淺談絕緣油質劣化的原因

梁亞平（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海 尖扎　811999）

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淺談絕緣油質劣化的原因

梁亞平
（青海大唐國際直崗拉卡水電開發有限公司，青海 尖扎811999）

摘要：由于絕緣油在變壓器中的普遍使用，絕緣油品質的好壞對變壓器的影響越來越重要，為了變壓器的安全運行及合理回收、處理、利用資源（絕緣油），現對關于引起絕緣油油質進行劣化的基本因素、產生的分解物及最后油泥所造成的后果進行淺談及分析。

關鍵詞：劣化；基本因素；催化劑；加速劑；分解物；油泥

1前言

今天已有成千上萬的變壓器均裝滿了絕緣油在運行，這些變壓器中的絕緣油主要作用是：

1）維持變壓器絕緣系統的絕緣強度；

2）提供有效的冷卻；

3）保護變壓器鐵芯和線圈組件免遭化學侵蝕；

4）防止在變壓器內生成油泥。

然而，當變壓器中的絕緣油的性質發生了相當大的變化以后，油就不能再起到上述作用了，這時就說明油已劣化，裝有這種劣質油的變壓器再繼續運行下去就會使變壓器的壽命顯著降低。

1.1絕緣油劣化的起因

即使在一臺新生產安裝好的變壓器中“新”油也是不存在的，一旦油裝入設備中，投運以前，油的劣化和污染化已經開始了，這里的劣化僅僅指油氧化的結果，污染指當油中含有水份和其它外來物質，而不是油氧化的產物時，就認為油是受到了污染。

1.2絕緣油劣化總的化學反映

通過很多資料顯示（且已證實）：當氧與不穩定的烴類雜質在變壓器內部并在其它材料催化的影響下，油的氧化就開始了。它嚴重地加速了油泥產生。當絕緣油經化驗證實不能再使用時，可以發現這種油中存在的烴類至少有80%，仍保持未變，若能將氧化物完全清除后，它仍能繼續使用。正確的說是油的氧化實際上是油中雜質的氧化，而不是烴類的氧化，純凈的烴類在正常條件下是不容易氧化的。

2絕緣油劣化的基本因素

2.1氧

氧來源于變壓器里面的空氣，即使用真空注油法也不能把所有的氧清除干凈，即使是在密封的變壓器里，仍然有容積為0.25%的氧存在，由于氧的溶解度高于氮（16%：7%），氧在油中溶解的空氣中占有高比率，讓我們來看一下氧在油中與在空氣中含量的對比：

氣體在空氣中（大氣）氣體在油中

N2=79%N2=71%

O2=20%O2=28%

其它氣體=1%其它氣體=1%

可以看出，變壓器油對氧有特殊的親和力，尤其是纖維素通過熱而降解，也是氧的提供源之一。在油的整個使用壽命期內，氧化速度是逐漸增大的，另外催化劑和加速劑對變壓器也有不利的影響。

2.2催化劑

（1）水份

對油的壽命有影響的第二種因素是水份（催化劑），它能加速油的降解速度，而在這一過程中其本身是不發生消耗的主要物質。

水份可以通過泄露從外部以冷凝方式進入絕緣油中，或在其內部由氧化作用的化學過程而產生，水份是油氧化作用的主要催化劑。所有形態的水都含

（2）銅和氧

如前所述表明了劣化過程的開始階段，這是一個長期的過程，銅（線圈）和鐵芯也起了催化作用。

2.3加速劑

有些次要因素也會增加油的氧化速度，這些被稱之為加速劑，由下列因素構成：熱、震動（由于50 Hz電源引起的機械振動）、沖擊負荷、電壓波動、高電壓。

（1）熱

熱成像大多數的化學反應，熱是一種主要的加速劑，氧與油的化合所需的時間取決于變壓器的工作溫度。例如：在75℃時大約需要5 d，油就能與氧化合，反之在50℃就要幾個月。

（2）震動與沖擊

電動機械的震動和電氣或機械的突然沖擊也能使反應加速。

（3）電壓

纖維素絕緣在較高工作電壓（尤其是超高壓設備）下對油的氧化作用有什么影響尚不清楚，在變壓器的設計中因為受到容量和尺寸的限制，使油的通路狹窄，而電應力（以kV/cm表示）則增加了（見表1）。

表1變壓器油在電應力下的氧化安定度

表1中表明，甚至在低電壓應力下（49 kV/cm）氧化速度也能加速。在電應力下可觀察到油的其它現象為：

a、沉淀中可見粒子更大；

b、雜質沉淀聚集在強度最大區域；

c、深沉并不均勻，而是形成分離的細長條，同時按電應力線方向排列。

因而電應力越大（電場越強），越妨礙熱傳導，使絕緣纖維的機械強度喪失，加速老化對變壓器絕緣形成導電的“橋”，導致絕緣電阻降低，也加速生成了更多的水。所以每種因素都是氧化過程的一個構成部分，直到“滾雪球”的后果發生為止。

3絕緣油劣化的分解物

很多人認為油劣化過程的主要階段的生成是有過氧化物，酸類、醇類、酮類和油泥。

絕緣油早期劣化階段：

油中一旦生成了過氧化物，這種不穩定的化合物就開始了鏈反應，纖維素（紙、棉等）很容易與過氧化物反應，生成氧化纖維素，這種化合物機械強度差，造成絕緣材料脆化，這種脆化絕不超過電壓波所產生的沖擊。

4絕緣油劣化的最后可見物階段（油泥）

油劣化過程的終極階段是生成油泥，有可見物就標志著氧化過程已經進行了很長的一段時間了，油泥是一種樹脂狀，其部分是導電的物質，能適度的溶于油中，當酸侵蝕鐵、銅、青漆、油漆等物體時，就產生了油泥，同時這些物質進入溶液并與之結合，這種油泥最終會從溶液中沉淀出來生成一種稠的瀝青狀的物質，附在絕緣材料上、變壓器殼的邊壁上，沉積在通風道、冷卻散熱片等地方。

油泥的產生會造成非常嚴重的后果，其中之一是這種分解物在變壓器的內表壁上沉積之前，就已經在絕緣材料上形成了堆積，它一旦在絕緣材料上形成堆積、沉淀，就會對纖維素立即起作用，導致絕緣收縮，這種收縮使變壓器喪失吸收沖擊負荷的能力。所以，變壓器線圈在負荷下的移動會造成其過早損壞，此外，在鐵芯和繞組上，如沉積了3～6 mm厚的油泥時將會使變壓器的工作溫度升高10～15℃，這就造成變壓器降低運行中的額定出力。當油已嚴重劣化后，在油中的大約2 870種烴類也只有極少數與氧化合了。若能清除了油中的氧化產物，油仍能按其原來的用途可以使用。

參考文獻：

［1］美國變壓器維護協會編著.變壓器維護指南［M］.1981.

［2］武漢市泛科電力設備研究所.充油電氣設備故障非電量診斷技術資料匯編［Z］.

中圖分類號：TM855

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）06-0060-02

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.06.021

收稿日期：2016-01-04

作者簡介：梁亞平（1975-），男，助理工程師，從事電站水輪機檢修工作。有額外的氧。