电力变压器油纸绝缘热老化研究综述

叶建蓉

摘要：随着社会生产力的快速提高，对电的依赖性越来越大，从而推动了我国电力企业的快速发展。电力企业的发展，有效的提高了人们的生活水平，与此同时，对电力的稳定性和安全性都有了较高的要求。由于电力故障给人们带来不便以及严重的经济损失等现象频繁出现，根据统计发现，近年来，大部分的断电事件都跟输变电自身设备上密切相关，整个电力企业的安全性和稳定性都是由电力变压器油纸绝缘热老化引起的。

关键词：电力变压器；油纸绝缘；热老化

根据调研发现，电力变压器的的使用寿命都大致在三十年左右，由此可见，对变压器油纸绝缘老化研究的重要性。变压器油纸绝缘一旦出现老化现象，就会导致变压器绝缘的相关性能急剧下降，最后绝缘能力完全消失，油纸绝缘热老化是其中最重要的老化因子。文章针对此现状对变压器油纸绝缘老化进行了研究，对其相应的变化规律进行了探讨和分析。

一、分析变压器油纸绝缘老化的影响因素

变压器油纸绝缘是利用矿物油、绝缘纸、纸板构造而成。在变压器内绝缘性能会受变压器运作时间而发生变化，从而导致电气和自身机械性能受到影响。根据实际经验发现，过分使用绝缘油会改变体积电阻系数和总酸值，为了有效控制这一现象的发生，可以通过净化绝缘油或者更换新油的方式来到达此目的。这并不代表体积电阻系数和总酸值变化就是导致变压器性能极具减弱的主要原因，其主要原因还在于固体绝缘的纤维纸劣化和纸绝缘的老化的问题上。

1、材料影响

纤维素、半纤维素、木质素是绝缘纸的三大主要组成部分，其中纤维束占据着主导地位，通常情况下变压器中还含有牛皮纸化学成分，其中有涉及到百分之九十的纤维素和百分之五的半纤维素以及百分之三的木质素。变压器在长期的运作状态下，会导致纤维素发生内部化学变化和物理变化，以此同时，外界环境也会加速变压器绝缘老化的速度，例如，氧气，水分，温度等，此外这些各大因素之间还会发生一些反应，加大了绝缘老化的程度，从而存现相关的质量问题。

2、变压器绝缘老化的分类

在进行绝缘老化问题探讨过程中可以发现，导致变压器绝缘老化的因素各不相同，其中主要集中在这以下几个方面：

第一，电老化，机械老化，环境老化，热老化。热老化，就是在电场长期运作状态下导致电老化问题，其老化的机理非常复杂。该问题可能诱发带电质点的变化、介质的热效应以及因放电产生的活性生物和一系列的发光现象等，这些行为都会给绝缘材料中的物质带来一定的影响因素，最终导致绝缘在材质上出现损坏从而在绝缘性能上带来巨大的影响，从而在电力高效运作中存在不可预估的安全隐患

第二，机械老化，在变压器绝缘中机械老化状况主要集中出现在变压器绕组中，由于机械运作过程中的振动和出现其他情况引起的瞬间电动力从而使得变压器绝缘性能发生变化。机械老化归根到底还是因为油纸绝缘材料出现了问题，材料里的微小纤维在机械动力的作用下发生了变形，甚至破裂，从而在运作过程中不断延伸，最终导致整个机械设备全面瘫痪，失去利用价值。所以做好相关机械设备的绝缘工作显得尤为重要，这样不仅能有效提高相关设备的使用寿命还能加快设备的工作效率，为设备的高效运作提供安全保障。

第三，环境老化，主要在于水分、污染、氧气等环境因素产生的老化现象，受这些因素的影响，在绝缘的外表发生腐蚀，加速纤维的分解运动。根据相关资料可知，引起变压器油纸绝缘系统劣化的主要环境问题就是水分的干扰，从而导致受潮。受潮后的介质不断延伸到周边介质中，最终引发热击穿的后果，受潮程度不同还有可能导致电场分布出现一系列的变更，耐电功能持续下降直至无法正常工作。

