【正文】 下纖維素鏈的不斷斷裂最終造成的固體絕緣的機(jī)械強(qiáng)度的喪失。不過這種直接測量的辦法更多的只適用于絕緣材料新品，對應(yīng)運(yùn)行中的設(shè)備存在取樣困難、破壞設(shè)備等問題，因此不具備現(xiàn)場實用性。如果在較高溫度下纖維素發(fā)生裂解，在生成水分的同時還會生成大量的CO和CO2。因此CO和CO2的含量和產(chǎn)生速度被作為衡量變壓器固體絕緣老化程度的一個參數(shù)。我們利用氣象色譜儀依據(jù)《變壓器油中氣體分析和判斷導(dǎo)則》（DL7222000）可以準(zhǔn)確的測量出變壓器油中的CO、CO2氣體含量，從而用來判斷變壓器固體絕緣老化情況。主要原因是變壓器油中CO和CO2的基礎(chǔ)含量過高。同時變壓器油分解時也會產(chǎn)生CO和CO2,這樣就使得這兩種氣體無法精確度表征變壓器固體絕緣的老化。根據(jù)大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析，隨著變壓器運(yùn)行時間增加，CO的含量會逐步增加。因為CO2在變壓器油中的溶解度較高，而CO的溶解度較低。當(dāng)CO2/CO大于7或是10的時候，提示可能變壓器內(nèi)部存在大面積低溫過熱的非正常老化問題。n表示有多少個葡萄糖分子鏈接在一起構(gòu)成了一條纖維素分子鏈。聚合度（DP degree of polymerization）就是一個纖維素分子中所包含的D葡萄糖單體的數(shù)量。有研究數(shù)據(jù)顯示，絕緣紙的聚合度和紙張的抗張強(qiáng)度有著對應(yīng)的關(guān)系。絕緣紙聚合度降低到500左右時，往往對應(yīng)著絕緣紙壽命的中期；當(dāng)聚合度降低到250左右時，絕緣紙抗張強(qiáng)度會出現(xiàn)突然的降低；當(dāng)聚合度降低到200（150）時，絕緣紙的機(jī)械抗張強(qiáng)度基本上降低到初始機(jī)械強(qiáng)度的20%，這時候可以認(rèn)為絕緣紙已經(jīng)喪失了在變壓器中繼續(xù)運(yùn)行的機(jī)械強(qiáng)度，絕緣紙和變壓器固體絕緣的壽命也到了終期。由于絕緣紙是由不同聚合度纖維素組成的混合體，因此測量的聚合度是平均聚合度。乙二胺濃度與銅濃度的克分子比CED/CCU=2。根據(jù)式（2－1）計算比粘度ηs=(tst0)/t0 式（2－1）式中：t0 ――溶劑平均流出時間，sts ――溶液平均流出時間，s根據(jù)馬?。∕arting）公式由比粘度ηs和干紙濃度C計算特性粘度。表1為按照馬丁公式（k＝）計算的作為比粘度ηs函數(shù)的（η）*C 的乘積值 最后根據(jù)式（2－2）計算紙樣品的聚合度DP。首先，試驗中需要對變壓器的絕緣紙進(jìn)行采樣。其次，對變壓器絕緣紙進(jìn)行采樣或許會對變壓器的固體絕緣造成一定的傷害?；蚴遣荒懿杉嚼匣瘒?yán)重的部位，從而使聚合度計算結(jié)果高于老化嚴(yán)重部位的絕緣紙聚合度；或是，采樣部位的絕緣紙在異常情況下（比如引線焊接不良發(fā)熱造成的外包絕緣紙）局部老化嚴(yán)重，造成所得的聚合度計算結(jié)果不能代表變壓器內(nèi)部整體絕緣情況。在分子鏈斷裂的過程中，纖維素的分子量會逐漸變小，高所分子量的分子鏈與低分子量的分子量數(shù)量相比也逐漸減少。有試驗顯示當(dāng)絕緣紙DP值從1200降低到小于150時，纖維素的重量損失大約為5%。 變壓器絕緣紙老化過程中，會產(chǎn)生很多化合物產(chǎn)物。主要有2furfuryl alcohol, furfural, 2acetylfuran 和 5methylfurfural。這種分布在變壓器油和固體絕緣材料中也存在著平衡分布的狀態(tài)。5methylfurfural，非常不穩(wěn)定，在產(chǎn)生后會很快消失。furfural（糠醛）在各種纖維素分解產(chǎn)物中最穩(wěn)定，且濃度總是最高。糠醛，學(xué)名呋喃甲醛,是具有苦杏仁味的淺黃色透明液體, ～ g/ cm3 , ～ ℃, 分子式為C5H4O2 , ,易溶于醇和醚。因此，正常運(yùn)行的變壓器油中也含有糠醛，且隨著運(yùn)行時間的延長，糠醛濃度不斷增加。