運行變壓器油中糠醛含量判斷紙絕緣老化的研究

呂玉宏，萬濤，常燕，馮兵

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

運行變壓器油中糠醛含量判斷紙絕緣老化的研究

呂玉宏1，萬濤2，常燕2，馮兵2

(1.國網(wǎng)湖南省電力公司，湖南長沙410007；2.國網(wǎng)湖南省電力公司電力科學(xué)研究院，湖南長沙410007)

為了保證更換前變壓器不出現(xiàn)設(shè)備異常，確定設(shè)備老化狀態(tài)是極其重要的。通常認(rèn)為，糠醛是僅由固體絕緣老化產(chǎn)生的特征產(chǎn)物，變壓器中固體絕緣主要為絕緣紙(板)。文中通過對湖南電網(wǎng)135臺運行變壓器油中糠醛含量與運行年限的分析，討論運行變壓器中糠醛含量判斷紙絕緣老化的可靠性、存在的問題以及改進的方法。

變壓器；紙絕緣；糠醛；老化

變壓器是電力生產(chǎn)中最重要設(shè)備的設(shè)備之一，統(tǒng)計表明電力設(shè)備運行中60%～80%的事故是由絕緣故障導(dǎo)致的〔1〕。變壓器絕緣體系是決定其使用壽命最關(guān)鍵的因素，一旦出現(xiàn)故障，將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。因此，對變壓器絕緣老化程度進行判斷具有重要意義。

當(dāng)絕緣紙 (板)劣化時，纖維素發(fā)生降解生成一部分D-葡萄糖單糖，它在變壓器運行條件下很不穩(wěn)定，會繼續(xù)分解產(chǎn)生一系列氧雜環(huán)化合物溶解在變壓器油中。糠醛是纖維素大分子降解后形成的一種主要氧雜環(huán)化合物，常作為變壓器固體絕緣老化的專門指標(biāo)〔2〕。正常情況下，變壓器油中的糠醛是唯有固體絕緣老化才生成的產(chǎn)物，除木質(zhì)絕緣墊塊、撐條等，主要為絕緣紙 (板)。變壓器老化過程中，主要是與引線、繞組等導(dǎo)體接觸部位受熱產(chǎn)生老化。測試油中糠醛含量，可以準(zhǔn)確反映變壓器紙絕緣的老化情況，已納入國際標(biāo)準(zhǔn)IEC 1198和電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T 984。

通過測試油中糠醛含量判斷變壓器紙絕緣老化具有非常明顯的優(yōu)點:變壓器中主要為紙絕緣老化產(chǎn)生糠醛，在變壓器油中均勻分布，易于取樣、分析，含量變化與變壓器絕緣老化年限關(guān)系明顯；無需設(shè)備停運，是目前日常監(jiān)測變壓器紙絕緣老化狀態(tài)的最佳方法。

理論上糠醛含量能夠準(zhǔn)確預(yù)測絕緣紙老化狀態(tài)，但在變壓器運行過程中會受到各種影響產(chǎn)生偏差，因此十分有必要對運行中變壓器油中糠醛含量數(shù)據(jù)進行分析，了解糠醛含量判斷紙絕緣老化的可靠性。

1 儀器與方法

分析儀器采用 Agilent 1100型高效液相色譜儀，配備反相C18柱，檢測器為可變波長掃描紫外檢測器。

檢測方法根據(jù)文獻(xiàn)〔3〕中附錄B油中糠醛含量測量方法〔3〕，其中流動相選擇為:水60%，甲醇40%，流速1 ml/min。

2 數(shù)據(jù)分析與討論

為了確定糠醛含量判斷變壓器絕緣老化的指導(dǎo)意義，對湖南電網(wǎng)135臺110 kV和220 kV運行中變壓器油中糠醛含量大于0.05 mg/L的數(shù)據(jù)進行了分析。按照油中糠醛含量0.05～0.1 mg/L，0.1～0.2 mg/L和大于0.2 mg/L分別繪制散點圖，如圖1—3所示。

