劉 煥，薛守洪，孫利強(qiáng)

(內(nèi)蒙古電力科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010000)

牛皮紙和紙板是油浸式變壓器中主要的固體絕緣材料，紙類的主要成分是纖維素。因?yàn)樽儔浩饔拖噍^容易使其再生與更換，而絕緣紙較不易更換且纖維素老化不能恢復(fù)，故油浸式變壓器的壽命通常是指固體絕緣的壽命，即絕緣紙的壽命。判斷變壓器壽命的方法可以通過氣相色譜法檢測固體絕緣老化的分解產(chǎn)物，CO和CO2的含量，也可以檢測固體絕緣的纖維素聚合度與抗張強(qiáng)度，但兩個方法前者準(zhǔn)確性比較低，后者取樣略困難，所以目前通常使用一種更加方便快捷且取樣簡單的方法——液相色譜法。

在20世紀(jì)的80年代，英國研究人員在論文中就提出了糠醛這種物質(zhì)是變壓器內(nèi)部固體絕緣材料劣化老化的特征產(chǎn)物，并在當(dāng)時公布了檢測變壓器固體絕緣材料老化程度的新方法。糠醛在絕緣油中有著較好的累積作用不易損失，變壓器油的取樣也較為簡單，僅從變壓器油箱底部取樣口取樣即可，不需要將設(shè)備停止運(yùn)行，十分方便。

1 檢測原理

糠醛，系統(tǒng)名稱為α-呋喃甲醛，是在呋喃2位上氫原子被醛基取代的衍生物，故又名2-呋喃甲醛。外觀上為無色、透明、油狀的液體，擁有類似苯甲醛的特殊苦杏仁味，若暴露在光照下或空氣當(dāng)中顏色會快速變成紅棕色。其分子式為C5H4O2，分子量96.08，由于具有醛基、二烯基醚官能團(tuán)，故糠醛具有醛、醚、二烯烴等化合物的特性，易容于醚類、醇類等物質(zhì)?？啡┰谧儔浩饔椭械娜芙饽芰^好，沸點(diǎn)也比較高，故在常溫的環(huán)境下不容易揮發(fā)，利用這些特點(diǎn)使得變壓器油易于取樣、保存、檢測。

糠醛在變壓器油中具有良好的選擇性，可以用甲醇把糠醛從變壓器油中萃取出來，利用反向色譜C18色譜柱，使其作為非極性的固定相，用甲醇水溶液作為極性的流動相，采用梯度沖洗的方法，提高變壓器油中糠醛的分離時間與分離效果。

2 試驗(yàn)設(shè)備

2.1 液相色譜儀

生產(chǎn)廠家：日本島津

設(shè)備型號：LC-2030

色譜柱：4.6×150mm，5μm C18

檢測器：紫外檢測器

工作站：LCsolution

液相色譜儀工作參數(shù)：流量1mL/min，流動相比例甲醇∶水=1∶1，檢測器波長277nm，柱溫40℃。

2.2 振蕩儀

振蕩頻率：275±5次/min

振幅：35±3mm

3 糠醛含量檢測

3.1 液相色譜法檢測變壓器油中糠醛含量流程

3.1.1 流動相的準(zhǔn)備。 利用0.45μm的有機(jī)系濾膜抽濾足量的色譜級甲醇，并制備足量的蒸餾水也用0.45μm的水系濾膜進(jìn)行抽濾，這樣的做法可以去除流動相中顆粒雜質(zhì)，以避免儀器堵塞，將兩種液體分別置于儀器的兩個流動相瓶中，用超聲波振蕩儀振蕩15min，充分排除液體中的溶解氣體后，將兩個流動相瓶分別與液相色譜儀A泵與B泵連接。

