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承試電力設備

電力變壓器內絕緣故障類型劃分

油浸式變壓器的結構主要可分為本體和附件兩塊，本體的主要部件有：原邊和副邊繞組、鐵芯及其夾緊裝置等構成的變壓器器身，作為絕緣、冷卻和防腐材料的變壓器油，容納變壓器器身和變壓器油的油箱。附件主要有：變壓器高低壓套管、油枕、有載分接開關、冷卻系統、引線、凈油器、儲油柜、變壓器本體保護裝置及其測示儀表等。變壓器在運行中常見的絕緣事故大多與繞組、鐵芯、分接開關和高低壓套管及引線有關。

變壓器的絕緣可以分為外絕緣和內絕緣，外絕緣指油箱以外的空氣絕緣，內絕緣包括繞組絕緣、引線及分接線開關絕緣、套管絕緣。內部絕緣從結構上又分為縱絕緣和主絕緣。縱絕緣指同一繞組的不同匝間、層間、段間、引線間、分接開關各部分的絕緣，主要絕緣材料是包在導線上的紙帶，匝間、段間的墊塊和油道等；主絕緣是一種油-屏障的結構，由作為覆蓋層纏在導線上的絕緣紙帶、油道、放在導體和接地體間油道中的絕緣紙板所構成。變壓器絕緣系統的結構分類如下圖所示。中試控股電力所以，充油式變壓器的故障有：外部故障、內部故障。其中，外部故障主要有變壓器油箱外部絕緣套管閃絡或破碎而產生的接地短路，以及引出線間的相間故障等引發；內部故障主要有油箱內的各相繞組間、線匝間的的短路，及繞組或引出線通過外殼發生的接地故障等。當然，具體類型的劃分方式較多，依據不同的分類準則，劃分的類型就會不同，如從回路劃分，主要有電路故障、磁路故障和油路故障；從變壓器的主體結構劃分，主要有繞組故障、鐵芯故障、油質故障和附件故障；從故障易發區位劃分，主要有絕緣故障、鐵芯故障、分接開關故障等；從故障對變壓器造成的嚴重程度及發生機率的高低程度，又可分為出口短路故障、滲漏故障、油流帶電故障、保護誤動故障等。所有上述不同類型的故障，有的只反映熱故障，有的只反映電故障，而有的既反映熱故障又反映電故障。因此，很難將變壓器的故障以某一范疇進行類型的規范劃分。然而，從變壓器故障的數據特點，拋開故障形成原因，我們可以將變壓器故障分為以下九個方面：鐵芯多點接地及局部短路、漏磁發熱或磁屏蔽過熱、絕緣老化、絕緣受潮、分接開關故障及引線故障、懸浮放電、繞組變形并匝間短路、匝間絕緣損傷并匝間短路和圍屏放電等。

