油浸式变压器绝缘老化判断导则课件

前言前言说明本导则的目的意义说明本导则的目的意义(略略)3 3 术语和定义术语和定义 变压器中固体绝缘材料（简称纸绝缘），包括：绝缘纸变压器中固体绝缘材料（简称纸绝缘），包括：绝缘纸（牛皮纸）、层压纸板、垫块等是一种纤维素的绝缘材（牛皮纸）、层压纸板、垫块等是一种纤维素的绝缘材料。料。聚合度聚合度-1-1个纤维素分子是由个纤维素分子是由n n个个D-D-葡萄糖单体聚合而成葡萄糖单体聚合而成 (C(C6 6H H1010O O5 5)n n 。不同的纤维素分子。不同的纤维素分子n n不同，不同，n=n=几百几千几百几千不等，称为纤维素分子的聚合度。不等，称为纤维素分子的聚合度。实验室测出的绝缘纸（板）的聚合度是粘均聚合度实验室测出的绝缘纸（板）的聚合度是粘均聚合度（DPDPV V）。代表该样品纤维素分子聚合度的平均水平。）。代表该样品纤维素分子聚合度的平均水平。4 4 变压器寿命及绝缘老化机理变压器寿命及绝缘老化机理4.14.1变压器寿命变压器寿命 油浸式变压器寿命一般是指油纸绝缘系统的寿命，但实油浸式变压器寿命一般是指油纸绝缘系统的寿命，但实际上变压器寿命是指绝缘纸和层压纸板（纸绝缘）的寿命。际上变压器寿命是指绝缘纸和层压纸板（纸绝缘）的寿命。影响变压器寿命的因素：影响变压器寿命的因素：1.1.变压器制造质量变压器制造质量 2.2.运行温度（温升要求）运行温度（温升要求）3.3.变压器负载变压器负载 4.设备隐患（故障设备隐患（故障)或其他原因或其他原因4.24.2绝缘老化机理绝缘老化机理4.2.14.2.1变压器油变压器油 变压器油在运行中变压器油在运行中 氧是导致油老化变质的主要因素。氧是导致油老化变质的主要因素。铜、铁和水分是油发生氧化的催化剂。铜、铁和水分是油发生氧化的催化剂。DL/T572DL/T572电力变压器运行规程电力变压器运行规程“6“6度法则度法则”变压器老化的决定因素是热点温度，按变压器老化的决定因素是热点温度，按GB1094GB1094电力电力变压器设计标准变压器设计标准设计的变压器，可以满足负载导则对热设计的变压器，可以满足负载导则对热点温度正常基准值为点温度正常基准值为9898的要求，负载导则规定在这个温的要求，负载导则规定在这个温度下的相对老化率等于度下的相对老化率等于1 1。根据试验和统计资料得出温度与老化率的相互关系是：根据试验和统计资料得出温度与老化率的相互关系是：温度每上升温度每上升6K6K，老化率增大一倍。由此可以得出不同热点，老化率增大一倍。由此可以得出不同热点温度（温度（h h）的相对老化率（）的相对老化率（V V）为：）为：在（在（h h）下的老化率）下的老化率 V=-=V=-=2 2（h h9898）/6/6 在在9898下的老化率下的老化率一些外界因素如：光、热（温度）、震动与冲击、电场和一些外界因素如：光、热（温度）、震动与冲击、电场和核辐射是油氧化的加速剂，其中热影响最大。根据热动力核辐射是油氧化的加速剂，其中热影响最大。根据热动力原理，油的温度每升高原理，油的温度每升高8 81010，油的氧化速度增加一倍。，油的氧化速度增加一倍。纤维素材料对油老化过程产生叠加效应，促进油的老化，纤维素材料对油老化过程产生叠加效应，促进油的老化，是一种促进剂。是一种促进剂。变压器油氧化的产物，按其性质概括起来可分为三类：变压器油氧化的产物，按其性质概括起来可分为三类：1.1.酸性产物酸性产物-羧酸羧酸(包括低分子酸）、羟基酸、酚类、沥青包括低分子酸）、羟基酸、酚类、沥青质酸等。