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绝缘油的气相色谱分析第一节充油设备主绝缘材料性能充油设备的主绝缘为油纸复合绝缘，绝缘材料分别为：变压器油（矿物油）、油浸纸油纸绝缘的优点：油纸复合绝缘耐电强度，比油和纸单独任何一种材料耐电强度都高很多。（油的绝缘强度和介电系数低于纤维质，油承受较大的电场强度，因此，用纸把油分成一定数量的小油隙，既可以消除油中纤维杂质的积累而不易形成“小桥”，又可以使电场均匀，提高绝缘的电气强度）油纸绝缘的缺点：油和纸两者均易被污染，只要含百分之几的杂质，影响就相当严重。因此，在工艺过程中要尽可能地获得较纯净的油和纸，并根据此选择合适的工作场强，才能保证变压器绝缘结构的可靠性。一、变压器油的性能变压器油：由碳氢化合物组成的混合物，碳、氢两种元素占其全部重量的95%-99%，其他为硫、氮、氧及极少量的金属元素。从耐电强度、传热性及热容量等性能上对比，变压器油都比空气好得多。变压器油的作用：一是起着绝缘作用，二是起着散热作用。表4-1运行中的变压器油质量标准序号项目设备电压等级/kV质量标准检验方法投入运行前的油运行油1外状透明、无杂质或悬浮物外观目视2水溶性酸/pH＞5.4≥4.2GB/T75983酸值（mgKOH/g）≤0.03≤0.1GB/T7599或GB/T2644闪点（闭口）/℃≥140（10、25号油）≥135（45号油）与新油原始测定值相比不低于10GB/T2615水分/（mg/L）330～500220≤110≤10≤15≤20≤15≤25≤35GB/T7600或GB/T76016界面张力（25℃）/（mN/m）≥35≥19GB/T65417介质损耗因数（90℃）500≤330≤0.007≤0.010≤0.020≤0.040GB/T56548击穿电压/kV50033066～22035及以下≥60≥50≥40≥35≥50≥45≥35≥30GB/T507或DL/T429.99体积电阻率（90℃）/Ω•m)500≤330≥6×1010≥1×1010≥5×109GB/T5654或DL/T421变压器油的质量受老化程度与所含杂质等条件的影响。油质评价标准：任何单一试验项目都不能作为油质评价依据，应根据几种主要特性指标进行综合分析，并随变压器电压等级和容量不同而有所区别。运行中变压器油常规检验周期及检验项目如下表。10油中含气量/（%）（体积分数）330～500≤1≤3DL/T423或DL/T45011油泥与沉淀物/（%）（质量分数）＜0.02（以下可忽略不计）GB/T51112油中溶解气体组分含量色谱分析按DL/T722-2000规定GB/T17623GB/T7252取样油温为40～60℃表2运行中变压器油常规检验周期及检验项目设备名称设备规范检验周期表1中检验项目变压器电抗器330～500kV设备投运前或大修后每年至少一次必要时1～101～3，5～104，1166～220kV、8MVA以上设备投运前或大修后每年至少一次必要时1～91～3，5，7，86，9，11＜35kV设备投运前或大修后三年至少一次自行规定套管设备投运前或大修后1～3年必要时自行规定二、固体绝缘材料的性能油纸绝缘结构所用的植物纤维纸及其制品包含：电缆纸、电话纸、皱纹纸、金属皱纹纸、点胶绝缘纸、绝缘纸板等。1、绝缘纸纸为多孔结构，极易吸引水分。在正常大气条件下含水分为7%~9%，饱和时可达15%。纸的亲水性高于油，一般纸从油中吸收水分。纸的分子结构有羟基，容易热老化分解放出水分。纸受热能分解放出气体的比例约为H2O：CO：CO2=70：12：18。一般说来，除非纸被油完全浸透，否则纸中都会有空气或其他气体的空隙。空隙所分担的电压比纸高得多，如果空隙发生局部放电，将会使油纸绝缘逐渐腐蚀绝缘而最终导致损坏。（1）、电缆纸电缆纸是充油变压器主要绝缘材料之一，一般是由未漂白硫酸盐纸浆经抄纸而制成。在充油电力变压器中，一般采用DLZ-08和DLZ-12型电缆纸，其厚度分别为0.08mm和0.12mm。电缆纸主要用作导线绝缘、纸圈层间绝缘和引线包扎绝缘等。