电力变压器绝缘老化程度的分析

何海燕 王晓娟

（1.渭南市东雷二期抽黄工程建设局机电安装修试总队 陕西 渭南 715500；2.渭南市东雷二期抽黄工程建设局机电科 陕西 渭南 715500）

1 电力变压器绝缘老化的原因和危害

电力变压器的绝缘主要是指变压器绕组的绝缘材料，它是保证变压器正常工作的基本条件。在变压器的长期运行过程中，绝缘材料会发生一些物理和化学变化，导致其机械和电气性能不断地下降，这就是绝缘的老化。绝缘老化的原因很多，在变压器中主要是热老化。绝缘材料在高温作用下，短时间内就能发生明显的损坏，即使温度比短时允许温度低，但作用时间很长时，绝缘性能也常常发生不可逆的变化，这就是绝缘材料的热老化。

绝缘老化造成的后果：一方面绝缘材料的绝缘强度不断降低，易产生局部放电、绝缘的工频及冲击击穿强度降低，造成变压器的击穿损坏；另—方面绝缘材料老化产生沉积物，降低绝缘油的性能，容易造成变压器局部过热或其他故障。直接影响变压器的使用寿命，所以在变压器的运行过程中，就要科学的运行监督提高变压器的安全运行水平，及时诊断变压器的绝缘老化程度，提前发现缺陷，推断其剩余寿命，并为变压器的运行修理提供依据。

2 诊断电力变压器绝缘老化的常用方法

诊断电力变压器绝缘老化的常用方法有：①测量绝缘纸的抗张强度(TS)；②利用气相色谱法测定CO和CO2生成量；③测量绝缘纸的聚合度（DP）；④测量油中的糠醛浓度。

这是最早判断绝缘纸老化程度的方法，若绝缘纸的抗张强度下降到初始值的50%或更低时候，绝缘老化已经很严重了，设备就要退出运行。此方法是比较直观的反映了绝缘老化程度，但要求停电吊芯，而且需要样品较多，在我们生产运行中很难实现，一般不采用此方法。

由于绝缘纸老化分解出CO和CO2，所以测量CO和CO2的生成量可以在一定程度上反映绝缘纸的老化程度。但是根据现有的统计资料，固体绝缘的正常老化过程与故障情况下的劣化分解，表现在油中CO和CO2的含量上，一般没有严格的界限，规律也不明显。这主要是由于从空气中吸收CO2、固体绝缘老化及油的长期氧化形成CO和CO2的基值过高造成的。在密封设备中，空气也可能经泄露而进入设备油中，这样，油中的CO2浓度以空气的比率存在。还有国产变压器中使用的“1030”或“1032”漆在运行温度下也会分解出CO和CO2，这些都给分析造成了一定的困难，有时得不到明确的结论。

绝缘纸中包含纤维分子的数目，就是绝缘纸的聚合度（DP）。测量绝缘纸的聚合度也是确定变压器老化程度的一种方法。绝缘纸聚合度的大小直接反映绝缘纸的老化程度，它是变压器绝缘老化的主要判据。一般新绝缘纸的聚合度为1300左右，当平均聚合度下降到500时，变压器整体绝缘处于寿命中期；当平均聚合度下降到250时，可认为变压器绝缘寿命已终止。变压器取纸样部位的不同，将会导致聚合度数值的不同，由于聚合度具有一定的分散性，因此，要求在多个部位上取纸样，以求得平均聚合度；或者要求每次在代表性部位取纸样. 取样数应该统一，以强调其可比性和同比性.但是，这项试验要求变压器停运、吊罩，以便取纸样，还有这项试验步骤复杂时间长，所以一般不采用这种方法。

鉴于前三种方法的缺陷，在变压器的运行实践中，常采用测量变压器油中的糠醛浓度来诊断变压器绝缘老化的程度。

3 测量变压器油中的糠醛浓度来诊断变压器绝缘的老化

绝缘纸中的主要化学成分是纤维素。糠醛是绝缘纸中纤维素大分子解聚后形成的一种主要氧环化合物，它溶解在变压器绝缘油中，是绝缘纸因降解形成的主要特征液体，可以用高性能液相色谱分析仪测出其含量，根据浓度的大小判断绝缘纸的老化程度，并根据糠醛的产生速率（ppm/a）可进一步推断其剩余寿命。利用测量糠醛浓度来判断变压器的老化状态，是目前变压器老化最有效的检测手段，其优点有：①取样方便，不需要停电，用油样量少，一般只需十至十几毫升。②变压器可以不停运。③油样不需要特别的容器，保存方便。④糠醛为高沸点液态物，不易逸散损失。⑤针对性强，油老化不产生糠醛。⑥测量的重复性和精度都比较高。

另外，当油作脱气或再生处理时，即使油通过硅胶吸附，会损失部分糠醛，但损失程度比CO和CO2气体损失小得多。油中糠醛分析对于运行年限不长的变压器，还可以结合油中的CO和CO2含量分析来综合诊断其内部是否存在固体绝缘局部过热故障。当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般CO2/CO＞7；当怀疑故障涉及固体绝缘材料时，可能CO2/CO＜3，必要时应该从最后一次的测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定故障是否涉及固体绝缘。

油中糠醛含量的判断，《电力设备预防性试验规程》（1997）规定如下：①糠醛含量超过表1数据时，一般视为非正常老化，需要跟踪检测。②跟踪检测时，注意增长率；③测试值大于4mg/L时，认为绝缘老化已经比较严重。

4 检测实例

东雷二期抽黄工程建设局泵站于1997年部分投运，加上设备采购时间较长，目前部分变压器时有故障发生，为了排除故障解决问题，2009年对段家塬系统三级站、流曲系统三合站的故障变压器进行了试验检测。三合站变压器型号为SL7-4000/35，1998年6月投运，投运11年。通过试验发现，流曲系统三合站的变压器油的水溶性酸（PH）值为4.0，已经超标，不符合绝缘油质试验要求。吊芯后3个部位测试绝缘纸聚合度试验结果平均为608；糠醛浓度为0.26mg/L，绝缘属于正常老化。综合判断其固体绝缘性能良好。采用压力式过滤法对变压器油进行了处理，油简化试验合格，再运行无故障发生。段家塬系统三级站变压器型号为SL7-2000/35，1997年5月投运，运行12年。变压器油的简化试验项目均合格，检测糠醛浓度时发现其浓度为0.45 mg/L，鉴于该变压器运行年限已久，在随后吊芯中也进行了绝缘纸的聚合度测试，3个部位的平均聚合度为516。综合上述试验，判断其绝缘有老化现象，今后要对其加强监控、检测。

经过实践认为，测量油中糠醛的浓度可以判断变压器绝缘的劣化程度，随着变压器运行年限的增长，其油中的糠醛含量会增高。当变压器油中的糠醛含量达到2mg/L～3mg/L时，变压器绝缘老化已很严重；达到3.5mg/L时，变压器绝缘寿命应终止。由于引起变压器绝缘老化的原因相当复杂，所以此时要结合做油中溶解气体试验、绝缘纸的聚合度试验，必要时还要调查研究变压器的绝缘结构、运行史、故障史、检修史等，进行综合判断。陕西水利

表1 正常老化糠醛含量表