质酸等。2.2.中性产物中性产物-过氧化物、醇、醛、酮、酯、胶质和沥青质过氧化物、醇、醛、酮、酯、胶质和沥青质（形成油泥析出，它是油质深度劣化的最终产物）。（形成油泥析出，它是油质深度劣化的最终产物）。3 3其他产物其他产物-水分、一氧化碳、二氧化碳、低分子烃类和氢水分、一氧化碳、二氧化碳、低分子烃类和氢气。气。随着运行中气体的积累，其中一氧化碳、二氧化碳将成随着运行中气体的积累，其中一氧化碳、二氧化碳将成为油中气体的主要组分。当设备存在电或热故障时，加速为油中气体的主要组分。当设备存在电或热故障时，加速了油的热裂解，氢和烃类气体会迅速增加（如甲烷、乙烷、了油的热裂解，氢和烃类气体会迅速增加（如甲烷、乙烷、乙烯和乙炔乙烯和乙炔-油中溶解气体分析的对象）。油中溶解气体分析的对象）。4.2.2 4.2.2 纤维素绝缘材料纤维素绝缘材料 纤维素绝缘材料组成：纤维素绝缘材料组成：90%90%为为-纤维素纤维素-是聚合度是聚合度n2000n2000的长链高聚物，决定的长链高聚物，决定绝缘材料的机械强度。其中绝缘材料的机械强度。其中70%70%为结晶部分，为结晶部分，30%30%为无定型为无定型部分。部分。10%10%为为半半纤纤维维素素和和极极少少量量的的木木（质质）素素-半半纤纤维维素素的的聚聚合合度度n n200200，它它的的少少量量存存在在对对绝绝缘缘材材料料的的机机械械强强度度起起不不利利作作用。用。变变压压器器的的纸纸绝绝缘缘在在热热的的作作用用下下将将会会发发生生分分子子裂裂解解的的化化学学反反应应（热热解解降降解解反反应应），温温度度升升高高会会加加速速反反应应。同同时时存存在在还还有有水水解解降降解解和和氧氧化化降降解解反反应应，从从而而加加速速了了绝绝缘缘材材料料的的分分解。解。三种降解反应机理：三种降解反应机理：热热解解降降解解使使纤纤维维素素分分子子链链发发生生解解环环或或断断裂裂。当当发发生生分分子子链链尾尾端端解解环环时时，产产生生COCO、COCO2 2、糠糠醛醛（2-2-呋呋喃喃甲甲醛醛）及及其其他他呋喃化合物等液体。呋喃化合物等液体。解环反应也可能在正常的运行温度下发生，这是因为解环反应也可能在正常的运行温度下发生，这是因为C-OC-O键热稳键热稳定性比定性比C-HC-H键要弱。但温度上升至键要弱。但温度上升至150150以上，热解降解反应会加快。以上，热解降解反应会加快。水解降解水解降解纤维素分子中纤维素分子中1-41-4配糖键与水分子作用产生水解反应，配糖键与水分子作用产生水解反应，使纤维素大分子断裂分离成两部分。每次分裂消耗使纤维素大分子断裂分离成两部分。每次分裂消耗1 1个水分子。所个水分子。所以纤维素材料中所含水分越多，水解速度越快。以纤维素材料中所含水分越多，水解速度越快。氧化降解氧化降解氧首先攻击纤维素分子中比较活泼的第六位碳原子的氧首先攻击纤维素分子中比较活泼的第六位碳原子的醇羟基（醇羟基（-CH-CH2 2OHOH），氧化形成醛基（），氧化形成醛基（-CHO-CHO），再进一步氧化生成羧），再进一步氧化生成羧基（基（-COOH-COOH），同分异构化后，在葡萄糖苷碳原子上形成双键（很），同分异构化后，在葡萄糖苷碳原子上形成双键（很不牢固），容易发生水解使纤维素断裂。因此，醇羟基的氧化是最不牢固），容易发生水解使纤维素断裂。因此，醇羟基的氧化是最终导致纤维素断裂。终导致纤维素断裂。三种降解机理说明：变压器纸绝缘老化速度与运行温度、三种降解机理说明：变压器纸绝缘老化速度与运行温度、绝缘纸（板）含水量和油中含氧量等因素有关。