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電力變壓器絕緣故障分析及處理措施

  目前應用最廣泛的電力變壓器是油浸變壓器和干式樹脂變壓器兩種,電力變壓器的絕緣即是變壓器絕緣材料組成的絕緣系統,它是變壓器正常工作和運行的基本條件,變壓器的使用壽命是由絕緣材料(即油紙或樹脂等)的壽命所決定的。

  實踐證明,大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統的損壞而造成。據統計,因各種類型的絕緣故障形成的事故約占全部變壓器事故的85%以上。對正常運行及注意進行維修管理的變壓器,其絕緣材料具有很長的使用壽命。因此,保護變壓器的正常運行和加強對絕緣系統的合理維護,很大程度上可以保證變壓器具有相對較長的使用壽命,而預防性和預知性維護是提高變壓器使用壽命和提高供電可靠性的關鍵。

  油浸變壓器中,主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等c所謂變壓器絕緣的老化,就是這些材料受環境因素的影響發生分解,降低或喪失了絕緣強度。

  固體紙絕緣故障

  固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一,包括:絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等,其主要成分是纖維素,化學表達式為(C6H10O6)n,式中n為聚合度。一般新紙的聚合度為1300左右,當下降至250左右,其機械強度已下降了一半以上,極度老化致使壽命終止的聚合度為150~200。絕緣紙老化后,其聚合度和抗張強度將逐漸降低,并生成水、CO、CO2,其次還有糠醛(呋喃甲醛)。這些老化產物大都對電氣設備有害,會使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強度下降,甚致腐蝕設備中的金屬材料。固體絕緣具有不可逆轉的老化特性,其機械和電氣強度的老化降低都是不能恢復的。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命,因此油浸變壓器固體絕緣材料,應既具有良好的電絕緣性能和機械特性,而且長年累月的運行后,其性能下降較慢,即老化特性好。

  1、紙纖維材料的性能。

  絕緣紙纖維材料是油浸變壓器中最主要的絕緣組件材料,紙纖維是植物的基本固體組織成分,組成物質分子的原子中有帶正電的原子核和圍繞原子核運行的帶負電的電子,與金屬導體不同的是絕緣材料中幾乎沒有自由電子,絕緣體中極小的電導電流主要來自離子電導。纖維素由碳、氫和氧組成,這樣由于纖維素分子結構中存在氫氧根,便存在形成水的潛在可能,使紙纖維有含水的特性。此外,這些氫氧根可認為是被各種極性分子(如酸和水)包圍著的中心,它們以氫鍵相結合,使得纖維易受破壞:同時纖維中往往含有一定比例(約7%左右)的雜質,這些雜質中包括一定量的水分,因纖維呈膠體性質,使這些水分尚不能完全除去。這樣也就影響了紙纖維的性能。

  極性的纖維不但易于吸潮(水分使強極性介質),而且當紙纖維吸水時,使氫氧根之間的相互作用力變弱,在纖維結構不穩定的條件下機械強度急劇變壞,因此,紙絕緣部件一般要經過干燥或真空子燥處理和浸油或絕緣漆后才能使用,浸漆的目的是使纖維保持潤濕.保證其有較高的絕緣和化學穩定性及具有較高的機械強度。同時,紙被漆密封后,可減少紙對水分的吸收,阻止材料氧化,還町填充空隙,以減小可能影響絕緣性能、造成局部放電和電擊穿的氣泡。但也有的認為浸漆后再浸油,可能有些漆會慢慢溶人油內,影響油的性能,對這類油漆的應用應充分子以注意。

  當然,不同成分纖維材料的性質及相同成分纖維材料的不同品質,其影響大小及性能也不同,如棉花中纖維成分最高,大麻中纖維最結實,某些進口絕緣紙板由于其處理加工好,使性能明顯優于國產某些材質的紙板等。變壓器大多絕緣材料都是用各種型式的紙(如紙帶、紙板、紙的壓力成型件等)作絕緣的。因此在變壓器制造和檢修中選擇好纖原料的絕緣紙材料是非常重要的。纖維紙的特殊優點是實用性強、價格低、使用加工方便,在溫度不高時成型和處理簡單靈活,且重量輕,強度適中,易吸收浸漬材料(如絕緣漆、變壓器油等)。

  2、紙絕緣材料的機械強度。

  油浸變壓器選擇紙絕緣材料最重要的因素除紙的纖維成分、密度、滲透性和均勻性以外,還包括機械強度的要求,包括耐張強度、沖壓強度、撕裂強度和堅韌性:

  ① 耐張強度:要求紙纖維受到拉伸負荷時,具有能耐受而不被拉斷的最大應力

  ② 沖壓強度:要求紙纖維具有耐受壓力而不被折斷的能力的量度。

  ③ 撕裂強度:要求紙纖維發生撕裂所需的力符合相應標準。

  ④ 堅韌性:是紙折疊或紙板彎曲時的強度能滿足相應要求。

  判斷固體絕緣性能可以設法取樣測量紙或紙板的聚合度,或利用高效液相色譜分析技測量油中糠醛含量,以便于分析變壓器內部存在故障時,是否涉及固體絕緣或是否存在引起線圈絕緣局部老化的低溫過熱,或判斷固體絕緣的老化程度。對紙纖維絕緣材料在運行及維護中,應注意控制變壓器額定負荷,要求運行環境空氣流通、散熱條件好,防止變壓器溫升超標和箱體缺油。還要防止油質污染、劣化等造成纖維的加速老化,而損害變壓器的絕緣性能、使用壽命和安全運行。


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