油纸绝缘电介质.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流油纸绝缘电介质.精品文档.油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验研究 2012年5月 重点实验室项目任务书学 院 电气工程学院组 长 陈俊贤 学 号 20102 班 级 电气3班组 员 陈 峰 学 号 20102 班 级 电气3班 彭 松 学 号 20102 班 级 电气3班 林静英 学 号 20102647 班 级 磁浮班 林 莉 学 号 20102638 班 级 磁浮班 发题日期： 2011年9月？日 完成日期： 2012年5月20日题 目 油纸绝缘电介质频率响应的测试技术及实验研究 1、本论文的目的、意义 油浸式变压器由于具有较高的绝缘

2、强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。目前，国内许多大型变压器已经运行了数十年，进入了寿命的中后期，如果一次性全部将其更换，将需要大量资金，而且其中有许多变压器仍可以安全运行若干年，盲目更换会造成巨大的浪费，这对电力企业及铁路来说是不可接受的。因此，对变压器的绝缘状况进行诊断，掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划，对提高变压器的可用率和整个电网及铁路运行可靠性都具有重要意义。 2、学生应完成的任务 （1）了解油浸式变压

3、器绝缘系统结构，着重了解油纸绝缘系统； （2）研究目前主要的一些变压器油纸绝缘状态诊断技术，了解当今国内外研究现状和进展； （3）学习变压器油纸绝缘的电介质响应法，着重研究频率响应测试； （4）研究频率响应测试方法，以及该测试系统的组成部分、工作原理和实验步骤； （5）针对频率响应测试系统中的微电流测量，设计出电流电压转换电路，并用Pspice仿真软件对其进行仿真分析； （6）在实验室条件下，搭建微电流测量电路，对模拟变压器油纸绝缘系统进行频率响应测试； （7）分析实验所得数据，对实验提出改进方案。 3、论文各部分内容及时间分配：第一部分 查阅相关文献，搜集相关资料，研究本论文题目的意义及国内

4、外发展现状 ( 2011年10月-12月)第二部分 完成油纸绝缘电介质响应相关理论的学习，尤其是对频率响应测试的学习 ( 2012年1月-2月)第三部分 完成对油纸绝缘系统的电介质频率响应测试实验 ( 2012年3月)第四部分 完成实验数据的整理、分析 ( 2012年4月)第五部分 得出结论，完成论文的撰写 ( 2012年5月) 评阅及答辩 完成论文的评阅，修改和打印，最后完成答辩 ( 2012年5月底)备 注 指导教师：周利军 年 月 日审 批 人： 年 月 日摘 要油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统中。绝缘油和绝缘纸组

5、成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。目前，国内许多大型变压器已经运行了数十年，进入了寿命的中后期，如果一次性全部将其更换，将需要大量资金，而且其中有许多变压器仍可以安全运行若干年，盲目更换会造成巨大的浪费，这对电力企业及铁路部分来说是不可接受的。因此，对变压器的绝缘状况进行诊断，掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划，对提高变压器的可用率和整个电网及铁路运行可靠性都具有重要意义。变压器油纸绝缘是一种复合电介质，油纸绝缘的老化会引起油纸绝缘体系介电特性的变化。为研究油纸绝缘频域介电谱特性参数与油纸绝缘复合电介质极化

6、过程的关系，以及更好地将频域介电谱技术用于变压器老化状态无损诊断，通过变压器油纸绝缘扩展Debye 等效电路模型仿真了绝缘电阻、几何电容以及时间常数分支电路参数的变化对油纸绝缘系统复电容频域介电谱的影响规律，通过频域介电谱实验研究了油纸绝缘系统的复相对介电常数、复电容、介损等参数与油纸绝缘状态和测试温度的关系，并根据电介质极化理论深入分析了油纸绝缘极化参数随频率和温度变化的规律。 本方法充分利用绝缘材料介电常数随电压频率变化而发生变化的这一固有特性，通过测试不同温度、不同微水含量试样的输出电压增益和相位差相关特征参量，结合测试装置的等效电路进行数学计算，得出试样的复介电常数。分析油纸绝缘微水含

