绝缘材料的劣化程度分析与判断

绝缘材料的劣化程度分析与判断

摘要：绝缘材料用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通。绝

缘油和绝缘纸都是变压器中重要的绝缘材料，在变压器产品中，绝缘油还起着散热、冷却、支撑、固定、灭弧、改善电位梯度、防潮和保护导体等作用。而绝缘

纸在变压器中的不可更替性，其性能及质量直接影响变压器运行的可靠性和使用

寿命，因此对绝缘材料劣化程度进行分析和判断具有重要的意义。

关键词：绝缘材料；劣化；评价

1 绝缘材料的劣化

在电器设备运行过程中，由于长期受各种因素作用，绝缘材料发生一系列不

可逆的化学、物理变化，从而导致了电气性能和机械性能的劣化，这种不可逆的

变化通常称为老化。变压器中的绝缘材料在运行过程中在氧气、催化剂（如水、铜、铁等材料）、温度、电场等因素的作用下，绝缘材料逐渐降解，从而导致电

器性能和机械性能显著下降，影响变压器的安全运行。

（1）绝缘油

绝缘油劣化的因素较多，除油品本身的抗氧能力大小以外、氧气、催化剂

（如水、铜、铁等材料）、温度、电场、纤维材料等都会加速其劣化。

（2）绝缘纸

影响纸纤维材料劣化的因素基本与绝缘油相同，绝缘材料劣化后，其性能下

降主要表现在三个方面。

1）纤维脆裂

当过度受热，水分会从纤维材料中释出，加速纤维材料脆化。由于纸材脆化

剥落，在机械振动、电动应力、操作波等冲击力的影响下，可能产生绝缘故障而

形成设备事故。

2）纤维材料机械强度下降

纤维材料的机械强度随受热时间的延长而下降，当变压器发热造成绝缘材料

水分再度排除时，绝缘电阻的数值可能会变高，但其机械强度将会大大下降，绝

缘纸材将不能抵御短路电流或冲击负荷等机械力的影响。

3）纤维材料本身的收缩

纤维材料在脆化后收缩，使夹紧力降低，可能造成收缩移动，使变压器绕组

在电磁振动或冲击电压下移位摩擦而损伤绝缘。

2 绝缘材料的劣化分析方法和评价

（1）绝缘油的劣化分析

评价变压器油劣化的性能指标设计一下几个方面：酸度、水分、外观颜色、

界面张力、介电损耗因数和氧化指标等。

1）氧化指数。由于油劣化的主要机理是氧化作用，因此氧化指数是检测油

质运行中老化的重要指标。一般认为，变压器油的氧化指数低于300时，不能继

续使用。

2）油的酸度。有的酸度可表示油的氧化程度，其值越高，氧化程度也越高。

3）外观。检查运行油的外观，可以发现油中的不溶性油泥、纤维和机械杂

质等，从而直观的监督油品的老化情况。

4）颜色。新变压器油一呈无色或淡黄色，运行有的颜色会逐步加深，但正

常情况下这种变化趋势比较缓慢。若油品颜色逐渐加深，则应调查是否设备有过

负荷现象或过热情况出现。若其他有关特性试验项目均符合要求，可以继续运行，但应加强监视。

5）水分。水分时引起变压器绝缘老化的一项主要因素，变压器油和绝缘材

料中含水量增加，直接导致绝缘性能下降，并会加速绝缘油、绝缘纸的老化，影

响设备运行的可靠性和使用寿命。对水分进行严格的监督，是保证设备安全运行

一项重要措施。

6）介质损耗因数。介质损耗因数对变压器油的老化和污染程度是很敏感的。新油中所含极性杂质少，所以介质损耗因数也微小，一般仅有0.01%~0.1%数量级；但由于氧化或过热而引起油质老化时，或混入其他杂质时，所生成的极性杂质和

带电胶体物质逐渐增多，介质损耗因数也就会随之增加。

7）界面张力。油水之间界面张力的测定，是检查油中含有可性极性杂质的

一种间接有效的方法。油在初期老化阶段，界面张力的变化是相当迅速的，到老

化中期其变化速度减缓，而生成油泥的速率则明显增加。因此，界面张力可作为

生成油泥的趋势和判断。

（2）绝缘纸的劣化分析

判断固体绝缘性能既可以直接取运行设备的纸样测量纸或纸板的聚合度，也

可取运行油样利用高效液相色谱分析技术测量油中的糠醛含量，还可测量油中溶

解气体组分中的一氧化碳和二氧化碳的含量来判断固体绝缘的老化程度。这些方

法和测量指标都直接或间接反映了固体绝缘的老化程度。

1）直接评价分析

聚合度是判断变压器绝缘老化的一种可靠手段，纸的聚合度的大小直接的反

应了绝缘的劣化程度。

一般新的油浸纸的聚合度数值约为1000，当聚合度值下降到250左右时，绝缘纸的机械强度可下降50%以上。此时，如遇机械振动或其他冲击，就可能造成

绝缘损坏的严重后果。一般认为，如变压器绝缘纸聚合度数值降到250，变压器

应尽早退出运行。

2）间接评价分析

a.CO2/CO比值法。在进行色谱分析判断设备内部故障时，CO、CO2含量可

作为与固体绝缘材料劣化的特征气体指标，经验证明，当怀疑设备固体绝缘材料

正常老化时，一般CO2/CO>7；当怀疑变压器故障涉及固体绝缘材料时（高于200℃），可能CO2/CO<3.必要时，应从最后一次测试结果中减去上一次的测试数据，重新计算比值，以确定变压器故障是否涉及了固体绝缘材料。

b.油中糠醛含量。绝缘纸的纤维素受高温、水分、氧气的作用而发生裂解，

形成小分子化合物，在这些小分子化合物中，糠醛是绝缘纸因降解而产生的最主

要的特征物质，利用高效液相色谱分析技术测定油中的糠醛含量，可间接分析固

体绝缘材料的老化程度。

3结束语

综上所述，本文对绝缘材料的劣化进行了分析和评价，通过分析可以有效判

断绝缘油及绝缘纸的劣化程度以及严重程度，这可以保证设备安全隐患的及时处理，保证电网的安全运行。

参考文献

[1]孙坚明，孟玉婵，刘永洛.电力用油分析及油务管理[M].北京：中国电力出

版社，2009.