绝缘纸（板）含水量和油中含氧量等因素有关。5 5 绝缘老化判断的测试项目及原理绝缘老化判断的测试项目及原理对变压器油老化程度的判断可按对变压器油老化程度的判断可按DL/596DL/596电力设备预防性电力设备预防性试验规程试验规程中有关规定进行。中有关规定进行。对纸绝缘的老化判断如下对纸绝缘的老化判断如下:从老化机理得到，纸绝缘降解的结果：从老化机理得到，纸绝缘降解的结果：（1 1）首先纤维素大分子链断裂，表现为聚合度（）首先纤维素大分子链断裂，表现为聚合度（n n）下降）下降（微观上）和机械强度降低（宏观上）。（微观上）和机械强度降低（宏观上）。（2 2）伴随降解过程，多种老化产物溶解到油中，如：）伴随降解过程，多种老化产物溶解到油中，如：COCO、CO2CO2、糠醛（、糠醛（2-2-呋喃甲醛）等。呋喃甲醛）等。因此，通过测试变压器中纸绝缘的聚合度和油中相应的老化因此，通过测试变压器中纸绝缘的聚合度和油中相应的老化产物含量，可以推测变压器中纸绝缘的老化状态。产物含量，可以推测变压器中纸绝缘的老化状态。5.15.1纸绝缘聚合度纸绝缘聚合度 运行的大型变压器中所使用的新绝缘纸（板）平均聚合度一般运行的大型变压器中所使用的新绝缘纸（板）平均聚合度一般在在10001000左右，其表现出有很好的韧性和强度。而老化后的绝缘纸左右，其表现出有很好的韧性和强度。而老化后的绝缘纸，聚合度降低，表现出韧性和强度下降。，聚合度降低，表现出韧性和强度下降。重要的是：绝缘纸的聚合度同纸的抗张强度有相关性。因此，重要的是：绝缘纸的聚合度同纸的抗张强度有相关性。因此，通过测试样品的聚合度，（通过测试样品的聚合度，（1 1）可以判断变压器整体老化程度。）可以判断变压器整体老化程度。（2 2）也可以判断直接取到纸样的故障部位的老化情况。）也可以判断直接取到纸样的故障部位的老化情况。测试方法：测试方法：（1 1）对样品无尺寸、形状等严格要求，但在变压器放油后采集。）对样品无尺寸、形状等严格要求，但在变压器放油后采集。（2 2）测试方法见附录）测试方法见附录A A（粘均聚合度（粘均聚合度-DP-DPV V）。）。5.2 5.2 油中糠醛油中糠醛(2-(2-呋喃甲醛呋喃甲醛)糠醛是只有纸绝缘老化才生成的产物糠醛是只有纸绝缘老化才生成的产物(唯一性唯一性)，它是纤，它是纤维素大分子降解后形成的一种主要的氧杂环化合物维素大分子降解后形成的一种主要的氧杂环化合物(典型性典型性)，且可溶解于油中，且可溶解于油中(可测性可测性)。因此，测试油中糠醛含量可以反映变压器纸绝缘的老化因此，测试油中糠醛含量可以反映变压器纸绝缘的老化情况。测试方法：（情况。测试方法：（1 1）见附录）见附录B B（高效液相色谱法）（高效液相色谱法）（2 2）DL/T702-1999DL/T702-1999（分光光度法）（分光光度法）5.3 5.3 油中气体油中气体 油中气体对变压器故障诊断可提供非常重要的信息，但油中气体对变压器故障诊断可提供非常重要的信息，但对绝缘老化状态的判断只提供参考信息。这是因为：对绝缘老化状态的判断只提供参考信息。这是因为：（1 1）油和纸老化均能产生）油和纸老化均能产生COCO、COCO2 2（非唯一性）（非唯一性）（2 2）纸绝缘的正常老化和故障情况下的劣化分解，油中）纸绝缘的正常老化和故障情况下的劣化分解，油中COCO、COCO2 2在含量上一般没有严格的界限，规律也不明显。在含量上一般没有严格的界限，规律也不明显。