论电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压特性

张杨

摘要：文章将绝缘纸分别在90摄氏度、110摄氏度、130摄氏度的高温环境下进行加速热老化试验，在试验的过程中研究其击穿电压特性变化规律，并对发生变化的原因进行全面的分析。经过实验研究证明，在温度的不断提升下，电力变压器绝缘纸热老化击穿电压也呈现出上升的发展趋势，在电力变压器绝缘纸热老化的过程中，微水对绝缘纸的击穿电压影响较小。

关键词：电力变压器；绝缘纸热老化；击穿电压特性

电力变压器是电力系统稳定运行的重要设备，对整个电力系统运行发展有着十分重要的影响。电力变压器在使用的过程中一旦出现故障问题则会引发大面积都停电事故，对电力系统稳定运行和国民经济发展造成了严重的损失。为此，文章针对当前电力变压器绝缘纸热老化现象，通过实验室模拟和研究电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压特性，结合试验结果为变压器绝缘状态的评估和寿命预测提供重要参考支持。

1电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压特性问题概述

由绝缘纸、绝缘油等共同组成的电力变压器绝缘系统在运行的过程中，受外界温度、电场、水分、氧气等多种因素的影响，油纸的绝缘系统会出现老化的问题，伴随而来的是电力变压器机械性能的降低。结合以往实践研究充分证明了，温度对电力变压器油纸绝缘系统老化有着十分重要的影响。在此基础上，有学者从油纸绝缘老化过程中化学参量和特征产物以及电气特征两个方面开展了更细入的分析研究，为相关人员更好的掌握油纸绝缘的电绝缘状态提供了重要参数支持。

击穿电压是电介质材料的重要特点参量，将其应用到电力变压器绝缘纸热老化研究中主要是将矿物油介质在20摄氏度、40摄氏度、60摄氏度的高温环境下对纤维素绝缘纸的击穿电压进行研究。经过研究结果证明，对于含有纯油、混合浸渍的绝缘纸来讲，这类电力变压器绝缘纸的击穿电压伴随环境温度的变化没有发生明显的变化；在矿物油中加入酯能够提升浸油绝缘纸的击穿电压。之后在90摄氏度、110摄氏度、130摄氏度的高温环境下对矿物油介质在纤维素绝缘纸的击穿电压进行研究，发现击穿电压会随着热老化的温度提升而发生相应的提升。

2电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压试验方法

2.1老化的试验样品和操作步骤

2.1.1老化样品的处理

文章试验对绝缘纸进行人工加速热老化操作，绝缘纸样品应用某纸板厂家提供的普通绝缘纸板。绝缘油则是应用克拉玛依25号变压器油和BIOTEMP植物绝缘油。绝缘纸应用Munksjo热稳定纸。由于我国电压等级不高，因此在试验操作的时候对绝缘材料的性能提出了更高的要求，热稳定性良好的绝缘纸在变压器绝缘材料领域拥有十分广阔的发展前景。不同绝缘组合的符号表示如表一所示。

表一不同绝缘组合的符号表示

2.2样品处理操作步骤

在将不同的油纸组合之后，严格按照如下的操作流程进行处理：首先，将绝缘纸放入到真空浸油箱中，之后在温度90摄氏度、气压50pa的情况下去燥两天，去除掉纸张中的水分，将绝缘样品纸的水分控制在0.5%以下。其次，在真空的状态下，将40摄氏度的热油放入到真空罐中，让绝缘纸充分浸油两天，将其冷却到室温。再次，将真空浸油处理后的绝缘纸和新油一同放入到玻璃瓶子中，这个时候油和纸的比例是10:1。在将绝缘纸和新油放入到瓶子中之后在其中加入适当的铜片，会后将烧瓶放置在真空的充满氮气的箱中，进行密封处理。最后，将密封好的玻璃瓶放入到不同的老化箱子中，分别在90、110和130摄氏度的环境下开展加速老化试验操作，并在老化试验的过程中对相应的样本数据信息进行分析，其他的样本继续老化操作。

2.3电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压试验

绝缘纸击穿电压需要严格按照相关标准开展操作，在具体操作中应用BIOTEMP油作为重要煤质，之后测试不同老化程度绝缘纸连续升温过程中样品的快速击穿强度，具体试验如图一所示。试验变压器的容量是50KVA或者50KV，试验电压为220V，升压的速度是每秒100V。在具体测试操作的时候取样品数量六个，在计算出总体测量结果之后计算出平均数值。需要注意的是，在开展电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压试验的时候需要将实验室的温度控制在20摄氏度左右，实验室的湿度控制在50%左右。

图一：电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压试验

3电力变压器绝缘纸热老化的击穿电压试验结果分析

3.1电力变压器绝缘纸不同热老化的温度

PR组合电力变压器绝缘纸不同热老化的温度变化如图二所示。根据图二发现，在电力变压器绝缘纸热老化的不断深入下，击穿电压在130摄氏度下呈现出平稳上升的发展趋势。在90摄氏度和110摄氏度的温度下，击穿电压在老化初期呈现出明显的下降趋势，在之后开始呈现出上升的发展趋势。KR组合电力变压器绝缘纸不同热老化的温度变化如图三所示。从图三发现，在90、110、130摄氏度环境下绝缘纸的击穿电压都存在一个小幅度降低之后上升的发展趋势。

3.2不同油纸的组合

在130摄氏度的环境下，PR和KR的击穿电压都呈现出一定的上升发展趋势，且KR的上升空间要比PR大。PR呈现的波动变化不大，50天之后出现老化。KR的击穿电压整体水平比PR高。在110摄氏度环境下，PR和KR的击穿电压都呈现出先降低再提升的过程，老化在100天之后开始出现。在90摄氏度的时候，PR和KR的击穿电压在老化初期呈现出小幅度降低的趋势，之后整体慢慢提升，在老化200天之后，KR击穿电压的整体水平比PR高。

图二：PR组合电力变压器绝缘纸不同热老化的温度变化

图三：kR组合电力变压器绝缘纸不同热老化的温度变化

3.3击穿电压和聚合度之间的关系

聚合度会随着时间的变化而发生相应的变化，一般情况下，聚合度整体会随着老化时间的延长而呈现出整体下降的发展趋势，温度的提升也会加快其老化速度。但是从击穿电压和聚合度之间的关系可以发现，二者在本质上不存在明显的关系。

4结束语

综上所述，文章通过对90摄氏度、110摄氏度、130摄氏度三个温度下的实验室加速热老化试验操作，对两种不同油纸的绝缘组合定期取样进行综合比对，分析相关绝缘纸聚合物、油中的水分含量、纸中的水分含量阐述发现：①PR和KR在三个温度上的击穿电压都呈现出不同程度的上升趋势，特别是在90摄氏度和110摄氏度的情况下这种上升更加明显。②加速热老化温度对两种油纸组合的绝缘纸击穿电压影响不大，击穿电压和聚合度之间不存在密切的关联。③在试验加速老化操作中，PR和KR在三种不同温度环境下始终处于一种波动发展状态，油纸的绝缘系统没有达到水分平衡的发展状态。

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