机车牵引变压器绝缘老化的特性分析.pdfVIP

设计 研究 铁道机车车辆工人 第 7期2011年 7月 文章编号 ：1007—6042(2011)07—0005—03 机车牵引变压器绝缘老化的特性分析 任建华 (太原轨道交通装备有限责任公司机车分厂 山西 太原 030009) 摘 要 ：从绝缘材料的老化机理入手 ，分析 了机车牵引主变压 器绝缘老化 的过 程 及判定依据，为主变压 器的一次厂修 、二 次厂修绝缘老化 的判定提供 了参考。 关键词：机 车；主变压器；绝缘；老化 · 中图分类号 ：U264．3 文献标识码：B 电力机车牵引变压器绝缘老化主要有液体绝缘材料老化与固体绝缘材 料老化两种。液体绝缘材料是指变压器油 ，固体绝缘材料则为绝缘纸板 、橡 胶垫和绕组绝缘纸 。绝缘纸板在变压器中有垫块 、撑条等 ，由于这些绝缘件 并不与热源 (铁芯温升 、绕组温升)有直接的损害接触 ，因此其工作温度 、老 化率远低于绕组绝缘纸 ；而橡胶垫的老化 、裂损易于判断并可及 时更换 ，因 此本文着重分析牵引变压器绕组绝缘纸的老化特性。 1 绝缘材料 的老化 绝缘材料在运用过程中，受各种因素的长期作用 ，会产生一系列缓慢的 不可逆的物理化学变化 ，从而导致其 电性 能和机械性能 的劣化 ，称之 为老 化 。引起绝缘材料老化的因素很多 ，如热 、电、光 、氧、辐射 、微生物等 ，老化 过程非常复杂 ，随使用条件的不 同而不同，主要有热老化和电老化。 (1)热老化。绝缘材 经常会受到外界环境或来 自本身 内部的热作用 而引起老化 。在低压大 电流作用下 ，这种热作用引起 的老化更为明显 。绕 组绝缘结构是由绕组绝缘纸组成的，是电工设备 的关键部分 ，也是最容易损 伤的、变压器赖以生存 的部位 。这些绝缘纸在热应力作用下，会产生或加剧 氧化 、氢化 、热裂解 、热缩聚等物理 、化学变化 ，这些因素决定 了热老化寿命。 机车牵引变压器为 A级绝缘 ，变压器的寿命与热老化温度的关 系为温度每 升高 6℃，绝缘老化寿命降低一半 ，称为热老化6℃定则。 (2)电老化。是指绝缘材料在高电压的设备 中，因高电场强度造 成 电 离而产生的老化。机车牵引变压器 电压为25kV级 ，电压等级并不算高 ，但 为了获得大的牵弓l力 ，采用 的是牵 引绕组大电流 ，因此绕组绝缘纸 的热老 — — — — 设计研 究 铁道机车车辆工人 第7期2011年7月 化 ，是分析绝缘老化的出发点。 2 老化的机理 机车牵引变压器在长期运行过程 中，绝缘经年老化 ，其主要因素是热 ， 而 以变压器损耗所产生的热源——绕组最热点温度对其影响最大。绝缘纸 在热作用下发生大分子裂解 ，产生 co和 co，并溶于油 中。在更高的温度 下，绝缘纸会产生气泡并逸出从而加重绝缘老化，聚合度下降，当受到外部 短路 、电磁机械力等应力作用时 ，绝缘纸将破损 ，最终导致绝缘击穿。老化 了的绝缘 ，电气强度略有降低 ，而机械强度 明显下降。从外观上看 ，老化了 的绝缘 ，颜色变深，出现 自然龟裂 、脆化 、脱落等表面现象。因此 ，绝缘是否 老化主要从其机械性能变化的程度来判断 ，这是研究老化 的重要依据 。 绝缘材料 的热老化损伤会使机械强度明显降低 ，但对 电气强度的影响 很小。由于外部短路时有机械力作用在绕组上 ，使机械强度 已降低的绝缘 纸产生裂解 ，从而引起击穿 ，因此变压器寿命的预测应从绝缘材料的机械强 度下降程度分析着手。 绝缘纸 的机械强度特征主要 由拉 伸强度与聚合度 2个参数来表述 ，经实 验与计算得出，由热损伤所决定的绝缘 纸寿命 限值为 60％的初始拉伸 强度。 图 1所示为拉伸强度与平均 聚合度 的 关系，是绝缘老化的诊断方法之一 。由 于机车牵引变压器 的负载系数较高 ，绕 组高热点较多 ，为使变压器在绝缘不被 破坏的前提下得到充分利用 ，以聚合度 下降作为失效判断标准更为合理 。 运行中的变压器其绝缘纸 的机械