圖4 變壓器油中糠醛含量與運(yùn)行時間的關(guān)系圖統(tǒng)計數(shù)據(jù)中，大部分變壓器油中糠醛含量與運(yùn)行時間的關(guān)系處在區(qū)域B的范圍內(nèi)。因此該導(dǎo)則把區(qū)域A的下限曲線，作為絕緣紙非正常老化的注意值。對于同樣的非正常老化的注意值曲線，已有研究給出如下經(jīng)驗關(guān)系式：log( f)=+文獻(xiàn)[12]，提供了運(yùn)行中變壓器油中的糠醛含量的參考值。華北《電網(wǎng)電力設(shè)備交接和預(yù)防性試驗規(guī)程》中也提供了變壓器油中糠醛含量的參考值，具體見表1。運(yùn)行年限1－5年5－10年10－15年15－20年糠醛含量（mg/l）表1 運(yùn)行中變壓器糠醛含量參考表要用糠醛來表征變壓器固體絕緣的老化情況，我們有必要在變壓器油中糠醛含量和變壓器固體絕緣機(jī)械強(qiáng)度間建立起對應(yīng)關(guān)系。文獻(xiàn)[8,9,10]對變壓器油中糠醛含量與絕緣紙聚合度的關(guān)系進(jìn)行了詳細(xì)的討論。絕緣油中的糠醛含量與代表絕緣紙老化的聚合度之間有較好的線性關(guān)系，關(guān)于這種對應(yīng)關(guān)系，有近似的公式描述。 式中f為變壓器油中的糠醛含量（mg/l）,D 為絕緣紙的聚合度。在圖中我們也可以看到，糠醛濃度的對數(shù)值與絕緣紙的聚合度DP值近似的為線性關(guān)系。糠醛性質(zhì)穩(wěn)定，即使變壓器油經(jīng)震蕩脫氣其損失量也是非常小的。這種方法方便一行，成為運(yùn)行中檢測絕緣紙老化程度的一種有效方法。目前測量變壓器油中糠醛含量最常見的方法是利用高效液相色譜儀（HPLC）。選用強(qiáng)極性的甲醇為萃取劑,把變壓器油中的糠醛萃取出來,然后再用非極性(反相) C18色譜柱對萃取液中的糠醛進(jìn)行分離,同時,選用高靈敏度的紫外檢測器對色譜柱分離出的糠醛進(jìn)行檢測。用測定變壓器油中糠醛含量的方法來判斷變壓器固體絕緣老化狀況的方法雖然準(zhǔn)確、方便易行，但也有很多影響其準(zhǔn)確性的因素需要我們注意。這種分布與溫度有關(guān)，因此當(dāng)溫度變化的時候，我們測得變壓器油中的糠醛濃度會有變化。因此油注入變壓器后，經(jīng)過成分的平衡過程，油中還是會有糠醛存在的。而在對變壓器進(jìn)行真空注油或油循環(huán)處理時，因為會需要很長的時間，因此會對變壓器油中的糠醛含量造成很大的影響。更換吸附劑后，可能使得油中糠醛含量有突然的降低。我們對變壓器油中糠醛的含量檢測應(yīng)該時連續(xù)的，特別是經(jīng)過油處理、更換吸附劑等情況后要即使進(jìn)行測量，以確定數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)。過去幾十年里，很多文獻(xiàn)[9,10,13]對纖維素的熱老化進(jìn)行了詳細(xì)的研究，得出了豐富的數(shù)據(jù)，構(gòu)建了成熟的模型?？傮w而言，纖維素受溫度影響發(fā)生的老化應(yīng)該屬于高溫解裂。溫度對纖維素老化的影響應(yīng)該分兩個溫度范圍。這種情況主要是對應(yīng)于短期應(yīng)急負(fù)荷或是故障電流流過變壓器繞組時，在變壓器內(nèi)部最熱點(diǎn)產(chǎn)生的超出預(yù)期和設(shè)計目標(biāo)的高溫情況。因為在這個溫度范圍內(nèi)，變壓器的老化主要的機(jī)理是氧化水解，因此從某種意義上講或許溫度對老化的影響已經(jīng)不是那么嚴(yán)重。文獻(xiàn)[ 14 ]綜合前人的結(jié)果, 通過對大量數(shù)據(jù)的分析, 并在試驗基礎(chǔ)上總結(jié)的結(jié)論也將溫度的影響分為兩個部分。在過去幾十年里大量的老化試驗被設(shè)計和實施，用來驗證高溫對纖維素老化的影響程度。