TRANSFORMERVol.47JuneNo.62010
试验研究
变压器油纸绝缘体积电阻率与酸值
及聚合度的相关性研究
韩慧慧1，杨道武1，王溯1，李海如1，李哲文2
（1.长沙理工大学，湖南长沙410114；2.湖南省超高压输变电公司，湖南长沙410100）
摘要：研究了变压器油与绝缘纸的热老化特性，测量了其老化过程中的体积电阻率、酸值和聚合度，对数据进行了
分析，得到了参数间的关系式。
关键词：变压器油；绝缘纸；研究中图分类号：TM406
文献标识码：B
文章编号：1001－8425（2010）06－0032－05
ResearchonCorrelationofInsulationVolumeResistivitywithAcidValueandPolymerizationDegreeofTransformer
OilandPaper
HANHui-hui1,YANGDao-wu1,WANGSu1,LIHai-ru1,LIZhe-wen2
（1.ChangshaUniversityofScienceandTechnology,Changsha410114,China;2.HunanUHVPowerTransmissionandTransformationCompany,Changsha410100,China）
Abstract：Thethermalageingcharacteristicsoftransfromeroilandinsulatingpaperareresearched.Theirvolumeresistivity,acidvalueandpolymerizationdegreeinageingpro-cessaretested.Thedataareanalyzed.Theformulasbetweenparametersarederived.Keywords：Transformeroil；Insulatingpaper；Research
1引言
随着变压器电压等级的提高、电网容量的增大，变压器的绝缘问题越来越受到重视，运行中变压器一旦发生故障将会造成巨大的经济损失。
变压器的绝缘系统主要由绝缘油和绝缘纸组成。绝缘体积电阻率ρV可以反映变压器油的绝缘电气性能。在国外，早在20世纪70年代，就要求进行绝缘油体积电阻率的测量。GB/T7595-2000《运行中变压器油质量标准》3.1条中规定:对进口变压器油应按国际标准验收或合同规定验收。而进口变压器油往往只提供体积电阻率的验收标准,为了利于试验结果与国际标准和国外提供数据比较,有必要进行绝缘油体积电阻率的测定。变压器油纸的酸值是常规检测项目，反映变压器油的劣化和受污染情况。聚合度是反映绝缘纸纤维素劣化程度的可靠参数，能有效发现变压器内部的潜伏性故障。绝缘纸降解速率是老化时间的函数。ZouX研究了聚合度下降
和老化时间存在关系，Mohamed等人用了8年时间研究变压器理化性能参数之间的关系，评价变压器的性能。以往研究多以单一参数研究较多，但关于绝缘体积电阻率及多参数间的相关性在变压器的理论研究及实际故障检测中有重要意义，而这类研究目前报道很少。
本试验研究25号和45号新油老化过程中，不同时间绝缘体积电阻率与酸值及聚合度之间的相关性，研究绝缘体积电阻率与聚合度之间的关系。研究发现变压器油纸老化的各参数之间存在很大的相关性。
2材料与方法
2.1
试验材料
油样：25号克拉玛伊产的油，45号大庆产的油。绝缘纸：沈阳某绝缘纸厂。
BTB指示剂、氢氧化钾乙醇溶液、铜乙二胺均
为国产分析纯试剂。
第6期韩慧慧、杨道武、王溯等：变压器油纸绝缘体积电阻率与酸值及聚合度的相关性研究
33
2.2油纸加速老化试验2.2.1
样品的预处理
裁剪5g形状一致的绝缘纸样品若干个，将其置于90℃下恒温真空干燥箱中真空干燥48h，然后降低温度至40℃，按油纸比例为12∶1的比例，装于棕色耐压试剂瓶中进行真空浸油24h。
2.2.2试验温度的选择
SahaTK认为油纸老化温度通常选择为90℃～145℃，根据IEEE标准，变压器在超过铭牌额定值
负荷下运行时，热点温度通常为120℃~130℃，因而笔者选择120℃进行老化试验。
2.2.3油纸的加速老化：
将恒温浴的温控开关打开，调节温度为（120±
0.5）℃。分别取25号和45号油样各8份，放入（120±0.5）℃的恒温浴中进行加速老化。
每隔72h～144h分别取样测量其酸值、绝缘体
积电阻率及聚合度值。
2.2.4参数测量方法
酸值按GB7599-1987《运行中变压器油、汽轮
机油酸值测定法（BTB法）》标准进行。
绝缘体积电阻率按GB/T5654-1985《液体绝缘材料工频相对介电常数、介质损耗因数和体积电阻率的测量》标准测定。
聚合度按ASTM4245《新的和老化的电绝缘纸和纸板的聚合作用的平均粘滞程度的测量方法》测量。
