电力变压器油纸绝缘热老化研究

电力变压器油纸绝缘热老化研究

董伟伟

（宁波地铁产业工程有限公司315000）

摘要：电力变压器内部电气元件的绝缘主要是通过油纸来实现的。本文简要分析了电力变压器内部油纸绝缘的热老化机理，讨论了影响其老化的环境等因素，并对检验其是否老化的检测方法做了总结，期望通过对油纸绝缘性的老化程度来进行电力变压器的排障，进而确保电网系统的稳定运行。

关键词：电力变压器；油纸绝缘；热老化现象；电气特征量

引言

电网的运行是否稳定直接关系到供电区域的电力供应是否正常，电网一旦遇上严重的鼓掌就会导致供电区域的停电事故，给社会经济造成极大的损失，对公共安全、人们正常的生活和工作带来极大的负面影响。电力变压器是电网稳定运行的重要设备之一，而其内部绝缘功能是通过油纸绝缘来实现的。如果油纸因热老化现象而失去绝缘功能，就回导致电力变压器的运行出现问题，进而减少其正常使用年限。

1、电力变压器油纸绝缘的热老化机理

变压器内部元器件的绝缘部分主要是由绝缘纸和矿物油组成的，其在长期使用过程中会受到各种环境因素的影响而逐步出现绝缘效果老化的问题，致使变压器内部元器件的绝缘性能的丧失。经相关实验研究发现，绝缘油经长时间使用后其绝缘性能会发生一定的变化，但仍然可以对其进行净化或更换来解决，这证明其只是电力变压器绝缘性能下降的次要影响因素。作为固体绝缘部分的纤维纸发生老化问题后，其绝缘性能的下降则是无法挽回的。由此可见，纤维纸的老化是导致变压器内部元器件绝缘性能丧失的主要原因。油纸绝缘的老化问题主要是有以下四个方面造成的。

1.1电老化

油纸在变压器内部时因长时间处在电场的作用中，导致其逐渐发生相应的物理及化学变化。放电时产生的各种辐射作用到油纸上，会破坏其内部材质的分子结构，造成其材料结构破裂，导致绝缘材料逐渐失去绝缘功能。

1.2械老化

变压器内的绕组在变压器运行时会产生机械振动，也会由于暂时的故障产生瞬间的应力，这些机械应力会导致油纸的绝缘功能逐渐出现老化的现象。油纸材料中的分子结构会因此出现裂缝并慢慢变大，当量变的积累到一定程度后产生质变时，就会造成油纸绝缘功能的丧失。

1.3环境老化

油纸在长期使用过程中，会收到空气中的水分、空气等因素的侵蚀，导致其表面出现腐蚀现象，在电场作用下表面出现放电而产生很高的温度，使得油纸的纤维结构因高温而出现分解。油纸的纤维结构也会因受潮而导致热击穿现象，从而使其耐电的强度受到严重的破环。

1.4热老化

绝缘油纸的纤维结构是一种有机的材质，在变压器内部因空气和热能的共同作用下，其逐步出现氧化现象，进而导致其绝缘结构部分的变化，在机械应力的作用下逐渐老化，其绝缘功能也就逐步的丧失了。

2、油纸绝缘热老化的影响因素

2.1温度

绝缘油纸的主要组成部分是纤维结构，作为有机物的纤维结构会受到温度的影响，当变压器内部的温度超过100摄氏度时，油纸的纤维结构就回受到影响而降解产生H2O和CO2,油纸结构的稳定性也因此受到破坏。经过长时间在高温中的运行，绝缘油纸就回逐渐出现脆化及老化问题，使得绝缘油纸难以再发挥出绝缘功能的作用。

2.2电场

变压器在运行过程中，其内部会产生电场作用，发电现象积累到一定限度时会产生大量的游离电子对油纸纤维素的有机结构造成破坏，使其逐渐出现破裂分解现象，进而加速了绝缘油纸的老化进度。

