[发明专利]一种减缓油纸绝缘变压器固体绝缘老化的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种减缓油纸绝缘变压器固体绝缘老化的方法，用于减缓变压器固体绝缘老化，属于电力变压器绝缘技术领域。

背景技术

根据国内外各种研究及统计数据显示，油浸变压器中绝缘故障是造成变压器损坏的重要原因。油浸变压器中绝缘系统一般采用油纸绝缘。油纸绝缘变压器的使用寿命基本上决定于绝缘系统，其绝缘系统由变压器油和绝缘纸构成。其中绝缘油即使使用了30 年时间,绝缘击穿性能的下降也只有10%左右。而且在变压器的运行过程中，检修人员还可以通过净化或者换油的方式来改善油的绝缘性能。因此，运行中的油浸式电力变压器的使用寿命主要取决于固体绝缘，尤其是绝缘纸。构成绝缘纸的主要成分为纤维素，纤维素是由葡萄糖基组成的聚合度很高的链状高聚合碳氢化合物。绝缘纸的老化实际上是纤维素分子链不断断裂，链长不断变小的过程。国内外对纤维素老化有着几十年的研究，基本确认运行的变压器中，水、温度、酸、氧气、高电场等因素对纤维素老化有着重要的影响，通常认为水分的存在和高温对纤维素老化的加速作用最为明显。基于变压器固体绝缘老化的考虑，温度是影响变压器绝缘老化的重要因素。在较高的温度环境里，纤维素热解裂的速度遵循Arrhenius化学反应定律                                                。在大约80－140度的温度范围内，温度每增加6度，变压器固体绝缘（纤维素）的老化速率将增加一倍，因此我们必须对运行中变压器内部的温度给予关注。特别是变压器内部温度最高的地方往往对应着固体绝缘老化最严重的位置。出现在变压器绕组某个部位的变压器内的最高温度叫做“热点温度”。热点温度被假设为代表变压器负载的热极限值。变压器内部最热点位置一般处在靠近绕组上端的部位。这是因为这个地方作为绕组冷却介质的变压器油温度基本上是最高，而且涡流损耗往往比较集中，并可能还要特殊加强电气绝缘，从而减弱了散热效果。水分对纤维素老化而言是一个重要因素，表现为正反馈式的老化反应，绝缘纸含水量与老化速度基本上成正比。

另外，已被证明油纸绝缘变压器中随着温度的变化，水分会在油纸间动态转移，以期达到动态平衡。温度增加，变压器油对水分的溶解度增加，水分从固体绝缘中脱离，进入变压器油中，绝缘纸中水分减少；温度降低，变压器油中水分的溶解度降低，水分从变压器油中向绝缘纸中移动，绝缘纸含水率增加。这种水分在油纸间的往复运动伴随着变压器运行重温度的变化持续发生，并对构成纤维素重联系各葡萄糖基的化学键的稳定性造成破坏，从而可以加速纤维素，也就是变压器固体绝缘的老化。

现场统计数据显示运行中的变压器温度较低且水分含量极低，因此温度和水分对变压器固体绝缘老化的加速作用不明显。而变压器运行温度却随着环境温度、负荷情况以及冷却系统工作情况的不同而不断变化，造成水分在油纸之间持续往复运动，从而对变压器固体绝缘的老化加速作用则相对明显。

变压器内部最热点位置一般处在靠近绕组上端的部位。因构成变压器绕组的材料（铜或铝）的时间常数较变压器油的时间常数而言很小，因此变压器绕组热点温度变化较变压器油温度变化更加频繁和剧烈。由于固体绝缘材料一般紧邻绕组，因此绕组热点温度的变化对变压器固体绝缘老化的影响最为直接和明显。变压器运行温度由发热和散热情况共同决定。变压器内部发热主要由各种损耗引起，而散热主要由变压器壳体表面、散热片、风扇等元件通过对流、辐射等方式完成，相关的散热元件可实现自动控制。以自然风冷变压器（以下简称风冷变压器）为例，其散热元件主要为散热片以及相应的风扇，两者配合实现散热功能。风冷变压器一般设置风冷控制系统，通过投入或退出不同的风扇数量控制散热的容量。其控制原则相对简单，比如国家电网公司发布的《110(66)kV～500kV油浸式变压器（电抗器）运行规范》中规定油浸风冷变压器的控制箱必须满足当上层油温达到55℃时或运行电流达到规定值时，自动投入风扇；当油温降低至45℃，且运行电流降到规定值时，风扇退出运行。这些控制原则相对粗糙和简单，也仅仅考虑了变压器运行中变压器油温度对变压器固体绝缘老化的影响，而对变压器绕组热点温度缺乏监视和反映，从而无法控制水分在油纸间动态运动而造成的变压器固体绝缘老化加速。

发明内容

本发明的目的是提供一种减缓油纸绝缘变压器固体绝缘老化的方法，通过对变压器散热系统的控制，追求变压器绕组热点温度的近似恒定，以减少水分在变压器油纸绝缘间的相对运动 ，从而延缓运行中电力变压器的固体绝缘老化，解决背景技术存在的上述问题。

本发明目的是通过下面的技术方案实现的：