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变压器油中气体的产生机理

时间:2018-04-03 10:12:20        阅读:494
文章标题:变压器油中气体的产生机理关  键 词:变压器,油中,气体,的,产生,机理,油,和,纸,是,概      述:油和纸是充油电气设备的主要绝缘材料,油中气体的产生机理与材料的性能和各种因素有关。 一、变压器油劣化及产气 变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种
       油和纸是充油电气设备的主要绝缘材料,油中气体的产生机理与材料的性能和各种因素有关。
       一、变压器油劣化及产气
       变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由各种碳氢化合物所组成的混合物,其中,碳、氢两元素占其全部重量95%~99%,其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物有环烷烃(CnH2n)、烷烃(CnH2n+2)、芳香烃(CnH2n-m)以及其他一些成分。表1-1列出了部分国产变压器油的成分分析结果。
表1-1 部分国产变压器油的成分分析依据
油类及厂家 芳烃/(CA%) 烷烃/(CP%) 环烷烃/(CN%)
新疆独炼,#45 3.30 49.70 47.00
新疆独炼,#25 4.56 45.83 50.06
兰炼,#45 4.46 45.83 49.71
兰炼,#25 6.10 57.80 36.10
东北七厂,#25 8.28 60.46 31.26
天津大港,#25 11.80 24.50 63.70
       环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性,黏度随温度的变化小。芳香烃化学稳定性和介电稳定性也较好,在电场作用下不析出气体,而且能吸收气体。变压器油中芳香烃含量高,则油的吸气性强,反之则吸气性差。但芳香烃在电弧作用下生成碳粒较多,又会降低油的电气性能;芳香烃易燃,且随其含量增加,油的比重和黏度增大,凝固点升高。环烷烃中的石蜡烃具有较好的化学稳定性和易使油凝固,在电场作用下易发生电离而析出气体,并形成树枝状的X腊,影响油的导热性。
       变压器油在运行中因受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催化作用,发生氧化、裂解与碳化等反应,生成某些氧化产物及其缩合物(油泥),产生氢及低分子烃类气体和固体X腊等。
       总之,在热、电、氧的作用下,变压器油的劣化过程以游离基链式反应进行,反应速率随着温度的上升而增加。氧和水分的存在及其含量高低对反应影响很大,铜和铁等金属也起触媒作用使反应加速,老化后所生成的酸和H2O及油泥等危及油的绝缘特性。经过精炼的变压器油中不含低分子烃类气体,但变压器油在运行中受到高温作用将分解产生二氧化碳、低分子烃类气体和氢气等。
       综上所述,变压器油是由许多不同分子量的碳氢化合物分子组成的混合物,分子中含有CH3*,CH2*和CH*化学基团,并由C─C键键合在一起。由于电或热故障的原因,可以使某些C─H键和C─C键断裂,伴随生成少量活泼的氢原子和不稳定的碳氢化合物的自由基,这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重新化合,形成氢气和低分子烃类气体,如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等,也可能生成碳的固体颗粒及碳氢聚合物(X腊)。在故障初期,所形成的气体溶解于油中;当故障能量较大时,也可能聚集成游离气体。油碳化生成碳粒的温度在500-800℃,碳的固体颗粒及碳氢聚合物可沉积在设备的内部。低能量放电性故障,如局部放电通过离子反应促使最弱的键C─H键(338kJ/mol)的形成重新化合成烃类气体,依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。
       乙烯虽然在较低的温度时也有少量生成,但主要是在高于甲烷和乙烷的温度即大约为500℃下生成。乙炔一般在800-1200℃的温度下生成,而且当温度降低时,反应迅速被抑制,作为重新化合物的稳定产物而积累。因此,虽然在较低的温度下(低于800℃)也会有少量乙炔生成,但大量乙炔是在电弧的弧道中产生。此外,油在起氧化反应时,伴随生成少量CO和CO2,并且CO和CO2能长期积累,成为数量显著的特征气体。
       二、固体绝缘材料的分解及气体
       油纸绝缘包括绝缘纸、绝缘纸板等,它们的主要成分是纤维素。纤维素热分解的气体组分主要是CO和CO2。聚合物裂解的有效温度高于105℃,完全裂解和碳化高于300℃,在生成水的同时,生成大量的CO和CO2及少量烃类气体和呋喃化合物,同时油被氧化。CO和CO2的生成不仅随温度升高而加快,而且随油中氧的含量和纸的湿度增大而增加。
       三、变压器空载、负载损耗测量
       ZC-202A变压器空载负载特性测试仪是武汉致卓测控研发生产的专用于电力变压器空载、负载损耗测量的智能化仪器,ZC-202A变压器空载负载特性测试仪可测量变压器的空载电流、空载损耗、短路电压、短路(负载)损耗。可进行谐波试验,分析至31次谐波。仪器内部自动进行量程切换,允许测量电压、电流范围宽,接线简单。做三相变压器的空载、负载试验时,仪器能自动判断接线是否正确,并显示三相电压、电流的向量图。
       ZC-202A变压器空载负载特性测试仪单机可以完成1000KVA以下的配电变压器全电流下的负载实验的测量;在三分之一额定电流下可完成3150KVA以下的配电变压器的负载试验的测量(在三分之一的额定电流下,仪器可换算到额定电流下的负载损耗参数)。所有测试结果均自动进行相关校正。仪器可自动进行诸如:波形校正、温度校正、非额定电压校正、非额定电流校正等多种校正,使测试结果准确度更高。
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