圖1 糠醛含量與運行年限關(guān)系(糠醛含量0.05～0.1 mg/L)

從圖1中可以看出，油中糠醛含量與運行年限之間關(guān)系不明顯，有的變壓器運行長達(dá)23年，其糠醛含量僅為0.057 mg/L，說明運行年限長的變壓器油中糠醛含量不一定高。變壓器運行過程中受到硅膠吸附、濾油、補油、換油等影響，可能造成實際含量遠(yuǎn)低于理論值。對某變壓器真空濾油前測試糠醛含量為0.386 mg/L，濾油后下降為0.182 mg/L，含量下降超過一半。真空濾油溫度一般在約60℃，真空度約－0.08 MPa，相當(dāng)于對變壓器油進行減壓蒸餾，真空濾油會對糠醛濃度產(chǎn)生明顯影響。

從圖2中可以看出，糠醛含量運行年限具有一定線性關(guān)系，隨著運行年限的延長，大部分變壓器油中糠醛含量增大。糠醛含量高于0.01 mg/L的 110 kV變壓器，其中1臺運行時間為5年，其他全部超過10年。說明糠醛含量高的變壓器一般運行年限都較長，除非新變壓器油采用糠醛精制有部分殘留導(dǎo)致基值高〔4〕，GB 2536—2011《電工流體變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》中即規(guī)定了變壓器油中糠醛含量不能超過0.1 mg/L。同時，仍存在少數(shù)運行年限長的變壓器油中糠醛含量不高。

圖2 糠醛含量與運行年限關(guān)系(糠醛含量0.1～0.2 mg/L)

從圖3中可以看出糠醛含量與運行年限沒有明顯關(guān)系，糠醛含量超過0.2 mg/L的運行年限跨度為5～42年，且分布較為平均，說明單純性的運行年限延長不一定會導(dǎo)致糠醛含量增長，與運行工況和油處理情況關(guān)系更密切。

圖3 糠醛含量與運行年限關(guān)系(糠醛含量大于0.2 mg/L)

綜上所述，運行時間為1～5年的變壓器油中糠醛大于0.05 mg/L的臺數(shù)很少，說明自然老化所產(chǎn)生的糠醛很少。運行超過30年的變壓器，油中糠醛含量比某些運行時間短的變壓器還低，說明濾油、補油、換油等檢修對糠醛含量造成了明顯影響。變壓器投運15～20年，在此期間變壓器運行一般較為穩(wěn)定，油中糠醛含量隨著變壓器運行年限的穩(wěn)步增長，說明變壓器絕緣紙老化程度也越嚴(yán)重。通過以上數(shù)據(jù)分析還可以看出，變壓器油中糠醛含量與變壓器電壓等級關(guān)系不大。任何方法都會有其局限性，在診斷過程中應(yīng)該注意:油溫波動，油紙中糠醛平衡變化；濾油、吸附處理、更換硅膠、補油、換油都會導(dǎo)致糠醛含量下降或消失〔5〕；糠醛在運行油溫過高時會出現(xiàn)分解消耗情況〔6〕。

根據(jù)文獻(xiàn)〔7〕，變壓器固體絕緣的非正常老化及老化嚴(yán)重的限值見表1。

Investigation on paper insulation aging of field transformers with furfural concentration

LYU Yuhong1，WAN Tao2，CHANG Yan2，F(xiàn)ENG Bing2
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation，Changsha 410007，China；2.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute，Changsha 410007，China)

In order to avoid abnormality before the replacement of the transformer，it is extremely important to identify the devices'degradation statuses.It is considered that the furfural is the product which is only generated by insulating paper aging. The relationships between the furfural concentration and the operating time of 135 field transformers in Hunan province is analyzed in the paper.Reliability，problem and the improved method of paper insulating aging identified by furfural concentration in operated transformer are discussed.

transformer；paper insulation；furfural；aging

TM855.1

B

1008-0198(2015)06-0019-02

10.3969/j.issn.1008-0198.2015.06.005

2015-04-20