绝缘油的气相色谱分析讲解

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1、第二章 绝缘油的气相色谱试验与分 析 第一节 充油电气设备 内部主要绝缘 材料的性能 充油电气设备 内部的主要绝缘 材料有变压 器油、纸和纸板等A 级绝缘 材料，当运行年限为20年左右时，最高允许温度为105。 一、变压 器油的性能 变压 器油的耐电强度、传热 性及热量都比空气好得多，因此目 前国内外的电气设备 ，特别是大中型电力变压 器和电抗器、电流互感 器、电压 互感器等基本上都采用油浸式结构，并且变压 器油起着绝缘 和散热的双重作用。 运行中的变压 器油质量标准如表21 运行中变压 器油质量标准 序号项目设备电压 等级 /kV 质量标准检验 方法 投入运行前的油运行油 1外状透明、无杂质

2、 或悬浮物外观目视 2水溶性酸/pH5.44.2GB/T7598 3酸值（mgKOH/g）0.030.1GB/T7599或 GB/T264 4闪点（闭口） / 140（10、25号油 ） 135（45号油） 与新油原始测定 值相比不低于10 GB/T261 5水分/（mg/L）330500 220 110及以下 10 15 20 15 25 35 GB/T7600 或GB/T7601 6界面张力（25）/（ mN/m） 3519GB/T6541 7介质损 耗因数（90 ） 500 330 0.007 0.010 0.020 0.040 GB/T5654 8击穿电压 /kV500 330 662

3、20 35及以下 60 50 40 35 50 45 35 30 GB/T507 或DL/T429.9 9体积电 阻率（90） /m) 500 330 6101011010 5109 GB/T5654 或DL/T421 10油中含气量/ （%） （体积 分数） 330 500 13DL/T423或 DL/T450 11油泥与沉淀物 /（%） （质量 分数） 0.02（以下可忽略不计 ） GB/T511 12油中溶解气体 组分含 量色谱 分析 按DL/T722-2000规定GB/T17623 GB/T7252 取样油温为4060 运行中变压 器油的质量随着老化程度与所含杂质 等条件不同而变化很

4、大，除能判断变压 器故障的项目（如油中溶解气体色谱分析等）外，通 常不能单凭任何一种试验项 目作为评 价油质状态的依据，应根据几种主 要特性指标进 行综合分析，并随变压 器电压 等级和容量不同而有所区别 。表22为运行中变压 器油常规检验 周期及检验项 目。 表22 运行中变压 器油常规检验 周期及检验项 目 设备 名 称 设备规 范检验周期表5.1.1中检验 项目 变压 器 （电 抗 器 ） 330500kV设备投运前或大修 后每年 至少一次 必要时 110 13，510 4，11 66220kV、 8MVA 以上 设备投运前或大修 后每年 至少一次 必要时 19 13，5，7，8 6，9，

5、11 35 kV设备投运前或大修 后三年 至少一次 自行规定 套管设备投运前或大修 后每年 13年 必要时 自行规定 由于充油电气设备 容量和运行条件的不同，油质老化的速度也不 一样。当变压 器用油的PH值接近4.4或颜色骤然变深，其他某项指标 接近允许值 或不合格时，应缩 短检验 周期，增加检验项 目，必要时采 取有效处理措施。 二、固体绝缘材料的性能 充油电气设备 的内绝缘 常采用油纸绝缘结 构，所用的植物纤维 纸及其制品包含电缆纸 、电话纸 、皱纹纸 、金属皱纹纸 、点胶绝缘 纸、绝缘纸 板等。 变压 器油与绝缘纸 相结合构成的油纸绝缘结 构具有很高的耐电 强度，比两者分开单独的（油和纸

6、）任何一种材料都高得多。由于油的 绝缘 强度和介电系数低于纤维质 ，油承受较大的电场 强度，因此，用 纸把油分成一定数量的小油隙，既可以消除油中纤维杂质 的积累而不 易形成“小桥”，又可以使电场 均匀，提高绝缘 的电气强度。 油纸绝缘 的缺点是油和纸两者均易被污染，只要含百分之几的杂 质，影响就相当严重。因此，在工艺过 程中要尽可能地获得较纯净 的油 和纸，并根据此选择 合适的工作场强，才能保证变压 器绝缘结 构的可靠 性。 1绝缘纸 纸的分子结构有羟基，宏观上为多孔结构，极易吸引水分，在正 常大气条件下含水分为7%9%，饱含时可达15%。纸易被干燥，即使在空 气中加热也可干燥至含水分仅0.1

