油中糠醛浓度判定变压器固体绝缘劣化程度的研究

徐志强，刘 阳，赵敏乔，朱建军

0 引言

在充油电气设备中，构成固体绝缘的纤维质材料老化分解产生几种化合物，如呋喃衍生物，部分呋喃衍生物溶于油中，可以作为判定运行设备固体绝缘老化程度的依据。早在1984年第12届国际大电网会议上，英国学者就已提出油中糠醛可以作为判定变压器内绝缘纸老化的特征产物；20世纪80年代以来，采用糠醛含量判断变压器绝缘劣化程度得到了广泛的应用[1-4]。糠醛作为呋喃衍生物的一种，在油中有较好的累积效果，因此，通过检测绝缘油中的糠醛含量可以得出电气体绝缘材料劣化的程度[5-6]。另外，测量糠醛时取样相对简单方便，只需要通过变压器油箱下方阀门即可取样，无须设备停运。

但是，由于变压器油生产工艺改变，在新的变压器油中已经含有糠醛，如果仍简单地以糠醛含量去判定绝缘纸板老化的程度必然造成误判断。因此，判定方法必须完善。

鉴于上述原因，本文提出了判定绝缘纸板老化程度的修正方法。它是以实测的变压器油糠醛含量减去初始糠醛含量得到的糠醛值来判定绝缘纸板的老化程度。

1 判定方法完善原因

目前，大多数变压器油厂家已经废弃原来的硫酸烧碱精制法而改用糠醛作为溶剂的精制法。旧的变压器油炼制方法是以去蜡浅度加氢油为原料，采用酸碱电化学精制和白土精制相结合[7]。随着环保要求的提高，为了能使污染从源头得到控制，新的糠醛精制法应运而生。它是以去蜡油为原料，预碱洗和预加氢后，采用糠醛精制和白土精制相结合[8-9]。新的糠醛精制具体流程如下：

（1）加入烧碱溶液（碱液加入量由原料的酸值定），碱洗油需要进行水洗。

（2）原料预加氢。反应温度由原料酸值确定。

（3）采用糠醛作为溶剂进行萃取，然后用水洗除去糠醛溶剂，通常糠醛/油=(3.0～4.0)/1。

（4）白土补充精制。

（5）调和。加入变压器油专用的复合添加剂，以改善氧化安定性等性能。

此方法因具有无废渣产生，溶剂循环使用，精制深度可调节等优点，自2001年来各大厂家开始采用，但该方法使得新变压器油中含有一定量的糠醛溶剂。

根据中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》[11]，认为油中糠醛含量达到0.5 mg/L时，变压器整体绝缘水平处于寿命中期；达到1～2 mg/L时，绝缘劣化严重；达到5 mg/L时，变压器绝缘寿命终止。华北电网有限公司2008《电力设备交接和预防性试验规程》[10]中规定，当糠醛测量值大于4 g/mL时，认为绝缘老化已比较严重。然而近几年来，新变压器油中的糠醛含量有的已经远远超过了1 g/mL，这与原来认为油中糠醛含量达到1～2 mg/L时，绝缘纸板劣化已经较为严重有了较大冲突。

2 试验分析

国内各大变压器油制造厂家糠醛精制法技术不尽相同，尤其是溶剂回收系统存在较大的差异。为了证实目前的新变压器油中糠醛含量是否已超标，采用岛津LC-9A液相色谱仪（图1）进行糠醛含量的检测。

未知变压器油中糠醛浓度的测定是依据仪器的工作曲线计算得到。表1记录了多个500 kV变电站变压器或电抗器投运前油样糠醛含量检测试验的结果。

表1 糠醛含量检测结果Tab.1 Furfural content detection result

由表1可知，变压器在投运前后绝缘油中糠醛含量数值都较大，如果按照文献[10]中所规定的标准，当糠醛测量值大于4 g/mL时，绝缘老化比较严重，显然判定结果与实际不符。如果按照本文提出的以糠醛差值判断绝缘寿命，则与实际运行状况相符。

3 采用糠醛含量判断绝缘纸板寿命的修正方法

为了进一步验证变压器油糠醛含量必须减去初始糠醛含量才能作为判定绝缘纸板老化程度的方法，重点对天津吴庄500 kV站4号变压器A相和北京城北500 kV站1号变压器A相进行了跟踪测试，试验数据见表2。

表2 吴庄、城北站糠醛含量检测结果Tab.2 Furfural content results measured at Wuzhuang and Chengbei stations

表2的检测结果准确地验证了本文提出的修正方法的合理性。自2001年至今投运的110 kV及以上的变压器，如果投运前没有测得糠醛含量，若运行后发现糠醛含量数值较大，需要结合高压试验中的介损值，气相色谱中的CO、CO2值综合分析判断，最终确定是否停运，要根据能准确反映绝缘纸板老化的聚合度来定。

目前规程规定交接试验500 kV及以上的变压器及电抗器需要做糠醛试验，根据以上分析，110 kV及220 kV等级的变压器同样需要做，只有给出每台变压器的初始糠醛浓度，才能得到真正的预防性试验分析中由绝缘纸板老化产生的糠醛浓度，由此得到的数据才能准确地分析出变压器的绝缘故障。

4 结论

随着变压器油炼制工艺的变化，新的变压器油中已经含有一定量的糠醛溶剂，简单的以测定的糠醛含量作为判断变压器绝缘纸板老化程度的标准存在一定的不足。通过实际试验分析，证明了变压器油糠醛含量应减去初始糠醛含量才能作为判定绝缘纸板老化程度的方法。

最初以糠醛判断绝缘纸板寿命是因为糠醛作为呋喃衍生物的一种，在油中具有很好的累积效果。随着炼油技术的发展，是不是可以再找到另外的一种绝缘纸板分解产物，根据其在油中的溶解效果和累积效果来判断绝缘纸板的老化程度，这是有待于进一步探索的新课题。

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[10]Q/HB 14701—2008华北电网有限公司电力设备交接和预防性试验规程[S].

[11]DL/T 596—1996电力设备预防性试验规程[S].