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油浸式电力变压器剩余寿命范围及可靠性预测
林朝晖
西华大学电气信息学院,成都 (610039)
E-mail:68057133@qq.com
摘 要:现阶段,电力变压器是电网最主要与最贵重的设备并且我国许多大型变压器由于运
行了二十年甚至更久的时间,绝缘老化问题日趋严重,是威胁电网安全的重大隐患。通过对
变压器固体绝缘材料主要是绝缘纸的拉伸强度与聚合度的分析,提出了变压器剩余寿命范围
及可靠性预测的模型,实例结果表示可靠性预测的准确性比较高。
关键词:油浸式电力变压器;拉伸强度;聚合度;可靠性;寿命范围
1.引言
油浸电力变压器固体绝缘老化的诊断对确保其安全、可靠运行有着重要的意义,长期以
来一直受到广泛的关注。随着固体绝缘老化程度的加深,其绝缘的机械及电气强度会下降,
这将导致变压器绕组抗击短路大电流冲击的能力大大降低,从而降低变压器的运行可靠性
[1]
。如何有效地进行油浸式变压器剩余寿命预测并采取相应对策以确保变压器的安全可靠运
行,这已成为电力运行部门越来越重视的问题。
到目前为止,聚合度、拉伸强度仍然是绝缘纸寿命最为直接、有效的判断指标,但是直
接实测固体绝缘材料的聚合度与拉伸强度值要在变压器停运、解体取纸样下操作十分不便。
如果能确定油中溶解的糠醛以及气体与绝缘纸聚合度之间存在比较明确的统计关系,那么就
可以在变压器不停运、不解体取纸样的情况下,对其寿命进行比较准确的预测
。
2.变压器老化机理
油浸式变压器的固体绝缘材料主要是绝缘纸,而绝缘纸的主要成份是纤维素,其分子式
为:
()
6105
n
CH O ,分子 n 为聚合度(DP)。变压器固体绝缘纤维素大分子老化过程就是纤维
素的降解过程,它是多种外界因素、多种降解过程综合作用的结果,通常纤维素的降解有三
种:水解降解、热解和氧化
[3-6]
。
在变压器运行中,由于温度、水分、氧及油中的酸性化合物的共同作用,纤维素产生一
系列的降解,首先是其大分子中的氧键断裂,生成 D-葡萄糖单体;D-葡萄糖性质不稳定,
进一步进行降解,产生一系列含氧杂环化合物,溶解于变压器绝缘油中,糠醛便是其中主要
产物,同时伴随降解过程,还会产生
CO和
2
CO 等老化产物。
糠醛(Furfural),学名呋喃甲醛,无色或黄色油状液体,比重
3
1.168 1.162 /gcm: ,沸
点
159.5 162.5 C
o
:
,分子式:
542
CHO,分子量 96.09,易溶于醇和醚。
3.固体老化产物与聚合度的关系分析
由上面分析可知:纤维素大分子的降解可表现为油中 CO、
2
CO 以及糠醛等老化产物
的增长和绝缘纸聚合度的下降。因此,通过变压器油中溶解的固体绝缘的相应老化产物含量
的检测可以对变压器固体绝缘老化进行判断。
变压器固体绝缘老化是个随机的过程,不能由单一的因素(例如温度)主导,因此基于
聚合度变化的剩余寿命预测比单一热老化模型及热分解产物模型更准确。下面以文献[7]上
一组实验数据为例(见表 1),对固体老化产物与聚合度的关系进行初步分析。