（应用化学专业论文）电力变压器绝缘故障的分析与诊断.pdf

y l l l1 1 l8118l1 1 3 l1 9 i14lrl1 1 i i a n a l y s i sa n dd i a g n o s i sf o rt h ei n s u l a t i o nf a u l to fp o w e rt r a n s f o r m e r l ih a i m b e ( c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro f e n g i n e e r i n g m a p p l i e dc h e m i s t r y m c h a n g s h au n i v e r s i t yo fs c i e n c e & t e c h n o l o g y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry a n gd a o w u a p r i l ，2 0 1 1 长沙理工大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：座蝻 日期：夏o 年 箩月心日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权长沙理工大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密口。 ( 请在以上相应方框内打“寸) 作者签名：凄国冲 导师签名：拗 v 日期：伊1 年s 月 2 ( 日 日期：争0 1 1 年s 月“日 摘要 在我国实施的“西电东送、南北互供、全国联网”能源战略中，电力变压器是 变电站的核心设备，也是互联电网安全运行的最重要和关键设备之一，它的运行 状况直接关系到电力系统的安全运行。绝缘油和绝缘纸是变压器的主要绝缘材 料，在外界应力作用下，容易老化，导致事故的发生。油进行滤油处理或更换即 可解决，影响变压器长期运行可能出现的问题是绝缘纸。经证实，大多数变压器 故障是由绝缘事故造成的。因此，确保运行变压器的正常运转，对电力变压器故 障诊断技术进行研究十分必要。本文选择电力变压器的绝缘故障为研究对象，从 高压变压器绝缘油硫腐蚀、油中糠醛含量测定、油中溶解气体分析及神经网络在 故障诊断中应用三个方面展开分析与研究： ( 1 ) 国外涉及到与硫腐蚀相关的大多数变压器事故中，在油中检测到了二 苄基二硫( d b d s ) 这种有机物。国内有关变压器绝缘油的硫腐蚀故障报道较少， 本文通过实验模拟二苄基二硫的存在对油性能的影响，具体分析了变压器绝缘油 硫腐蚀产生的原因和应对措施。从分析结果来看，加入d b d s 的油样，在一定 程度上也降低了油的绝缘性能，其体积电阻率、介质损耗均略有降低。经电镜扫 描发现，加入d b d s 的试样铜片表面沉积物与预期的硫化亚铜有着相似的原子 结构分布，有理由相信这些沉积物是硫化亚铜类似物。导电物质硫化亚铜在受污 染的纸带层间隙发生电荷堆积时，将引起整个介质损耗( t a n s ) 的额外增加。增 加的热量导致绝缘纸电导率增长，绝缘强度变得越来越弱，以致不能支撑油浸纸 带边缘的电压，导致邻近导线间电击穿。模拟实验中试样铜片处于静态腐蚀，而 实际运行变压器和电抗器内部油处于循环状态，发生硫腐蚀引起绝缘纸上硫化亚 铜沉淀的机理更加复杂。另外，温度的影响十分显著，在铜绕组的高温部位，铜 钝化剂很快被消耗掉了，就失去了原有保护作用。即便是向油中加入铜钝化剂， 也不能从根本上解决硫腐蚀这个问题。 ( 2 ) 变压器油中糠醛浓度p ( c s n 4 0 2 ) 是绝缘纸老化程度的重要指标，测定糠 醛含量可快速判断油浸式变压器绝缘材料的老化情况。采用高效液相色谱测定油 中糠醛含量，通过试验得出了液相色谱法的最佳检测条件：选用甲醇作油中糠醛 的萃取荆，检测波长2 7 1n i n ，流动相为体积比( 1 ：1 ) 的甲醇和水，检测流量 0 8 m l m i n 。并对湖南省多台不同运行年限和不同电压等级的变压器，采用液相 色谱法就油中糠醛含量展开了检测。结果表明：油中糠醛含量随变压器运行年限 增长而增大；补油、漏油、换油等油处理过程会造成部分糠醛损失，这对于正确 反映固体绝缘情况有一定影响。因此，对油纸绝缘设备定期进行油中糠醛含量测 定是必要的。 ( 3 ) 油中溶解气体分析方法( d g a ) 是诊断变压器故障的一种有效方法， 该技术在诊断变压器内部潜伏性绝缘故障类型，预测故障发展程度等方面得到广 泛应用。分析了变压器油中气体的形成机理，用特征气体法和改良三比值法来判 断电力变压器绝缘故障，探究了故障类型与油中气体含量的关系。