不同含水量对油纸绝缘老化速率的影响

不同含水量对油纸绝缘老化速率的影响

许竞荣

特变电工股份有限公司新疆变压器厂 新疆昌吉 831100

摘要：在变压器内绝缘当中，油纸绝缘是非常重要的组成部分，二者在变压器运行过程中会受外部的机械振动以及内部氧气、水分、电、热等各种因素的共同作用，而慢慢老化，造成变压器绝缘性能的逐步下降，导致变压器无法符合工作要求。其中水分会导致油、纸绝缘的电气强度大幅度降低，造成绝缘效果下降，油纸快速老化，因此需要重视水分对油纸绝缘老化速率产生的影响。

关键词：含水量；油纸；绝缘老化；速率

1 绝缘油和绝缘纸的受潮与老化概述

1.1 变压器油

变压器油干燥纯净，这种油非常容易吸潮。在变压器油当中，水的存在形式有两种，一种为溶解状态，另一种为悬浮状态。溶解状态下，水分会快速分散对油的工作压力，不会产生较大影响，而悬浮状态对油的耐压会产生一定的影响，通常而言如果变压器油当中的含水量增加，会影响绝缘油的绝缘性，能造成击穿电压降低。尤其是在油的融水能力饱和后，水会导致变压器油的绝缘性大幅度下降。

1.2 绝缘纸和纸板

变压器油当中如果出现大量水分，不单单会对变压器的绝缘特性产生影响，还会对绝缘纸的性能产生一定的影响，在变压器当中全纸具有非常重要的作用，其主要成分为纤维素卷纸的强度与纤维的强度，纤维的状况以及纤维的化学键息息相关。在实际应用过程中，变压器的固体绝缘材料受氧气、水分、温度等相关因素的共同影响，纤维素很容易出现水解、氧化、降解、热结等，最终会出现物理化学性能劣化老化。绝缘老化主要是纤维素大分子在设备运行过程中逐步分解产生 D－葡萄糖单体，这些低葡萄糖单体并不稳定，也会在后续出现分解，因为纤维素分子结构当中具有大量的氢氧根，因此很容易与氢离子结合产生水导致纤维当中含水，与此同时氢氧根也会被一些极性分子所包围，以氢键为基础结合。这样会导致纤维破坏速度，进一步加快。在纸受热的条件下，里面的纤维素会逐步降解产生水，如果水分成为游离肽会加快纤维素降解的速度，因此可以发现在绝缘纸当中，如果具有一定的含水量，会导致其液化速度进一步加快，使用寿命缩短。

2 案例分析

本文在实验过程中研究对象主要为25号变压器油以及普通牛皮绝缘纸。这设计温度方面为110℃和130℃，初始含水量控制在1%、3%、 5%，对水分影响绝缘纸的老化速率进行分析，了解老化时不同初始水分条件下绝缘体的各项参数，为后续变压器指绝缘老化的速度提供参考指标和依据。

3 实验部分

3.1 实验材料

实验材料为变压器用普通绝缘纸和矿物油。

3.2 绝缘纸试品初始水分含量控制

裁剪绝缘纸时期成为条状纸带，纸带的长度设定在90厘米，宽度设定在8厘米，将这些纸带放置在固定温湿度的湿度箱当中晾晒15天，这样可以保证每条纸带的含水量均匀，与此同时将晾晒好的纸带放到温湿度环境稳定且可控的实验室当中，通过硅钢将其卷成卷状，并且对其进行固定，接着对这些绝缘纸带进行分组，通过合理的方式进行处理，获取不同的含水量，绝缘纸带首先在24小时的真空干燥，而后进行24小时的真空浸油，获得含水量不同的纸卷。

3.3 油纸绝缘热老化试验

首先将这些含水量不同的绝缘值放入到量瓶当中，接着将已经进行脱气脱水处理的绝缘油加热到40摄氏度，放入到绝缘纸所在的量瓶当中，接着将量瓶真空处理并且进行充入氮气，最后放入了密封箱当中，分别在110℃以及在130℃的环境当中完成老化实验，定期取出纸带对其特性进行分析。