试验在湖南省电力公司超高压管理局完成。
3结果与讨论
3.1
体积电阻率
体积电阻率ρV是反映油品受潮和生成极性物质程度的指标,尤其对油的离子电导损耗的反映最为灵敏,它的结果更多地反映了油中极性物质对油质的影响。它的这种反映比电气强度试验精确,不会像电气强度试验存在那么大的分散性。
体积电阻率随劣化时间的变化如图1和图2所示，由图1、图2中曲线的变化趋势可以得出，变压器油的体积电阻率随劣化时间的延长成指数关系降低，用式（1）表示：ρ-t/t0
v=Ae+y0
（1）
式中
ρv———体积电阻率，Ω·mt———劣化时间，hA，t0，y0———常数将试验数据进行拟合分析，可以得出相同条件下，不同牌号油纸绝缘体积电阻率随劣化时间变化
600120℃25号油纸
m500120℃25号油
Ω·1004001/率阻300电积体20010000
200
400600800
时间/h
图1120℃条件下25号油体积电阻率随劣化
时间变化曲线
Fig.1CurvesofvolumeresistivityanddeteriorationtimeofNo.25oilunder120℃
15001200·m120℃45号油纸
10Ω120℃45号油
01900/率阻电600积体3000
0200400600800
时间/h
图2120℃条件下45号油体积电阻率
随劣化时间变化曲线
Fig.2
CurvesofvolumeresistivityanddeteriorationtimeofNo.45oilunder120℃
的常数值，见表1。
120℃下，油和油纸在劣化初期，绝缘体积电阻
率值随劣化时间的延长呈指数关系下降；200h到
300h之间，绝缘体积电阻率的降低逐步变得缓慢，300h以后油和油纸的绝缘体积电阻率变化较小，逐
表1
绝缘体积电阻率和劣化时间的拟合关系常数
Table1Fittingconstantsofinsulationvolumeresistivityanddeteriorationtime
项目
At0y0120℃25号油纸613.0127.0-2.6120℃45号油纸1386.7149.011.1120℃25号油801.967.97.9120℃45号油
1039.7
49.8
10.2
34步趋于稳定。由图1和图2可以看出同一时间25号油纸绝缘体积电阻率比45号油纸低，45号油纸绝缘体积电阻率下降速率比25号油纸快，与油的变化规律一致。可能由于45号油的精制程度深，使其芳香烃含量较低，导致老化过程中绝缘体积电阻率下降较快。
3.2酸值
120℃下25号、45号变压器油和油纸酸值随时
间的变化如图3所示。从图3中可以看出，酸值随
劣化时间的延长呈指数关系增长。试验开始不久后
25号油和油纸的酸值呈现快速上升的趋势，在同等
老化条件下，45号油和油纸的增长趋势较缓慢，且
酸值一直小于25号油和油纸，说明45号油的抗氧化性能强于25号油。抗氧化性能主要取决于精制深度和添加剂，由两种牌号的出厂资料可知，两种牌号的油均添加了抗氧化添加剂，45号油的精制深度比25号油好。无论25号还是45号，油纸的酸值都比油的酸值高，一方面可能是因为绝缘纸中纤维素在劣化过程中裂解产生酸性物质，另一方面可能是绝缘纸裂解产物对油的裂解起了作用，造成油纸中酸值增大。
1.8120℃
45号油1.5120℃25号油120℃25号油纸-1g1.2120℃
45号油纸
H·OKgm0.9
/值酸0.60.30
0100200300400500600700
时间/h
图3120℃条件下酸值随劣化时间变化曲线
Fig.3Curvesofacidvalueanddeteriorationtimeunder120℃
对比图1、图2和图3可以发现，120℃下，对于
25号油和油纸，100h以内处于变压器油劣化的诱导
期，酸值随劣化时间的变化较小，但是绝缘体积电阻率值随劣化时间的延长呈指数关系下降；100h到
200h之间酸值变化处于诱导期到加速期的过渡，酸
值随劣化时间的变化逐步增大，绝缘体积电阻率的降低则逐步变得缓慢，200h以后处于油老化的加速期，油和油纸的酸值成指数关系增长，绝缘体积电阻率变化较小，逐步趋于稳定。可见酸值和绝缘体积电
第47卷
阻率之间存在一定的相关性。
酸值与绝缘体积电阻率之间的关系如图4和图
5可所示，由图4和图5中曲线的变化趋势可以得
出，变压器油纸的酸值与绝缘体积电阻率之间呈指数关系，用式（2）所示：
ρv=ae-c/m+b
（2）
式中
ρv———绝缘体积电阻，Ω·mc———酸值，mgKOH/g油a，b，m———常数800
·m600
10Ω01/率120℃45号油纸
阻电400
积体200
0
00.20.40.60.81.0
酸值/mgKOH·g-1
图4
