摘要：變壓器紙絕緣材料是變壓器絕緣系統(tǒng)的重要組成部分，本文論述了紙絕緣材料的特點、紙絕緣材料纖維的性能、機(jī)械強度及紙纖維材料的劣化特性，提出重視變壓器運行與維護(hù)管理的重要性和防止變壓器紙絕緣故障的措施，必須從源頭上加強對變壓器絕緣系統(tǒng)的合理維護(hù)，控制變壓器事故的發(fā)生，提高變壓器的使用壽命和安全運行水平。
　　關(guān)鍵詞：變壓器，絕緣紙，性能，應(yīng)用
　　變壓器絕緣材料組成的絕緣系統(tǒng)是變壓器正常工作和運行的基本條件，變壓器的使用壽命是由絕緣材料的壽命所決定的，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度。據(jù)統(tǒng)計，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。實踐證明，大多變壓器的損壞都與絕緣系統(tǒng)的損壞有關(guān)。由于紙絕緣材料是變壓器絕緣系統(tǒng)的重要組成部分，因此也是引發(fā)變壓器事故的主要原因之一。
　　1．紙絕緣材料的特點
　　紙絕緣是油浸變壓器的主要絕緣材料之一，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)械強度已下降了一半以上，極度老化致使壽命終止的聚合度約為150～200。絕緣紙老化后，其聚合度和抗張強度將逐漸降低，并生成水、CO、CO2，其次還有糠醛(呋喃甲醛)。這些老化產(chǎn)物大都對電氣設(shè)備有害，會使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強度下降，甚致腐蝕設(shè)備中的金屬材料。溫度升高時，使纖維素解環(huán)、斷鏈并伴隨氣體產(chǎn)生的程度有所不同。在一定溫度下，CO和CO2的產(chǎn)生速度恒定，即油中CO和C02氣體含量隨時間呈線性關(guān)系。在溫度不斷升高時，CO和CO2的產(chǎn)生速率往往呈指數(shù)規(guī)律增大。因此，油中CO和CO2的含量與絕緣紙熱老化有著直接的關(guān)系，并可將含量變化作為密封變壓器中紙層有無異常的判據(jù)之一。而且固體絕緣具有不可逆轉(zhuǎn)的老化特性，其機(jī)械和電氣強度的降低都不能恢復(fù)。由于電力變壓器在運行中要承受時斷時續(xù)的機(jī)械應(yīng)力、張力、壓力、扭力及大氣過電壓和內(nèi)部過電壓的沖擊作用，對絕緣材料要求很高。因此，要根據(jù)紙絕緣材料的特點，加強對油浸變壓器的運行控制和維護(hù)。
　　2．紙絕緣纖維材料的性能
　　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有自由電子，絕緣體中極小的電導(dǎo)電流主要來自離子電導(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。有認(rèn)為紙被漆密封后，可減少紙對水分的吸收，阻止材料氧化，可取得較好的效果。但實踐中當(dāng)含有極性物質(zhì)的醇酸樹脂絕緣漆溶解在油中。在電場的作用下，極性物質(zhì)會發(fā)生偶極松弛極化，在交流極化過程中要消耗能量，所以使油的介質(zhì)損耗上升。雖然絕緣漆在出廠前經(jīng)過固化處理，但仍可能存在處理不徹底的情況。主變壓器運行一段時間后，處理不徹底的絕緣漆逐漸溶解在油中，使之絕緣性能逐漸下降。該類缺陷發(fā)生的時間與絕緣漆處理的徹底程度有關(guān)，通過一兩次吸附處理可取得一定的效果。但也可能有些牌號漆會慢慢溶人油內(nèi)，影響油的性能，對這類油漆的應(yīng)用應(yīng)充分予以注意。
　　3．紙絕緣材料的機(jī)械強度
　　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)械強度的要求，通常用耐張強度、沖壓強度、撕裂強度和堅韌性來表征。判斷紙絕緣性能可設(shè)法取樣測量紙或紙板的聚合度，或利用高效液相色譜分析技測量油中糠醛含量，以便于分析變壓器內(nèi)部存在故障時，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熱，或判斷固體絕緣的老化程度。對紙纖維絕緣材料在運行及維護(hù)中，應(yīng)注意控制變壓器額定負(fù)荷，要求運行環(huán)境空氣流通、散熱條件好，防止變壓器溫升超標(biāo)。這是基于油浸變壓器在額定負(fù)載下，繞組平均溫升為65℃，最熱點溫升為78℃，若平均環(huán)境溫度為20C，則最熱點溫度為98℃;在這個溫度下，變壓器可運行20—30年，若變壓器超載運行，溫度升高，促使壽命縮短。國際電工委員會(1EC)認(rèn)為A級絕緣的變壓器在80～140C溫度范圍內(nèi)，溫度每增加6℃，變壓器絕緣有效壽命降低的速度就會增加一倍，這就是6℃法則，說明對熱的限制已比過去認(rèn)可的8℃法則更為嚴(yán)格。同時還要防止油質(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、使用壽命和安全運行。
　　4．紙纖維材料的劣化
　　紙纖維的劣化主要包括三個方面：其一，纖維脆裂。當(dāng)過度受熱使水分從纖維材料中脫離，更會加速纖維材料脆化。由于紙材脆化剝落，在機(jī)械振動、電動應(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。其二，纖維材料機(jī)械強度下降。纖維材料的機(jī)械強度隨受熱時間的延長而下降，當(dāng)變壓器發(fā)熱造成絕緣材料水分再次排出時，雖然絕緣電阻的數(shù)值可能會變高，但其機(jī)械強度將會大大下降，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。其三，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，使變壓器繞組在電磁振動或沖擊電壓下移位摩擦而損傷絕緣。
　　5．紙絕緣材料設(shè)備的運行維護(hù)
　　綜上所述，掌握電力變壓器紙絕緣材料的性能及對變壓器進(jìn)行合理的運行維護(hù)，直接影響到變壓器的安全運行、使用壽命和供電可靠性，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安全運行水平的關(guān)鍵。電力變壓器是電力系統(tǒng)中重要而關(guān)鍵的主設(shè)備，作為變壓器的運行維護(hù)人員和管理者必須了解和掌握電力變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、材料性能、工藝質(zhì)量、維護(hù)方法及科學(xué)的診斷技術(shù)，并進(jìn)行優(yōu)化的運行管理，加強對變壓器絕緣系統(tǒng)的合理維護(hù)，才能保證電力變壓器的使用效率、壽命和供電可靠性。

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