对于超大型高压电力变压器，为了提高纸圈匝绝缘的电气强度，可采用高气密性、高均匀性的绝缘纸，如厚度为0.075mm和0.045mm的纸圈匝绝缘纸。0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高27.6%~36%。为了提高绝缘纸的耐热性，近年来国内外研制成了多种改性的耐热绝缘纸，如将纸浆在有碱性触媒下使纤维素与氰乙烯起化学反应，以氰乙基换普通纤维分子中最容易老化的第一羟基，经氰化处理后的使用温度可提高20℃。如果使用温度不变，氰化纸可延长使用寿命，并能减轻变压器的重量。（2）、电话纸电话纸由硫酸盐纸浆制成，主要用作线圈导线绝缘和线圈端的端绝缘。在充油电力变压器中采用型号为DH-50型的电话纸，其厚度为0.5±5%mm，卷成宽度为500±10mm纸卷。（3）、皱纹纸皱纹纸是将底纸为纤维绝缘纸的绝缘纸经加工而成。各种皱纹纸的引申率分别为15%，20%，30%，50%，100%，200%和300%，目前采用的皱纹纸型号为JW-50，底纸分低密度和高密度两种。以高密度纤维绝缘纸为底纸和单方向引伸率为20%的皱纹纸，一般用作匝绝缘。底纸厚度为0.075~0.125mm，并有两种不同的颜色。当第二层与第一层匝间绝缘颜色不同时，容易发现第一层绝缘纸有无跑层现象。以高密度纤维绝缘纸为底纸和具有双方向引伸率的皱纹纸，一般用作引线绝缘。这种皱纸的底纸厚0.1mm，包括皱纹高度为0.45mm，长度方向引申率为50%，垂直于长度方向引申率为20%。由于它可使引线弯曲时最小半径小于绝缘后引线外径的4倍，加之浸油性能好，抗张强度、撕裂强度和伸长率都比电缆纸高，因此，目前在变压器线圈的引线中已广泛采用这种皱纹纸包扎绝缘。（4）、金属皱纹纸在底纸为0.075mm的纤维绝缘纸一面上粘0.0075mm的铝箔，可制成0.5mm厚的金属皱纹纸。它的引申率至少为60%，可用作电屏蔽材料。由于它有较高的引申率和柔软性，可制成任意形状的光滑表面，即可制成宽度为1000mm的大张金属皱纹纸带，也可制成宽度为12.5，20，25，30，40，50，75，100mm等的金属皱纹纸带。（5）、点胶绝缘纸。如在底纸厚度为0.08~0.5mm纤维绝缘纸的单面或双面涂以环氧树脂胶点，可制成胶层厚度为0.0125~0.025mm、黏合强度达450kPa的点胶绝缘纸，可作为层间绝缘。这种纸在120℃或150℃分别烘焙40min或80min后，胶层固化而使各层纸粘固在一起，机械强度增加，当用作中小型变压器层式线圈的层间绝缘时，可使抗短路机械力的能力有所提高。同时，由于绝缘纸上的树脂涂层是呈点胶状，涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂渗透于纤维纸中，从而可保证绝缘材料中气体的排出和油的浸入，可将局部放电对绝缘的损坏程度减少到最小。2、绝缘纸板组成：木质纤维、棉纤维的混合结构。常用两种纸板类型：50/50型（木质纤维和棉纤维各占一半）；100/100型（不掺棉纤维）。绝缘纸板中含有棉纤维，增加了吸水性。表3棉木纤维物理性能比较种类指标棉纤维木纤维断面粗度10～20μm25～45μm纤维间隙多而小少而大毛细管现象多少随着制造超高压和特高压大型及特大型充油电力变压器的需要，国内外都在不断的提高绝缘纸板的性能，如瑞士Weidmann公司的T系列绝缘纸板、美国Dubeent公司的芳香族聚酰胺纸板都显示良好的高耐热性和机械性能。由于绝缘纸和绝缘纸板的介电系数εz为4.5左右，变压器油的介电系数εy仅为2.2，而油纸绝缘在交流电压下纸层的场强Ey按Ez：Ey=εy：εz分布，油隙是油纸绝缘结构的薄弱环节。因此，在木质纤维中适当掺合低介电系数（2.1~3.8）组分的合成树脂纤维的纸板，在超高压大容量变压器制造中有良好的应用前景。同时，由于采用纸浆成型的绝缘件稳定性好，强度适中，可以提高绝缘结构的可靠性。因此，国内已研制出各种由纸浆成型的绝缘件，以此来解决超高压电力变压器绝缘结构和引线绝缘问题。油中气体的产生机理与材料的性能及其他外界因素有关。