湖南省超高压 输变电公司所管辖一台变压器的监测数据出现异常，采用d g a 技术进行跟踪分 析，发现该主变压器存在潜伏性故障，吊罩检查结果证实了基于油中溶解气体为 特征量的变压器故障诊断方法的准确性。在油中溶解气体分析技术基础之上，采 用粒子群算法和反向传播神经网络建立了一种新型故障诊断网络模型。与传统的 三比值法相比较，该网络模型的诊断方法达到了较好的故障识别与分类，诊断准 确率显著提高，预期在电力设备故障诊断中有良好应用前景。 关键词：电力变压器；油硫腐蚀；糠醛含量；故障诊断；神经网络 h a bs t r a c t t h ep o w e rt r a n s f o r m e ri sb o t ht h ec 0 1 ed e v i c eo ft r a n s f o r m e rs u b s t a t i o na n do n e o ft h em o s ti m p o r t a n ta n dc r u xd e v i c e si ni n t e r c o n n e c t e dp o w e rs y s t e m su n d e rs e c u i e o p e r a t i o na c c o r d i n gt ot h ee n e r g ys t r a t e g yo f ”n a t i o n w i d ei n t e r e o n n e e t i o n , s e n d i n g p o w e rf r o mw e s tt oe a s ta n dm u t u a ls u p p l yb e t w e e ns o u t ha n dn o r t h ，o f w h i c ht h e o p e r a t i o nc o n d i t i o nw o u l di n f l u e n c et h es e c u r eo p e r a t i o no f t h ep o w e rs y s t e m i th a s b e e np r o v e dt h a tm o s to fp o w e rt r a n s f o r m e rf a u l t sa 托c a u s e db yi n s u l a t i o na c c i d e n t s i n s u l a t i n go i la n di n s u l a t e dp a p e ra m a j o ri n s u l a t e dm a t e r i a l s t h e yw i l la g ee a s i l y t oc a u s ea c c i d e n tu n d e re x t e r n a ls t r e s s t h eo i li s s u ec a l lb et a c k l e db yr e p l a c i n go r f i l t e r i n g s o l i di n s u l a t i o nm a y i n f l u e n c et h el o n g - t e r mo p e r a t i o no fp o w e rt l - a l l s f o r m e l o t h u s ，i ti sn e c e s s a r yt oi n v e s t i g a t e t h ef a u l td i a g n o s i st e c h n o l o g yo fp o w e r t r a n s f o r m e ra n de n s u r et h a tt h ei r a n s f o r m e ri sw o r k i n gu n d e rn o r m a lc o n d i t i o n t h i sa r t i c l es u b j e c t st os t u d yt h ei n s u l a t i o nf a u l t so fp o w e rt r a n s f o r m e r i th a s d e v e l o p e dr e s e a r c h a n d i n v e s t i g a t i o n i nt h r e ea s p e c t so fs u l f u rc o r r o s i o ni n h i g h - v o l t a g et i d l l s f o r m e ri n s u l a t i n go i l ，f u r f u r a l c o n t e n td e t e r m i n a t i o ni no i la n d d i s s o