浅谈变压器固体绝缘及其老化分析
2014-04-17刘永娟
刘永娟
摘要: 通过对固体绝缘老化诊断方法的对比,得出检测电力变压器油中糠醛浓度是评价固体绝缘老化状态的有效方法之一,并且通过对油中糠醛含量以及溶解气体含量的测定对变压器固体绝缘老化故障进行综合的诊断。
Abstract: Contrasting the insulation aging diagnosis methods for the detection of solid, it's concluded that the furfural content in transformer oil is one of the effective methods for evaluating solid insulation aging state. And through the determination of furfural content and dissolved gas content in oil, the paper does a comprehensive diagnosis for the fault of solid insulation aging of transformer.
关键词: 变压器;绝缘;老化;糠醛;聚合度;色谱分析
Key words: transformer;insulation;aging;furfural;degree of polymerization;chromatographic analysis
中图分类号:TM215.6 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2014)10-0026-02
0 引言
变压器是电力系统最重要的电力设备之一,随着变压器运行年限的增加,变压器绝缘纸将不断老化,绝缘性能也随之下降,所以当变压器内部故障涉及固体绝缘时,可能发展成为主绝缘和纵绝缘的击穿事故。从本质上讲,固体绝缘材料的寿命就是变压器的寿命。
1 绝缘纸的老化
油浸纸纤维是电力变压器的主要绝缘系统,油浸纸纤维全是各种形式的纸(牛皮纸、马尼拉纸)、纸板或纸的压力成型件做绝缘的[1]。纸的主要组成是纤维素(C6H10O5)n,纤维素是一种多糖。纤维素的降解过程就是变压器固体绝缘纤维素大分子老化的过程,主要有以下三种方式:
1.1 水解 纤维配糖键在水和酸的作用下会发生断裂而产生自由糖,从而导致纤维链之间键变弱、链断裂变短而最终生成D-葡萄糖。绝缘纸板中的含水量越多,纤维素水解速度越快。纤维素配糖键在变压器油中酸的作用下降低了破裂的活化能,从而加速了水解速度。
1.2 热解 将纤维加热到200℃时,如果存在氧化物和水等就会容易将配糖键和葡萄糖键打开,从而产生葡萄糖、水分、CO、CO2和有机酸。当超过此温度时还会发生其他反应。变压器在运行中产生的局部过热都会引发纤维的热解反应。
1.3 氧化降解 当油面直接与空气接触时,由于油中的空气可以达到10%,因此氧气成为促使纤维素氧化的因素之一。葡萄糖上的伯醇基易被氧化成醛基,醛基氧化为羧基,而羧基也不稳定而易发生水解。
2 监测固体绝缘状况的方法
由于固体绝缘变化时必然导致电气、机械和化学特征的变化,可相应的用这些方法检测绝缘状况。作为绝缘监督的手段,过去国内外广泛的采用直流泄露、绝缘电阻、介损测量、交流耐压和局部放电等电气绝缘特性试验。但是这些实验共同特点是要求被试设备停运,很难测出事故发生前的很小的内部故障,虽然局部放电实验室检出绝缘局部缺陷的较好方法,但往往受外部干扰,影响检测的准确性[2]。根据绝缘老化产生的水、CO、CO2糠醛等都向油中扩散可以通过测量油中微水含量和油中溶解微量气体分析(DGA)和糠醛含量来确定固体绝缘状况,测量只需进行油质取样,方法简单易行。当纤维老化降解时,其强度和聚合度都会发生变化。因此,检测这些变化是对固体绝缘状况进行监测最直接的方法。
