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摘 要：变压器在电力系统占据重要地位，承载着电力变压输送的重要职责，其维持稳定、安全的运行状态，对于电力系统整体的可靠运行意义重大。就超高压变压器而言，如操作人员未能科学监控其热老化状态及剩余使用寿命，导致出现突发性超高压变压器事故，则会对相连区域造成不可估计的损失。笔者从超高压变压器常见老化问题入手，通过相应的试验，详细探索了酸类物质的生成规律，并相应分析了变压器的热老化状况，结论证明跟踪监测油中酸值变化，可有效提高变压器老化评估的精确性。
关键词：超高压变压器 酸类物质 油纸绝缘 老化 糠醛
电力系统中超高压变电器不仅价格昂贵，且用途极为重要，如在实际运行中，此设备出现故障，则会造成巨大的损失。绝缘性故障是变压器的常见故障形态，加强对变压器绝缘老化状态监测的探究，具有其相应的现实意义。目前监测变压器绝缘老化程度的常见方法，主要是针对老化特征量，如糠醛含量、聚合度、以及油中溶解性气体的监测，此类方法在实际应用中普遍存在一定的问题。借助油中酸性物质与老化反应的关系，完成对设备老化状态的评估，是一种新型方法，针对这一方法的准确性及科学性，笔者进行了如下实验探究。
一、实验概述
1.实验对象。本实验以252kV超高压变压器为基础研究对象，实验试品依据其设备典型设计等比例缩小制作，具体包括设计用油、漆包线、绝缘纸等，以确保实验真是有效。制作完成的试品在130℃的模拟环境下进行老化实验，取样每七天进行一次，重点监测样品中酸值、介质损耗因数、以及糠醛含量的变化情况。
2.测定方法。本实验中介质损耗因数及酸值相关测定，均依据国标GB/T7595相关规范标准进行；糠醛含量相关测定则依据油浸式变压器设备绝缘老化导则相关规定涉及的HPLC方法进行。
二、实验结果分析与讨论
1.酸类物质在不同物质影响下的差异分析。本实验中共采用了四组对比试验，分别是油、油和纸、油和铜、以及油和纱。通过分析四组实验，探究不同材料对于油浸纸老化反应的影响及在反应过程中起到的作用。实验详细记录了各物质在不同时间的含量变化情况，具体变化如图一所示。
图一 四组实验中不同物质的变化对比图
分析图一中四组实验的变化曲线可得，对于任意物质而言，均存在明显的酸值缓慢提升及酸值快速提升两个阶段。四组试验中单一油样的酸值最低，其酸值快速提升阶段发生于第28天左右；加入纱和纸的样品，同样在第28天进入酸值快速提升阶段，且平均酸值大于同一时期的单一油样测定值；加入漆包线的油样，比替他三组油样提前进入酸值快速提升阶段，且其酸值变化幅度及提升量，均远大于单一油样测定值。不用的变化曲线表示不同油样的反应过程不同，以加入纸的油样为例，酸值的两端变化曲线分别对应不同的反应。在实验初始阶段，酸类物质生成量相对较少，对应酸值提升缓慢阶段。随着老化反应的不断进行，纸中的纤维素首先出现断裂，纸表面具有的溶解平衡遭到破坏，促使反应趋势整体向溶解方向移动，从而导致油样中酸类物质大量增多，酸值提升明显。试验中纱与纸的基本组成均为天然纤维，故而二者的变化曲线较为相似。四组实验中铜并不是直接与油样接触的，而是以漆包线的形式置入油样中，随着漆面老化破损，铜与油样的接触面积进一步增大，逐渐显露出铜材质的催化作用，在曲线上即表现为进而酸值快速提升阶段时间短，酸值提升迅速等现象。
2.酸值与糠醛含量的变化关系分析。糠醛含量是监测变压器老化状态的重要指标，油样中的糠醛物质主要由纸绝缘材质老化降解产生，而酸性物质主要产生于油、纸两种材质的老化反应，相比较于糠醛含量，监测酸值可更全面、精准地评估设备的老化状态。在变压器实际老化反应过程中，糠醛物质主要产生于酸性物质的诱导阶段，随着时间的推移在酸性物质发展阶段，糠醛物质的含量则会出现明显的下降。本组试验中，在第七次取样中，四组实验均为发现糠醛物质，持续至地八次取样，仍未能检测到任何糠醛物质。依据实验结果分析，糠醛物质在设备老化反应后期，即纸绝缘材质进入老化劣化状态，糠醛物质会出现不增反降现象，此时在根据糠醛含量评估设备老化状态，就会导致评估不合理问题。
3.设备绝缘性能与酸值变化间的关系分析。击穿电压及油介质损耗因数是变压器设备油绝缘特性的主要表征参数。随着设备老化反应的进行，其绝缘纸及绝缘油的结构在反应中遭到破坏，并产生大量的酸性物质，即会影响油介质损耗因数上升，同时降低击穿电压，最终导致油整体绝缘性能下降。依据实验结果综合四组实验的油介质损耗因素变化情况如下。