l v e dg a sa n a l y s i sa n dn e u r a ln e t w o r ka p p l i c a t i o ni nf a u l td i a g n o s i s 1 a no r g a n i s mc a l l e db e n z y ld i s u l f i d ef o b i ) s ) h a sb e e nd e t e c t e di nm o s to ft h e s u l f u rc o r r o s i o nt r a n s f o r m e ra c c i d e n ta b r o a d b u ts u l f u r c o r r o s i o nf a i l u r e so f t r a n s f o r m e ri n s u l a t i n go i lh a v eb e e nr a r e l yr e p o r t e da th o m e b ys i m u l a t i n gt h e e x i s t e n c eo fd b d s ，w ec o u l df i n dt h ei n f l u e n c eo fi tt h u st oa n a l y z et h ec a u s e sa n d r e s p o n s e so fs u l f u rc o r r o s i o no ft r a n s f o r m e ri n s u l a t i n go i li nd e t a i l s t h er e s u l t ss h o w t h a ti ns o m ee x t e n tt h ei n s u l a t i o np r o p e r t yw o u l dl o w e ra n dt h ev o l u m er e s i s t i v i t ya n d d i e l e c t r i cl o s s e sd e c r e a s ei nt h es a m p l e sa d d i n gd b d s t h es e ms h o w sc o p p e r s a m p l e sa d d i n g d b d sh a v ed e p o s i t i o n sa tt h e i rs u r f a c ew h i c h h a v es i m i l a r d i s t r i b u t i o no ft h ea t o m i cs t r u c t u r eo fc o p p e rs u l f i d e i ti sb e l i e v e dt h e s ed e p o s i t i o n s a r cc o p p e rs u l f i d e a na d d i t i o n a li n c r e a s ew o u l dc a u s ei nt h et a n i iw h e nt h ec o p p e r s u l f i d et r i g g e rc h a r g ea c c u m u l a t i o ni nt h ec o n t a m i n a t e dc l e a r a n c e t h e r e f o r e ，i ti s 1 1 | v e r yl i k e l yt h a tt h ei n c r e a s i n gh e a tw o u l dc a u t h eg r o w t ho fc o n d u c t i v i t y o f i n s u l a t e dp a p e r t h ed i e l e c t r i cs t r e n g t hb e c o m e sw e a k e ra n dw e a k e rs ot h a ti tc a n n o t s u p p o r tt h ev o l t a g ea tt h ee d g eo ft h eo i lt a p ea n dl e a dt oe l e c t r i c a l b r e a k d o w n b e t w e e na d j a c e n tc o n d u c t o r s t h ec o p p e rs a m p l ei ns i m u l a t i o ne x p e r i m e n ti si ns t a t i c c o r r o s i o nw h i l et h e a c t u a lo