7、量与复介电常数、温度和施加电压频率之间相互影响的规律，再利用数学软件工具对测试数据的变化规律进行拟合处理，最终获得油纸绝缘微水含量与复介电常数、温度和施加电压频率的通用函数关系式，最后利用此函数关系式从而实现对未知油纸绝缘微水含量的计算。 本论文首先介绍油浸式变压器的油纸绝缘系统，分析变压器油纸绝缘的老化机理，总结目前一些主要的变压器油纸绝缘状态的诊断技术，了解油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法(FDS)的研究现状和进展。其次介绍变压器油纸绝缘介电响应的相关理论，研究油纸绝缘电介质基于频率响应测试的频域谱法（FDS），重点研究FDS测试电路的微电流测量。基于油纸绝缘电介质频率响应FDS测

8、试电路的微电流测量，设计出电流电压转换电路，并运用Pspice仿真软件对电路进行仿真，分析了不同温度变化对电路的影响。通过FDS 实验研究了绝缘纸层数、绝缘纸含水量、油纸绝缘试品老化程度以及温度对油纸绝缘试品频域介电谱特性的影响。在实验室条件下，搭建微电流测量电路，对模拟的变压器油纸绝缘系统进行频率响应测试实验，并对实验结果提出改进方法。关键词：油纸绝缘 电介质 频率响应 微电流测量 Debye 模型 FDS目 录第1章 绪论111 油纸绝缘电介质频率响应的研究意义112 变压器油纸绝缘系统21主绝缘4（1）包绝缘层5（2）加覆盖层5（3）加隔板52纵绝缘5121 变压器油61变压器油的性能7

9、2变压器油的老化机理7122 变压器固体绝缘材料71绝缘纸92绝缘纸板103绝缘纸的性能104绝缘纸的老化机理10（1）水解11（2）氧化降解11（3）热降解1113 变压器油纸绝缘状态的诊断方法121. 化学诊断方法12（1）微水分析12（2）油中溶解气体分析（DGA）12（3）绝缘纸聚合度测试（DP）12（4）油中糠醛含量分析132电诊断方法1314 油纸绝缘电介质频域谱法（FDS）诊断的研究现状131老化的影响142温度的影响143水分的影响1515 本文研究的主要内容15第2章 变压器油纸绝缘电介质响应的相关理论1721 引言1722 介质响应的基本概念17221 复介电常数17222

10、 电介质的极化17223 电介质的损耗1923 频域介质响应法在变压器油纸绝缘诊断上的应用22第三章 频率响应特性的研究2331电介质频率响应法的介绍2332频率响应法的测试方法24321变压器油纸绝缘等效模型24322测试原理24323测试系统组成部分25324工作原理和实验步骤2833油纸绝缘状态和测试温度的关系293. 4油纸绝缘状态和测试温度的关系30第4章 油纸绝缘电介质频率响应测试技术的研究3041 引言3042 FDS测试电路示意图3143 FDS测试原理3244 FDS测试电路的微电流研究32441 微电流测量方法概述321开关电容积分法322运算放大器（+T型电阻网络+单片机

11、）323场效应管+运算放大器32442 微电流测量电路设计的原理33443 运算放大器的选择3545 对设计电路应用Pspice仿真36451 绘制原理图361创建电路图文件362开始绘制原理图36452 对电路仿真分析37453 温度变化对电路性能的影响3846 高频下微电流测量电路的研究40461 高频的电路原理图40462 仿真分析41第5章 实验及数据处理4351 实验材料4352 实验设备4353 实验步骤4554 实验的第一次调试及整改4555 实验的第二次调试及数据处理4556 实验电路的改进方案471电路引入T型网络结构472引入驱动屏蔽483检测电路时应该要注意的地方48总结