6.6.判据及影响因素判据及影响因素 6.16.1纸绝缘的聚合度纸绝缘的聚合度6.1.16.1.1判据判据 新变压器纸绝缘的聚合度在新变压器纸绝缘的聚合度在10001000左右。左右。表表1 1样品聚合样品聚合度度500500250250150150诊断意见诊断意见良好良好可以运行可以运行注意（根注意（根据情况作据情况作决定）决定）*退出运行退出运行*聚合度降至聚合度降至250250时，抗张强度出现突降，纸深度老化，应时，抗张强度出现突降，纸深度老化，应引起注意，如果油中气体分析存在局部过热时，不宜再继引起注意，如果油中气体分析存在局部过热时，不宜再继续运行或有条件考虑作退出运行更换处理。续运行或有条件考虑作退出运行更换处理。*聚合度约为聚合度约为150150时，绝缘纸完全丧失机械强度，考虑退出时，绝缘纸完全丧失机械强度，考虑退出运行。运行。6.1.2 6.1.2 影响正确判断因素影响正确判断因素 由于变压器复杂的绝缘结构和取样位置的限制，利用聚由于变压器复杂的绝缘结构和取样位置的限制，利用聚合度判断纸绝缘老化程度时，应注意的问题：合度判断纸绝缘老化程度时，应注意的问题：（1 1）正常老化的变压器，其不同部位纸绝缘的聚合度分布）正常老化的变压器，其不同部位纸绝缘的聚合度分布有一定规律性，能取到的样品聚合度也可大致判断变压器有一定规律性，能取到的样品聚合度也可大致判断变压器绝缘老化状况（见附录绝缘老化状况（见附录C C 例例1 1和例和例2 2）（2 2）所取纸板或垫块样品往往高于老化严重部位纸绝缘的）所取纸板或垫块样品往往高于老化严重部位纸绝缘的聚合度。聚合度。（3 3）不是取到属于故障性的局部绝缘加速老化样品，测试）不是取到属于故障性的局部绝缘加速老化样品，测试结果反映老化程度不真实，只能代表取样部位的聚合度。结果反映老化程度不真实，只能代表取样部位的聚合度。（4 4）样品的聚合度有时可能比实际情况偏低，如某些引线）样品的聚合度有时可能比实际情况偏低，如某些引线的外包绝缘纸，即使过度老化，但也不一定能代表变压器的外包绝缘纸，即使过度老化，但也不一定能代表变压器内部的绝缘情况。（可能设计电流密度过大或焊接不良引内部的绝缘情况。（可能设计电流密度过大或焊接不良引起内层绝缘比外层老化严重，或因变压器油过度劣化，酸起内层绝缘比外层老化严重，或因变压器油过度劣化，酸性腐蚀引起外层绝缘严重劣化。）性腐蚀引起外层绝缘严重劣化。）（5 5）设备检修中被焊接高温烤焦的绝缘纸的聚合度偏低。）设备检修中被焊接高温烤焦的绝缘纸的聚合度偏低。（6 6）应在多个部位取样（加以标明）进行测试，力求尽可）应在多个部位取样（加以标明）进行测试，力求尽可能真实反映整体绝缘的聚合度。能真实反映整体绝缘的聚合度。6.1.36.1.3取样取样（1 1）取样部位）取样部位 线圈上下部位的垫块，绝缘纸板（如围屏纸板），引线纸线圈上下部位的垫块，绝缘纸板（如围屏纸板），引线纸绝缘，散落在油箱内的纸片等。绝缘，散落在油箱内的纸片等。注意：导则推荐的聚合度判断指标并非指匝间绝缘的聚合度注意：导则推荐的聚合度判断指标并非指匝间绝缘的聚合度（2 2）取样量）取样量 应大于应大于2 2克。克。（3 3）需取样分析的情况（有吊检机会时）需取样分析的情况（有吊检机会时）a.a.油中糠醛含量超过注意值；油中糠醛含量超过注意值；b.b.负载率较高的变压器运行负载率较高的变压器运行2525年左右；年左右；c.c.变压器准备退役前。变压器准备退役前。