p e r a t i o no fo i li nt h et r a n s f o r m e r sa n dr e a c t o r si si n c i r c u l a t i o ns t a t e t h es u l f u rc o r r o s i o ni nt r a n s f o r m e rr a i s e db yc o p p e rs u l f i d ed e p o s i t i sm o r ec o m p l e x e x p e r i m e n ts h o w st h a to i lw i t hd b d si si n f l u e n c e ds i g n i f i c a n t l yb y t e m p e r a t u r e a tt h eh i g h - t e m p e r a t u r ep a r t so ft h ec o p p e rw i n d i n g s ，t h em e t a l p a s s i v a t o r w i l lc o n s u m eq u i c k l ya n dl o s ei t s o r i g i n a lp r o t e c t i v e e f f e c t t h e c o n s e q u e n c ei st h a tt h es u l f u rc o r r o s i o nc a n n o tf u n d a m e n t a l l yb ei s s u e de v e ni f m d i n gc o p p e rp a s s i v a t o ri n t ot h eo i l 2 t h ec o n c e n t r a t i o no f f u r f i l r a li sa ni m p o r t a n t i n d i c a t o ri nt r a n s f o r m e ro i l t h ea g m gc i r c u m s t a n c eo fi n s u l a t i o nm a t e r i a l so fo i l - t y p e t r a n s f o r m e r s 锄b ej u d g e dr a p i d l yb yt e s t i n gt h ec o n t e n to ft h ef i l r f u r a l h i g h p e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h yw a su s e dt ot e s tt h ef u r f u r a lc o n t e n ti no i lw h i l e t h eo p t i m a lc o n d i t i o nw a sa c q u i r e dt h r o u g he x p e r i m e n t s t h em e t h a n o lw a su s e da s t h ee x t r a c t i o no ff u r f u m li nt h eo i l ，t h ed e t e c t i o nw a v e l e n g t hi s2 71r i m , t h em o b i l e p h a s ev o l u m er a t i oi s1 ：1a n dt h et e s t i n gf l o wi s0 8 m l m i n t h ec o n t e n to f f u r f i n i n p o w e rt r a n s f o r m e r so f d i f f e r e n to p e r a t e dy e a r sa n dd i f f e r e n tv o l t a g er a t i n g sh a v eb e e n t e s t e d t h em e a s u r e m e n tr e s u l t ss h o wt h a tt h el o n g e ro p e r a t e dy e a r s ，t h eh i g h e r f u r f u r a lc o n t e n t i na d d i t i o n , v a r i o u sf o r m so fo i lp r o c e s s i n gl i k eo i lc o m p l e m e n t , o i l s p i l l s ，o i lc h a n g ew o u