三級承試資質設備

電氣測量儀器

1、ZSJS-6000D高壓介質損耗測試裝置

2、ZSHL-100A回路電阻測試儀

3、ZSFA-103互感器伏安特性測試儀

4、ZSDW-5A接地電阻測試儀

5、ZSRG-3000電容電感測試儀

6、ZSDT-10A接地導通測試儀

7、ZSBZC-3S變壓器直流電阻測試儀

8、ZSBC-VI變壓器變比測試儀

9、ZSBX-III變壓器繞組變形測試儀

10、ZSKC-4000有載分接開關測試儀

11、ZSKC-7000斷路器特性測試儀

12、ZSBD-2000氧化鋅避雷器阻性電流測試儀

13、ZSJB-740三相繼電保護測試儀

14、ZSFZ-9000雷擊計數器校驗儀

15、ZSDMH-5000V絕緣電阻測試儀

變壓器油紙絕緣產氣的機理

電力變壓器絕緣系統主要由絕緣油和油浸紙組成，油和紙的產氣機理各不相同，各有特點。

①絕緣油的產氣機理

中試控股電力變壓器油是對天然石油進行蒸餾、精煉而提取獲得，它包含了很多碳氫化合物，主要有烷烴、烯烴、環烷烴、芳香烴等，其中含有大量由C-C鍵組合在一起的CH3、CH2和CH化學基團。變壓器內的電故障或熱故障可導致C-H鍵和C-C鍵斷裂，從而產生氫原子和碳氫化合物的游離基，并重新化合產生氫氣和低分子烴類氣體，如CH4 , C2H、和C2H2和一些碳的固體顆粒及碳氫聚合物等。在有游離基存在的情況下，即使外界不供給能量反應仍將自動持續下去，反應速度隨著溫度、場強的上升而增加，震動與沖擊是油反應的加速劑；而水分和銅、鐵等金屬起催化劑的作用使反應加快，老化后所生成的酸和H20及油泥等危及油的絕緣特性。因此，通過游離基鏈式反應的理論可以很好地解釋絕緣油的產氣機理。

承試四級資質機具設備變壓器油熱解產氣主要由不同化學鍵結構的碳氫化合物的熱穩定性決定，裂解能量密度越大，產生的烴類氣體的不飽和度越高。不同的鍵斷裂需要不同的能量，因此，裂解產物依次為烷烴、烯烴、炔烴、焦炭。C-H鍵(338kJ/mol)斷裂主要為局部放電后重新化合而形成H2, C-C鍵斷裂需要更高的溫度和能量，然后迅速以C-C鍵(607kJ/mol)，C=C鍵(720kJ/mol)和C三C鍵(960kJ/mol）的形式重新化合成烴類氣體，油炭化生成碳粒的溫度需要500℃一800℃，其產物沉積在變壓器內部。

英國中央研究所Halstead根據熱動力學理論，模擬研究了故障下礦物油的裂解產氣規律。假定在裂解過程中，溫度恒定，礦物油的活化能變化固定，即無論發生什么樣的裂解反應，分解出的產物都是烴類氣體及碳顆粒。如果裂解后的產物處于平衡狀態，即系統的總壓力為101.3kPa，由化學反應的平衡常數及熱動力學模擬可知不同氣體組分的平衡分壓與溫度關系，如下圖所示。

哈斯特氣體分壓和溫度關系

承試電力設備從圖中可以看出，H2產氣量多，但與溫度的相關性不明顯；烴類氣體各自有唯一的依賴溫度，C2H2僅在接近1000℃的時候產生才尤為明顯。由哈斯特研究可知：故障能量的大小決定了烴類氣體的產氣速率，并且各氣體組分在不同的溫度下相互比例不同。在一定溫度下，產氣速率會出現一個最大值。隨著溫度的上升，各氣體組分最大產氣速率出現的次序是：CH4，C2H6，C2H4，C2H2。

②油浸紙的產氣機理

油浸紙中含有穩定性小于油中C-H鍵的無水右旋糖環和C-O鍵，它們能在低溫下重新化合。絕緣紙的熱分解是纖維素和半纖維素及木質等的同時分解。從纖維素分子結構可知，分解是由1-4配鍵斷裂所引起的，其化學式為(C5H10O5)n，結構如圖所示。

分解反應初期是紙中a一纖維素(分子結構中OH基處同側)進行零次反應，其活化能為39.2-39.5kcal。分解終止時，是半纖維素和木質素進行一次反應，活化能減少為22-23kcal(日本騰田)或33.5-34kcal(E.J.Murphy)。如果水分和氧氣存在，亦將加速上述兩種反應。固體絕緣在105℃一300℃裂解和碳化，生成H2O，CO，CO2及少量烴類氣體和吠喃化合物，且油會被氧化。其中，CO和CO2的生成受多種因素的影響，如溫度、油中氧的含量和紙的濕度等。

綜上所述，不同的化學鍵具有不同的鍵能，由于變壓器油的C-H鍵在低溫下斷裂，從而生成H2，CH4，C2H6，在500℃以上生成C2H4，在800℃一1200℃C2H2才會生成；而絕緣紙中，存在的C-O鍵弱于油中的C-H鍵，因此，在大于105℃時聚合鏈斷裂，大于300℃時則完全裂解和炭化。油浸紙生成的CO和CO2隨氧含量和水分含量的增加而增加。在相同的溫度下，油浸紙產生的CO，CO2遠大于油裂解產生的量，所以，油中溶解的CO，CO2可反映油浸紙的劣化指標。