12、与展望49致谢50参考文献50第1章 绪论11 油纸绝缘电介质频率响应的研究意义随着我国国民经济的快速稳定发展，人们对电能需求的迅速增长，我国电网的规模日益扩大。在电力系统向超高压、大容量、大电网、自动化方向发展的同时，提高电力设备的运行可靠性和稳定性更为重要。而在电力系统运行中，油浸式变压器由于具有较高的绝缘强度、较长的使用寿命，广泛用于高压、超高压输电系统以及电气化铁路牵引供电系统，承担着电压变换、电能分配和传输的任务，并提供各种电力服务。它的运行状况直接关系到系统的安全运行。由文献1，2，3可知，一台运行中的大型变压器若发生绝缘故障，则可能中断电力供应，导致大面积停电，其检修期一般要半年

13、以上，不仅给用户带来巨大不便，同时也给社会造成巨大的经济损失。以一套三相500kV，360MVA的大型变压器为例，一旦发生事故，其维修费用应当在数百万元，停电一天的直接电量损失（按1KWh电0.4元计）达280万元，而因停电引起的间接损失（按1KWh电产值4元计）可高达2800万元。据不完全统计，2005年度国家电网公司系统的110 kV及以上电压等级变压器共发生损坏事故18台次、事故容量为1884.2 MVA。以110 kV及以上电压等级变压器的在运总台数(15230台)和总容量(1033590MVA)为基数，计算变压器的年台次损坏事故率和年容量损坏事故率分别为0.12%和0.18%。因此，

14、对变压器的绝缘状况进行诊断，掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的变压器运行、维护以及更新计划，对提高变压器的可用率和整个电网运行可靠性都具有重要意义。绝缘油和绝缘纸组成的复合绝缘构成了油浸式变压器的绝缘系统，变压器的使用寿命是主要由绝缘材料的绝缘强度决定。大量资料表明绝缘性能的劣化是导致电气设备失效的主要原因，电气设备的多数故障是绝缘性故障。其原因不仅是电力作用引起绝缘劣化，机械力或热应力作用或者和电场的相互作用最终也会发展为绝缘性故障。目前，国内外电力系统中，已有相当数量的电力变压器达到甚至已经超过了其设计年限，由于运行成本、经济效益等相关因素所制约，这些设备仍在电力系统运行中担任着重要的

15、角色，但其绝缘程度已相当老化甚至达到其寿命终点。因此，为了保证电网的安全及变压器的可靠运行，迫切需要对变压器油纸绝缘老化的状态信息进行准确评估，一些可修复的缺陷进行及时处理，避免发生绝缘早期失效。而对于一些运行年久的变压器，则要求能对其绝缘系统的老化程度进行科学准确地评估，从而充分挖掘变压器的使用潜力。对电力变压器油纸绝缘系统老化的研究已经过了40余年的历程，国内外学者已探索、总结出一些变压器故障诊断的方法和规律，它们为保证电力系统安全运行、减少电网事故发挥了积极有效的作用，但是各种方法都存在着一些缺点与不足。已用于诊断变压器绝缘老化状态的糠醛、聚合度、油中溶解气体等方法4要么需要取油样进行测

16、量，要么需要取固体绝缘纸样进行测量，需要变压器停运、吊罩、取芯，在实际工作中带来很大的不便，而且还会给电力企业带来巨大的经济损失。目前，研究获取表征油纸绝缘老化的新特征量，并进而为评估变压器油纸绝缘老化状态提供准确且有价值的参考，仍然属于油纸绝缘领域研究的前沿热点问题。介电响应始于20世纪90年代，是一种通过外加电压获得电力变压器固体绝缘状态的无损测试方法。它具有抗干扰能力强、携带信息丰富等特点，同时可以方便地用于变压器的现场检测。因此，国外的许多研究机构和学者都认为对于油浸式变压器等电力设备，介电响应法是一种很好的诊断工具。它包括基于时域介电响应技术的回复电压法（Recovery Volta