l dl e a dt op o r t i o n so f l o s so ff u r f u r a l ，w h i c hm a yh a v ec e r t a i n i m p a c to nr e f l e c t i n gs o l i di n s u l a t i o nc i r c u m s t a n c ea c c u r a t e l y t h u s ，i ti so fn e c e s s i t y t ot e s tt h eo i l - p a p e ri n s u l a t i o ne q u i p m e n t sf u r f u r a lc o n t e n ti no i lr e g u l a r l y 3 t h ed i s s o l v e dg a sa n a l y s i s ( d g a ) i sa ne f f e c t i v em e t h o dt od i a g n o s et h e f a u l t so fp o w e rt r a n s f o r m e r t h i st e c h n o l o g yh a sb e e nw i d e l yu s e di nd i a g n o s i n gt h e t y p eo fi n t e r n a lp o t e n t i a li n s u l a t i o nf a u l t si np o w e rt r a n s f o r m e ra n dp r e d i c t i n gt h e f a u l t s d e v e l o p m e n t l e v e l t h em e c h a n i s mo fg a sf o r m a t i o ni n t h ep o w e r t r a n s f o r m e ro i lh a sb e e na n a l y z e d ，t h ei n s u l a t i n gf a u l t sh a v eb e e nj u d g e db yu s i n gt h e c h a r a c t e r i s t i cg a sm e t h o da n dt h ei m p r o v e dt h r e e r a t i om e t h o da n dt h ec o n n e c t i o no f t h ed i a g n o s i st y p ea n dt h ec o n t e n to fg a si nt h eo i lh a sb e e ne x p l o r e d t h em o n i t o r i n g i v d a t ao fat r a n s f o r m e ro w n e db ye h vp o w e rt r a n s m i s s i o nc o m p a n yo fh u n a n p r o v i n c et e n d e dt ob ea b n o r m a l t h ed g at e c h n o l o g yw a su s e dt ot r a c ka n da n a l y z e i ta n dt h e yf i n a l l yf o u n dt h ep o t e n t i a lf a u l t so ft h et r a n s f o r m e r t h ea c c u r a c yo fp o w e r t r a n s f o r m e rf a u l td i a g n o s i sm e t h o db a s e d0 1 1d i s s o l v e dg a s e sc h a r a c t e r i s t i cq u a n t i t y h a sb e e nc o n f m n e db yh a n g i n g t y p ee x a m i n a t i o nr e s u l t s an e wt r a n s f o r m e rf a u l t d i a g n o s i sn e t w o r km o d e lh a sb e e ne s t a b l i s h e d 、析t l lp a r t i c l es w a r ma l g o r i t h ma n d b a c kp r o p a g a t i o nn e u r a ln e t w o r k c o m p a r e