油紙復合絕緣作為變壓器內絕緣最主要的絕緣方式，在變壓器運行過(guò)程中受溫度、水分、氧氣、電場(chǎng)等因素影響，水分是除溫度外導致變壓器內絕緣性能下降的最主要因素。因此，研究水分對變壓器油紙絕緣熱老化特性的影響具有重要意義。目前，關(guān)于水分對油紙絕緣熱老化特性影響的研究成果較豐富，但現有試驗研究中所用的絕緣油大部分為礦物絕緣油。礦物絕緣油因閃點(diǎn)低、生物降解性差、不可再生等缺點(diǎn)與當前所需環(huán)保型高燃點(diǎn)液體絕緣電介質(zhì)之間的矛盾日益突出。相較礦物絕緣油，天然酯變壓器油因其具有高燃點(diǎn)、高生物降解率、良好的電氣性能等優(yōu)點(diǎn)而被認為是礦物絕緣油的良好替代品，且天然酯變壓器油的飽和含水量遠高于礦物絕緣油，水分對天然酯變壓器油熱老化特性的影響亦有所不同。故本文研究水分對天然酯變壓器油熱老化特性的影響，以期為天然酯變壓器油紙絕緣變壓器的老化狀態(tài)評估和故障診斷提供參考。
2、試驗方法
2.1 主要試驗材料
主要試驗材料包括Cargill公司生產(chǎn)的FR3天然酯變壓器油及魏德曼公司生產(chǎn)的菱格點(diǎn)膠紙（裁剪成1CM*5CM的長(cháng)條，經(jīng)干燥處理后每張重量為41MG）。
2.2 試樣制備
試驗前先對FR3天然酯變壓器油和菱格點(diǎn)膠紙進(jìn)行干燥脫氣處理，將裝有適量FR3天然酯變壓器油的錐形瓶及適量點(diǎn)膠紙的燒杯放入90℃、50Pa的真空箱內干燥、脫氣處理48h。因絕緣紙纖維具有極強的吸水性，油紙絕緣系統中的大部分水分都存儲于絕緣紙中，因此將脫水處理后的絕緣紙稱(chēng)重后置于恒溫恒濕箱中進(jìn)行吸濕處理，控制處理時(shí)間，多次稱(chēng)重，制得初始水分含量分別為5％、10％（即每張紙吸水量分別為2.158、4.556mg）的兩種絕緣紙試樣。
2.3 加速熱老化試驗
用錐形瓶盛取250mL干燥脫氣處理的FR3天然酯變壓器油若干瓶，分成A、B兩組；在A(yíng)組FR3天然酯變壓器油中放入五張初始水分含量為5％的絕緣紙，在B組FR3天然酯變壓器油中放入五張初始水分含量為10％的絕緣紙，計算可得A、B兩組每個(gè)試驗樣品中絕緣紙所吸收水分總重量分別占油紙總重量的46.87、98.95PPM；將A、B兩試驗組樣品置于40℃、50Pa環(huán)境下真空浸油24h，制得絕緣紙初始水分含量不同的兩個(gè)天然酯油紙絕緣試驗組；將兩個(gè)試驗組錐形瓶用聚四氟乙烯密封處理后放入130℃的高溫箱內進(jìn)行加速熱老化試驗。按計劃時(shí)間取出樣品測量FR3天然酯變壓器油的介電性能參量和油色譜。按照《液體絕緣材料相對電容率、介質(zhì)損耗因數和直流電阻率的測量》測試油樣相對介電常數、介質(zhì)損耗因數；按照《絕緣油中溶解氣體組分含量的氣相色譜測定法》測試油樣油色譜。
3、水分作用下天然酯油紙絕緣老化機理分析
絕緣紙的主要成分為纖維素，纖維素主要是由葡萄糖基分子間以糖苷鍵連接而成的線(xiàn)性高分子聚合物，纖維素中的糖苷鍵在高溫和酸性水溶液作用下易與水分子作用發(fā)生水解反應，生成兩個(gè)-OH基。纖維素糖苷鍵水解過(guò)程可表示為：天然酯變壓器油的主要成分為甘油三酸酯， 在溫度較高時(shí)，甘油三酸酯易與水分子結合發(fā)生水解反應產(chǎn)生脂肪酸和甘油，其水解反應過(guò)程為:
由式（1）可知糖苷鍵的水解反應會(huì )凈增加2分子的水分子，因此纖維素水解增加的水分會(huì )對甘油三酸酯的水解反應產(chǎn)生促進(jìn)作用。由式（2）可知天然酯變壓器油水解反應會(huì )導致絕緣油酸值升高，絕緣油酸性增加也會(huì )對纖維素和甘油三酸酯的水解反應產(chǎn)生促進(jìn)作用，形成惡性循環(huán)，加速油紙絕緣老化。因此，水分被認為是除溫度外影響變壓器油紙絕緣壽命的最主要因素。
4、試驗結果分析
4.1 相對介電常數
