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[摘 要]本文首先分析了造成变压器绝缘材料老化的原因，然后阐述了绝缘材料在老化分解过程中产气（CO、CO2）及糠醛的现象，最后提出了应用测量气体、糠醛含量的具体方法来检测变压器绝缘材料的老化程度。本文以下就此进行了详细的探讨。
[关键词]变压器绝缘材料； 绝缘材料老化； 判断方法；
中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0319-01
一、前言
随着变压器应用要求的不段提高，研究其绝缘材料老化问题凸显出重要意义。该项课题的研究，将会更好地对造成绝缘材料老化的原因进行掌控，从而在掌握具体方法的基础上，对绝缘材料的老化进行检测。
二、造成绝缘老化的原因
变压器绝缘材料主要用途是对通电导体之间进行绝缘隔离。在变压器中，绝缘材料不仅仅起到绝缘的作用，还起到散热、固定、保护、防潮等作用，是变压器的重要组成部分。
变压器绝缘材料的使用环境复杂，绝缘材料的使用寿命受很多因素的影响（温度、湿度、电场），所以绝缘材料相比于其他材料更容易老化、破损。除去环境对绝缘材料的影响，绝缘材料自身的结构、特征、工艺技术等条件对老化速度也会有不同程度的影响。而且，绝缘材料不光会在电的作用下发生老化，还会因为还会因为受潮而加速老化。总而言之，造成绝缘材料老化的原因主要包括电作用、机械力作用以及环境湿度的影响。
三、绝缘材料老化分解的产气现象分析
大部分固体绝缘材料在老化分解的时候会产生气体，不妨以分析气体产生原因为基础，对变压器油中气体含量的检测来判断绝缘材料的老化程度。
通过对固体材料成分的研究得知，固体绝缘材料中含有大量的较弱的C-O键和无水右旋糖环，这两种化学键的热稳定性相比于变压器中的碳氢键要不稳定一些，并且还会在比较低的温度下进行重新排列、化合。在电、热、湿度以及氧气的催化作用下，分子中的聚合物会出现氧化分解，分子中含有的共价键（C-O、C-H、C-C）均被破坏，形成大量的CO、CO2气体和少量的水以及糠醛。这是发生在变压器中的缓慢化学反应，受温度的影响较大，如果聚合物在开始分解的时候周围有效温度达到105℃，不仅生成水和气体（CO、CO2），变压器油也会被氧化，这说明气体的生成不仅受温度的影响，还可以根据绝缘纸的湿度来简单判断绝缘材料的老化程度。
四、绝缘材料老化的判断试验
1.CO、CO2的含量检测
检测CO、CO2含量最好的方法就是运用气相色谱法，具体的检测方法为：取40～60ml变压器油，将其装入注射器中密封。在50℃的温度下进行震荡，使溶解在油中的气体脱出，当油中的气、液达到平衡时停止震荡。通过对气体中目标气体的浓度测定，并严格按照气相色谱检测流程的规定、分配定律以及物料平衡的原理计算出溶解在油中的CO、CO2浓度。
2.糠醛的含量检测
与检测CO、CO2含量的方法相类似，糠醛的含量检测运用液相色谱检测法。检测用器件可选择可见波长扫描紫外检测器。相关数据分析为：以甲醇与水的混合液（6：4）作为流动相，将体积流量控制在1.0ml/min左右，检测波长为275nm；进样量具体为10ml。
五、绝缘老化中的树枝结构
1.电树枝
在固体绝缘材料的高压击穿试验后，可以观察到类似树枝或者树根一样的击穿痕迹。在高电压工程学上，这种树枝状的绝缘击穿部分称为“树枝”，其发生、发展的现象叫做“树枝形成”。这种树枝是由电场的作用导致击穿所致，所以又被称为“电树枝”。电树枝产生的原因和电老化的原因一样有多种理论，但是尚无定论。其中有本征破坏说、离子碰撞说、龟裂发生说以及机械破坏说等等。现在实验室制造电树枝的方法是通过在插入绝缘材料内部的细针施加高压，这在一定程度上说明电树枝的形成和绝缘材料不均匀引起的电极效应有关。电树枝形成后会不断发展，直至形成直径数微米到数百微米的细小中空管，这是引起绝缘局部放电原因之一。