d 、析t l lt h et r a d i t i o n a lt h r e er a t i om e t h o d , t h i sn e t w o r km e t h o db a s e do nd i a g n o s t i cm e t h o dh a sa c h i e v e dab e t t e rf a u l t i d e n t i f i c a t i o na n dc l a s s i f i c a t i o na n da tt h es a m et i m e , t h ed i a g n o s t i ca c c u r a c yh a s i m p r o v e ds i g n i f i c a n t l y i ns h o r t , t h i sm e t h o di se x p e l - t e dt oh a v eab r i g h ta p p l i c a t i o n p r o s p e c t k e yw o r d s ：p o w e rt r a n s f o r m e r , o i l s u l f u r d i a g n o s i s ，n e u r a ln e t w o r k v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第一章绪论 1 1 变压器故障诊断的重要意义一l 1 2 变压器绝缘材料的化学组成及故障产生的原因2 1 3 电力变压器绝缘故障诊断技术的国内外研究现状5 1 3 1 绝缘油硫腐蚀故障诊断5 1 3 2 绝缘油中糠醛含量与绝缘纸老化的关系5 1 3 3 绝缘油中溶解气体分析诊断电力变压器故障6 1 3 4 综合评估手段7 1 3 5 人工智能在变压器故障诊断中的应用及国内外研究现状8 1 4 本文的研究内容。9 1 5 创新点。1 0 第二章二苄基二硫对绝缘油腐蚀的研究 2 1 油中腐蚀性硫的来源1 1 2 2 测试腐蚀性硫的材料与方法一1 3 2 3 实验方案设计13 2 3 1 实验仪器与材料。1 4 2 3 2 前期准备15 2 4 结果与讨论16 2 4 1 二苄基二硫对介质损耗的影响1 6 2 4 2 二苄基二硫对体积电阻率的影响1 7 2 4 3 二苄基二硫对油中铜片形态的影响1 9 2 5 油硫腐蚀诱导机理分析2 0 2 6 腐蚀硫的缓解2l 2 7 小结2 2 第三章电力变压器油中糠醛含量测定条件的研究 3 1 糠醛测定方法2 4 3 2 检测条件和参数的选择试验2 4 3 2 1 样品和仪器2 4 3 2 2 紫外吸收波长的选择2 5 3 2 4 流动相流速选择。2 6 3 3 结果与讨论2 6 3 3 1 流动相的准备2 6 3 3 2 样本的预处理2 6 3 3 3 标准曲线的绘制2 7 3 3 4 实例样品的测试2 8 3 4 小结2 9 第四章油中溶解气体分析技术与故障诊断 4 1 油纸绝缘材料分解产气的机理3 0 4 1 1 绝缘油的老化机理分析3 0 4 1 2 绝缘纸的老化机理分析3 2 4 2 故障诊断3 3 4 2 1 故障类型与油中气体含量的关系3 3 4 2 2 故障诊断步骤3 5 4 2 3 故障诊断方法判断。3 6 4 2 3 实例分析3 7 4 3 神经网络在故障诊断中的运用3 8 4 3 1 人工智能与变压器故障诊断3 8 4 3 2b p 网络设计3 9 4 3 3p s o b p 优化基本原理4 1 4 3 4p s o b p 优化的步骤4 3 4 3 5 基于p s o b p 网络的变压器故障诊断。4 4 4 4d 、结4 6 结论4 7 参考文献4 9 致j 射。5 5 附录a ( 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文) 5 6 附录b 仉与m c 的函数对应关系值表5 7 附录cp s o b p 混合编程代码5 8 第一章绪论 1 1 变压器故障诊断的重要意义 全国现有变电站总数约3 5 万座，主变压器约5 5 万台【。近年来，随着我 国国民经济各个领域的迅速发展，电力系统正在向超高压、大电网、大容量、自 动化的方向发展。国内用电需求急剧增大，国家电力工业正经历迅猛发展阶段， 每年改造和新建的变电站约有1 0 0 0 个。 国家电力工业的迅速发展，所用的电气设备愈来愈多，确保电力系统的安全 运行，对整个国民经济的发展至关重要【2 1 。为此，要加强对设备运行状态的监测， 及时查出内部的早期故障，防止事故于未然。 运行中电气设备的绝缘状态对电力系统的安全运行至关重要，要求电业工作 人员必须加强电气设备绝缘的监测与诊断，及时发现隐患以确保电力设备和人身 安全。