120℃45号油纸体积电阻率和酸值的关系曲线Fig.4Curveofvolumeresistivityandacidvalueof
No.45oilandpaperunder120℃
600
120℃25号油纸
·m10Ω0400
1/率阻电积200
体00
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
酸值/mgKOH·g-1
图5120℃25号油纸体积电阻率和酸值的关系曲线Fig.5
CurveofvolumeresistivityandacidvalueofNo.25oilandpaperunder120℃
将试验数据进行拟合分析，得到相同条件下、不同牌号油纸绝缘体积电阻率和酸值的拟合关系常数，如表2所示。
从图4和图5中可以看出，恒温条件下，变压器油纸的绝缘体积电阻率随酸值的增大不断减小，呈负指数关系，ρv=ae-c/m+b。劣化初期，酸值小于
第6期
韩慧慧、杨道武、王溯等：变压器油纸绝缘体积电阻率与酸值及聚合度的相关性研究35
表2
绝缘体积电阻率和酸值的拟合关系常数
Table2Fittingconstantsofinsulationvolumeresistivityandacidvalue
项目abm120℃25号油纸837220.18120℃45号油纸
1291
50
0.10
0.4mgKOH/g油时，绝缘体积电阻率的降低是很明显
的。随着油纸的劣化，酸值增大，油纸粘度增大，油纸离解成离子速率加快,离解的离子在电场下构成离子电导,离子电导还会在油中形成电解产物，当离子所带电荷与胶粒所带电荷同性时相加，反之相减。一般情况下，两种载流子带有同一种极性电荷，在直流电压作用下，相应地增加了绝缘油的电导，造成变压器油绝缘电阻降低很快。绝缘介质老化后，当酸值超过一定值（0.4mgKOH/g油）时，油纸成分发生了改变，油纸中离解的极性分子含量达到一定的值，油纸或杂质分子离解成离子速率变慢，绝缘体积电阻率变化变小。其结果是变压器油纸颜色逐渐加深，产生异味，运动粘度值增大，酸值增大，绝缘体积电阻率降低。
3.3聚合度DP
变压器的固体绝缘材料是绝缘纸，绝缘纸的主
要成分是纤维素（C6H10O5）n，分子式中n为聚合度，聚合度值的大小与绝缘纸的机械特性密切相关，是反映绝缘纸老化程度的可靠参数。
图6为120℃时绝缘纸在25号油和45号油中，聚合度随劣化时间的延长的变化规律。对比图1和图2，聚合度的随劣化时间的变化趋势与绝缘体积电阻率类似，可以将聚合度与绝缘体积电阻率拟合进行分析。
1200
1000
120℃25号油纸120℃45号油纸
PD800度合聚600
400
0
200
400
600
800
时间/h
图6120℃油纸聚合度和劣化时间的关系曲线
Fig.6Curvesofpolymerizationdegreeanddeterioration
timeofoilandpaperunder120℃
由图6可以看出，油纸劣化初期，聚合度降低较快，劣化一定时间后，聚合度的降低速率逐渐变慢；
25号油纸聚合度降低速率比45号油纸快，说明45
号油精制深度较好，可能由于其中部分添加剂抑制了纤维素的裂解。
通过研究油纸劣化绝缘体积电阻率及其与绝缘纸聚合度的相应关系，可发现变压器内部的潜伏性故障，并可以避免用于测试聚合度的绝缘纸在取样时停电、吊芯等苛刻要求，从而反映油纸绝缘的老化程度。
聚合度与绝缘体积电阻率的关系曲线如图7所示，将数据进行拟合分析，得出聚合度与绝缘体积电阻率之间的关系式：DP=a-bc
ρv
（3）
式中
DP———聚合度ρv———绝缘体积电阻率，Ω·ma，b，c———常数12001000
PD度800合聚600120℃25号油纸
120℃45号油纸
400
0
100
200
300
400
500
体积电阻率/1010Ωm
图7120℃油纸聚合度和体积电阻率的关系曲线Fig.7
Curvesofpolymerizationdegreeandvolumeresistivityofoilandpaperunder120℃
聚合度与体积电阻率拟合关系式常数如表3所示。
表3聚合度和体积电阻率的拟合关系常数
Table3Fittingconstantsofpolymerizationdegreeandvolumeresistivity
项目abcR2120℃25号油纸
11998190.9850.960120℃45号油纸
1762
1380
0.998
0.996
从图7中可以看出，聚合度随绝缘体积电阻率的降低呈幂函数关系降低，数学式为：DP=a-bcρv
。试验表明，聚合度在绝缘体积电阻率较高时，降低较慢，当体积电阻率较低时，降低速率变快；25号油纸
36第47卷
[6][7]
廖瑞金，冯运，杨丽君.油纸绝缘老化特征产物生成速率研究[J].中国电机工程学报，2008，28（10）：142-147.