7、%，而在真空中可大大提高干燥速度。由 于纸和水的亲和力较油和水的亲和力强，因此，一般纸都从油中吸收水 分，并且纸吸收水分后不会与油平均分担水分而影响耐电强度、绝缘 老化 和机械强度。同时还应 指出，纸在干燥过程中不仅很难驱 出纸层 中的最 后残存水分（约0.1%），而且一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解 而放出的水分，两者难以直接区分。 纸受热能分解放出气体的比例约为 H2O：CO：CO2=70：12：18， 其中CO、CO2是由纸纤维 焦化所致。由于变压 器绝缘 中纤维 上承担的工 作场强并不高，通常不需要干燥到含0.1%水分这一危险临 界值。实际 上 ，不仅纸 的热老化与水分和氧的存在

8、有关，也与其他参数有非常复杂的关 系。一般说来，除非纸被油完全浸透，否则纸 中都会有空气或其他气体的 空隙。空隙所分担的电压 比纸高得多，如果空隙发生局部放电，将会使 油纸绝缘 逐渐腐蚀绝缘 而最终导 致损坏。 电缆纸 。电缆纸 是充油变压 器主要绝缘 材料之一，一般是由未漂 白硫酸盐纸浆经 抄纸而制成。在充油电力变压 器中，一般采用DLZ-08和 DLZ-12型电缆纸 ，其厚度分别为 0.08mm和0.12mm。电缆纸 主要用作导线 绝缘 、纸圈层间绝缘 和引线包扎绝缘 等。 对于超大型高压电 力变压 器，为了提高纸圈匝绝缘 的电气强度，可 采用高气密性、高均匀性的绝缘纸 ，如厚度为0.07

9、5mm和0.045mm的纸圈匝 绝缘纸 。0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高14%17%； 0.45mm绝缘纸比DLZ-08和DLZ-12混用绝缘纸提高27.6%36%。为了提高绝缘纸 的 耐热性，近年来国内外研制成了多种改性的耐热绝缘纸 ，如将纸浆 在有碱 性触媒下使纤维 素与氰乙烯起化学反应，以氰乙基换普通纤维 分子中最容 易老化的第一羟基，经氰 化处理后的使用温度可提高20。如果使用温度不 变，氰化纸可延长使用寿命，并能减轻变压 器的重量。 电话纸 。电话纸 由硫酸盐纸浆 制成，主要用作线圈导线绝缘 和 线圈端的端绝缘 。在充油电力变压 器中采用型号为DH

10、-50型的电话纸 ，其 厚度为0.55%mm，卷成宽度为50010mm纸卷。 皱纹纸 。皱纹纸 是将底纸为纤维绝缘纸 的绝缘纸经 加工而成。 各种皱纹纸 的引申率分别为 15%，20%，30%，50%，100%，200%和300% ，目前采用的皱纹纸 型号为JW-50，底纸分低密度和高密度两种。 以高密度纤维绝缘纸为 底纸和单方向引伸率为20%的皱纹纸 ， 一般用作匝绝缘 。底纸厚度为0.0750.125mm，并有两种不同的颜色。 当第二层与第一层匝间绝缘颜 色不同时，容易发现 第一层绝缘纸 有无 跑层现 象。 以高密度纤维绝缘纸为 底纸和具有双方向引伸率的皱纹纸 ，一 般用作引线绝缘 。这种

11、皱纸 的底纸厚0.1mm，包括皱纹 高度为0.45mm ，长度方向引申率为50%，垂直于长度方向引申率为20%。由于它可使 引线弯曲时最小半径小于绝缘 后引线外径的4倍，加之浸油性能好，抗 张强度、撕裂强度和伸长率都比电缆纸 高，因此，目前在变压 器线圈 的引线中已广泛采用这种皱纹纸 包扎绝缘 。 金属皱纹纸 。在底纸为 0.075mm的纤维绝缘纸 一面上粘 0.0075mm的铝箔，可制成0.5mm厚的金属皱纹纸 。它的引申率至少为 60%，可用作电屏蔽材料。由于它有较高的引申率和柔软性，可制成任 意形状的光滑表面，即可制成宽度为1000mm的大张金属皱纹纸带 ，也 可制成宽度为12.5，20