电力设备故障常引起电网故障，甚至导致系统崩溃和瓦解，其危害极大。 在实现现代化生产的同时，预防和减少设备事故，将是一件头等重要的大事，对 电力工业来讲就具有更为突出的重要意义【3 1 。 随着发电机单台容量的增大和输电电压等级的提高，变压器的电压等级和单 台容量随之相应增大和升高，同时对变压器可靠性能方面也提出了更高要求。目 前国内变压器最大单台容量为4 0 0 m v a ( 三相) ，最高电压等级为5 0 0 k v ，国外 则分别已达到1 3 0 0 m v a ( 三相) 和1 1 5 0 k v 。在各种电气设备中，电力变压器等 充油电气设备是电力系统重要的组成部分，同时也是电力系统中发生事故最多的 设备，其运行状态直接影响系统运行的安全与稳定1 4 】。变压器一旦出现故障，可 能导致电网停电，且修复困难，修复时间长。由于变压器设备造价昂贵，变压器 故障造成的经济直接损失( 包括设备损失和电量损失) 和间接损失( 停电引起的) 巨大，如果在考虑社会效益，损失将更大。目前国内外电力系统许多变压器都已 经达到了其设计寿命年限，但考虑到成本及经济效益等因素，仍在电力系统承担 着输变电压的任务。这些变压器进入了绝缘寿命晚期，承受短路故障和过热故障 的能力都明显下降。对电力系统中最重要并且是最昂贵的设备，应该提高变压器 的运行维护和技术管理水乎，是保障供电可靠性的有效手段。 如何确保变压器的安全运行受到了世界各国的广泛关注【5 1 1 6 1 。另外，国内外 许多的资料表明，开展故障诊断能取得明显的经济效益【7 1 。据日本统计【3 1 ，在采 用诊断技术后，事故率减少7 5 ，维修费降低2 5 0 0 - 5 0 ；英国对2 0 0 0 个国营工 程展开了调查，结果表明：采用诊断技术后每年节省维修费3 亿英镑，用于诊断 技术的费用仅为o 5 亿英镑，净获利2 5 亿英镑【9 l 。因此，通过对电力变压器等 电气设备进行故障检测和分析诊断，从而准确、可靠地发现这些设备中逐步发展 的潜伏性故障，有效防止由此引起的霞大电力事故，实现从现行的预防性检修方 式向状态检修方式转变，对实现电力系统运行的安全可靠性和维护经济性都具有 十分重要的意义。 1 2 变压器绝缘材料的化学组成及故障产生的原因 电力变压器由绝缘材料、导电材料、导磁材料及结构材料构成【1 0 1 。绝缘材 料大多为有机材料，如矿物油、绝缘纸及各种有机合成材料。油浸式电力变压器 的绝缘材料主要是绝缘油和绝缘纸。绝缘油是天然石油经过蒸馏、精炼而获得的 一种矿物油。石油基碳氢化合物有烷烃、环烷烃、芳香烃和烯烃等，它们是由各 种碳氢化合物所组成的混合物。碳、氢两元素占其全部重量的9 5 旷9 9 ，其它 为硫、氮、氧以及极少量的金属元素等。 烷烃又称石蜡烃，包括直链烷烃和异构烷烃，分子通式为c n h 2 以。直链烷 烃的凝点高，在高压条件下易分解产生氢气，因此很少使用。异构烷烃则有许多 优良的理化性质，例如凝点低( 1 7 0 ) ，酸值低 ( o 0 0 1 m g k o h g - 1 ) ，氧化安定性好及界面张力高等，它是变压器油的理想组分。 环烷烃的分子通式为c n h 2 n 、c l i h 她、c l i h 2 “等，分子结构比较复杂，有单环、 双环和多环，并带有烷基侧链。由于环烷烃具有较高的抗爆性，低凝点及较好的 润滑性，会使制得的油品具有良好的热稳定性和化学安定性，是电力用油的主要 理想成分之一。芳香烃的分子通式为c i l h 知6 、c n h 2 l i - 1 2 等，跟环烷烃相比，芳香 烃化学性质更为活泼，它们的活性完全由侧链的数量和大小决定。芳香烃是生成 渣滓的主要物质，是精炼过程中应去除的成分。石油中芳香烃的含量约在 1 4 - - 3 0 之间变化，一般新变压器油分子量在2 7 0 - - - 3 1 0 之间变化，每个分子的 碳原子数在1 9 n 2 3 之间，其化学组成至少包含5 0 的烷烃，1 0 - 4 0 的环烷烃 2 以及5 1 5 的芳香烃。 1 | 3 化合物。含有羟基，每一链节中有三个羟基与主环上的碳原子相连生成氢键。呈 链状，由于长链相互间的氢键引力和摩擦力，使得纤维素有很大的强度和弹性， 机械性能良好。纤维素耐油和不溶，宏观结构纤维呈管状，纤维之间呈多孔状， 因此具有透气性，吸湿性和吸油性；未浸渍油时，它的击穿电场强度、机械强度 和耐热性均不高，但浸渍油后，电性能非常良好，与变压器油一起构成变压器的 绝缘系统。 运行过程中，受到电、热、机械、环境等多种因素的作用，绝缘材料容易逐 渐劣化造成设备故障，引起供电中断。美国变压器维护协会在编著的变压器维 护指南中说明【1 1 l ：“很多数据表明：变压器绝缘系统损坏造成的故障，占到变 压器所有故障因素的8 5 以上 。