DP随绝缘体积电阻率的变化比45号油纸快。依据
绝缘体积电阻率值的变化，可以间接反映出油纸绝缘老化的程度，有利于油纸绝缘老化程度的判断。
FaberJ，PichonA．Deterioratingprocessesandproductsofpaperinoilapplicationtotransformers[C]．CIGREConferenceonLargeHighVoltageElectricSystems，Paris，1960．
4结论
（1）绝缘体积电阻率随劣化时间的变化呈指数关系，ρv=Ae
-t/t0
[8]ZouX,UesakaT,GurnagulN.PredictionofpaperpermanencebyacceleratedagingI.Kineticanalysisoftheagingprocess[J].Cellulose,1996,3(1):243-267.
+y0，劣化初期降低速率较快，劣化后
[9]
期降低速率缓慢。
（2）酸值与绝缘体积电阻率之间成指数关系，
WahabMAA,HamadaM,ZeitounAG,etal.Novelmodelingforthepredictionofagedtransformeroilcharacteristics[J].Elect.PowerSys.Res.,1999,51（1）:61-70.
ρv=ae-c/m+b，酸值小于0.4mgKOH/g油时，油纸中裂解
的离子电导和溶胶粒子电导一般同极性增加绝缘电导，体积电阻率降低较快，能较好的反映油纸的劣化情况。
（3）聚合度与绝缘体积电阻率之间呈幂函数关系，DP=a-bc，聚合度在绝缘体积电阻率较高时，降低较慢，当体积电阻率较低时，降低速率变快。参考文献：
[1]
刘
明.2001年全国电网安全情况分析[J].中国电力，2002，
ρv
[10]宋斌，杨玲君.多参数关联分析研究变压器油的热老化
恒.用多参数研究变压器油的热老化[J].变
特性[J].高电压技术，2005，31（1）：17-19.
[11]于钦学、谢[12]窦
压器，1998，35（12）：14-16.
鹏，杨道武，李景禄，等.变压器油的酸值与介质损耗因数相关性研究[J].变压器，2008，45（7）：47-50.
[13]SahaTK,DarvenizaM,HillDJT,etal．Electrical
andchemicaldiagnosticsoftransformerinsulation-PartB:Acceleratedagedinsulationsamples[J].IEEETrans.PowerDeliv.,1997,12(4):1555-1561.
[14]ASTMD4243-1999,Standardtestmethodformeasure-mentofaverageviscometricdegreeofpolymerizationofnewandagedelectricalpapersandboards1[S].[15]温念珠.电力用油实用技术[M].北京：中国水利水电出版
社，1998.
35，（5）：33-36.
[2]PengD,YangD,Theinfluenceoftransformeroilaging
todielectricdissipationfactorandttsinsulatinglifetime[C].IEEE，Asia-PacificPowerandEnergyEngineeringConference.2009.[3][4][5]
袁志雄.浅谈电力变压器油质劣化原因和防范措施[J].青海电力，2006，25（4）：50-52.何
冰.关于绝缘油体积电阻率试验和介质损耗因数试
一,等.基于线性分类器的充油变压
验的分析[J].广东电力，2005，18（6）：28-31.彭宁云,文习山,王
器潜伏性故障诊断方法[J].中国电机工程学报,2004,24
[16]杨道武，汪红梅，李宇春，等.国产ZR881型抗燃油与两
种进口抗燃油热稳定性的对比研究[J].热力发电，
2003，12（3）：57-59.
[17]王博昭，郑殿春，池晓春.油的绝缘电阻降低原因浅析[J].
变压器，1997，34（9）：:26-28.
(6):147-151.
收稿日期：2009-09-25
作者简介：韩慧慧（1984-），女，山西临汾人，长沙现工大学硕士研究生，主要研究方向为电力化学；
杨道武（1954-），男，湖南益阳人，长沙理工大学教授，长期从事电力用油及电力设备的腐蚀与防护研究。
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!2009年我国风机价格下降加速
2009年，风机价格在2008年之前呈缓慢下降趋势，而
其后价格下降幅度增大，并且间隔时间段越来越短,每个月就有100元/千瓦时左右的降幅。价格何时能够出现拐点，业内暂无清晰认识。对于价格一路下滑的原因，中国可再生能源学会风能专业委员会秘书长秦海岩认为：第一，经过近年来的发展，风电产业的规格上来了，产生了规模效应；第二，竞争加剧引起价格下降。
我国的兆瓦级风机占据了市场的主导。2008年，新增装机的单机平均容量为1.2兆瓦，而2009年的数字变成了
1.3兆瓦，并且去年兆瓦级风机的市场份额占到了86%，其
中67%在1.5兆瓦以上。华锐风电在此领域独占鳌头，其3兆瓦风机已经可以规模生产，预计5兆瓦风机会在今年下半年下线。除了华锐风电，金风科技和湘电股份也有不俗表现。
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