不同类型电热应力下变压器油纸绝缘老化特性实验研究
福州天宇电气股份有限公司、福州大学电气工程与自动化学院的研究人员穆龙、兰生等，在2018年第12期《电气技术》杂志上撰文，为了研究不同类型电热复合应力对油纸绝缘老化特性的影响，搭建了油纸绝缘电（均匀电场、电晕放电）热（140℃）联合老化系统，对油纸绝缘进行168h的电热复合应力老化，并定期取样测量油纸绝缘老化产物含量，对比分析了不同电热复合应力与热应力下老化产物的生成规律。
结果表明，油中糠醛含量、酸值，绝缘纸聚合度（DP）在电场的持续作用下相比单因子热老化以及间断的电晕放电变化更为明显，并且变压器油在电场与温度的作用下析出黑色物质。在老化168h下，绝缘纸击穿电压在温度与电场的作用下变化不明显，而间断的电晕放电使绝缘纸击穿电压变小。
油浸式电力变压器是电力系统正常运行的保障。若电力变压器出现严重故障，则将会使电力供应中断，造成严重的经济损失。根据统计表明，历年来输变电设备的绝缘故障导致的停电事故往往占当年总事故首位。随着变压器运行时间的增长，油纸绝缘结构在热、电、水分等多种因素的联合作用下，逐渐暴露出各种绝缘老化问题。
其中，热老化是变压器内绝缘性能劣化的主要原因之一，变压器在长期运行和发生故障的情况下会产生一些热量，如果热量使油纸绝缘温度升高到一定程度而使油纸裂解，就会降低油纸的绝缘性能。除此之外，电力变压器在运行中还承受着强电场的影响，强电场使有缺陷的地方绝缘长期暴露在局部放电下，绝缘介质的局部放电就是绝缘电老化的原因之一。
目前，对于油纸绝缘老化参量的研究分为单因子老化和多因子老化，其中研究比较多的是单因子老化。文献[6]探究了不同温度下油纸绝缘老化参量变化情况，以及它们之间的内在联系。Motoo Tsychie等对油纸绝缘样品分别采取不同的局部过热老化和局部放电老化，得到了不同老化条件下油中气体含量的差异。
文献[8]研究表明，油纸绝缘在不同应力联合作用下与单应力下的老化过程是不同的。在实际的绝缘环境下，大多数绝缘材料都不可避免的受到电应力和热应力的联合作用，且电热应力并不是简单的代数叠加，而需充分考虑因子间的相互作用。油纸绝缘在正常状态使用情况下，油纸绝缘可靠性较高，失效较慢，为了研究绝缘老化过程，按照其老化作用机理，可采用加速老化的方法在较短时间内获得老化数据。
目前，对油纸绝缘在电晕放电情况下的研究较少，但是实际的变压器故障中有放电的案例，某一超特高压站的主变压器由于有最初的轻度电晕，演变到后来的沿面爬电，造成了主变跳闸故障并进行吊芯检查和维修，造成一定的经济损失。因此，对油纸绝缘的放电情况下的老化研究是必要的，开展油纸绝缘在电热联合加速老化下的老化特性试验较符合实际电力变压器的故障运行环境。
本文依据国内外一些相关研究的基础上，开展了油纸绝缘的热老化（140℃），以及不同类型的电热加速老化试验，对比分析了油纸绝缘在热（temperature, T）、热-电场（temperature electrical, TE）、热-电晕放电（temperature corona, TC）下生成产物的变化规律，研究结果考虑了电热之间的相互影响。相比单因子热老化、电老化在油纸绝缘变压器寿命预测上具有参考价值。
图2 老化系统示意图
1）本文所探究的是油纸绝缘从老化初期到老化中期的老化特性。随着老化程度的加深，相比于热老化，电热老化会促进绝缘纸聚合度的降低、油中糠醛与酸值的生成速率增加。电热复合应力下，持续电场比间断性电晕放电作用效果明显。
2）在不同类型的电热联合老化以及热老化下，油中糠醛含量对数值与绝缘纸聚合度依然呈线性关系，进一步佐证了油中糠醛全部来源于绝缘纸。
3）在电热联合老化下，电场的持续作用会降低绝缘纸的电气强度，但不明显。而油中电晕放电对绝缘纸的电气强度有显著影响，随着电晕放电次数的累积，绝缘纸的击穿电压会逐渐降低。这说明绝缘纸击穿电压与绝缘纸老化情况并没有直接联系，而主要受其内部“薄弱环节”的影响。