目前應(yīng)用最廣泛的電力......



目前應(yīng)用最廣泛的電力變壓器是油浸變壓器和干式樹(shù)脂變壓器兩種，電力變壓器的絕緣即是變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)，它是變壓器正常工作和運(yùn)行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料(即油紙或樹(shù)脂等)的壽命所決定的。
實(shí)踐證明，大多變壓器的損壞和故障都是因絕緣系統(tǒng)的損壞而造成。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因各種類型的絕緣故障形成的事故約占全部變壓器事故的85%以上。對(duì)正常運(yùn)行及注意進(jìn)行維修管理的變壓器，其絕緣材料具有很長(zhǎng)的使用壽命。
國(guó)外根據(jù)理論計(jì)算及實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)小型油浸配電變壓器的實(shí)際溫度持續(xù)在95℃時(shí)，理論壽命將可達(dá)400年。設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)說(shuō)明，維護(hù)得好的變壓器，實(shí)際壽命能達(dá)到50～70年：而按制造廠的設(shè)計(jì)要求和技術(shù)指標(biāo)，一般把變壓器的預(yù)期壽命定為20一40年。因此，保護(hù)變壓器的正常運(yùn)行和加強(qiáng)對(duì)絕緣系統(tǒng)的合理維護(hù)，很大程度上可以保證變壓器具有相對(duì)較長(zhǎng)的使用壽命，而預(yù)防性和預(yù)知性維護(hù)是提高變壓器使用壽命和提高供電可靠性的關(guān)鍵。
油浸變壓器中，主要的絕緣材料是絕緣油及固體絕緣材料絕緣紙、紙板和木塊等c所謂變壓器絕緣的老化，就是這些材料受環(huán)境因素的影響發(fā)生分解，降低或喪失了絕緣強(qiáng)度。
1.固體紙絕緣故障
固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一，包括：絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷、絕緣綁扎帶等，其主要成分是纖維素，化學(xué)表達(dá)式為(C6H10O6)n，式中n為聚合度。一般新紙的聚合度為1300左右，當(dāng)下降至250左右，其機(jī)械強(qiáng)度已下降了一半以上，極度老化致使壽命終止的聚合度為150～200。絕緣紙老化后，其聚合度和抗張強(qiáng)度將逐漸降低，并生成水、CO、CO2，其次還有糠醛(呋喃甲醛)。這些老化產(chǎn)物大都對(duì)電氣設(shè)備有害，會(huì)使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強(qiáng)度下降，甚致腐蝕設(shè)備中的金屬材料。固體絕緣具有不可逆轉(zhuǎn)的老化特性，其機(jī)械和電氣強(qiáng)度的老化降低都是不能恢復(fù)的。變壓器的壽命主要取決于絕緣材料的壽命，因此油浸變壓器固體絕緣材料，應(yīng)既具有良好的電絕緣性能和機(jī)械特性，而且長(zhǎng)年累月的運(yùn)行后，其性能下降較慢，即老化特性好。
(1)紙纖維材料的性能。絕緣紙纖維材料是油浸變壓器中最主要的絕緣組件材料，紙纖維是植物的基本固體組織成分，組成物質(zhì)分子的原子中有帶正電的原子核和圍繞原子核運(yùn)行的帶負(fù)電的電子，與金屬導(dǎo)體不同的是絕緣材料中幾乎沒(méi)有自由電子，絕緣體中極小的電導(dǎo)電流主要來(lái)自離子電導(dǎo)。纖維素由碳、氫和氧組成，這樣由于纖維素分子結(jié)構(gòu)中存在氫氧根，便存在形成水的潛在可能，使紙纖維有含水的特性。此外，這些氫氧根可認(rèn)為是被各種極性分子(如酸和水)包圍著的中心，它們以氫鍵相結(jié)合，使得纖維易受破壞：同時(shí)纖維中往往含有一定比例(約7%左右)的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)中包括一定量的水分，因纖維呈膠體性質(zhì)，使這些水分尚不能完全除去。這樣也就影響了紙纖維的性能。