17、ge MethodRVM）、极化去极化电流法（Polarisation and Depolarisation CurrentPDC）和基于频域介电响应的频域谱法（Frequency Domain SpectroscopyFDS）。与RVM和PDC相比，FDS 测量交流电场刺激下的极化响应，可以对不同的刺激频率进行逐点或扫频测量，其测量频带窄，受噪音干扰程度小，所需实验电源电压低，携带信息丰富5。频域介电谱法（FDS）作为一种新兴的无损诊断技术，目前一些国外学者应用FDS法研究油纸绝缘系统，也仅局限于老化、水分、温度等对绝缘油或绝缘纸频域谱曲线变化趋势的描述，没有从电介质极化理论的本质上对影响绝

18、缘油或绝缘纸FDS曲线的原因进行深入分析。国内对于FDS的研究起步较晚，并且受测量等诸多因素的影响，有关频域谱的研究还少见报道。综上所述，研究变压器油纸绝缘的频域介电响应特性，对掌握变压器的运行状态，制定科学、合理的电力变压器运行、维护以及更新计划，提高变压器的可用率和整个电网运行可靠性而言，无疑是一项具有重要现实意义和学术价值的研究课题。12 变压器油纸绝缘系统电力变压器是电力系统中输变电和供配电系统的重要设备，关系到电力系统的正常运行。变压器种类很多，用途也很广泛。在电力变压器中，目前以油浸式变压器的产量最大，应用最广。以油浸式电力变压器为例，其主要结构部件有：铁心和绕组两个基本部分组成的

19、器身，以及放置器身且盛有变压器油的油箱，为把绕组端子从邮箱内引出而在油箱盖上安装的绝缘套管，为在一定范围内调整电压而附的分接开关，此外，还包括保护装置，冷却装置和出线装置等。油浸式变压器性能特点：a、油浸式变压器低压绕组除小容量采用铜导线以外，一般都采用铜箔绕抽的圆筒式结构；高压绕组采用多层圆筒式结构，使之绕组的安匝分布平衡，漏磁小，机械强度高，抗短路能力强。b、铁心和绕组各自采用了紧固措施，器身高、低压引线等紧固部分都带自锁防松螺母，采用了不吊心结构，能承受运输的颠震。c、线圈和铁心采用真空干燥，变压器油采用真空滤油和注油的工艺，使变压器内部的潮气降至最低。d、油箱采用波纹片，它具有呼吸功能

20、来补偿因温度变化而引起油的体积变化，所以该产品没有储油柜，显然降低了变压器的高度。e、由于波纹片取代了储油柜，使变压器油与外界隔离，这样就有效地防止了氧气、水份的进入而导致绝缘性能的下降。f、根据以上五点性能，保证了油浸式变压器在正常运行内不需要换油，大大降低了变压器的维护成本，同时延长了变压器的使用寿命。油浸式变压器分类按照单台变压器的相数来区分,可以分为三相变压器和单相变压器。在三相电力系统中,一般应用三相变压器，当容量过大且受运输条件限制时，在三相电力系统中也可以应用三台单相式变压器组成变压器组。按照绕组的多少来分，可分为双绕组变压器和三绕组变压器。通常的变压器都为双绕组变压器，即在铁芯

21、上有两个绕组，一个为原绕组，一个为副绕组。三绕组变压器为容量较大的变压器（在5600千伏安以上），用以连接三种不同的电压输电线。在特殊的情况下，也有应用更多绕组的变压器。按照结构形式来分类，则可分为铁芯式变压器和铁壳式变压器。如绕组包在铁芯外围则为铁芯式变压器；如铁芯包在绕组外围则为铁壳式变压器。二者不过在结构上稍有不同，在原理上没有本质的区别。电力变压器都系铁芯式。按照绝缘和冷却条件来分，可分为油浸式变压器和干式变压器。为了加强绝缘和冷却条件，变压器的铁芯和绕组都一起浸入灌满了变压器油的油箱中。在特殊情况下，例如在路灯，矿山照明时，也用干式变压器。此外，尚有各种专门用途的特殊变压器。例如，试

