣老化之間的關(guān)系局部放電一般不會(huì)引起絕緣的穿透性擊穿，但是可以導(dǎo)致電介質(zhì)特別是有機(jī)電介質(zhì))的局部損壞。若局部放電長(zhǎng)期存在，則在一定條件下可能造成絕緣介質(zhì)電氣強(qiáng)度的降低，加劇絕緣紙老化的速度。因此局部放電對(duì)絕緣設(shè)備的破壞是一個(gè)緩慢的發(fā)展過(guò)程，對(duì)于高壓電氣設(shè)備來(lái)說(shuō)是一種隱患。局部放電的特性一般可與絕緣缺陷相互很好的印證。即根據(jù)局部放電特性可以確定電氣設(shè)備絕緣的局部損壞程度。在某種情況下，絕緣的性能可以按某種最能說(shuō)明問(wèn)題的特性來(lái)判斷，而對(duì)于不同設(shè)備的絕緣，這些特性可能各不相同。在多數(shù)情況下，綜合測(cè)量各種局部放電特性可以較客觀的評(píng)價(jià)產(chǎn)品的絕緣水平。5.3局部放

47、電檢測(cè)方法的研究局部放電檢測(cè)是以發(fā)生局部放電時(shí)產(chǎn)生的電、光等現(xiàn)象為依據(jù)，來(lái)判斷局部放電的狀態(tài)，包括放電點(diǎn)的定位和放電的程度等。目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的檢測(cè)方法有脈沖電流法、超聲波檢測(cè)法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法等方法，其中脈沖電流法、氣相色譜分析和超聲波檢測(cè)法應(yīng)用最為廣泛。1.脈沖電流法脈沖電流法是通過(guò)檢測(cè)阻抗、檢測(cè)變壓器套管末屏接地線(xiàn)、外殼接地線(xiàn)、鐵心接地線(xiàn)以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電流，獲得視在放電量。它是研究最早、應(yīng)用最廣泛的一種檢測(cè)方法。檢測(cè)變壓器局部放電脈沖的電流傳感器通常用羅哥夫斯基線(xiàn)圈制成。電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種。它們的優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、脈沖分辨率高、噪音低等

48、特點(diǎn)。缺陷是:首先，由于其具有的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)試樣的電容量比較大時(shí)，受藕合阻抗的限制，測(cè)試儀器的測(cè)量靈敏度也受到了一定的限制;其次，測(cè)試頻率低(一般小于imhz)，因而包含的信息量少;最后，在離線(xiàn)狀態(tài)其靈敏度較高，而現(xiàn)場(chǎng)中易受外界干擾噪聲的影響，抗干擾能力差。2.超聲檢測(cè)法超聲波檢測(cè)法測(cè)量的是放電時(shí)產(chǎn)生的超聲波信號(hào)。用固定在變壓器油箱壁上的超聲傳感器可以接收到變壓器內(nèi)部局部放電產(chǎn)生的超聲波，由此來(lái)檢測(cè)局部放電的大小及位置。通常采用的超聲傳感器是壓電傳感器，選用的頻率范圍為70一巧okh:，目的是為了避開(kāi)鐵心的磁噪聲和變壓器的機(jī)械振動(dòng)噪聲。由于超聲波法受電氣干擾小以及它在局部放電定位上的廣泛應(yīng)用，人們

49、對(duì)超聲法的研究較深人。但變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各種聲介質(zhì)對(duì)聲波的衰減及對(duì)聲速的影響都不一樣;目前使用的局放檢測(cè)超聲波傳感器抗電磁干擾能力較差，靈敏度也不很高，這就增加了超聲檢測(cè)的難度。超聲檢測(cè)主要用于定性地判斷局部放電信號(hào)的有無(wú)，以及結(jié)合電脈沖信號(hào)或直接利用超聲信號(hào)對(duì)局放源進(jìn)行物理定位。在電力變壓器的離線(xiàn)和在線(xiàn)檢測(cè)中，它是主要的輔助測(cè)量手段。隨著對(duì)局放超聲波測(cè)量研究的深人，有可能定量地分析放電強(qiáng)度及絕緣劣化程度。近年來(lái)，由于聲電換能元件效率的提高和電子放大技術(shù)的發(fā)展，超聲檢測(cè)的靈敏度有了較大的提高，因而該方法的發(fā)展應(yīng)用還是非常有希望的。3.光測(cè)法光測(cè)法是利用局部放電產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行的。在變壓