極性的纖維不但易于吸潮(水分使強(qiáng)極性介質(zhì))，而且當(dāng)紙纖維吸水時(shí)，使氫氧根之間的相互作用力變?nèi)酰诶w維結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的條件下機(jī)械強(qiáng)度急劇變壞，因此，紙絕緣部件一般要經(jīng)過(guò)干燥或真空子燥處理和浸油或絕緣漆后才能使用，浸漆的目的是使纖維保持潤(rùn)濕.保證其有較高的絕緣和化學(xué)穩(wěn)定性及具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。同時(shí)，紙被漆密封后，可減少紙對(duì)水分的吸收，阻止材料氧化，還町填充空隙，以減小可能影響絕緣性能、造成局部放電和電擊穿的氣泡。但也有的認(rèn)為浸漆后再浸油，可能有些漆會(huì)慢慢溶人油內(nèi)，影響油的性能，對(duì)這類油漆的應(yīng)用應(yīng)充分子以注意。
當(dāng)然，不同成分纖維材料的性質(zhì)及相同成分纖維材料的不同品質(zhì)，其影響大小及性能也不同，如棉花中纖維成分最高，大麻中纖維最結(jié)實(shí)，某些進(jìn)口絕緣紙板由于其處理加工好，使性能明顯優(yōu)于國(guó)產(chǎn)某些材質(zhì)的紙板等。變壓器大多絕緣材料都是用各種型式的紙(如紙帶、紙板、紙的壓力成型件等)作絕緣的。因此在變壓器制造和檢修中選擇好纖原料的絕緣紙材料是非常重要的。纖維紙的特殊優(yōu)點(diǎn)是實(shí)用性強(qiáng)、價(jià)格低、使用加工方便，在溫度不高時(shí)成型和處理簡(jiǎn)單靈活，且重量輕，強(qiáng)度適中，易吸收浸漬材料(如絕緣漆、變壓器油等)。
(2)紙絕緣材料的機(jī)械強(qiáng)度。油浸變壓器選擇紙絕緣材料最重要的因素除紙的纖維成分、密度、滲透性和均勻性以外，還包括機(jī)械強(qiáng)度的要求，包括耐張強(qiáng)度、沖壓強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度和堅(jiān)韌性：
1)耐張強(qiáng)度：要求紙纖維受到拉伸負(fù)荷時(shí)，具有能耐受而不被拉斷的最大應(yīng)力
2)沖壓強(qiáng)度：要求紙纖維具有耐受壓力而不被折斷的能力的量度。
3)撕裂強(qiáng)度：要求紙纖維發(fā)生撕裂所需的力符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。
4)堅(jiān)韌性：是紙折疊或紙板彎曲時(shí)的強(qiáng)度能滿足相應(yīng)要求。
判斷固體絕緣性能可以設(shè)法取樣測(cè)量紙或紙板的聚合度，或利用高效液相色譜分析技測(cè)量油中糠醛含量，以便于分析變壓器內(nèi)部存在故障時(shí)，是否涉及固體絕緣或是否存在引起線圈絕緣局部老化的低溫過(guò)熱，或判斷固體絕緣的老化程度。對(duì)紙纖維絕緣材料在運(yùn)行及維護(hù)中，應(yīng)注意控制變壓器額定負(fù)荷，要求運(yùn)行環(huán)境空氣流通、散熱條件好，防止變壓器溫升超標(biāo)和箱體缺油。還要防止油質(zhì)污染、劣化等造成纖維的加速老化，而損害變壓器的絕緣性能、使用壽命和安全運(yùn)行。
(3)紙纖維材料的劣化。主要包括三個(gè)方面：
1)纖維脆裂。當(dāng)過(guò)度受熱使水分從纖維材料中脫離，更會(huì)加速纖維材料脆化。由于紙材脆化剝落，在機(jī)械振動(dòng)、電動(dòng)應(yīng)力、操作波等沖擊力的影響下可能產(chǎn)生絕緣故障而形成電氣事故。
2)纖維材料機(jī)械強(qiáng)度下降。纖維材料的機(jī)械強(qiáng)度隨受熱時(shí)間的延長(zhǎng)而下降，當(dāng)變壓器發(fā)熱造成絕緣材料水分再次排出時(shí)，絕緣電阻的數(shù)值可能會(huì)變高，但其機(jī)械強(qiáng)度將會(huì)大大下降，絕緣紙材將不能抵御短路電流或沖擊負(fù)荷等機(jī)械力的影響。
3)纖維材料本身的收縮。纖維材料在脆化后收縮，使夾緊力降低，可能造成收縮移動(dòng)，使變壓器繞組在電磁振動(dòng)或沖擊電壓下移位摩擦而損傷絕緣。
2.液體油絕緣故障
液體絕緣的油浸變壓器是1887年由美國(guó)科學(xué)家湯姆遜發(fā)明的，1892年被美國(guó)通用電氣公司等推廣應(yīng)用于電力變壓器，這里所指的液體絕緣即是變壓器油絕緣。油浸變壓器的特點(diǎn)：①大大提高了電氣絕緣強(qiáng)度，縮短了絕緣距離，減小了設(shè)備的體積;②大大提高了變壓器的有效熱傳遞和散熱效果，提高了導(dǎo)線中允許的電流密度，減輕了設(shè)備重量，它是將運(yùn)行變壓器器身的熱量通過(guò)變壓器油的熱循環(huán)，傳遞到變壓器外殼和散熱器進(jìn)行散熱，從而提高了有效的冷卻降溫水平;③由于油浸密封而降低了變壓器內(nèi)部某些零部件和組件的氧化程度，延長(zhǎng)了使用壽命。