變壓器絕緣老化的檢測(cè)

1、變壓器絕緣老化的檢測(cè)變壓器固體絕緣是由含纖維的物質(zhì)組成，老化后生成 CO 和 CO2 以及糠醛，因此可借助測(cè)量CO 和CO2 以及糠醛的含量和絕緣紙聚合度來診斷變壓器絕緣老化的缺陷，通過產(chǎn)氣速率的測(cè)試， 來判斷絕緣老化的程度。1、利用液相色譜法測(cè)量油中糠醛的含量判斷絕緣的老化程度測(cè)量油中糠醛濃度（ C4H 3OCHO 即呋喃甲醛） ，這是因?yàn)榻^緣紙中的主要化學(xué)成分是纖維素。而纖維 素大分子是由 D 葡萄糖基單體聚合而成。當(dāng)絕緣紙出現(xiàn)老化時(shí)，纖維素歷經(jīng)如下化學(xué)變化：D 葡萄糖的聚合物由于受熱、水解和氧化而解聚，生成D 葡萄糖單糖，而這種單糖又很不穩(wěn)定，容易水解，最后產(chǎn)生一系列氧環(huán)化合物?？啡┦墙^

2、緣紙中纖維素大分子解聚后形成的一種主要的氧環(huán)化合物。 它溶解在變壓器的絕緣油中。當(dāng)絕緣的纖維素受高溫、水分、氧氣等作用后將裂解，糠醛便成了絕緣紙 因降解形成的一種主要特征液體。1）判斷依據(jù)。利用高效液相色譜分析技術(shù)測(cè)定中油中糠醛含量，可發(fā)現(xiàn)下列故障情況：已知內(nèi)部存在故障時(shí)判斷是否涉及固體絕緣；是否存在引起繞組絕緣局部老化的低溫過熱；判斷運(yùn)行年久變壓器的絕緣老化程度。2）檢測(cè)糠醛含量的特點(diǎn)。油中糠醛分析時(shí)，可以結(jié)合油中CO 和 CO2 含量分析以綜合診斷其內(nèi)部是否存在固體絕緣局部過熱故障。 規(guī)程建議在以下情況檢測(cè)油中糠醛含量：油中氣體總烴超標(biāo)或 CO、CO2 過高；500kV變壓器和電抗器及 1

3、50MVA以上升壓變壓器投運(yùn) 23后；需了解絕緣老化情況。3）判斷絕緣紙的老化程度的優(yōu)點(diǎn)：用高效液相色譜分析儀測(cè)出其含量，根據(jù)濃度的大小判斷絕緣紙的老化程度，并根據(jù)糠醛產(chǎn)生速率可進(jìn)一步推斷其老化速率以及剩余壽命?？啡┓治龅膬?yōu)點(diǎn)是：變壓器不需停電。取樣不需特別的容器，保存方便?？啡楦叻悬c(diǎn)液態(tài)產(chǎn)物，不易揮發(fā)損失。4）檢測(cè)糠醛含量的要求。根據(jù)DL / T596 1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程對(duì)油中糠醛含量的要求,在必要時(shí)應(yīng)予以檢測(cè)?？啡┖砍^下表中數(shù)據(jù)時(shí)，一般為非常老化，需連續(xù)檢測(cè)，并注意增長(zhǎng)率。變壓器油中糠醛含量限值參考表運(yùn)行年限1 55 1010 1515 20糠醛量mg / L0.10.2

4、0.40.75測(cè)試油中糠醛含量達(dá)到 12mg /L,變壓器絕緣已劣化嚴(yán)重；油中糠醛含量達(dá)到3.5mg / L,變壓器絕緣劣化已很嚴(yán)重；油中糠醛含量達(dá)到4mg / L及以上時(shí)，變壓器整體絕緣水平處于壽命晚期，此時(shí)宜測(cè)定絕緣紙（板）的聚合度后進(jìn)行綜合判斷。5）相關(guān)的幾個(gè)問題。盡管有的變壓器雖運(yùn)行年久，但其油中糠醛含量并不高，甚至很低。其原因可 能有以下幾點(diǎn)：糠醛損失。變壓器油如果經(jīng)過處理，則會(huì)不同程度地降低油糠醛含量，例如，變壓器油經(jīng)白土處 理后，能使油糠醛含量下降到極低值，甚至測(cè)不出來。要經(jīng)過一段較長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間后才會(huì)升到原始值。 在作判斷時(shí)一定要注意這些情況，否則易造成誤判斷。運(yùn)行條件。變壓器絕