据不完全统计，2 0 0 6 年国家电网公司1 1 0 k v 以上的变压器有“台出现事故，事故总容量为5 1 2 0 5 m v a ，故障仍以绝缘事故 为主，占到了事故总数的8 1 1 。实践证明，绝缘材料性能劣化是导致变压器事 故的主要原因1 1 2 1 。 油浸变压器和干式树脂变压器是目i ； 应用最广泛的电力变压器。变压器的绝 缘材料构成它的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件。由于绝缘材 料( 即油纸和树脂等) 容易受到损坏，因此，它的寿命决定了变压器的使用寿命。 绝缘系统中的故障主要表现在以下几个方面【1 3 l ：乱采用薄绝缘、小油道设计制造 的变压器工作寿命短，投运不久就发生故障。b 变压器内部清洁度要求很高，在 即使只有极少数的金属杂质留在变压器线圈表面及器身，也会对爬电距离产生很 大影响，运行中会产生局部放电进而导致沿面放电等后果。c 变压器相间绝缘如 果没有足够裕度，则可能产生相间短路。如果在相问加入绝缘隔板，这种短路故 障会破坏相间电场强度分布，引起油间隙和隔板的电场强度过高，导致隔板的树 枝状放电。d 绝缘成型件，用绝缘纸和合成树脂压制而成的绝缘筒、绝缘管和绝 缘板等，如果在制造过程中，表面或内部受到导电质污染，运行中内部会发生局 部放电，绝缘件表面放电等故障，致使绝缘失效。e 如果变压器油道设计不佳或 者油流速度过高，导致运行中油流带电现象严重。变压器油受到污染后绝缘强 度下降，会引起变压器整体绝缘性能下降。g 变压器油箱上的局部密封失效或其 他因素，水分进入变压器内部，大大降低了局部的绝缘强度，从而可能引起线圈 及引线对油箱的击穿或对铁心构件击穿。h 长时间负载运行的变压器会引起绝缘 4 油老化，油温过商会加速油泥、水分以及酸的形成。 无论何种原因引起变压器发生故障，比如短路故障、过热故障等最终都将导 致变压器绝缘损坏或击穿，从而导致事故【1 4 1 。绝缘系统很大程度上决定了变压 器运行的经济性能以及可靠性。正常运行及注意进行维修管理的变压器，其绝缘 材料具有很长的使用寿命。国外根据理论计算及实验研究表明，当小型油浸配电 变压器的实际温度维持在9 5 时，理论寿命将可达4 0 0 年。设计和现场运行的 经验说明，维护好的变压器，实际寿命能达到5 0 - - 7 0 年；按照制造厂的设计要求 和技术指标，一般把变压器的预期寿命定为2 0 - - - 4 0 年。因此，保护变压器的正常 运行及加强对绝缘系统的合理维护，可以保证变压器具有较长的使用寿命，预防 性和预知性的维护是提高变压器使用寿命和提高供电可靠性的关键。 1 3 电力变压器绝缘故障诊断技术的国内外研究现状 1 3 1 绝缘油硫腐蚀故障诊断 变压器线圈材料遭受硫腐蚀的问题越来越引起相关工程技术人员关注【1 6 1 。 近年来，国内外有许多记载案件变压器故障归于油硫腐蚀1 7 】。该故障具有以下 特征，主要发生在5 0 0 k v 、大容量、高油温、大负荷、带密封油枕的高压变压 器上。并且只发生在裸铜线直接与绝缘纸接触的绕组上，主要是高压绕组，这认 为与变压器运行中温度的分布有兴1 9 1 1 6 1 。 据国外某变压器厂不完全统计【1 9 1 ：最近1 5 年内，由于硫腐蚀问题造成或者 疑似变压器的大型故障约1 0 0 台。在福建、深圳、华东、华北等地区电网相继在 2 2 0 k v 、5 0 0 k v 的变压器故障检查中发现，变压器高压绕组和绝缘纸上存在浅灰 色或蓝紫色化合物沉积，即硫化亚铜沉淀。该物质具有导电性，对导线绝缘纸渗 透、污染，使导线绝缘强度逐渐减弱，最终导致变压器匝间绝缘击穿，变压器线 圈烧毁。变压器的油硫腐蚀问题引起了国内外很多学者的关注，但国内实验室内 对此展开的研究较少。 1 3 2 绝缘油中糠醛含量与绝缘纸老化的关系 诊断油纸绝缘老化的方法主要是通过测试油纸绝缘老化参数实现的，国内外 学者在相关领域开展了大量的研究工作 2 0 1 1 2 11 2 2 1 。用于表征变压器绝缘老化程度 的特征量众多，目前被公认用于评价油纸绝缘老化的方法 2 3 1 有变压器溶解气体 5 分析法( d g a ) 、聚合度检测法、糠醛分析法等。油中糠醛含量仅来源于固体纤 维绝缘的降解，被证实它比油中溶解的碳氧化合物气体更能表征纸的老化，并已 纳入i e c l l 9 8 国际标准。研究者们对油中糠醛的测定展开系列实验，检测油中糠 醛含量的方法有液相色谱法和分光光度法 2 4 1 。与之相比，前者具有准确度高， 重现性好的特点。 1 3 3 绝缘油中溶解气体分析诊断电力变压器故障 变压器在长期运行或负载情况下，空气中氧气，水分渗入，以及热、电应力 的交叉作用下，会对绝缘材料的性能产生影响。变压器油和绝缘纸逐渐老化和分 解，引起油物理性能、化学性能以及电气性能的变化，各项指标不能满足变压器 油质量标准瞄l 。当变压器内部存在电弧或高温热点时，故障点