2.3水分

随着变压器的长时间运行，绝缘油纸会对空气中的水分产生吸附的作用，并且其吸附作用会因温度的升高而提升。在绝缘油纸内的水分逐渐增多的情况下，油纸的纤维素的结构稳定性会因水分而受到破坏，进而使油纸内的纤维素成分出现降解现象，从而加速了油纸绝缘功能的逐步老化。由此可见，水分是绝缘油纸的绝缘功能丢失的主要原因。

2.4氧气

与水分对绝缘油纸的影响作用类似，绝缘油纸的纤维素结构也会因氧气而逐渐出现降解问题，进而影响到绝缘油纸的绝缘功能。绝缘油纸与空气中的氧气长期接触后，绝缘油纸的绝缘油的老化速度会加倍的降解，进而加速了绝缘油纸的老化进程。

在绝缘油纸的实际使用过程中，空气中的微生物、太阳光、变压器内部元器件的机械应力以及酸的作用，也会在一定程度上影响到绝缘油纸的绝缘功能的稳定性。

3、油纸绝缘热老化的检测方法

3.1电气诊断法

电气诊断法主要是对绝缘油纸的表面进行局部放电、介电响应法等等进行检测，从而对得出的数据进行分析，以确定其是否出现绝缘老化的问题。

3.1.1局部放电法

变压器内部元器件的局部放电现象是导致绝缘油纸的绝缘功能逐渐丧失的主要原因之一。检测人员可以使用局部放电法对绝缘油纸进行绝缘功能的检测，通过绝缘油纸的放电相位数据的相位变化规律来判定其老化的程度。通过对比进行局部放电检测前后，绝缘油纸的参数数据对比，可以得出其老化的具体情况，但是这仅仅作为辅助方法来对绝缘油纸进行绝缘功能的检测。

3.1.2介电响应法

介电响应法是通过介电相应的数据参数来对绝缘油纸的老化情况进行判断。如果绝缘油纸的老化程度越高，介电相应的数值就会因此而逐步上升，因此可以精确的检测出变压器内部元器件的绝缘功能的具体情况。

3.2物理化学诊断法

绝缘油纸在逐步老化的时候，其物理化学性能会呈现逐步下降的趋势。因此，可以对绝缘油纸的拉伸的韧性强度、绝缘油中气体的溶解含量等等来对其热老化的状态进行判定，从而采取有效的排障措施，以有效避免变压器因此而出现故障。。

3.2.1拉伸强度

通过对绝缘油纸的拉伸的韧性强度的测试，可以对其绝缘功能的状态进行检测。当其拉伸强度不及原有的两成时，其绝缘功能就会全部丧失。同时在绝缘油纸的聚合度的辅助检测下，可以避免出现对其绝缘功能测试的误差问题。

3.2.2聚合度

聚合度的检测可以作为检测绝缘油纸功能的辅助测试，当其聚合度数值不足当初的二分之一时，就可以证明其老化程度已经进入中晚期。当进行聚合度的测试时，要注意排除测试温度导致的数据误差，避免影响到测试的精确度。

3.2.3绝缘油中的溶解气体

绝缘油中的气体的溶解含量在一定程度上加速了其降解的进程。由此可见，可以对绝缘油中的气体溶解含量进行检测，根据检测的数据分析可以特出绝缘油的老化状态情况。但是这一检测方法存在这一定的误差，检测时要注意变压器的内部结构情况和绝缘油的比例情况，并依据实际情况对检测数据进行相应的调整，不能够以绝缘油中的气体溶解含量作为判定其老化程度的唯一标准。

4、结束语

综上所属，相关检测维修人员要对影响绝缘油纸的老化的各种因素做到了然于心，对其老化的机理做到充分的了解，要熟练掌握检测绝缘油纸是否老化的各种检测方法，对绝缘油纸的老化问题做到及时发现和处理，确保电力变压器的无故障运行，进而保证电网的长期稳定的运行。

参考文献：

[1]廖瑞金，杨丽君，马志钦，等.电力变压器油纸绝缘热老化研究综述[J].电工技术学报，2012（05）.

[2]梁帅伟.抗老化变压器油及其对绝缘纸热老化影响的研究[D].重庆：重庆大学,2013.

[3]林智勇，蔡金锭.变压器油纸绝缘老化诊断方法研究[J].电力科学与技术学报，2015（03）.