并進(jìn)一步推出變壓器預(yù)期壽命的時間表達(dá)式為: L=e(α+β/T) 式 （21）式中： L 變壓器的預(yù)期壽命 T 絕對溫度 α,β 常數(shù)在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，式 （21）可簡化為蒙特辛格(Montsinger)公式： L=epθ 式（22）式中 p 常數(shù) θ 溫度 （攝氏度）另外，在關(guān)注 變壓器絕緣老化和變壓器壽命管理方面，我們會更關(guān)注變壓器絕緣老化的速度，也就是變壓器絕緣壽命的倒數(shù)。但經(jīng)過很多試驗數(shù)據(jù)的分析，發(fā)現(xiàn)其中影響最大的是絕緣材料的含水率和絕緣材料所處環(huán)境的氧氣含量。在大約80－140度的溫度范圍內(nèi)，溫度系數(shù)p基本可以保持不變，溫度每增加6度，變壓器的絕緣老化速度將增加一倍，即六度法則[15]。有降低溫度8度或是10度，對應(yīng)老化速度降低一半的報道。相對老化率以變壓器熱點(diǎn)溫度為98攝氏度時的絕緣老化速率為1。在把98攝氏度時變壓器的老化速率作為正常速率的前提下，非熱改性紙的相對老化速率V用式（24）表示。V=(在給定溫度下的老化速率/在98攝氏度時的老化速率)=2（θh－98）/6 (24)=10（θh－98）/熱改性紙在高溫時有可以保留更高的張力和抗裂強(qiáng)度百分值，它的相對老化速率因為其獨(dú)特的熱老化特性，其相對老化速率V=，且其老化速率的表達(dá)式也不同。θh（攝氏度）非熱改性絕緣紙熱改性絕緣紙8086929810411011612212813464140 表1 80－140攝氏度時絕緣紙的相對老化速率圖4為基于表1數(shù)據(jù)的絕緣紙相對老化速率示意圖。但我們也可以看到。在唐山供電公司目前運(yùn)行的自然風(fēng)冷卻（ONAF）變壓器中我們選擇了15臺，對其在不同負(fù)荷、不同環(huán)境溫度下的頂層油溫和繞組溫度進(jìn)行匯總成表2。對應(yīng)表1給出的相對老化速率的數(shù)據(jù)，近似使用六度法則，我們會發(fā)現(xiàn)在正常的運(yùn)行溫度下，其實變壓器的熱老化速率已經(jīng)非常的不嚴(yán)重了。運(yùn)行中的變壓器中的水分來源有，外接水分入侵、變壓器油分接產(chǎn)物等等。而同時水分又是纖維素氧化反應(yīng)的催化劑，參與各種纖維素的老化反應(yīng)。同時，由于水分的存在，絕緣紙含水量的增加會使其耐電強(qiáng)度迅速下降下降，介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ）增大，局部放電和圍屏放電的起始電壓將降低，使圍屏放電更易于發(fā)展，從而加速絕緣紙的電老化過程。有研究表明，絕緣紙中含水量為2%%的6倍～16倍，而含水量增到4%時，%的12倍～45倍。其中糠醛含量越大意味著絕緣紙老化速度也快。 含水率1. 5 %的試品比含水率1 %的試品老化速率平均增速205 % 。當(dāng)含水率超過2 %后,絕緣紙老化速率急劇加快。熱老化時間 h不同含水量條件下油中糠醛含量 （mg/L）%1%%2%%%4896144表2 不同含水量的絕緣紙的老化情況 圖5 120攝氏度時水分對絕緣紙老化速度的影響另外，從絕緣紙電氣老化的角度而言，水分的影響也是不容忽視的。而由于水相對于絕緣紙和變壓器油而言是強(qiáng)極性分子，因此在變壓器運(yùn)行過程中容易被電場吸引向高場強(qiáng)區(qū)域匯集。再有，絕緣紙內(nèi)的水分受熱脫離絕緣紙后，會在內(nèi)部留下空隙，從而造成絕緣薄弱的環(huán)節(jié)。 絕緣紙老化試驗數(shù)據(jù)分析如前所述，幾十年來關(guān)于絕緣紙老化很多專業(yè)人員進(jìn)行了大量的研究。本節(jié)將對西門子變壓器廠（Germany）I. H246。之所以選擇這一試驗數(shù)據(jù)，主要是因為盡管加速老化試驗數(shù)據(jù)很多。而真正處于運(yùn)行狀態(tài)的變壓器中，幾乎不可能存在這樣的工作環(huán)境。我們將要討論的試驗分別在7895攝氏度的情況下進(jìn)行，這一溫度范圍與實際運(yùn)行的變壓器溫度基本一致。為了考察溫度對纖維素老化的影響，試驗環(huán)境溫度分別被設(shè)定在75℃、85℃、95