2.1 CO和CO2方法 由于纤维材料老化和非故障状态都会产生CO和CO2,因此,很难判断其含量是什么原因产生的[1]。因此,IEC599推荐以CO/CO2的比值确定故障与固体绝缘的关系。认为CO/CO2>0.33或<0.09时表示可能有纤维绝缘分解故障的存在。对于隔膜式变压器,CO/CO2>0.5;对于充氮式变压器CO/CO2>0.2即可能存在异常。由于这种方法在实际应用中也有很大的局限性,因此,这种方法不能直接反映变压器绝缘老化的程度,仅能作为一种参考。
2.2 聚合度测量 纤维素作为线形分子,一般新纸板的聚合度是1000-1200,当聚合度降低后则表现为机械强度的降低,这一点也得到了国内外许多学者试验和研究的证明,图1为聚合度和机械强度之间的关系。目前,国内外公认的是:当平均聚合度降到500时,变压器整体绝缘处于寿命中期,当下降到250时则认为绝缘寿命终止。
虽然最能表征绝缘老化程度的指标是聚合度,但是由于对运行的变压器定期取纸样需要停运吊芯,从而难以实施。此外,聚合度的数值会随着取纸样部位的不同而不同,经证明,最佳的取样部位就是制造厂绕制线圈时标注制造年月以及绕制人的标号纸。
2.3 油中溶解糠醛分析法 取样时分析用油量100mL左右即可,允许样品在无高温、日照的条件下放置较长时间。一般认为,油中糠醛质量浓度达到0.5mg·L-1时,变压器整体绝缘水平处于寿命的中期;达到1-2mg·L-1,变压器绝缘劣化严重;达到3.5mg·L-1,变压器绝缘寿命终止。
3 实际案例
我公司某220kV变压器,型号为SFPSZ9-150000/220,广州维奥伊林变压器有限公司生产,油重34.2吨,于2002年4月16日投运,投运后运行状况良好。2008年4月19日该主变色谱在线装置报警(C2H4:60.34μL/L),对其进行离线色谱分析发现C2H4、CO、CO2较历史数据有明显增长。对其进行长期色谱跟踪,仍是 C2H4、CO、CO2不断增长。
与另一台同一厂家、同一型号、同时投运的变压器取油样作对比,发现这台变压器的油质颜色较深,色谱分析特征气体以C2H4、CO、CO2为主,初步判断涉及固体绝缘的过热故障。08年12月对其进行糠醛含量测试为0.33mg/L。
变压器油中的糠醛含量的下限值应满足式(1)
log(f)=-1.65+0.08t (1)
式中f——糠醛含量,(mg·L-1);t——运行年限。
按其运行7年计算可得出log(f)=-1.65+0.08×7;f=0.08
与糠醛测试数据相比较0.08<0.33;说明此糠醛含量已经超出下限值,可判断为非正常绝缘老化。
按DT/596- 1996《电力设备预防性试验规程》中所规定的非正常老化及老化严重的限值(见表2),糠醛含量也超出限值。
为避免故障进一步扩大,2009年4月5日停电检查,现场并没发现问题,决定返厂检查。返厂发现,在高压线圈B相上部,由于静电屏与高压线圈第一饼之间局部过热而发生绝缘纸老化,尤其在垫块地方呈发黑现象,但是在第一饼和第二饼之间垫块没有此现象。由于高压B相静电屏绝缘包扎不紧密,从而使得一部分油流没有按照设计要求流动,从而导致这部分温度慢慢变高而影响下部几饼。
4 结论
运行后的变压器,经过长期的热效应积累使得绕组绝缘膨胀,因此,原本统包的绝缘窄油道变窄,冷却油速度变慢,因此,不能够充分带走绕组的热量,绕组绝缘纸受热后会析出各种有机气体和糠醛,经证明,变压器存在非正常绝缘老化的现象。
对变压器油中溶解的气体进行分析不仅对检测变压器的各种故障具有重要作用,并且,对油中糠醛含量和绝缘纸的聚合度进行测试也是诊断变压器老化的重要手段。在对变压器的绝缘状况进行检测以及诊断故障的时候一定要坚持综合分析的原则,对某一台变压器的运行状态、故障历史、检修历史以及电气试验和色谱缝隙等资料进行综合的分析,力求得出正确的结论。
参考文献:
[1]电力行业油、气分析检验人员考核委员会.电力用油(气). 国家电力公司热工研究院.
[2]操敦奎编著.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].中国电力出版社,2005.
[3]朱祖清.绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统研究[D].福州大学,2004.