22、验用高压变压器，电炉用变压器，电焊用变压器和可控硅线路中用的变压器，用于测量仪表的电压互感器与电流互感器。油浸式电力变压器在运行中，绕组和铁芯的热量先传给油，然后通过油传给冷却介质。油浸式电力变压器的冷却方式，按容量的大小，可分为以下几种：1、自然油循环自然冷却（油浸自冷式）2、自然油循环风冷（油浸风冷式）3、强迫油循环水冷却4、强迫油循环风冷却油浸式变压器正常使用条件海拔不超过1000m 户内或户外最高环境气温+40最高日平均温度+30最高年平均温度+20 最低气温-25根据用户要求可提供在特殊使用条件下运行的变压器。油浸式变压器产品型号说明油浸式变压器执行标准a、GB1094.12-199

23、6，GB1094.3,.5-2003电力变压器；b、GB/T6451-1999三相油浸式电力变压器技术参数和要求油浸式电力变压器的结构可分为：(1)器身包括铁心、绕组、绝缘结构、引线分接开关等；(2)油箱包括油箱本体（油盖、箱壁和箱底）和一些附件（放油阀门、小车、接地螺栓、铭牌等）；(3)保护装置包括储油柜、油位计、安全气道、吸湿器、测温元件和气体继电器等；(4)冷却装置包括散热器等；(5)出线装置包括高压套管、低压套管等。油浸式变压器的绝缘主要分为外绝缘和内绝缘两大类。外绝缘就是变压器油箱外部的套管和空气的绝缘。它包括套管本身的外绝缘和套管间及套管对地部分（如储油柜）的空气间隙距离的绝缘。内

24、绝缘是指变压器箱内的绝缘，主要部件是由绝缘纸、绝缘纸板等材料制成，与变压器油配合构成变压器油纸绝缘结构。内绝缘又可分为主绝缘和纵绝缘。1主绝缘变压器的主绝缘通常指绕组之间，绕组对铁心、油箱等接地部分，引线对铁心、油箱以及分接开关对铁心、油箱的绝缘。主绝缘以油屏障绝缘和油浸纸绝缘最为常用。每一种绝缘结构，都由纯油间隙、屏障、绝缘层三种成分组成。通常主绝缘结构有三种形式：（1）包绝缘层用电缆纸、皱纹纸、白纱带、漆布等在导体上包裹，可包几毫米至十几毫米，承受一定比例的工作电压，降低了油中电场强度，对耐受工频和冲击电压的提高有显著作用。特别是曲率半径较小的导体，电场极不均匀，包绝缘后，可显著提高击穿电

25、压，所以引出线及绕组的始末端通过包扎来加强绝缘。但在均匀的电场中，不宜采用，因为油的介电常数为2.22.4，纸板的介电常数为3.6。而介电常数指的是此物质组成电容器后。电容值的系数，即由油、纸组成的串联电路中，油所产生的电容值比纸板小，而交流电压的分配与电容值成反比，故油中的电场强度比原来增高，耐压反而减小了。（2）加覆盖层它是将漆布、电缆纸等在电极上加一薄层，厚度小于1mm，可以阻止杂质小桥将两极短接。加覆盖层后可使工频耐受电压提高较多，特别是在均匀电场中，可提高70%100%，但对极不均匀电场，提高很少，且对冲击电压的提高效果很小。（3）加隔板油隙中加隔板可阻止杂质形成“小桥”。又因隔板间

26、会积聚自由电子，制成附加电场，使原来电场变得均匀。隔板放得合适，可使油隙击穿电压提高到22.5倍。但对均匀电场放置隔板，效果很少，只能提高25%左右。2纵绝缘变压器的纵绝缘是指同一绕组的匝间、层间及静电屏之间的绝缘。在绕组的同一层或同一线屏内，匝与匝之间又有匝绝缘。对于不同形式的绕组和是否有几根并绕，匝间电压就不相同。匝间绝缘可由绝缘漆或有包绕的绝缘纸构成。不同电压等级和取的磁通密度不同，匝压不一样，其匝间绝缘的厚度也不相同。层间绝缘是指相邻层之间或线饼与相邻线饼之间的绝缘，此绝缘有时兼作油道。另外分接开关同相邻各部分之间也属纵绝缘。在油浸式电力变压器中，变压器的绝缘形式主要采用油纸绝缘结构，