12、，25，30，40，50，75，100mm等的金属皱纹纸 带。 点胶绝缘纸 。如在底纸厚度为0.080.5mm纤维绝缘纸 的单面 或双面涂以环氧树脂胶点，可制成胶层厚度为0.01250.025mm、黏合 强度达450kPa的点胶绝缘纸 ，可作为层间绝缘 。 这种纸在120或150分别烘焙40min或80min后，胶层固化而 使各层纸 粘固在一起，机械强度增加，当用作中小型变压 器层式线圈 的层间绝缘时 ，可使抗短路机械力的能力有所提高。同时，由于绝缘 纸上的树脂涂层是呈点胶状，涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂 渗透于纤维纸 中，从而可保证绝缘 材料中气体的排出和油的浸入，可 将局部放电对绝缘

13、 的损坏程度减少到最小。 2绝缘纸 板 它由木质纤维 或掺有适量棉纤维 的混合纸浆经 抄纸、压光而制 成。目前有木质纤维 和棉纤维 各占一半的50/50型和不掺棉纤维 的 100/100型两种纸板。 从表23中的纤维 程度可以看出，棉纤维由于纤维间隙多而小，毛 细管现象多，因此抗张强度和吸油都较高。同时，棉纤维中含99%以上纯纤维 素，而木纤维中的纤维素只占80%左右，并还含一定的纤维 素和木质。 易吸收水分的纤维 素和木质混合在一起将增加吸湿能力，同时也增强 纤维 的结构作用。木质具有离子交换树 脂的作用，对热稳 定较差的 纤维 素的电离现象可起到催化作用，即 H2O+CO+CO2=H2CO

14、3H+CO3- (2-1) 表23 棉木纤维物理性能比较 种类 指标 棉纤维木纤维 断面粗度1020m2545m 纤维间 隙多而少少而大 毛细管现 象 多少 由于纤维 素和木质的存在，基于上述化学反应中电离现象的 催化作用，连锁 反应将促进热 分解，因此木纤维热 性能不够稳 定。 在变压 器绝缘 中，绝缘纸 板被广泛用作主绝缘 的隔板（纸筒 ）、线圈间支撑条、垫块 、线圈的支撑绝缘 和铁轭绝缘 。在110kV 级以上变压 器中用作隔板、角环等的绝缘纸 板，通常采用型号为 100/100，其厚度有0.5，1.0，1.5，2.5和3mm，目前已开始采用48mm 的厚纸板。 随着制造超高压和特高压大

15、型及特大型充油电力变压 器的需要，国 内外都在不断的提高绝缘纸 板的性能，如瑞士Weidmann公司的T系列 绝缘纸 板、美国Dubeent公司的芳香族聚酰胺纸板都显示良好的高耐 热性和机械性能。由于绝缘纸 和绝缘纸 板的介电系数z为4.5左右， 变压 器油的介电系数y仅为 2.2，而油纸绝缘在交流电压下纸层的Ez和油层 的电场Ey按Ez：Ey = y：z分布 ，油隙是油纸绝缘结 构的薄弱环节 。因 此，在木质纤维 中适当掺合低介电系数（2.13.8）组分的合成树脂纤 维的纸板，在超高压大容量变压 器制造中有良好的应用前景。同时， 由于采用纸浆 成型的绝缘 件稳定性好，强度适中，可以提高绝缘结 构 的可靠性。因此，国内已研制出各种由纸浆 成型的绝缘 件，以此来解 决超高压电 力变压 器绝缘结 构和引线绝缘问题 。 第二节 变压器油中气体的产生机理 油和纸是充油电气设备 的主要绝缘 材料，油中气体的产生机理与 材料的性能和各种因素有关。 一、变压 器油劣化及产气 变压 器油是由天然石油经过 蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它 是由各种碳氢化合物所组成的混合物，其中，碳、氢两元素占其全部重量 95%99%，其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物有