【正文】 利用高效液相色譜儀進(jìn)行糠醛濃度檢測(cè)。這樣的過程用來模擬運(yùn)行中的變壓器溫度變化情況。冷卻結(jié)束后，將標(biāo)號(hào)為2的樣品再次置于恒溫箱內(nèi)，同標(biāo)號(hào)為1的樣品同時(shí)加熱。然后停止加熱，取出標(biāo)號(hào)為2的兩組樣品，置于冷水中進(jìn)行快速冷卻，冷卻時(shí)間30分鐘。圖14 試驗(yàn)用專用容器為了驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)論的重復(fù)性，我們將試驗(yàn)樣品分成兩組分別為A1/A2，B1/B2，經(jīng)過一定的試驗(yàn)時(shí)間每組樣品間進(jìn)行糠醛濃度的對(duì)比。容器上端用法蘭和膠墊進(jìn)行密封。然而，由于在高溫下變壓器油有較大的膨脹系數(shù)，因此我們專門設(shè)計(jì)了專用的試驗(yàn)容器，如圖14所示。d．試驗(yàn)儀器選擇 電子天平： AE100(瑞士梅特勒) 分度值（） 微水測(cè)試儀：CA06(日本三菱) 靈敏度（） 液相色譜儀：LC9A(日本島津) e．試驗(yàn)過程 由于本次試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)水分脫離纖維素的過程對(duì)纖維素老化的加速影響，因此我們寄希望水分會(huì)多次發(fā)生進(jìn)出纖維素的過程。因此試驗(yàn)溫度也不可選擇抬高。要達(dá)到一定的老化程度，需要很長(zhǎng)的時(shí)間。對(duì)于試驗(yàn)樣品，我們用高效液相色譜儀對(duì)試品變壓器油中的糠醛含量進(jìn)行檢測(cè)。b. 老化情況的檢驗(yàn) 根據(jù)前章關(guān)于纖維素老化程度的檢驗(yàn)方法的討論，本次試驗(yàn)采用糠醛濃度作為纖維素老化程度的標(biāo)志性參數(shù)。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，我們將試驗(yàn)樣品在濕潤(rùn)環(huán)境中充分暴露，一是為了使試品充分吸收水分，二是為了保證水分在變壓器油和絕緣紙中達(dá)到均勻穩(wěn)定的分布。絕緣紙進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠扑橐约铀倮匣^程。試驗(yàn)的相關(guān)情況如下：本次試驗(yàn)選用普通的皺紋絕緣紙和克拉瑪依產(chǎn)25號(hào)變壓器油。 水分脫離纖維素過程加速纖維素老化機(jī)理的試驗(yàn)驗(yàn)證水分對(duì)纖維素老化的影響被很多文獻(xiàn)所探討過，但關(guān)于水分脫離纖維素的過程也會(huì)加速纖維素老化的問題卻未見討論。這個(gè)過程就是水分進(jìn)入和脫離變壓器絕緣紙的過程。這種斷裂的發(fā)生必然進(jìn)一步對(duì)纖維素結(jié)果的穩(wěn)定性產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。再考慮變壓器運(yùn)行過程中，纖維素所處環(huán)境溫度相對(duì)較高，因此在水分脫離纖維素的過程中，氫鍵當(dāng)然會(huì)發(fā)生斷裂。氫鍵的結(jié)合能是2—8千卡（Kcal），氫鍵的鍵能一般在42kJ當(dāng)然這也僅是水分對(duì)纖維素老化影響的一個(gè)方面而已。因此，纖維素原有的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)必然會(huì)遭到一定的破壞。這種氫鍵產(chǎn)生的位置最多發(fā)生在3號(hào)和6號(hào)位置的羥基。相對(duì)而言糖苷鍵中的氧原子與水中氫原子結(jié)合的較少。羥基化學(xué)性質(zhì)活躍，當(dāng)水分進(jìn)入纖維素結(jié)構(gòu)后，水中的氫原子會(huì)和葡萄糖分子環(huán)上與羥基中的氧原子形成氫鍵。氫鍵為氫原子與鄰近的電負(fù)性較大的原子( F、Cl 、O、S、N 等) 之間所產(chǎn)生的一種強(qiáng)的非鍵作用,大小介于成鍵與非鍵作用之間, ，和其它化學(xué)鍵比如糖苷鍵一起保證了纖維素和絕緣紙的穩(wěn)定性。而運(yùn)行中的變壓器中恰恰這兩種環(huán)境都存在。參照?qǐng)D1所示的纖維素分子結(jié)構(gòu)圖，我們可以看到纖維素的分子主要由葡萄糖分子借1配糖鍵至4配糖鍵連結(jié)起來的大分子鏈接而成。晶區(qū)纖維素分子排列緊密，水分很難進(jìn)入。和其它大分子材料一樣，絕緣紙中的纖維素分子也存在晶區(qū)和非晶區(qū)，其中約70%的纖維素處于晶區(qū)之中,其余30%為無定型部分。