图二 四组实验的油介质损耗因素变化情况
随着老化反应的进行，所有实验油介质损耗因数均出现明显的上升，有图二分析可得，在反应进行至第21天时，油、纸和漆包线实验组出现明显的油介质增长趋势，而另一组实验则在七天后出现增长趋势。实验证明样品中的酸值变化与油介质因数变化相对应。击穿电压的降低与酸值变化有直接的关系，随着老化反应的进行，酸性物质不断生成，设备中的油逐渐从无极性物质转变为有极性物质，这种變化即导致击穿电压降低的根本原因。
三、超高压变压器老化实验结论概述
通过相应的实验，模拟了超高变压器在实际运行状态中的老化反应，对比了不同物质在反应中的作用及影响，结合实验分析，现总结实验结论如下：第一，酸类物质在变压器老化反应中主要分为两个阶段进行，第一阶段中酸性物质产生量较少，第二阶段中在多种因素影响下，酸性物质的产生量及反应速率提升明显，即酸性物质的变化情况反映了绝缘老化劣化的实际状况。第二，糠醛物质的生产在不同的反应阶段差异巨大。在反映初期对应酸性物质反应第一阶段，通过监测糠醛物质可相对精准的评估设备老化状态，但在反应中后期，糠醛物质自身发生氧化讲解，会导致糠醛含量逐渐降低，此时无法通过糠醛含量评估设备老化情况。第三，实验证明酸值变化与油介质因数变化存在一定的相关性，通过检测油中酸值的增减变化，可较为精准的了解其绝缘性能优劣。第四，变压器老化反应涉及干扰因素较多，设备实际运行环境复杂，相关人员在评估变压器老化状态时，应综合测定油中糠醛及酸值的变化情况，对比分析二者的监测结果，从而确保变压器绝缘老化状态评估的科学性和准确性。
四、结语
综述所述，超高压变压器作为电力系统中的重要设备，如出现故障会造成巨大的损失。因此，相关部门从变压器常见绝缘故障入手，加强设备老化状态监测，具有重要的现实意义。通过模拟实验，探讨了酸值变化与油绝缘性质变化的关联，相关人员可通过综合监测油中酸值和糠醛的变化情况，科学分析设备老化状态，从而确保系统运行的可靠性和安全性。
参考文献：
[1]李海燕，何梦，黄林等.超高压变压器油中酸类物质的生成规律和变压器热老化状况分析[J].高电压技术，2015（06）.
[2]李宏伟.超高压变压器油中酸类物质的生成规律和变压器热老化状况分析[J].建筑工程技术与设计，2016（24）.
[3]廖瑞金，周旋，杨丽君等.变压器油纸绝缘热老化过程的中红外光谱特性[J].重庆大学学报，2011（02）.
作者简介：杜晓燕（1982—），女，陕西省礼泉县，电气系统及其自动化助理工程师。
关键词：超高压变压器 酸类物质 油纸绝缘 老化 糠醛
电力系统中超高压变电器不仅价格昂贵，且用途极为重要，如在实际运行中，此设备出现故障，则会造成巨大的损失。绝缘性故障是变压器的常见故障形态，加强对变压器绝缘老化状态监测的探究，具有其相应的现实意义。目前监测变压器绝缘老化程度的常见方法，主要是针对老化特征量，如糠醛含量、聚合度、以及油中溶解性气体的监测，此类方法在实际应用中普遍存在一定的问题。借助油中酸性物质与老化反应的关系，完成对设备老化状态的评估，是一种新型方法，针对这一方法的准确性及科学性，笔者进行了如下实验探究。
一、实验概述
1.实验对象。本实验以252kV超高压变压器为基础研究对象，实验试品依据其设备典型设计等比例缩小制作，具体包括设计用油、漆包线、绝缘纸等，以确保实验真是有效。制作完成的试品在130℃的模拟环境下进行老化实验，取样每七天进行一次，重点监测样品中酸值、介质损耗因数、以及糠醛含量的变化情况。
2.测定方法。本实验中介质损耗因数及酸值相关测定，均依据国标GB/T7595相关规范标准进行；糠醛含量相关测定则依据油浸式变压器设备绝缘老化导则相关规定涉及的HPLC方法进行。
二、实验结果分析与讨论
1.酸类物质在不同物质影响下的差异分析。本实验中共采用了四组对比试验，分别是油、油和纸、油和铜、以及油和纱。通过分析四组实验，探究不同材料对于油浸纸老化反应的影响及在反应过程中起到的作用。实验详细记录了各物质在不同时间的含量变化情况，具体变化如图一所示。
图一 四组实验中不同物质的变化对比图