2.水树枝
橡皮、塑料电缆等浸水后施加电压作长期试验时，与不加电压只浸水的情况相比较其绝缘介质特性要低。这一现象被称为“浸水课电现象”。对产生“浸水课电现象”的绝缘材料进行显微观察，发现有和电树枝相似的树枝状结构的存在，因为这种树枝结构和有关，并且是在低电场强度、长时间作用下形成的，为与电树枝区别，称之为水树枝。水树枝在充满水的状态下看起来是白色的，但是干燥后就不易观察到。水树枝多见于结晶性材料如聚乙烯和交联聚乙烯，而在无定型材料的PVC、丁基橡胶等聚合物中少有发现。此外，水树枝在直流电压的作用下较难产生，但是在交流电压作用下较易产生，高频电压也能促使水树枝的产生。在显微观察下发现水树枝的结构和电树枝还是存在一定差别的。水树枝一般为直径0.1～1μm的微小气泡的集合，它们之间由直径为0.05μm的微小导管相连，这些微气泡和微导管中有水的存在。水树枝在绝缘体中出现的位置、形状是多种多样的，对于常发现水树枝的电缆而言，根据水树枝产生的位置大体可以分为三类：在电缆的内侧，内层半导电层处发生的是“内导水树枝”；因绝缘体中的孔隙和杂质而产生的类似蝴蝶结形的为“海绵状水树枝”；由外层半导电层处产生的是“外导水树枝”。
六、判断变压器绝缘材料老化存在的问题
1.运用对CO、CO2含量的检测方法
变压器绝缘材料老化的主要特征体现在绝缘材料的分子在氧气、水分、温度等因素的催化下发生分解，形成水、CO、CO2等产物。所以，可以通过气相色谱法测量油中的CO、CO2含量，进而达到判断绝缘材料老化程度的目的，这种方法很通用也很合适。但是，变压器油中的CO、CO2不仅是绝缘材料分解产生的，也会因为绝缘油的氧化而产生，两种情况产生的相同气体没有比较，也没有方法进行同位素试验，所以影响了判断结果。国内常见变压器中使用的绝缘油会在变压器的正常运行下产生CO、CO2，无法证实试验所得CO、CO2含量就是绝缘材料老化产生的，这种现象为测试CO、CO2含量的判断方法带来了较为严重的不确定性。
2.运用对糠醛含量的检测方法
绝缘纸老化就是产生了某种葡萄糖单体，这种葡萄糖单体很不稳定，会加速绝缘纸老化。在绝缘纸老化的过程中不会产生糖醛，所以可以利用对糖醛含量的检测来判断绝缘纸是否老化，这种方法简单方便。但是这一方法的判断在国内外有着不同的看法，这虽然是一种简单有效的检测方法，在具体的诊断中还需要更加详细专业的检测。
3.变压器设备过热对绝缘材料的影响
变压器容易出现局部部位热度过高的现象，这不仅影响变压器的正常运转，还会加速温度过高部位绝缘材料的老化，所以应该减少对该部位的溶解气体检测以及糠醛含量检测，起到保养的目的，防止该部位绝缘材料老化程度严重导致的绝缘失效，以及绝缘材料击穿等情况。
七、结束语
通过对变压器绝缘材料老化问题的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多项影响因素的掌控，有关人员应该从变压器实际应用的客观情况出发，在分析既有优势的同时，研究制定最为符合实际的绝缘材料老化问题解决方案。
参考文献
[1] 张志龙，吴，景录如.高导热绝缘复合材料的研究[J].舰船电子工程.2011（06）：88-89.
[2] 周健，黄祖洪.高导热绝缘柑料在高压电机上的应用意义与前景[J].绝缘材料通讯.2010（06）：112-113.