5、緣中含水量少、密封情況好、運(yùn)行溫度低；不少變壓器投運(yùn)后經(jīng)常處于停運(yùn) 或輕載狀況，這也是導(dǎo)致變壓器油中糠醛含量低的原因。對(duì)變壓器油中的糠醛含量高的變壓器要引起重視，對(duì)糠醛含量低的變壓器也不能輕易判定其是否有 沒老化，具體情況具體分析。分析時(shí)還要認(rèn)真調(diào)查研究變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、運(yùn)行條件、故障及檢修情況等。2、測(cè)量絕緣紙的聚合度判斷絕緣的老化程度 測(cè)量變壓器絕緣紙的聚合度是確定變壓器老化程度的一種比較可靠的手段。紙聚合度的大小直接反 映了劣化程度。新的油浸紙(板)的聚合度值約為1000。當(dāng)受到溫度、水分、氧化作用后，纖維素降解，大分子長(zhǎng)度縮短，也即 D 葡萄糖單體的個(gè)數(shù)減少到數(shù)百，而紙的聚合度正是代表

6、了纖維分子中 D 葡萄糖的單體個(gè)數(shù)。一般認(rèn)為：變壓器油中絕緣紙的聚合度達(dá)到 250 左右，絕緣紙的機(jī)械強(qiáng)度已比出廠下降50%以上。測(cè)聚合度的試樣可取引線上的絕緣紙、墊塊、絕緣紙板等數(shù)g。對(duì)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的變壓器可盡量利用吊芯檢查的機(jī)會(huì)取樣。變壓器絕緣紙老化的后果，除導(dǎo)致其電氣強(qiáng)度下降外，更主要的是機(jī)械強(qiáng)度的喪失， 在機(jī)械力的沖擊下，造成損壞而使電氣擊穿等嚴(yán)重后果。因此當(dāng)聚合度值下到250 時(shí)，并不意味著會(huì)立即發(fā)生絕緣事故，但從提高變壓器運(yùn)行可靠性的角度考慮，更應(yīng)避免短路沖擊，嚴(yán)重的振動(dòng)等因素。3、利用氣相色譜分析法測(cè)量CO和CO2的含量判斷絕緣的老化程度對(duì)密封式變壓器， CO 隨運(yùn)行年數(shù)的增加而

7、增加， 且增長(zhǎng)速率是呈逐漸減緩趨勢(shì)； 而 CO2 也是隨運(yùn)行 年數(shù)據(jù)的增加而增加，且基本上是呈線性關(guān)系。如變壓器在運(yùn)行中產(chǎn)生低溫過熱故障涉及固體絕緣時(shí)， 雖然油中總烴含量無明顯變化，但CO和CO2會(huì)有很大變化。因此，根據(jù)CO和CO2的含量變化及產(chǎn)氣速率的變化，可以有利對(duì)絕緣的老化傾向及其低溫過熱故障加以判斷。由于環(huán)境溫度對(duì) CO和CO2的含量影響較大，因此采用年平均值更有代表性，有助于找出CO和CO2的含量與運(yùn)行年數(shù)的關(guān)系。CO和CO2年均含量即均體積分?jǐn)?shù)(Yco, Yco2)與運(yùn)行年(X)關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)公式如下：-6Yco =(133 + 407 V X )X 10-6YCO2 =(1896 +

8、 1042 X ) X 10CO和CO2年當(dāng)密封式變壓器 CO和CO2年均含量在上兩式所作曲線以下，表示變壓器為正常，當(dāng) 均含量在上兩式所作曲線以上時(shí)，一般認(rèn)為變壓器可能出現(xiàn)異常。由于 CO 和 CO2 是絕緣正常老化的產(chǎn)物，也是故障的特征氣體。兩者之間區(qū)別是絕緣老化的速度不 同，即產(chǎn)生速 率的變化規(guī)律不同。正常產(chǎn)氣速率約為：CO <( 407 / 2 VX )X 10-6CO2W 1042 X 10-6當(dāng)產(chǎn)氣速率大于上述兩式中的正常值時(shí)， 并隨時(shí)間的變化呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)， 表明變壓器內(nèi)出現(xiàn)了使絕 緣老化速 度加快的異常情況。上面給出的推薦值，是絕緣老化最大限值。但由于 CO 和 CO2

9、又是變壓器油氧化分解的產(chǎn)物，分析 結(jié)果會(huì)有其分散性，因此作為判斷依據(jù)尚存在不確定性。一般是當(dāng)變壓器油中CO和CO2年均含量超過正常值時(shí)，應(yīng)引起注意。在了解運(yùn)行中有否過負(fù)荷、冷卻系統(tǒng)和油路是否正常，并結(jié)合其他手段，如變 壓器油中糠醛的含量與絕緣紙的聚合度測(cè)量，對(duì)變壓器的老化程度進(jìn)行綜合分析判斷。4、利用特征氣體與 CO 的伴生增長(zhǎng)及產(chǎn)氣速率的增長(zhǎng)模式判斷故障類型及程度 當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生固體絕緣故障時(shí)， 無論故障性質(zhì)如何， 后果都相當(dāng)嚴(yán)重。 因?yàn)橐涣抗腆w材料的絕緣 性能受到破壞，很可能進(jìn)一步發(fā)展主絕緣或縱絕緣的擊穿事故。所以纖維材料劣化引起的影響在故障診 斷中格外受到重視。而且，能確定變壓器發(fā)生異