4 热老化特征产物对比分析

4.1 油纸绝缘系统水分含量分析

通过分析发现纤维素在热裂解的环境下会生成水分，绝缘油如果出现裂化也会产生水分，会导致变压器油纸绝缘系统当中的含水量进一步增加。这些水分又会和纸、油进一步结合，产生化学降解作用，使纸的分解速度加快，造成介电常数下降以及各项指标逐步劣化。在变压器运行过程中无法对其进行开箱检测，所以主要通过微水含量的分析，根据理论上水分平衡曲线或者经验公式对之中水分含量进行估算，很多学者对这种方法提出了质疑。本文主要对不同温度不同初始水分含量环境下纸、油水分含量变化情况进行分析，从而对油中水分含量和最终水分含量的关系进行确认。

4.1.1 纸中水分含量分析

对图1进行分析，主要表征的是不同初始含水量和温度环境下，绝缘纸试验品当中的水分随时间的变化情况，对图1的数据进行仔细的判断，可以发现在老化25天内，130摄氏度下各初始水分含量不同的绝缘纸试验品的水分含量从初始值开始降低，降低量为0.6%~0.75%, 其中绝缘纸的水分含量变化情况各不相同，而 在 110摄氏度环境下不同水分含量的绝缘纸试验品在老化过程中水分含量变化情况并不统一，是波动的。1%的绝缘纸试验品的水分含量在老化过程中首先增加，而后随老化时间的延长而出现一定程度的波动，波动幅值达到了0.8%，而其余绝缘纸试验品的水分含量首先呈减小趋势，而后在老化时间延长的条件下逐步出现波动，而且波动范围相对较大，为2.5%和4.5%。通过对这些数据进行对比，可以发现110℃环境下绝缘纸试验品的水分波动情况和初始水分含量之间呈正相关，也就是说绝缘纸试验品当中的水分含量越高，那么波动情况也更为明显，因此需要注意对初始水分含量进行控制，就可以使老化过程中，水分含量的波动幅值进行有效控制，由此可见，油纸绝缘系统受潮和初始水分含量具有一定的关系。

图1 初始含水量不同的绝缘纸试品在110℃和 130℃下老化时纸中水分含量随老化时间变化规律

4.1.2 油中水分分析

对油中的水分情况进行分析可以发现，在110摄氏度环境下，老化油当中的水分含量比130摄氏度环境下老化油当中的水分含量高，只有5%的试验油的水分含量没有这个变化趋势，主要是由于其温度较高的环境下，油纸绝缘系统当中水分可能会受到温度的影响而转移到量瓶当中的氮气，另外也有一些水分会在量瓶壁面上附着。

4.2 油中糠醛含量分析

在绝缘纸纤维素降解过程中，会出现一定的糠醛。这种糠醛会溶于变压器油当中，因此在对变压器油的绝缘老化进行判断时，该物质是一个重要的指标。不同温度和含水量条件下油中糠醛的浓度变化情况随老化时间的趋势图如下所示，对该图进行分析可以发现在初始含水量为1%和3%的试验品当中，油中的糠醛含量与时间相关，其中110摄氏度环境下，初始水分含量为3%的试验品，油中糠醛含量在老化后期的增长速度相对较为缓慢，而含水量为5%的试验品当中，油中糠醛的含量前期快速增加，而后又逐步下降，由此可以发现含水量较高的环境下，油中糠醛的含量波动情况较为明显。

结束语

通过实验数据分析可以发现油纸绝缘当中如果出现一定量的水分，会危害变压器机械强度和电气性能，如果水分量较大，很有可能会造成绝缘击穿，最终影响整个设备的使用寿命，因此需要注意变压器运营管理，控制绝缘材料当中的含水量，这样才能提升电气设备的使用效果，保证电气设备运行的安全性。

参考文献

[1]王洪亮， 周利军， 吴广宁，等. 不同含水量对油纸绝缘老化速率影响的研究[C]// 全国工程电介质会议. 中国电工技术学会， 2005.