变压器绝缘油中腐蚀性硫化物生成机理及其对油纸绝缘特性的影响和风险评估方法研究

This project is to study the corrosive sulphide phenomenon in trasnformer insulation, which can cause the insulation failure. This phenomena was found by researchers in recent years and is attracting attentions of more and more researchers and electrical engineers. A series of accelerated aging experiments will be applied to oil-paper insulations under thermal, electrical and partial discharge condition. The following contents will be investigated: the mechanism and influence factors of sulphide generation in oil; the deposition of Cu2S on insulation paper and migration and diffusion dynamic model of Cu2S between paper layers; the influence of corrosive sulphide on the physi-chemical and electrical properties of oil-paper, and also the charicteristics to indicate the corrosive degree; the long-term corrosive retarding effects of metal passivators and the best ratio and procedure for composing the metal passivators and oxidation inhibitors. Through the exprimental results and theoretical analysis in this project, the mechanism that causes the winding failures in transformer will be well understood, so that the feasible precaution measures and processing method can be further proposed.In addition, the charicteristics to indicate the corrosive degree as well as the risk assessment and prewarning method can be obtained to improve security and operation reliability for power transformers.

本课题以近年来在变压器绕组中新发现的一种引发绝缘故障的因素-油硫腐蚀现象为研究对象，通过电、热及局部放电作用下的油纸绝缘加速老化试验，分别研究油纸绝缘系统中腐蚀性硫化产物的生成机理及影响因素，硫化亚铜（Cu2S）在油纸绝缘中的沉积及迁移规律和扩散动力学模型，腐蚀性硫化产物对油纸绝缘性能及理化、电气参量的影响及表征，金属减活剂的长期作用效果及与抗氧化剂的最佳复配方案。预计通过本项目的试验及理论分析研究结果，一方面深入认识由腐蚀性硫造成变压器绕组故障的机理，进而提出行之有效的预防措施和处理方案；另一方面得到能够有效表征油纸绝缘中油硫腐蚀程度的特征参量及运行风险评估和预警方法，以提高变压器的安全运行可靠性。

由绝缘油中的腐蚀性硫化物导致铜绕组发生油硫腐蚀，生成硫化亚铜半导体沉积物污染并降低绕组绝缘性能，已成为威胁油浸式变电设备安全运行的重要原因之一。本项目研究绝缘油中腐蚀性硫化物的生成机理、影响因素、在绕组绝缘纸层间的迁移规律，以及对绕组绝缘性能的影响和引发绕组绝缘失效的机制，并提出有效的抑制方案。研究发现已有的腐蚀机理无法完全解释实验中的油硫腐蚀现象，提出油纸绝缘老化产生的H+被绝缘纸吸附形成局部浓缩，在绕组铜-纸界面产生“浓差腐蚀”是导致变压器绕组发生油硫腐蚀的另一重要机理；提出电场的加入会通过“电解池效应”加速油硫腐蚀的发生，其影响程度与电场强度和电场类型相关；通过各层绝缘纸中的腐蚀沉积物浓度随温度与硫腐蚀作用时间的变化规律，利用菲克第二扩散定律建立了腐蚀沉积在绕组油纸绝缘层间的扩散动力学模型，并初步验证了该模型的有效性；提出腐蚀硫沉积物导致的绝缘纸介损升高、导热率和电阻率降低、局部放电密度增大是引发绕组绝缘故障的主要原因；通过分析BTA、Irgamet 39对油硫腐蚀的短期和长期抑制效果，提出了这两种金属减活剂添加量的建议值；通过分析T501浓度对油硫腐蚀过程的影响规律，以及DBDS抗氧化和加速油硫腐蚀效果的竞争过程，提出了这两种抗氧化剂添加的量的建议值；研究了物理吸附和化学反应两种绝缘油处理方法对绝缘油中腐蚀性硫的缓释效果，提出了能有效消除绝缘油中DBDS的物理吸附剂及吸附条件，以及化学反应试剂和反应条件，为对具有油硫腐蚀风险的绝缘油再生处理实施方案提供了理论及实验依据。