分析图一中四组实验的变化曲线可得，对于任意物质而言，均存在明显的酸值缓慢提升及酸值快速提升两个阶段。四组试验中单一油样的酸值最低，其酸值快速提升阶段发生于第28天左右；加入纱和纸的样品，同样在第28天进入酸值快速提升阶段，且平均酸值大于同一时期的单一油样测定值；加入漆包线的油样，比替他三组油样提前进入酸值快速提升阶段，且其酸值变化幅度及提升量，均远大于单一油样测定值。不用的变化曲线表示不同油样的反应过程不同，以加入纸的油样为例，酸值的两端变化曲线分别对应不同的反应。在实验初始阶段，酸类物质生成量相对较少，对应酸值提升缓慢阶段。随着老化反应的不断进行，纸中的纤维素首先出现断裂，纸表面具有的溶解平衡遭到破坏，促使反应趋势整体向溶解方向移动，从而导致油样中酸类物质大量增多，酸值提升明显。试验中纱与纸的基本组成均为天然纤维，故而二者的变化曲线较为相似。四组实验中铜并不是直接与油样接触的，而是以漆包线的形式置入油样中，随着漆面老化破损，铜与油样的接触面积进一步增大，逐渐显露出铜材质的催化作用，在曲线上即表现为进而酸值快速提升阶段时间短，酸值提升迅速等现象。
2.酸值与糠醛含量的变化关系分析。糠醛含量是监测变压器老化状态的重要指标，油样中的糠醛物质主要由纸绝缘材质老化降解产生，而酸性物质主要产生于油、纸两种材质的老化反应，相比较于糠醛含量，监测酸值可更全面、精准地评估设备的老化状态。在变压器实际老化反应过程中，糠醛物质主要产生于酸性物质的诱导阶段，随着时间的推移在酸性物质发展阶段，糠醛物质的含量则会出现明显的下降。本组试验中，在第七次取样中，四组实验均为发现糠醛物质，持续至地八次取样，仍未能检测到任何糠醛物质。依据实验结果分析，糠醛物质在设备老化反应后期，即纸绝缘材质进入老化劣化状态，糠醛物质会出现不增反降现象，此时在根据糠醛含量评估设备老化状态，就会导致评估不合理问题。
3.设备绝缘性能与酸值变化间的关系分析。击穿电压及油介质损耗因数是变压器设备油绝缘特性的主要表征参数。随着设备老化反应的进行，其绝缘纸及绝缘油的结构在反应中遭到破坏，并产生大量的酸性物质，即会影响油介质损耗因数上升，同时降低击穿电压，最终导致油整体绝缘性能下降。依据实验结果综合四组实验的油介质损耗因素变化情况如下。
图二 四组实验的油介质损耗因素变化情况
随着老化反应的进行，所有实验油介质损耗因数均出现明显的上升，有图二分析可得，在反应进行至第21天时，油、纸和漆包线实验组出现明显的油介质增长趋势，而另一组实验则在七天后出现增长趋势。实验证明样品中的酸值变化与油介质因数变化相对应。击穿电压的降低与酸值变化有直接的关系，随着老化反应的进行，酸性物质不断生成，设备中的油逐渐从无极性物质转变为有极性物质，这种變化即导致击穿电压降低的根本原因。
三、超高压变压器老化实验结论概述
通过相应的实验，模拟了超高变压器在实际运行状态中的老化反应，对比了不同物质在反应中的作用及影响，结合实验分析，现总结实验结论如下：第一，酸类物质在变压器老化反应中主要分为两个阶段进行，第一阶段中酸性物质产生量较少，第二阶段中在多种因素影响下，酸性物质的产生量及反应速率提升明显，即酸性物质的变化情况反映了绝缘老化劣化的实际状况。第二，糠醛物质的生产在不同的反应阶段差异巨大。在反映初期对应酸性物质反应第一阶段，通过监测糠醛物质可相对精准的评估设备老化状态，但在反应中后期，糠醛物质自身发生氧化讲解，会导致糠醛含量逐渐降低，此时无法通过糠醛含量评估设备老化情况。第三，实验证明酸值变化与油介质因数变化存在一定的相关性，通过检测油中酸值的增减变化，可较为精准的了解其绝缘性能优劣。第四，变压器老化反应涉及干扰因素较多，设备实际运行环境复杂，相关人员在评估变压器老化状态时，应综合测定油中糠醛及酸值的变化情况，对比分析二者的监测结果，从而确保变压器绝缘老化状态评估的科学性和准确性。
四、结语
综述所述，超高压变压器作为电力系统中的重要设备，如出现故障会造成巨大的损失。因此，相关部门从变压器常见绝缘故障入手，加强设备老化状态监测，具有重要的现实意义。通过模拟实验，探讨了酸值变化与油绝缘性质变化的关联，相关人员可通过综合监测油中酸值和糠醛的变化情况，科学分析设备老化状态，从而确保系统运行的可靠性和安全性。
参考文献：
[1]李海燕，何梦，黄林等.超高压变压器油中酸类物质的生成规律和变压器热老化状况分析[J].高电压技术，2015（06）.
[2]李宏伟.超高压变压器油中酸类物质的生成规律和变压器热老化状况分析[J].建筑工程技术与设计，2016（24）.
[3]廖瑞金，周旋，杨丽君等.变压器油纸绝缘热老化过程的中红外光谱特性[J].重庆大学学报，2011（02）.
作者简介：杜晓燕（1982—），女，陕西省礼泉县，电气系统及其自动化助理工程师。