27、即利用绝缘油浸渍绝缘纸，消除绝缘纸纤维空隙所产生的气隙，提高其绝缘的电气强度6。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）任何一种材料都要高很多。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.121 变压器油 英文名称：transform

28、er oil 定义：适用于变压器等电器(电气)设备、起冷却和绝缘作用的低黏度油品变压器油是石油的一种分镏产物，它的主要成分是烷烃,环烷族饱和烃,芳香族不饱和烃等化合物.1变压器油的主要作用： （1）绝缘作用：变压器油具有比空气高得多的绝缘强度。绝缘材料浸在油中，不仅可提高绝缘强度，而且还可免受潮气的侵蚀。 （2）散热作用：变压器油的比热大，常用作冷却剂。变压器运行时产生的热量使靠近铁芯和绕组的油受热膨胀上升，通过油的上下对流，热量通过散热器散出，保证变压器正常运行。 （3）消弧作用：在油断路器和变压器的有载调压开关上，触头切换时会产生电弧。由于变压器油导热性能好，且在电弧的高温作用下能分触了大

29、量气体，产生较大压力，从而提高了介质的灭弧性能，使电弧很快熄灭。2对变压器油的性能通常有以下要求： （1） 变压器油密度尽量小，以便于油中水分和杂质沉淀。 （2） 粘度要适中，太大会影响对流散热，太小又会降低闪点。 （3） 闪点应尽量高，一般不应低于136。 （4） 凝固点应尽量低。 （5） 酸、碱、硫、灰分等杂质含量越低越好，以尽量避免它们对绝缘材料、导线、油箱等的腐蚀。 （6） 氧化程度不能太高。氧化程度通常用酸价表示，它指吸收1克油中的游离酸所需的氢氧化钾量（毫克）。 （7） 安定度不应太低，安定度通常用酸价试验的沉淀物表示，它代表油抗老化表2.1 运行中的变压器油质量标准序号项目设备电

30、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、无杂质或悬浮物外观目视2水溶性酸/pH5.44.2GB/T75983酸值（mgKOH/g）0.030.1GBT7599或GB/T2644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10GB/T2615水分/（mg/L）330500220110101520152535GB/T7600或GB/T76016界面张力（25）/(mN/m)3519GB/T65417介质损耗因数（90）5003300.0070.0100.0200.040GB/T56548击穿电压/kV5003306622035及以下6050

31、403550453530GB/T507或DL/T429.99体积电阻率（90/）500330GB/T5654或DL/T42110油中含气量/（%）（体积分数）33050012DL/T423或DL/T45011油泥与沉淀物/（%）（质量分数）0.02（以下可忽略不计）GB/T51112油中溶解气体组分含量色谱分析按DL/T722-2000规定GB/T17623GB/T7252取样油温为4060 表2.2 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2.1中的检测项目变压器(电抗器)330550kV设备投运前或大修后每年至少一次 必要时11013,5104,1166220kV、8

32、MVA及以上设备投运前或大修后每年至少一次 必要时1913,5,7,86,9,1135kV设备投运前或大修后每年至少一次自行规定套管设备投运前或大修后每年至少一次 必要时自行规定2变压器油的老化机理概述高压电器的油长期在高温、电磁场作用下，极易产生化学复分解反应，在油中生成新的化学成分使油老化。油产生劣化的因素很多，其中最主要是空气的影响。空气中含有水分、杂质、微生物等，在与油接触中，这些杂质均可进入油中；尤其是空气中的氧气是变压器油被氧化时氧的主要来源之一。油被氧化生成烃的各种氧化物和过氧化物，此外，还有醇、醛、酮、醚、丙酯及深度氧化的聚合物，这些氧化物具有酸性特征、习惯上统称为有机酸类。油