相對介電常數隨老化時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖1。由圖1可知，A與B在老化過(guò)程中相對介電常數整體均呈快速增加趨勢，老化96h前A、B增加速率基本一致，增加速率最大，老化96ｈ后A的增加速率較B有所放緩。主要原因由天然酯油紙絕緣老化機理分析可知，絕緣紙在高溫和水分作用下發(fā)生水解反應生成水分，增加絕緣紙中的水分含量，而天然酯變壓器油中含有羥基、羧基、?；扔H水基團，吸收水分能力較強，老化初期絕緣紙中含水量呈迅速下降趨勢，天然酯變壓器油會(huì )從絕緣紙中吸收較多水分，水是強極性液體電介質(zhì)，因此老化96ｈ前A與B相對介電常數增加速率最大；同時(shí)絕緣油中水分含量增加會(huì )促進(jìn)絕緣油的水解反應生成更多的酸和醇等極性物質(zhì)增加絕緣油的相對介電常數。
4.2 介質(zhì)損耗因數
介質(zhì)損耗因數（以下簡(jiǎn)稱(chēng)介損）隨老化時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖2。由圖2可知，B的介損在整個(gè)老化過(guò)程中均高于A(yíng)，老化192h前，A、B的介損均隨老化時(shí)間增加近似呈直線(xiàn)上升；老化192h后A的介損趨于平緩，B的介損隨老化進(jìn)行繼續增加一段時(shí)間后亦趨于平緩。分析A、B相對介電常數可知，老化前期絕緣油水解反應生成的小分子酸和醇等極性物質(zhì)和絕緣油從絕緣紙中吸收的強極性電介質(zhì)水分均會(huì )導致A、B的介損快速增大。但隨著(zhù)老化時(shí)間的增加，油紙絕緣系統中水分含量因與外界環(huán)境之間的水分擴散，絕緣油水解消耗等作用逐漸減少，因絕緣紙中纖維素的強親水性，絕緣油從絕緣紙中吸收的水分減少，絕緣油的水解反應速率減慢，老化產(chǎn)物酸、醇等生成速率降低，故天然酯變壓器油的介質(zhì)損耗因數趨于平緩。
4.3 天然酯變壓器油油色譜特性
不同老化時(shí)間A與B中溶解的氣體種類(lèi)及濃度柱狀圖見(jiàn)圖3。由圖3可知，在整個(gè)熱老化過(guò)程A與B中溶解的氣體含量均以CO2和C2H6為主，CO、H2其次，C2H4、CH4最少，無(wú)C2H2生成。因此，可認為CO2和C2H6是天然酯油紙絕緣熱老化的特征氣體。主要原因是除絕 緣紙中纖維素老化發(fā)生斷裂和消去等一系列復雜化學(xué)反應會(huì )生成CO2外，相比于礦物絕緣油，天然酯變壓器油的組成成分中含酯基，酯基在鏈式自由基反應中會(huì )通過(guò)斷鍵反應生成CO2；同時(shí)老化過(guò)程生成的非烴類(lèi)特征氣體中，CO2在絕緣油中的溶解度最大，因此天然酯變壓器油中溶解的CO2濃度最大。相比于礦物絕緣油，酯類(lèi)絕緣油中含有亞麻酸，在非故障狀態(tài)下也會(huì )產(chǎn)生C2H6，老化生成的烴類(lèi)氣體中C2H6在絕緣油中的溶解度最大，因此試驗油樣中溶解的烴類(lèi)氣體中C2H6的濃度最大。
4.3.1 CO2、CO含量
A與B中CO2、CO濃度隨老化時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖4。由圖4可知，A與B中CO2、CO濃度在熱老化過(guò)程中變化趨勢相似，均呈先增加后減小再增加的趨勢，老化后期CO2與CO濃度大小趨于一致；但老化前期油中溶解氣體增加階段CO2、CO增加速率差距明顯，B老化48h的 CO2濃度與A老化96h時(shí)相接近，B老化96h的CO濃度與A老化144h時(shí)相接近；說(shuō)明絕緣紙中微水含量對老化前期植物油紙絕緣老化生成CO2、CO速率影響較大，對整個(gè)老化過(guò)程中CO2、CO的產(chǎn)氣量影響較小。