[3] 赵永清.浅谈低压电气产品绝缘技术性能检测[J].中国高新技术企业.2010（07）：82-83.
[关键词]变压器绝缘材料； 绝缘材料老化； 判断方法；
中图分类号：TM411 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）30-0319-01
一、前言
随着变压器应用要求的不段提高，研究其绝缘材料老化问题凸显出重要意义。该项课题的研究，将会更好地对造成绝缘材料老化的原因进行掌控，从而在掌握具体方法的基础上，对绝缘材料的老化进行检测。
二、造成绝缘老化的原因
变压器绝缘材料主要用途是对通电导体之间进行绝缘隔离。在变压器中，绝缘材料不仅仅起到绝缘的作用，还起到散热、固定、保护、防潮等作用，是变压器的重要组成部分。
变压器绝缘材料的使用环境复杂，绝缘材料的使用寿命受很多因素的影响（温度、湿度、电场），所以绝缘材料相比于其他材料更容易老化、破损。除去环境对绝缘材料的影响，绝缘材料自身的结构、特征、工艺技术等条件对老化速度也会有不同程度的影响。而且，绝缘材料不光会在电的作用下发生老化，还会因为还会因为受潮而加速老化。总而言之，造成绝缘材料老化的原因主要包括电作用、机械力作用以及环境湿度的影响。
三、绝缘材料老化分解的产气现象分析
大部分固体绝缘材料在老化分解的时候会产生气体，不妨以分析气体产生原因为基础，对变压器油中气体含量的检测来判断绝缘材料的老化程度。
通过对固体材料成分的研究得知，固体绝缘材料中含有大量的较弱的C-O键和无水右旋糖环，这两种化学键的热稳定性相比于变压器中的碳氢键要不稳定一些，并且还会在比较低的温度下进行重新排列、化合。在电、热、湿度以及氧气的催化作用下，分子中的聚合物会出现氧化分解，分子中含有的共价键（C-O、C-H、C-C）均被破坏，形成大量的CO、CO2气体和少量的水以及糠醛。这是发生在变压器中的缓慢化学反应，受温度的影响较大，如果聚合物在开始分解的时候周围有效温度达到105℃，不仅生成水和气体（CO、CO2），变压器油也会被氧化，这说明气体的生成不仅受温度的影响，还可以根据绝缘纸的湿度来简单判断绝缘材料的老化程度。
四、绝缘材料老化的判断试验
1.CO、CO2的含量检测
检测CO、CO2含量最好的方法就是运用气相色谱法，具体的检测方法为：取40～60ml变压器油，将其装入注射器中密封。在50℃的温度下进行震荡，使溶解在油中的气体脱出，当油中的气、液达到平衡时停止震荡。通过对气体中目标气体的浓度测定，并严格按照气相色谱检测流程的规定、分配定律以及物料平衡的原理计算出溶解在油中的CO、CO2浓度。
2.糠醛的含量检测
与检测CO、CO2含量的方法相类似，糠醛的含量检测运用液相色谱检测法。检测用器件可选择可见波长扫描紫外检测器。相关数据分析为：以甲醇与水的混合液（6：4）作为流动相，将体积流量控制在1.0ml/min左右，检测波长为275nm；进样量具体为10ml。
五、绝缘老化中的树枝结构
1.电树枝
在固体绝缘材料的高压击穿试验后，可以观察到类似树枝或者树根一样的击穿痕迹。在高电压工程学上，这种树枝状的绝缘击穿部分称为“树枝”，其发生、发展的现象叫做“树枝形成”。这种树枝是由电场的作用导致击穿所致，所以又被称为“电树枝”。电树枝产生的原因和电老化的原因一样有多种理论，但是尚无定论。其中有本征破坏说、离子碰撞说、龟裂发生说以及机械破坏说等等。现在实验室制造电树枝的方法是通过在插入绝缘材料内部的细针施加高压，这在一定程度上说明电树枝的形成和绝缘材料不均匀引起的电极效应有关。电树枝形成后会不断发展，直至形成直径数微米到数百微米的细小中空管，这是引起绝缘局部放电原因之一。
