绝缘纸老化机理及判断方法

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：绝缘的老化,即纤维结构链的断裂速度,主要取决于热点温度。一般绝缘老化主要是纤维大分子发生解聚而生成D—葡萄糖单体,因其不稳定,会进一步分解成为多种氧的杂环化合物糠醛、5—羟基—2—甲基糠醛等,同时也会有CO 和CO2生成。通过对纤维物理化学性能变化和生成物的监测即可实现对变压器固体绝缘老化状况进行判断。

变压器的固体绝缘材料主要是绝缘纸板,纸的主要组成是纤维素,纤维素是由长链的糖和单糖构成的有机物。干燥纸的强度主要取决于纤维的状况、强度及其化学键。纤维的降解过程相当复杂,与环境条件相关。变压器固体绝缘纤维素大分子的老化过程即纤维素的降解过程,是多种外界因素、多种降解过程综合作用的结果,是非单一因素、单一过程所致,通常纤维素的降解有以下三种方式:

(1)水解。

水和酸使纤维中的配糖键断裂,产生自由的糖,使纤维的聚合度 (Degree of Polyrization,缩写DP)降低,使纤维变弱、缩短。绝缘纸板中含的水分越多,纤维素水解的速度越快。变压器油中的酸起着触媒作用,酸的存在降低了纤维素配糖键破裂的活化性,加速了水解的反应速度。因此纤维素在使用前必须干燥,避免与酸接触。但是,要使变压器固体绝缘中彻底消除水分是不可能的,而且,当纤维发生热解和氧化降解时会生成水,变压器油老化中有酸性组分产生,这些都会导致水解的发生。

(2)热解。

纤维素加热至200℃时,如有氧化物、水等存在就易于打开配糖键和葡萄糖链,反应生成物包括葡萄糖、水汽、CO、CO2和有机酸。当温度大于200℃时,还将有其他反应发生。变压器绝缘系统内的温度分布是不同的。绝缘的老化,即纤维结构链的断裂速度,主要取决于热点温度。变压器在运行中的过载运行、线圈换位不正确而引起的环流及结构缺陷或短路事故等都会造成局部过热,从而引起纤维的热解反应。

(3)氧化降解。

纤维容易被氧化,氧与纤维分子里的碳原子反应生成醛类和酸,同时产生水、CO、CO2等。当油面直接和空气接触时,油中φ (空气)可达10%左右,氧气是促使纤维素氧化的因素之一。葡萄糖上的伯醇酸 (-CH2OH)很容易被氧化生成醛基,醛基再氧化而生成羟基,羟基不稳定,容易发生水解。

因此,变压器的固体绝缘在运行环境中,受温度、水分、氧气和油老化生成的酸性组分的作用,使纤维材料发生水解、热解和氧化降解,导致其物理化学性能的劣化——老化 (不可逆的劣化)。一般绝缘老化主要是纤维大分子发生解聚而生成D—葡萄糖单体,因其不稳定,会进一步分解成为多种氧的杂环化合物糠醛、5—羟基—2—甲基糠醛等,同时也会有CO 和CO2生成。通过对纤维物理化学性能变化和生成物的监测即可实现对变压器固体绝缘老化状况进行判断。

绝缘纸老化机理及判断方法

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