3.1.2 變壓器油中糠醛萃取。利用100mL玻璃注射器取變壓器油40.0mL，用5mL注射器取5.0mL甲醇注入其中，調(diào)節(jié)玻璃注射器至55.0mL并堵好注射器針頭部，放入振蕩儀中振蕩5min，振蕩結(jié)束后靜置10min。靜置混合液分層后，用注射器抽取上層清液約1.5mL，將注射器針頭取下，換上0.45μm針頭式有機(jī)系濾膜，將清液過濾在液相色譜儀專用頂空瓶內(nèi)，置入液相色譜儀樣品架中。

3.1.3 糠醛含量檢測。 上述步驟完成后，需先對液相色譜儀進(jìn)行排氣，打開排空閥，點(diǎn)擊工作站中的排氣按鈕，排氣完畢后關(guān)閉排空閥。之后便可激活儀器，使儀器進(jìn)行預(yù)熱、柱溫箱升溫，液相色譜儀按照設(shè)定參數(shù)開始運(yùn)行，待儀器達(dá)到工作設(shè)定參數(shù)后，工作站操作界面就緒，此時即可開始試驗(yàn)。在批處理程序中設(shè)定好樣品參數(shù)、方法、進(jìn)樣量等信息，點(diǎn)擊開始進(jìn)行檢測。液相色譜儀設(shè)定的沖洗方法采用梯度沖洗，先用1∶1的甲醇水溶液沖洗4min，然后用純甲醇繼續(xù)沖洗14min，最后再用1∶1的甲醇水溶液沖洗4min，儀器即可進(jìn)樣檢測。根據(jù)做標(biāo)準(zhǔn)曲線時標(biāo)準(zhǔn)溶液中糠醛的保留時間約為2.5min，故將檢測時間設(shè)定為7min。檢測完成后，利用工作站的數(shù)據(jù)處理軟件對檢測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，根據(jù)每個樣品的峰高可以計算出油中的糠醛濃度(mg/L)。每個樣品需進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，當(dāng)糠醛含量<1.0mg/L時，兩次測量數(shù)值之差應(yīng)小于等于平均值的10%；當(dāng)糠醛含量≥1.0mg/L時，兩次測量數(shù)值之差應(yīng)小于等于平均值的5%。

3.2 變壓器絕緣油中糠醛含量與變壓器投運(yùn)年限的關(guān)系

在電力標(biāo)準(zhǔn)DL/T 596-1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》當(dāng)中，對變壓器絕緣油中的糠醛含量提出了相應(yīng)要求。當(dāng)變壓器油中糠醛含量超過表1的值時，通常認(rèn)定為非正常老化，需要對問題變壓器進(jìn)行跟蹤檢測，也提出在跟蹤檢測時應(yīng)注意糠醛含量的增長率。當(dāng)變壓器油中的糠醛含量超過4mg/L時，通常認(rèn)定變壓器內(nèi)部絕緣老化已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重。該電力標(biāo)準(zhǔn)建議變壓器在如下情況需要進(jìn)行糠醛含量檢測：①當(dāng)變壓器油中的氣體總烴超標(biāo)或CO和CO2含量較高時；②500kV的變壓器或電抗器以及150MVA以上的升壓變壓器在設(shè)備投運(yùn)3～5年后。

表1 糠醛含量檢測標(biāo)準(zhǔn)