2.水树枝
橡皮、塑料电缆等浸水后施加电压作长期试验时，与不加电压只浸水的情况相比较其绝缘介质特性要低。这一现象被称为“浸水课电现象”。对产生“浸水课电现象”的绝缘材料进行显微观察，发现有和电树枝相似的树枝状结构的存在，因为这种树枝结构和有关，并且是在低电场强度、长时间作用下形成的，为与电树枝区别，称之为水树枝。水树枝在充满水的状态下看起来是白色的，但是干燥后就不易观察到。水树枝多见于结晶性材料如聚乙烯和交联聚乙烯，而在无定型材料的PVC、丁基橡胶等聚合物中少有发现。此外，水树枝在直流电压的作用下较难产生，但是在交流电压作用下较易产生，高频电压也能促使水树枝的产生。在显微观察下发现水树枝的结构和电树枝还是存在一定差别的。水树枝一般为直径0.1～1μm的微小气泡的集合，它们之间由直径为0.05μm的微小导管相连，这些微气泡和微导管中有水的存在。水树枝在绝缘体中出现的位置、形状是多种多样的，对于常发现水树枝的电缆而言，根据水树枝产生的位置大体可以分为三类：在电缆的内侧，内层半导电层处发生的是“内导水树枝”；因绝缘体中的孔隙和杂质而产生的类似蝴蝶结形的为“海绵状水树枝”；由外层半导电层处产生的是“外导水树枝”。
六、判断变压器绝缘材料老化存在的问题
1.运用对CO、CO2含量的检测方法
变压器绝缘材料老化的主要特征体现在绝缘材料的分子在氧气、水分、温度等因素的催化下发生分解，形成水、CO、CO2等产物。所以，可以通过气相色谱法测量油中的CO、CO2含量，进而达到判断绝缘材料老化程度的目的，这种方法很通用也很合适。但是，变压器油中的CO、CO2不仅是绝缘材料分解产生的，也会因为绝缘油的氧化而产生，两种情况产生的相同气体没有比较，也没有方法进行同位素试验，所以影响了判断结果。国内常见变压器中使用的绝缘油会在变压器的正常运行下产生CO、CO2，无法证实试验所得CO、CO2含量就是绝缘材料老化产生的，这种现象为测试CO、CO2含量的判断方法带来了较为严重的不确定性。
2.运用对糠醛含量的检测方法
绝缘纸老化就是产生了某种葡萄糖单体，这种葡萄糖单体很不稳定，会加速绝缘纸老化。在绝缘纸老化的过程中不会产生糖醛，所以可以利用对糖醛含量的检测来判断绝缘纸是否老化，这种方法简单方便。但是这一方法的判断在国内外有着不同的看法，这虽然是一种简单有效的检测方法，在具体的诊断中还需要更加详细专业的检测。
3.变压器设备过热对绝缘材料的影响
变压器容易出现局部部位热度过高的现象，这不仅影响变压器的正常运转，还会加速温度过高部位绝缘材料的老化，所以应该减少对该部位的溶解气体检测以及糠醛含量检测，起到保养的目的，防止该部位绝缘材料老化程度严重导致的绝缘失效，以及绝缘材料击穿等情况。
七、结束语
通过对变压器绝缘材料老化问题的相关研究，我们可以发现，该项工作的顺利开展有赖于对多项影响因素的掌控，有关人员应该从变压器实际应用的客观情况出发，在分析既有优势的同时，研究制定最为符合实际的绝缘材料老化问题解决方案。
参考文献
[1] 张志龙，吴，景录如.高导热绝缘复合材料的研究[J].舰船电子工程.2011（06）：88-89.
[2] 周健，黄祖洪.高导热绝缘柑料在高压电机上的应用意义与前景[J].绝缘材料通讯.2010（06）：112-113.
[3] 赵永清.浅谈低压电气产品绝缘技术性能检测[J].中国高新技术企业.2010（07）：82-83.