4.3.2 H2、CH4含量A與B中H2、CH4濃度隨老化時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖5。由圖5可知，A、B中H2和CH4濃度變化趨勢基本一致，老化后期A(yíng)、B中溶解的H2和CH4濃度相接近。老化192h前H2濃度隨老化時(shí)間的增加緩慢增加，老化192h后快速增加，增 加幅度很大，Ｂ 中H2濃度由老化時(shí)間192h以前的濃度最大值40uL/L左右上升至200uL/L左右，且老化時(shí)間192h以前H2濃度變化幅度較小。因此，在微水作用下天然酯油紙絕緣熱老化過(guò)程中，油中溶解的H2濃度可作為特征量來(lái)反映植物油紙絕緣的熱老化程度。CH4濃度則在老化96-192h時(shí)段增速緩慢，其他老化時(shí)段呈快速增加趨勢，CH4濃度增加幅度較小，但老化48h后B中CH4濃度均低于A(yíng)，說(shuō)明微水含量對CH4的生成量有較明顯抑制作用。
C2H4、C2H6含量A與B中C2H4、C2H6濃度隨老化時(shí)間的變化關(guān)系見(jiàn)圖6。由圖6可知，老化96h前A中C2H4、C2H6濃度快速增加，老化96h后迅速減小，但老化48h前B中C2H4、C2H6濃度均已處于下降階段，且老化48h時(shí)對應濃度均高于A(yíng)，而且老化開(kāi)始時(shí)A、B中C2H4、C2H6濃度基本相等，故可推斷老化48h前B中C2H4、C2H6濃度已完成快速增加階段。即A與B中C2H4、C2H6濃度變化趨勢相似，老化144h前A、B中C2H4、C2H6濃度均隨老化時(shí)間的增加先快速增大后快速減小，老化144h后呈緩慢上升趨勢。主要原因是絕緣紙的主要成分纖維素長(cháng)鏈貫穿結晶區和 無(wú)定形區，在無(wú)定形區，分子排列比較松散，分子 間的作用力較弱，更容易被微生物、水分子等入侵，因此老化開(kāi)始階段老化速率更快，C2H4 C2H6濃度增大速率很快；由于結晶區相對穩定性更好，故隨著(zhù)老化時(shí)間的增加油紙絕緣老化速率會(huì )呈下降趨勢，特征氣體產(chǎn)量會(huì )有所減少，又因為C2H4、C2H6 氣體的溶解度也會(huì )受其他特征氣體的溶解度等因素影響，導致油中溶解的C2H4、C2H6濃度下降速度較快。熱老化過(guò)程中 C2H4生成量較少，油中溶解的C2H6波動(dòng)幅值較小，C2H6的生成量較多，油中溶解的C2H6波動(dòng)幅值較大。這是因為C2H4中含C=C雙鍵，C=C雙鍵鍵能比C-C鍵鍵能更高，因 此老化過(guò)程中C2H6比C2H4更容易合成，產(chǎn)氣量更大。A與B中C2H4、C2H6濃度老化288h后基本相等，亦說(shuō)明絕緣紙中微水含量主要影響C2H4、C2H6的生成速率。
5、結 論
a.絕緣紙中初始水分含量越高，天然酯變壓器油的介電性能劣化的速度越快，除對CH4的生成速率表現為抑制作用，對其他幾種特征氣體生成速率均表現為較明顯的促進(jìn)作用，但對天然酯油紙絕緣熱老化過(guò)程中產(chǎn)氣量影響較小。
b.天 然酯油紙絕緣的熱老化特征氣體為CO2和C2H6；油中溶解的H2的濃度可作為特征量來(lái)反映不同初始水分含量植物油紙絕緣的熱老化程度，具體對應關(guān)系有待進(jìn)一步研究。
????淄博市臨淄勤潤油脂化工廠(chǎng)是一家集科研、設計、生產(chǎn)、維修、銷(xiāo)售和系統集成為一體的企業(yè)，本廠(chǎng)主要產(chǎn)品有：變壓器油，環(huán)烷基變壓器油，工業(yè)白油，導熱油，抗磨液壓油，冷凍機油等，產(chǎn)品暢銷(xiāo)全國，深受用戶(hù)好評。了解最新產(chǎn)品報價(jià)可以聯(lián)系我們網(wǎng)站 http://www.ctzddj.com/ 上電話(huà)，我們會(huì )第一時(shí)間跟您聯(lián)系。
如果大家對于我們的山東潤滑油之水分對天然酯變壓器油熱老化特性的影響還有什么疑問(wèn)的話(huà)，歡迎您點(diǎn)擊我們的網(wǎng)址，進(jìn)行咨詢(xún)：http://www.ctzddj.com/
魯公網(wǎng)安備 37030502000678號
頁(yè)面執行時(shí)間: -39,835.0500秒 24334次數據查詢(xún)