33、中有了水分和有机酸后，进一步使油的理化性能变劣、电气性能变坏，在油中的铜、铁等金属的催化作用下，使油产生大量沉淀。试验表明，氧化后的油更易于吸潮，而受潮后油的劣化速度更快。在热、氧、水分、触媒以及电场作用下，如果发生油的颜色变深，粘度增大，酸值变大，闪点降低，电气性能下降，界面张力减小，甚至生成褐黑色沉淀物，则认为此油已经老化。当变压器油老化时，一种不溶于油的X蜡树脂沉淀于固体绝缘物上，导致绝缘性能下降。目前判断油是否老化主要从油的界面张力、酸值和介质损耗因数三方面检验。颜色很暗的油说明已氧化，油泥即将形成。油产生气味意味着油可能有气体逸出，这时应检查油的闪点。酸味较重说明存在低分子量的酸比例

34、较高，它可能腐蚀油面上部的箱壁，特别是油中含有水分时更甚。 影响因素局部过热和温度升高，将使油裂解为低分子烃，造成油的闪点降低。而局部放电的电弧会使油碳化，使油的绝缘性能变劣。油被空气中的氧氧化，生成醛、酮和有机酸等，使酸值和粘度增加。而日光的照射也加速油的老化。水分能通过各种途径影响氧化，它能提高金属的催化活性，使油加速氧化并生成大量的沉淀物。据测定，有游离水时在不太长时间内所析出的沉淀物数量相当于干燥油8年所析出的数量。含水量较大的油老化速度一般是含水量小的油的几倍。 变压器油中的金属系指滤过性金属粉尘微粒而言。此种形态的金属在油中呈悬浮状态，难以从油中分离出来。在油的各项常规指标检测中，

35、对油中的金属含量反映并不灵敏，在高压电器产品制造、试验中也难以发现油中的金属含量。因此，油中金属粉尘微粒构成了对油的潜伏性污染。 微量的油泥和各种形式的杂质也起着不同程度的催化作用。油的某些氧化物对油的进一步氧化来说也是催化剂。所以应避免不同氧化程度的油混合。混合时，严重氧化的油可能有些改善，但是这种好处远远补偿不了轻度氧化油寿命的降低。当用新油更换严重污染的油时，必须彻底地清洗器身。旧油中通常含有铜和铁的可溶性化合物，一旦它们混在新油中，将对新油的氧化起着强烈的催化作用。 油的劣化速度还决定于温度，当平均温度每升高10时，油的劣化速度就增加2倍。另外，油的烃类组成成分对油的劣化速度也有关系，

36、因为油是多种烃类化合物，而各种烃类的抗氧化能力也是各不相同的，特别是一些油中杂质，对油的劣化也起着一定的影响。油氧化的起始温度是6070。在此温度以下，油几乎很少发生任何变质。当温度达到120时，氧化较剧烈，温度达160时，氧化最剧烈。鉴定油的劣化，可用安定度（能否经受高温氧化及时间考验，反映抗氧化能力）、界面张力和介质损耗因数，分别代表了化学、物理及电气性能。122 变压器固体绝缘材料油浸式变压器的内绝缘主要采用油纸绝缘结构，常采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。1绝缘纸绝缘纸是油浸式变压器中最常用的绝缘材料。它是由未漂硫酸盐纤维素制成的，

37、纸中主要成分是纤维素，它是由葡萄糖基组成的聚合度高达2000的链状高聚合碳氢化合物。纤维素（）分子结构呈链状，纤维之间呈多孔状，因此具有透气性、吸水性和吸油性，击穿电场强度、机械强度和耐热性均不高。但干燥浸渍变压器油后，电气性能很好。纸的分子结构有羟基，宏观上为多孔结构，极易吸收水分，在正常的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%，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。同时还应该指出，纸在干燥过程中不仅

38、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，两者难以区别。纸受热能分解放出气体的比例约为=70:12:18，其中、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。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