6.2 6.2 油中糠醛油中糠醛6.2.16.2.1判据判据判据方法要点：判据方法要点：（1 1）变压器油中糠醛含量应随着运行时间的增加而增加，但）变压器油中糠醛含量应随着运行时间的增加而增加，但不同变压器制造上结构差异，运行中环境温度、负载率等不同，不同变压器制造上结构差异，运行中环境温度、负载率等不同，造成相同运行时间内糠醛含量的分散性。造成相同运行时间内糠醛含量的分散性。（2 2）变压器油纸比例不同，糠醛含量测试结果以）变压器油纸比例不同，糠醛含量测试结果以mg/Lmg/L表示，表示，使相同老化状况的不同设备测试结果出现不同。使相同老化状况的不同设备测试结果出现不同。（3 3）变压器油处理是影响糠醛含量的重要因素。）变压器油处理是影响糠醛含量的重要因素。（4 4）根据统计分析，大部分变压器的运行时间与油中糠醛含）根据统计分析，大部分变压器的运行时间与油中糠醛含量在图量在图1 1的区域的区域B B范围内，区域范围内，区域B B和和C C的数据占总数据的的数据占总数据的90%90%以上，区以上，区域域A A不到不到10%10%。因此，将图。因此，将图1 1中不同运行年限落入区域中不同运行年限落入区域A A的变压器油的变压器油中糠醛含量的下限值中糠醛含量的下限值loglog（f f）=1.65+0.08t1.65+0.08t，其中，其中f f为糠醛含为糠醛含量量mg/Lmg/L，t t为运行年限为运行年限 作为可能存在纸绝缘非常老化的注意值。作为可能存在纸绝缘非常老化的注意值。表表2 DL/T5962 DL/T596电力设备预防性试验规程电力设备预防性试验规程变压器油中糠醛含变压器油中糠醛含 量与运行年限关系的注意值量与运行年限关系的注意值说明：说明：1 1）含量超过表中值时，一般为非正常老化需跟踪检测，）含量超过表中值时，一般为非正常老化需跟踪检测，并注意增长率。并注意增长率。2 2）测试值大于）测试值大于4mg/L4mg/L时，认为绝缘老化已比较严重。时，认为绝缘老化已比较严重。运行年限运行年限1551010151520糠醛含量糠醛含量（Mg/L）0.10.20.40.75（5 5）当油中糠醛含量落入区域）当油中糠醛含量落入区域A A时，应了解变压器运行的时，应了解变压器运行的历史和现状。如：是否经受或多次经受急救性负载？运行温度历史和现状。如：是否经受或多次经受急救性负载？运行温度是否过高？冷却系统和油路是否异常？油中含水量是否过高？是否过高？冷却系统和油路是否异常？油中含水量是否过高？是否存在局部过热老化等。是否存在局部过热老化等。（6 6）为诊断设备绝缘是否确实存在故障（老化），应根据）为诊断设备绝缘是否确实存在故障（老化），应根据具体情况缩短分析周期，监测油中糠醛和具体情况缩短分析周期，监测油中糠醛和COCO、COCO2 2含量及其增含量及其增长速度，并应避免外界因素对测试结果的影响。长速度，并应避免外界因素对测试结果的影响。(7)(7)对运行时间不很长对运行时间不很长(如少于如少于1010年年)的变压器，当油中糠醛的变压器，当油中糠醛含量过高时，尤其需要重视。含量过高时，尤其需要重视。（8 8）对重点监视的变压器，应当定期测定糠醛含量，观察）对重点监视的变压器，应当定期测定糠醛含量，观察变化趋势，一旦发现糠醛含量高就应引起重视。在连续监测中，变化趋势，一旦发现糠醛含量高就应引起重视。在连续监测中，测到糠醛含量高而后又降低测到糠醛含量高而后又降低,往往是受到干扰所致。（见附录往往是受到干扰所致。