3.3 檢測數(shù)據(jù)與分析

自2019年11月起，利用液相色譜法先后對內(nèi)蒙古電網(wǎng)各供電局、火電廠、新能源場站的約350臺次變壓器絕緣油的糠醛含量進(jìn)行了檢測，檢測的結(jié)果和情況如下：①經(jīng)檢測，所有變壓器油樣品的糠醛含量均在0.1mg/L以下，其中檢測的最小值為0.0001mg/L，最大值為0.088mg/L。這些變壓器的投運(yùn)時間為1～5年的占總數(shù)的16%，6～10年的占28%，11～15年的占45%，16～20年的占11%?？啡┖繖z測值超過0.05mg/L的變壓器占全部的5%，變壓器投運(yùn)時間均已超過10年。所有變壓器設(shè)備的油中糠醛含量均未出現(xiàn)異常值，就檢測結(jié)果來看變壓器內(nèi)部的固體絕緣老化均處于正常老化范圍。變壓器的電壓等級包括10kV、110kV、220kV、500kV等，在此不予統(tǒng)計，僅對變壓器油中糠醛含量與設(shè)備投運(yùn)年限的關(guān)系做比對。②從經(jīng)過檢測糠醛含量的變壓器角度來講，投運(yùn)超過10年的變壓器占到了近六成，基本可以看出內(nèi)蒙古電網(wǎng)地區(qū)的變壓器投運(yùn)時間超過10年的已超半數(shù)，而糠醛含量檢測的數(shù)據(jù)卻較為良好，這是因?yàn)樵谘a(bǔ)油、濾油、再生等過程中油中糠醛含量會減少，因此實(shí)際變壓器油中的糠醛含量應(yīng)大于檢測值，那么，變壓器內(nèi)部的固體絕緣老化情況應(yīng)比實(shí)際檢測值推算的情況要嚴(yán)重一些。③有單位發(fā)現(xiàn)變壓器CO和CO2含量超標(biāo)嚴(yán)重，故將此變壓器的油樣送檢進(jìn)行糠醛含量檢測，但經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)該樣品的糠醛含量并不高，此原因很可能也是由于變壓器油在經(jīng)過補(bǔ)油、濾油、再生等處理后，會損失油中一部分的糠醛，導(dǎo)致糠醛含量的檢測值小于實(shí)際值。在今后的研究中也應(yīng)考慮到糠醛產(chǎn)生的速率及消耗情況，使得糠醛含量檢測可以更好地為變壓器內(nèi)部固體絕緣老化情況提供有力依據(jù)。④在試驗(yàn)過程中，有極少情況下會出現(xiàn)變壓器油與甲醇在規(guī)定時間內(nèi)無法完全分離的情況，遇到該情況時可以利用離心機(jī)進(jìn)行分離。出現(xiàn)此類的原因有可能是變壓器油老化劣化所致，或者變壓器油中某類添加劑與甲醇有較強(qiáng)的親和性所致，導(dǎo)致變壓器油與甲醇不易分離。出現(xiàn)此類情況可以對變壓器油進(jìn)行進(jìn)一步的檢測，通過檢測數(shù)據(jù)再進(jìn)行分析。

4 結(jié)束語

通過分析檢測數(shù)據(jù)基本可以看出，投運(yùn)時間長的變壓器，其油中糠醛含量并不一定高，但糠醛含量高的變壓器往往投運(yùn)時間比較長，CO和CO2的含量也并不一定能夠反映出變壓器油中糠醛含量以及變壓器內(nèi)部固體絕緣老化的狀態(tài)。對于變壓器來說，單單檢測糠醛含量來判斷變壓器固體絕緣老化并不是十分的準(zhǔn)確，要與其他絕緣材料檢測方法相結(jié)合，才能更好反映變壓器內(nèi)部固體絕緣的狀態(tài)。但就液相色譜法測定糠醛含量而言，它是判斷固體絕緣老化的一種有效方法，其操作簡單、分析迅速、用樣量少、準(zhǔn)確性好，使得該方法在電力化學(xué)領(lǐng)域和技術(shù)監(jiān)督及服務(wù)中發(fā)揮了舉足輕重的作用。一直以來，科研人員對糠醛的檢測方法也從未停下改進(jìn)和研究的腳步，對檢測變壓器油糠醛含量得來的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累和分析，從數(shù)據(jù)來剖析變壓器內(nèi)部固體絕緣老化的情況已經(jīng)成為電力行業(yè)變壓器化學(xué)監(jiān)督的重要方法，利用變壓器油中糠醛含量檢測與其他試驗(yàn)方法相結(jié)合，如油中溶解氣體色譜分析，運(yùn)用綜合手段分析評估變壓器的內(nèi)部狀況，必定是電力化學(xué)行業(yè)發(fā)展的一大趨勢。