50、器油中，各種放電發(fā)出的光波長(zhǎng)不同，研究表明通常在500一700nm之間，光電轉(zhuǎn)換后，通過(guò)檢測(cè)光電流的特性可以實(shí)現(xiàn)局部放電的識(shí)別。雖然在實(shí)驗(yàn)室中利用光測(cè)法來(lái)分析局部放電特征及絕緣劣化機(jī)理等方面取得了很大進(jìn)展，但由于光測(cè)法設(shè)備復(fù)雜昂貴、靈敏度低，且需要被檢測(cè)物質(zhì)對(duì)光來(lái)說(shuō)是透明的，因而不可能在實(shí)際中應(yīng)用。盡管如此，光纖技術(shù)已作為其他方法(特別是超聲檢測(cè))的輔助手段應(yīng)用于變壓器的局部放電檢測(cè)中。4.化學(xué)檢測(cè)化學(xué)檢測(cè)(dga，dissolvedgasanalysis)，也叫氣相色譜法。當(dāng)變壓器中發(fā)生局部放電時(shí)，各種絕緣材料會(huì)發(fā)生分解破壞，產(chǎn)生新的生成物，通過(guò)檢測(cè)生成物的組成和濃度，可以判斷局部放電的狀態(tài)

51、。dga法是通過(guò)檢測(cè)變壓器油分解出的各種氣體的組成和濃度來(lái)確定故障(局放、過(guò)熱等)狀態(tài)的。目前，該方法已廣泛應(yīng)用于變壓器的在線(xiàn)故障診斷中，故障類(lèi)型不同、故障程度不同，氣體的組成和濃度也不相同，由此建立起來(lái)的模式識(shí)別系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)故障的自動(dòng)識(shí)別。5.局部放電的超高頻檢測(cè)超高頻法(uhf法)原理是通過(guò)超高頻信號(hào)傳感器接收局部放電過(guò)程輻射的超高頻電磁波，實(shí)現(xiàn)局部放電的檢測(cè)。研究認(rèn)為:變壓器每一次局部放電都發(fā)生正負(fù)電荷中和，伴隨有一個(gè)陡的電流脈沖，并向周?chē)椛潆姶挪?。試?yàn)結(jié)果表明:局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局放源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。當(dāng)放電間隙比較小時(shí)，放電過(guò)程的時(shí)間比較短，電流脈

52、沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強(qiáng);而放電間隙的絕緣強(qiáng)度比較高時(shí)，擊穿過(guò)程比較快，此時(shí)電流脈沖的陡度比較大，輻射高頻電磁波的能力比較強(qiáng)。變壓器油一隔板結(jié)構(gòu)的絕緣強(qiáng)度比較高，因此變壓器中的局部放電能夠輻射很高頻率的電磁波，最高頻率能夠達(dá)到數(shù)ghz。其特點(diǎn)是:uhf檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)頻率范圍一般為500一15閱mh:，可最大限度避開(kāi)干擾信號(hào)。同時(shí)，由于超高頻法實(shí)施中，傳感器安置在變壓器箱體內(nèi)，變壓器殼體的屏蔽作用，使這一方法的抗干擾能力大大優(yōu)于目前傳統(tǒng)局部放電監(jiān)測(cè)方法，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)變壓器局部放電的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)是非常有利的。超高頻頻段豐富，信息量大，靈敏度高。變壓器局部放電測(cè)量作為一種檢查變壓器內(nèi)部絕

53、緣由于場(chǎng)強(qiáng)集中或其他原因造成電場(chǎng)畸變或局部場(chǎng)強(qiáng)過(guò)高而引起的油中或絕緣中放電的有效手段，已逐漸被人們認(rèn)可。并將這種要求逐漸有高電壓產(chǎn)品推廣至較低電壓產(chǎn)品，這一要求也被寫(xiě)入變壓器標(biāo)準(zhǔn)中，且允許的視在放電量也在下降，變壓器新標(biāo)準(zhǔn)中g(shù)b 1094.3-2003中規(guī)定，變壓器110kv級(jí)及以上的變壓器都要進(jìn)行局部放電測(cè)量，局部放電試驗(yàn)不但進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間局部放電試驗(yàn)還要進(jìn)行短時(shí)間感應(yīng)耐壓時(shí)的局部放電測(cè)量，而且變壓器協(xié)議中要求局部放電量都是小于100pc逐步下降至小于500pc，特別是500kv變壓器由于各部分的場(chǎng)強(qiáng)經(jīng)過(guò)細(xì)致計(jì)算，制造精度較高，工藝嚴(yán)格，因此局部放電量更低一些，根據(jù)各大變壓器廠總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)有以下幾條：(1)設(shè)計(jì)時(shí)要控制各部分場(chǎng)強(qiáng)在允許的范圍內(nèi)，特別要注意對(duì)高壓引線(xiàn)頭和引線(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度的控制。采用電氣屏蔽法可有效的降低局部放電量(注意：金屬屏蔽材料與電纜引線(xiàn)或繞組出頭接觸良好，不允許屏蔽處存在懸浮電位)。(2)制造過(guò)程中特別要注意器身中各部件的清潔度決不允許帶入任何金屬異物。(3)裝配過(guò)程中要注意各個(gè)附件的清潔度，對(duì)外構(gòu)件要嚴(yán)格檢查，對(duì)自加工的零件也必須做到干凈清潔，特別是焊接件、金工件要徹底清理加工過(guò)程中所殘留的異物、雜物，也要注意在總裝過(guò)程中所產(chǎn)生的金屬異物的收集與