但很少有涉及微觀層面的分析。這一背離情況將是本文主要的討論對(duì)象。c． 溫度和水分對(duì)變壓器固體絕緣老化的影響出現(xiàn)了背離的情況。 圖14 水分在油紙之間分布的平衡時(shí)間和溫度的關(guān)系經(jīng)過上面我們對(duì)變壓器油紙水分分布的動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)情況的分析，我們可以得到關(guān)于影響變壓器固體絕緣老化時(shí)間的兩大決定性因素――溫度和水分之間的幾點(diǎn)結(jié)論：a． 溫度增加，水分從固體絕緣中脫離，進(jìn)入變壓器油中，絕緣紙中水分減少；溫度降低，變壓器油中水分的溶解度降低，水分從變壓器油中向絕緣紙中移動(dòng)，絕緣紙含水率增加。試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了前面提到的，溫度對(duì)水分在變壓器油和固體絕緣間交換有著重要影響的論斷，得出了溫度與平衡時(shí)間成線性關(guān)系的結(jié)論。費(fèi)克（Fick）第二定律的表達(dá)式見式（2－5）。而在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)，水分分布是變化的，這就是我們所說的油紙間水分分布的動(dòng)態(tài)過程。當(dāng)溫度從一個(gè)溫度變到另一個(gè)溫度時(shí)，水分總要從一種物質(zhì)里進(jìn)入到另一種物質(zhì)里。圖中φP(H2O)為絕緣紙中水分含量，φO(H2O)為油中水分含量。圖10 Norris油紙水分平衡曲線圖11 Oommen 油紙水分平衡曲線圖12 Griffin 油紙水分平衡曲線國內(nèi)也有很多專業(yè)人士對(duì)油紙間水分平衡分布的穩(wěn)態(tài)情況進(jìn)行了深入的研究。這些曲線描述了在某一恒定溫度下水分在油紙間的穩(wěn)定分布情況。穩(wěn)態(tài)的水分在油紙絕緣間的分布關(guān)系，在上世紀(jì)中期就已經(jīng)被廣泛的研究了。比如對(duì)變壓器油進(jìn)行過濾處理后，絕緣紙中和變壓器油中水分含量的不平衡性驅(qū)使水分由固體絕緣中向變壓器油中運(yùn)動(dòng)；在真空脫水的過程中，壓力成為水分脫離固體絕緣的動(dòng)力；而在變壓器的運(yùn)行過程中，溫度的變化則是水分在變壓器油和固體絕緣中運(yùn)動(dòng)的主要決定因素。第三，變壓器中，水分在變壓器油和固體絕緣材料中的分布不是一成不變的，而是處在動(dòng)態(tài)平衡的過程當(dāng)中。因此，油紙絕緣結(jié)構(gòu)中絕緣紙必變壓器油的吸水性要強(qiáng)很多。 圖9 水分在變壓器油中溶解度的溫度曲線水分在變壓器油中的溶解度可以用式 （25）描述。而溫度的影響也非常明顯，圖9為不同溫度下水分在變壓器油中的溶解度曲線。第一，通常的講，由于水分子為極性分子因此其很難溶解在變壓器油中。投入運(yùn)行前的油運(yùn)行中的油110kV≤ 20mg/L≤ 35mg/L220kV≤ 15mg/L≤ 25mg/L500kV≤ 10mg/L≤ 15mg/L表3 華北電網(wǎng)電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程對(duì)變壓器油中水分的要求這些水分的只要來源有：生產(chǎn)過程中引工藝控制的問題造成變壓器油和絕緣紙中含有的水分，運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行過程中變壓器油和絕緣紙中吸收的水分，變壓器運(yùn)行中變壓器油和絕緣紙老化產(chǎn)生的水分等等。但盡管如此，我們還是不能完全排除運(yùn)行中的變壓器中存在水分。如前所述，水分是影響纖維素老化的重要因素。而且變壓器的運(yùn)行溫度和纖維素含水量?jī)烧咧g存在這一定的聯(lián)系，溫度的變化會(huì)直接影響纖維素含水量的變化。通過以上數(shù)據(jù)分析，我們可以得出如下結(jié)論：溫度和含水量對(duì)纖維素老化均有重要的影響?？傮w上講，試驗(yàn)環(huán)境溫度確定的情況下，纖維素的老化速率與含水量基本上成正比關(guān)系。另外由于與高溫解裂相比，氧化水解需要的活化能較小，因此在變壓器運(yùn)行溫度范圍內(nèi)，氧化水解將是變壓器固體絕緣老化的主要因素。這樣的水分變化情況說明，在整個(gè)試驗(yàn)過程中，85攝氏度和95攝氏度的樣品絕緣紙中的水分含量很少，而75攝氏度的樣品絕緣紙中保留的水分很多。在圖7中我們可以看到，85和95攝氏度是，水分在試驗(yàn)開始的初期從絕緣紙樣品中開始迅速脫離，直至一個(gè)很低的水分含量（大約1%），然后保持穩(wěn)定。