39、维各占一半的50/50型和不掺棉纤维的100/100型两种纸板。在变压器绝缘中，绝缘纸板被广泛用作主绝缘的隔板（纸筒）、线圈间直撑条、垫块、线圈的支撑绝缘和铁轭绝缘。在100kV及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型及特大型油浸式电力变压器的需要，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为4.5左右，变压器油的介电常

40、数仅为2.2，而油纸绝缘在交流电压下纸层的场强和油层的电场按:=：分布，油隙是油纸绝缘的薄弱环节。因此，在木质纤维中适当掺和低介质常数（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的问题。3绝缘纸的性能油浸式变压器中使用的绝缘纸（纸板）应该有:（1）良好的电气性能，电导率小，介质损耗低，介电常数越接近变压器油的介电常数越好；（2）较高的机械强度，主要是抗张强度和伸长率，在一定力的作用下不发生变形和破坏；（

41、3）较好的热稳定性，又有足够的耐热性能，极小的介电损耗，较高的导热系数；干燥的绝缘纸既有理想的绝缘特性，又有不错的机械性能，它的相对介电常数约3.74。变压器油除了为主要绝缘介质，还是冷却介质。它的相对介电常数约为2.2。由绝缘纸和变压器油组成的油纸绝缘有非常好的电气性能，在短时间的电压作用下，耐压强度可达50120kV/mm。而且，其材料来源丰富，制造工艺简单，所以油浸式电力变压器主要采用油纸绝缘结构。4绝缘纸的老化机理现在广泛使用的变压器固体绝缘材料是普通纤维素绝缘纸（纸板），它的主要成分是纤维素（约占90%）、半纤维素（约占67%）、木质素（约占34%）。其中纤维素是最重要的主要成分，对

42、绝缘纸的电气性能和机械性能起着主要作用。纤维素是一种天然的高分子化合物，其分之结构中有环状结构，环和环之间是醚键连接的，每一个六角环中有一个氧原子，每一个环上连有三个羟基，其中有一个是伯醇，反应能力较强，而醚键具有一定的柔软性，羟基具有一定的极性和亲水性，纤维素大分子内部或分之间都可以生成氢键。绝缘纸同样会由于在变压器运行过程中受到电、热、机械等多种应力的综合作用而发生老化，导致其电气性能和机械强度逐渐降低。变压器固体绝缘纤维素大分子的老化过程就是纤维素的降解过程，它是由水解、氧化裂解、光化学裂解、热裂解、微生物分解等多种外界因素、多种降解过程综合作用的结果，但起主要作用的是水解、氧化降解和热

43、降解三种降解方式。（1）水解由于纤维素大分子中的1,4-苷键对于高温、水及酸的水溶液的作用是不稳定的，容易断裂导致水解反应的产生，生成自由糖，从而使得纤维素的聚合度降低，使纤维缩短、变弱。由于纤维素中相邻两个葡萄糖环与水发生氧化反应生成两个OH基，导致聚合物分裂为两部分，同时每次分裂消耗1个水分子。因而绝缘材料中所含水分越多，纤维素的水解速度就越快。同时，绝缘油中的酸起着催化作用，加速了水解反应的速度。（2）氧化降解由于纤维素中的葡萄糖基上存在醇羟基，其化学性质很活泼，非常容易被氧化剂氧化，根据不同条件生成醛基、酮基或羧基。再进一步反应，可引起聚合物断链。在变压器中，除了外部渗入的少量氧和器身内部残留的氧之外，变压器油的老化产物中也含有不容忽视的氧化剂。纤维素纸葡萄糖环中的碳原子含有醇基()，由于其化学性活泼，第六位碳原子很容易被氧侵袭生成醛基，醛基再氧化变成羧基，由于同分异构化，在葡萄糖昔碳上产生双键。导致葡萄糖昔碳键变得很不牢固发生水解。由于羧基发生水解时纤维素链断裂，因此醇羧基的氧化归根到底是纤维素链发生水解。（3）热降解纤维素分子链发生解环或断裂即热降解。当温度超过150240时，纤维素结构中的化学结合水开始被脱除，并有去氢反应。如