第四，热老化。变压器内绝缘性能劣化的主要表现形式就在于热老化。产生该现象的主要问题在于绝缘纸内部纤维结构在发热状态下产生的热降解。在热气和氧气的结合力下导致热老化问题的产生，同时还会伴随着多种氧化和断链等化学反应，从而导致含氧浓度上升分子含量下降等问题。

二、变压器油纸绝缘热老化特征生成产物及规律

1、变压器油纸绝缘热老化特征生成产物

纤维素是绝缘纸的主要组成因子，分子的聚合度包含重复结构单元数量，在一般情况下，用它来分析绝缘纸老化的程度。聚合度是分析绝缘纸老化程度的重要参照物，同时也是最直观可靠的参照物，在实际采样过程中必须在断电情况下进行具体操作。现阶段，变压器的绝缘老化反应情况主要针对绝缘纸老化降解和溶解在绝缘油中特征产物的研究。

2、变压器油纸绝缘老化变化规律

变压器油纸绝缘老化变化规律主要涉及到两个方面。第一，热老化会导致绝缘纸的聚合度急速下降，从而进一步对极限阈值的大小与绝缘纸的寿命带来不同程度的影响。其中绝缘材料、温度都会给极限阈值造成不同程度的损坏。在老化相同状态下，在植物油浸渍下的绝缘纸比在矿物油浸渍下的绝缘纸的极限阈值高，这时由于在变压器正常运作下，矿物油浸渍的绝缘油纸聚合度在达到极限阈值之前就会达到寿命的数值，而植物油浸渍下的绝缘油纸在达到使用寿命之前就已经下降到了极限阈值，使绝缘纸的寿命得到了延长。第二，目前的变压器老化特征参量警戒阈值和诊断方法都是根据矿物油纸绝缘系统制定的，在实际运用过程中存在一定的误差，因此就必须对变压器绝缘材料的组成形式上进行慎重思考，并结合各个特征参量的相关数据进行分析。

三、变压器油纸绝缘热老化的理化特征量

1、绝缘纸聚合度和拉伸强度

对于不同气温条件下的绝缘纸的老化情况可以通过拉伸强度来判断，把拉伸强度降低到初始值的一半视为绝缘纸的最后值，在进行拉伸强度测量时，对参照值预处理、环境的检测、相关工作人员都有一定的要求。另外，绕组绝缘纸的褶皱情况会给测量值的分散性带来一定的影响，因此，在实际操作过程中一般不会对拉伸强度做测量个，而是通过聚合度来记录绝缘纸的老化情况。迄今为止，聚合度都是变压器绝缘老化情况最具说服力的，广泛运用在对变电器寿命的估测上。由于受自然因素、人为因素等多重因素的影响，在这些因素的综合作用下对变压器绕组的分散性和测试的精确度都带来了一定的影响，在操作过程中，对变压器进行吊芯取样才是难度系数最大的工作。

2、变压器油内的碳氧气体

当变压器油纸绝缘的电力变压器发生故障时，就会产生一系列的气体物质，同时这些气体物质跟发生故障现象之间有很大的关联。通过研究分析可知，当变压油中一氧化碳的浓度明显上升时，绝缘纸纤维就会发生强烈的热老化，当一氧化碳和二氧化碳的比值大于0.2时，会加大变压器发生故障的可能性。

四、总结

文章通过对近些年来变压器内绝缘油纸的老化问题做了分析探讨，着重对变压器油纸绝缘老化的老化因素、规律以及油纸在水分的影响下产生的问题进行了分析，通过油纸绝缘的热老化程度，可判断其使用寿命，这样以来就能及时有效的对电力变压器做出一定的更换规划，加大电力的使用安全性。尽管如此，相关工作人员在实际操作过程中，需要根据具体情况全面细致的进行分析和研究，针对变压器内的绝缘老化问题的探讨还需要更多的相关人员不懈努力，在此方面取得更多更大的成就。

参考文献:

[1]郝建.变压器油纸绝缘热老化的时频域介电和空间电荷特性研究[D].重庆大学,2012.

[2]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）.

[3]吴广宁，崔运光，段宗超，等.有机酸对变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用试验研究［J］.高电压技术，2015（03）.

[4]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）