（见附录C C 例例4 C.114 C.11表）表）6.2.2 6.2.2 影响因素影响因素 由于测试结果会受到多种因素影响，设备在运行中糠醛由于测试结果会受到多种因素影响，设备在运行中糠醛含量可能出现波动。含量可能出现波动。主要影响因素：主要影响因素：运行温度变化、换油和油处理等，见运行温度变化、换油和油处理等，见“导则导则”中中 a)a)、b)b)、c c）、）、d d）项（略）。）项（略）。针对换油或油处理造成的变压器油中糠醛含量的降低影针对换油或油处理造成的变压器油中糠醛含量的降低影响连续监测变压器绝缘老化状况，应采取措施如下：响连续监测变压器绝缘老化状况，应采取措施如下：（1 1）应当在更换新油或油处理前以及之后数周各取一个油）应当在更换新油或油处理前以及之后数周各取一个油样品进行分析，以便获得油中糠醛含量的变化数据。对于样品进行分析，以便获得油中糠醛含量的变化数据。对于非强油循环冷却的变压器，油处理后可适当推迟取样时间，非强油循环冷却的变压器，油处理后可适当推迟取样时间，以便使糠醛在油纸之间达到充分的平衡。以便使糠醛在油纸之间达到充分的平衡。（2 2）变压器继续运行后的绝缘老化判断，应当将换油或油）变压器继续运行后的绝缘老化判断，应当将换油或油处理前后的糠醛变化差值计算进去。处理前后的糠醛变化差值计算进去。计算公式；计算公式；油处理前糠醛含量油处理前糠醛含量+（继续运行后糠醛含量油处理后糠醛（继续运行后糠醛含量油处理后糠醛含量）含量）=继续运行后糠醛含量继续运行后糠醛含量+（油处理前糠醛含量油（油处理前糠醛含量油处理后糠醛含量）处理后糠醛含量）=继续运行后糠醛含量继续运行后糠醛含量+（油处理前后（油处理前后糠醛含量差值）糠醛含量差值）6.2.36.2.3取样取样取样方法取样方法:按按GB7597GB7597方法进行。方法进行。需取样分析的情况：需取样分析的情况：（1 1）需了解绝缘老化情况时；）需了解绝缘老化情况时；（2 2）油中气体色谱分析判断有过热故障需确定是否涉及纸）油中气体色谱分析判断有过热故障需确定是否涉及纸绝缘时；绝缘时；（3 3）在取纸样测聚合度前；）在取纸样测聚合度前；（4 4）大修前和变压器重新投运）大修前和变压器重新投运1 12 2月后；月后；（5 5）糠醛含量超过注意值时，可在）糠醛含量超过注意值时，可在1 1年内检测一次。年内检测一次。6.3 6.3 油中油中COCO和和COCO2 2经验判断经验判断 GB/T 7252 GB/T 7252 提供的经验判据：提供的经验判据：（1 1）当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般）当怀疑设备固体绝缘材料老化时，一般COCO2 2/CO/CO7 7。（2 2）当怀疑涉及到固体绝缘材料时（高于）当怀疑涉及到固体绝缘材料时（高于200)CO200)CO2 2/CO/CO 3 3。(3)(3)对对COCO和和COCO2 2绝对产气速率提出了注意值（绝对产气速率提出了注意值（mL/d)mL/d)。利用油中利用油中COCO和和COCO2 2判断绝缘老化，与聚合度和油中糠醛两种方判断绝缘老化，与聚合度和油中糠醛两种方法的判据相比有更大的不确定性。法的判据相比有更大的不确定性。本本“导则导则”提供了以下判断经验：提供了以下判断经验：a)a)b b）（略）（略）以附录以附录C C 例例3 3（表（表C.9)C.9)、例、例4 4（表（表C.10)C.10)说明。说明。气体组分气体组分开放式开放式隔膜式隔膜式一氧化碳一氧化碳50100二氧化碳二氧化碳100200 谢谢！谢谢！