与另一台同一厂家、同一型号、同时投运的变压器取油样作对比,发现这台变压器的油质颜色较深,色谱分析特征气体以C2H4、CO、CO2为主,初步判断涉及固体绝缘的过热故障。08年12月对其进行糠醛含量测试为0.33mg/L。
变压器油中的糠醛含量的下限值应满足式(1)
log(f)=-1.65+0.08t (1)
式中f——糠醛含量,(mg·L-1);t——运行年限。
按其运行7年计算可得出log(f)=-1.65+0.08×7;f=0.08
与糠醛测试数据相比较0.08<0.33;说明此糠醛含量已经超出下限值,可判断为非正常绝缘老化。
按DT/596- 1996《电力设备预防性试验规程》中所规定的非正常老化及老化严重的限值(见表2),糠醛含量也超出限值。
为避免故障进一步扩大,2009年4月5日停电检查,现场并没发现问题,决定返厂检查。返厂发现,在高压线圈B相上部,由于静电屏与高压线圈第一饼之间局部过热而发生绝缘纸老化,尤其在垫块地方呈发黑现象,但是在第一饼和第二饼之间垫块没有此现象。由于高压B相静电屏绝缘包扎不紧密,从而使得一部分油流没有按照设计要求流动,从而导致这部分温度慢慢变高而影响下部几饼。
4 结论
运行后的变压器,经过长期的热效应积累使得绕组绝缘膨胀,因此,原本统包的绝缘窄油道变窄,冷却油速度变慢,因此,不能够充分带走绕组的热量,绕组绝缘纸受热后会析出各种有机气体和糠醛,经证明,变压器存在非正常绝缘老化的现象。
对变压器油中溶解的气体进行分析不仅对检测变压器的各种故障具有重要作用,并且,对油中糠醛含量和绝缘纸的聚合度进行测试也是诊断变压器老化的重要手段。在对变压器的绝缘状况进行检测以及诊断故障的时候一定要坚持综合分析的原则,对某一台变压器的运行状态、故障历史、检修历史以及电气试验和色谱缝隙等资料进行综合的分析,力求得出正确的结论。
参考文献:
[1]电力行业油、气分析检验人员考核委员会.电力用油(气). 国家电力公司热工研究院.
[2]操敦奎编著.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].中国电力出版社,2005.
[3]朱祖清.绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统研究[D].福州大学,2004.
与另一台同一厂家、同一型号、同时投运的变压器取油样作对比,发现这台变压器的油质颜色较深,色谱分析特征气体以C2H4、CO、CO2为主,初步判断涉及固体绝缘的过热故障。08年12月对其进行糠醛含量测试为0.33mg/L。
变压器油中的糠醛含量的下限值应满足式(1)
log(f)=-1.65+0.08t (1)
式中f——糠醛含量,(mg·L-1);t——运行年限。
按其运行7年计算可得出log(f)=-1.65+0.08×7;f=0.08
与糠醛测试数据相比较0.08<0.33;说明此糠醛含量已经超出下限值,可判断为非正常绝缘老化。
按DT/596- 1996《电力设备预防性试验规程》中所规定的非正常老化及老化严重的限值(见表2),糠醛含量也超出限值。
为避免故障进一步扩大,2009年4月5日停电检查,现场并没发现问题,决定返厂检查。返厂发现,在高压线圈B相上部,由于静电屏与高压线圈第一饼之间局部过热而发生绝缘纸老化,尤其在垫块地方呈发黑现象,但是在第一饼和第二饼之间垫块没有此现象。由于高压B相静电屏绝缘包扎不紧密,从而使得一部分油流没有按照设计要求流动,从而导致这部分温度慢慢变高而影响下部几饼。
4 结论
运行后的变压器,经过长期的热效应积累使得绕组绝缘膨胀,因此,原本统包的绝缘窄油道变窄,冷却油速度变慢,因此,不能够充分带走绕组的热量,绕组绝缘纸受热后会析出各种有机气体和糠醛,经证明,变压器存在非正常绝缘老化的现象。
对变压器油中溶解的气体进行分析不仅对检测变压器的各种故障具有重要作用,并且,对油中糠醛含量和绝缘纸的聚合度进行测试也是诊断变压器老化的重要手段。在对变压器的绝缘状况进行检测以及诊断故障的时候一定要坚持综合分析的原则,对某一台变压器的运行状态、故障历史、检修历史以及电气试验和色谱缝隙等资料进行综合的分析,力求得出正确的结论。
参考文献:
[1]电力行业油、气分析检验人员考核委员会.电力用油(气). 国家电力公司热工研究院.
[2]操敦奎编著.变压器油中气体分析诊断与故障检查[M].中国电力出版社,2005.
[3]朱祖清.绝缘油介损及体积电阻率一体化测试系统研究[D].福州大学,2004.