一、变压器油产气机理变压器油成分：矿物油，由多种碳氢化合物组成的混合物；其中碳、氢两种元素占其全部重量95%~99%，其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物主要成分有：环烷烃（CnH2n）（10%~40%）、烷烃（CnH2n+2）（50%）、芳香烃（CnH2n-m）（5%~15%）。第二节变压器油中气体产生机理表4-4部分国产变压器油的成分分析油类及厂家芳香烃/（CA%）烷烃/（CP%）环烷烃/（CN%）新疆独炼，#453.3049.7047.00新疆独炼，#254.5645.8350.06兰炼，#454.4645.8349.71兰炼，#256.1057.8036.10东北七厂，#258.2860.4631.26天津大港，#2511.8024.5063.70当变压器油受高电场能量的作用时，即使温度较低，也会分解产气。在场强为130kV/cm作用下，变压器油在25~30℃时的产气成分如下表所示。氧和水分的存在及其含量高低对反应影响很大，铜和铁等金属也起触媒作用使反应加速，老化后所生成的酸和H2O及油泥等危及油的绝缘特性。油在起氧化反应时，伴随生成少量CO和CO2，并且CO和CO2能长期积累，成为数量显著的特征气体。试样编号甲烷CH4乙烷C2H6乙烯C2H4乙炔C2H213.31.71.93.022.21.42.32.433.721.011.61`1.42二、固体绝缘产气机理固体绝缘材料主要是绝缘纸、绝缘纸板等，绝缘纸、绝缘纸板的主要成分是纤维素。纤维素裂解的有效温度高于105℃，完全裂解和碳化高于300℃，裂解生成水及大量的CO和CO2，同时生产少量的烃类气体。CO和CO2的生成不仅随温度升高而加快，而且随油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。由下表的试验结果可知，纤维素热分解的气体组分主要是CO和CO2。温度470℃时纤维素热分解产物分解产物重量/（%）分解产物重量/（%）水35.5CO210.40醋酸1.40CO4.20丙铜0.07CH40.27焦油4.20C2H40.17其他有机物质5.20焦炭39.59三、油中溶解气体浓度标准要求《变压器油中溶解气体分析和判断导则》（DL/T722-2000，GB/T7252-2001），对油中溶解气体浓度相关要求。气体变压器和电抗器互感器套管氢H2＜30＜50150乙炔C2H2000总烃＜20＜10＜10出厂和新投运设备油中溶解气体浓度要求设备气体组分含量〉330kV〉220kV变压器和电抗器总烃150150乙炔C2H215氢H2150150一氧化碳CO（--）（--）二氧化碳CO2（--）（--）套管甲烷CH4100100乙炔C2H212氢2500500变压器、电抗器和套管油中溶解气体含量的注意值互感器油中溶解气体含量的注意值设备气体组分含量220kV110kV电流互感器总烃100100乙炔C2H2l2氢H2150150电压互感器总烃100100乙炔C2H223氢H2150150仅仅根据分析结果的绝对值是很难对故障的严重性做出正确判断。因此，必须考虑故障的发展趋势，即故障点的产气速率。产气速率与故障消耗能量大小、故障部位、故障点的温度等情况有直接关系。变压器和电抗器的绝对产气速率的注意值mL／d气体组分开放式隔膜式总烃612乙炔0.10.2氢510气体组分开放式隔膜式一氧化碳50100二氧化碳100200一、三比值法的原理充油设备的故障诊断不能只依赖于油中溶解气体的组分含量，还应取决于气体的相对含量。研究表明，随着故障点温度的升高，变压器油裂解产生烃类气体按CH4（甲烷）→C2H6（乙烷）→C2H4（乙烯）→C2H2（乙炔）的顺序推移；H2是低温时由局部放电的离子碰撞游离所产生。基于上述观点，产生以CH4/H2，C2H6/CH4，C2H4/C2H6，C2H2/C2H4的四比值法，来判断故障类型。研究表明，四比值法中C2H6/CH4的比值只能有限地反映热分解的温度范围，于是IEC将其删除而推荐采用