也就是最低的試驗(yàn)溫度75攝氏度下的老化速率變成了最快的，其次是85攝氏度，最高試驗(yàn)溫度95攝氏度下的樣品老化速率竟然成了最慢的了。 圖6 不同溫度下樣品聚合度變化時(shí)間曲線 圖7 不同溫度下絕緣紙中水分含量變化時(shí)間曲線分析圖6所給定的曲線，我們發(fā)現(xiàn)只有在最初始的階段很短的時(shí)間內(nèi)絕緣紙的老化速率和溫度的關(guān)系符合我們的預(yù)期，也就是老化速率與溫度基本上成正比。測(cè)量分析依據(jù)分別為：水分含量參照IEC 60814的標(biāo)準(zhǔn)；糠醛含量參照IEC 61198的標(biāo)準(zhǔn)；聚合度（DP）參照IEC60450的標(biāo)準(zhǔn) 。變壓器油和絕緣紙質(zhì)量比為20：1，變壓器油的含水率在20℃時(shí)為20－25ppm。具體的試驗(yàn)情況如下：為了考察水分對(duì)纖維素老化的影響，絕緣紙樣品的初始水分含量分別為1%、4%、10%。因此在這些試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)也不能完全真實(shí)地反映處于運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)際變壓器中絕緣紙的老化情況。但為了縮短試驗(yàn)周期，盡快得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)，絕大部分試驗(yàn)都是在120攝氏度、150攝氏度甚至是更高的溫度下進(jìn)行的。hlein and A. J. Kachler，為考察在運(yùn)行溫度下，水分、溫度對(duì)纖維素老化的影響所進(jìn)行的試驗(yàn)中的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，、含水率對(duì)絕緣紙老化影響的結(jié)論。加速老化試驗(yàn)作為一種重要的試驗(yàn)手段，也被廣泛的采用，因此各種文獻(xiàn)中有很多的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。以上三點(diǎn)綜合的效果，就是容易引起絕緣紙發(fā)生局部放電，進(jìn)而破壞整個(gè)絕緣系統(tǒng)。其次，絕緣紙含水后其電氣絕緣性能會(huì)顯著劣化，局部放電起始電壓明顯降低。首先，在變壓器油紙絕緣系統(tǒng)中，因?yàn)榻^緣紙的吸水性遠(yuǎn)強(qiáng)于變壓器油，因此，變壓器內(nèi)部的水分主要集中于絕緣紙中。表5是在120攝氏度進(jìn)行老化試驗(yàn)時(shí)得到的絕緣紙老化速率與含水量的關(guān)系圖，與以上兩個(gè)試驗(yàn)的結(jié)論基本一致，也證明了絕緣紙含水量與老化速度基本上成正比。 含水率3. 7 %的試品比含水率2. 5 %的試品老化速率平均增長(zhǎng)275 %。由表中數(shù)據(jù)計(jì)算可知，含水率1 %的試品比0. 7 %的試品老化速率平均增速184 %。文獻(xiàn)[16]也利用糠醛含量作為絕緣紙老化的表征參數(shù)，得到試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。表觀上看，絕緣紙的老化速率與絕緣紙中的水分含量W（H2O）大致成正比。著將是一個(gè)正反饋模式，因此水分對(duì)纖維素老化的影響不可忽視。同時(shí)纖維素在老化的過程中水分也是產(chǎn)物之一。站名運(yùn)行號(hào)變壓器型號(hào)冷卻方式高壓側(cè)所在分接額定電流高壓實(shí)際負(fù)荷電流風(fēng)扇數(shù)量風(fēng)扇投入數(shù)量環(huán)境溫度頂層油溫繞組溫度曹妃甸2號(hào)SFSZ－180000/220ONAF A57 A124155055韓城2號(hào)SFSZ－180000/220ONAF460 A390 A22053638虹橋2號(hào)SFSZ－180000/220ONAF A280 A224205562賈安子1號(hào)SFSZ－180000/220ONAF A310 A1212306072金銀灘1號(hào)SFSZ－180000/220ONAF455 A275 A1212285560雷莊1號(hào)SFSZ－180000/220ONAF467 A400 A1410256070呂家坨3號(hào)SFSZ－180000/220ONAF465 A290 A1212326065遷安4號(hào)SFSZ－180000/220ONAF A343 A2220336676洼里3號(hào)SFSZ－180000/220ONAF47