变压器固体绝缘老化影响因素及其作用机理研究
摘要?/p>
变压器是电力系统中的核心设备?/p>
其绝缘的健康状态直接影响整个系
统的安全稳定运行?/p>
而固体绝缘是评价整个变压器绝缘状态的决定因素?/p>
本文?/p>
纳国内外变压器油纸绝缘老化的大量研究成果,
对影响变压器固体绝缘老化的主
要因素及其作用机理进行了探讨?/p>
关键词:变压器;固体绝缘;老化;影响因?/p>
引言
电力变压器是贯穿于电能生产?/p>
传输?/p>
供配环节的核心设备,
一旦发生故障,
不但可能引发切机、甩负荷等造成电能输送的损失,大量负荷的突变还将给送?/p>
受端电网造成巨大冲击,危及电力系统的安全?/p>
油纸绝缘是电力变压器内绝缘的常用型式?/p>
其健康状态直接影响整个变压器
的安全稳定运?/p>
[1]
。在运行过程中,受温度、电场、水分、氧气、酸、机械应
力等
[2-4]
因素的作用,
油纸绝缘系统逐渐老化?/p>
电气及机械性能降低?/p>
从而危?/p>
变压器的可靠运行?/p>
固体绝缘不易更换?/p>
是决定油纸绝缘系统能否继续运行的关键因素?/p>
老化?/p>
程中?/p>
固体绝缘纤维素长链的断裂并不会使其电气性能显著降低?/p>
但对其机械?/p>
能的影响(承受短路电流的能力)却是影响纤维素固体绝缘寿命的决定因?/p>
[3]
?/p>
针对变压器内绝缘系统的老化?/p>
国内外进行了大量研究?/p>
以变压器运行工况
为基础,通过实验室多因子加速老化试验
[2,
5]
,结合变压器的现场数据和运行
经验,监测油中溶解气体、水分、酸值、糠醛以及固体绝缘聚合度、拉?/p>
/
撕裂
强度和微观形貌等数据的变化,得到了大量的定性结论和一些初步的定量关系?/p>
对于影响电力变压器固体绝缘老化的主要因素,
研究多局限于温度?/p>
电场?/p>
水分?/p>
氧气?/p>
酸等影响因素中的单因素或者两者结合的多因素老化?/p>
并且已经有相当的
深度;但是,对于上述众多因素的影响,还缺乏系统的归纳和全面的把握。本?/p>
从固体绝缘主要成份纤维素的基本结构出发,对影响变压器固体绝缘老化的温
度、电场、水分、氧气、酸等因素的影响程度及其作用机理进行了总结和深入分
析?/p>
1
固体绝缘老化影响因素及其作用机理
变压器固体绝缘的绝缘?/p>
/
纸板通常?/p>
90
%的纤维素,
6
?/p>
7
%的半纤维素?/p>
以及
3
?/p>
4
%的木质素组?/p>
[2]
?/p>
纤维素是?/p>
β
?/p>
D-
葡萄糖基通过
1,4-
苷键联结而成的线状高分子化合物,?/p>
维素分子中的
β
?/p>
D-
葡萄糖基含量即为纤维素分子的聚合度。纤维素分子结构?/p>
如图
1
所示?/p>
?/p>
1
纤维素的分子结构
Fig.1 molecular structure of cellulose
变压器运行过程中,固体绝缘在温度、电场、水分、氧气、机械应力等因素
的作用下逐步降解?/p>
纤维素大分子链逐渐断裂?/p>
导致其机械性能显著降低?/p>
抵抗
短路电流的能力明显减弱,最终发展为绝缘事故?/p>
根据纤维素大分子的聚集状态,
将分子排列整齐?/p>
有规则的部分成为结晶区,
而将分子链排列松弛?/p>
不整齐的部分称为无定形区?/p>
结晶区和无定形区交错结合?/p>
一个纤维素分子链可以经过若干个结晶区和无定形区
[6]
?/p>
纤维素结晶区分子排列紧密?/p>
分子间结合力强,
而在无定形区分子排列松散?/p>
分子间结合力较弱,通常,降解反应首先发生在纤维素的无定形区
[6, 7]
?/p>