10、常或故障時(shí)是否涉及到固體絕緣，也就初步確定故障的 部位，對(duì)今后變壓器的檢修工作很有幫助。但由于CO、CO2是纖維材料的老化產(chǎn)物，一般在非故障情況下也有大量的積累，因此往往很難判斷經(jīng)分析所得的CO、CO2含量因纖維材料的老化產(chǎn)生的，還是故障的分解產(chǎn)物。國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)推薦用CO / CO2的比值作為判據(jù)，以確定故障與固體絕正常老化之間的關(guān) 系。當(dāng)CO / CO 2大于0.33或小0.9于時(shí)可能有纖維分解的故障。但在實(shí)際應(yīng)用中有較大的局限性。這種 方法對(duì)懸浮放電故障的判斷較為準(zhǔn)確，而對(duì)圍屏放電的判別的準(zhǔn)確率就差些。應(yīng)用主要特征氣體與 CO 的伴生增長(zhǎng)的方法可判斷故障點(diǎn)是否涉及到固體絕緣，

11、這種方法基本上不受 累積效應(yīng)的影響，不存在注意值的限制，可隨時(shí)分析氣體成分的變化規(guī)律，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能存在的固 體絕緣潛伏性故障，而通過變壓器產(chǎn)氣速率增長(zhǎng)的不同模式，又可對(duì)固體絕緣故障的發(fā)展程度作出判斷。1)固體絕緣故障特征氣體與 CO 伴生增長(zhǎng)的相關(guān)性。變壓器內(nèi)部涉及固體絕緣的故障包括：圍屏放 電、匝間短路、不定期負(fù)荷或冷卻不良引起繞組過熱，絕緣浸漬不良等引起的局部放電。無論是放性故 障或過熱故障，當(dāng)故障點(diǎn)涉及固體絕緣時(shí)，故障部位在釋放能量的作用下，油、紙絕緣將發(fā)生裂解，釋 放出CO和CO2。但其產(chǎn)生不是孤立的，必然因絕緣油的分解，產(chǎn)生各種低分子烴和氫氣，并能通過分析 各種特征氣體與 CO

12、和 CO 2間的伴生增長(zhǎng)情況來判斷故障原因。CO 為纖維素劣化的中間產(chǎn)物，更能反映故障的發(fā)展過程，所以通過對(duì)故障的主要特征氣體與CO 的連續(xù)監(jiān)測(cè)值時(shí)行相關(guān)性分析，可進(jìn)一步判斷故障是否涉及固體絕緣。當(dāng)通過其他分析方法確定變壓器內(nèi) 部存在放電性故障時(shí)，可以CO與H2的相關(guān)程度作為判斷放電性故障是否與固體絕緣有關(guān)的依據(jù)；而過熱性故障則以CO和CH4的相關(guān)作為判斷依據(jù)。如果 CO不僅與CH4有較強(qiáng)的相關(guān)性，還與 C2H4相關(guān)， 表故故障點(diǎn)溫度較高； 而在發(fā)生放電性故障時(shí)， 如果CO與H2和C2H2都有較強(qiáng)的相關(guān)性， 說明故障的性 質(zhì)可能是火花放電或電弧放電。2)固體絕緣故障程度與產(chǎn)氣速率增長(zhǎng)模式的相關(guān)

13、性。變壓器的產(chǎn)氣速率作為判斷充油設(shè)備中產(chǎn)氣性 故障危害程度的重要參數(shù)，對(duì)分析故障性質(zhì)和發(fā)展程度非常重要。相對(duì)產(chǎn)氣率丫 r = (Ci2 - Ci1 ) / Ci t式中Ci 油中溶解氣體總烴含量，卩L / L ;Ci1 第一次取樣測(cè)得油某氣體含量，卩L / L ;Ci2 第二次取樣測(cè)得油某氣體含量，卩L / L ; t 兩次取樣間隔的時(shí)間，h。這種表示方法，是基于將故障產(chǎn)氣引起的油中溶解氣體含量升高考慮成一個(gè)線性增長(zhǎng)的過程。但通 過對(duì)故障發(fā)展過程的統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)際情況并非完全如此。如果不考慮脫氣、換油等處理方法對(duì)油中 溶解氣體含量的影響，故障氣體的發(fā)展過程大致有三種模式。模式一、總烴產(chǎn)氣速率不斷增大，其變化是隨時(shí)間增長(zhǎng)不斷增長(zhǎng)的向上彎曲的一條曲線。這種故 障具有突發(fā)性和嚴(yán)重的破壞性。模式二、總烴產(chǎn)氣速率增大到一定程度后不再顯著變化，其變化是隨時(shí)間增長(zhǎng)不斷