一种检验变压器用铜导线中有害杂质的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电气工程与材料科学领域交叉范畴，具体来说，是通过控制氧气、DBDS 浓度、铜导线在环境中安放位置等条件，对铜导线进行不同程度的加速热老化，再利用扫描 电镜/能谱研究老化后铜导线微观形貌与腐蚀坑内元素种类及含量生，判断铜导线中有害 杂质的一种检验方法。
【背景技术】
[0002] 变压器是电能传输和配送过程中能量转换的核心，是电网安全运行中最重要和最 关键的设备之一。变压器的严重事故不但会导致自身的损坏，还会中断电力供应，给社会造 成巨大的经济损失。近十年来，福建、深圳、华东和华北等地区电网相继在220kV及500kV 的变压器故障检查中发现故障绕组及包覆的绝缘纸表层均发现有深蓝及浅灰色固体沉积 物，经分析证实该物质的主要成分为硫化亚铜沉淀。类似的现象在国外也引起了重视，根 据国际大电网组织A2-32工作组截止2009年的不完全统计，自2000年起由于硫腐蚀问题 造成或者疑似的大型变压器故障约100例，涉及到多个主要变压器生产商，其所使用的绝 缘油由多个国际品牌的绝缘油供应商提供。这些事故大多发生在高电压等级、大容量、高油 温、大负荷、带密封油枕的变压器和电抗器上；硫化亚铜沉积部位集中在裸铜线直接与绝缘 纸接触的绕组上，且主要发生在高压绕组的上半部分，与故障部位相关联。虽然硫腐蚀问题 在近十年才被引起重视，但对历史故障变压器的绕组的重新检测结果也证明了该现象的存 在。随着对该现象认识的提高，此类问题设备的暴露也呈增长趋势。由此，变电设备的线圈 及油纸绝缘材料遭受腐蚀性硫化产物侵蚀的问题引起了越来越多国际相关工程技术人员 和科研工作者的关注。
[0003] 近年来，油硫腐蚀问题对变压器、电抗器等设备的危害机理已经得到了初步认识。 对矿物绝缘油中腐蚀剂一腐蚀性硫的危害、来源、相关检测标准、抑制措施等都进行了研 究。但是对于变压器中被腐蚀的材料一铜导线在油纸绝缘系统中的研究还很少，而变压器 专用铜是一种高纯铜一紫铜，其本身含有多种杂质，但含量较低。表1是紫铜中杂质种类和 含量。根据金属活动性顺序表2,部分杂质的活泼性远远高于铜，在同样腐蚀环境下，理论上 这种杂质更趋于先于铜发生腐蚀，并形成硫化产物沉积在绝缘纸上或是分散悬浮在绝缘油 中；同样部分杂质的活泼性低于铜，在同样腐蚀环境下，与铜形成原电池，使铜腐蚀加速，在 油纸绝缘系统中形成硫化亚铜，从而引发故障。
[0004] 表1紫铜中杂质种类和含量
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[0007] 表2金属活动性顺序表
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[0009]目前国际上较为公认的的方法也是在变压器油中添加钝化剂，钝化剂为苯并三氮 唑（BTA)及其衍生物。BTA及其衍生物分子中的N、0、S等杂原子含有孤对电子，易于和金属 的d轨道结合形成配位键，或是金属提供电子给杂原子形成反馈配位键，从而在金属表面 形成保护膜，阻止变压器绕组线圈的氧化和与油中腐蚀性硫的接触。但钝化剂是会随时间 不断消耗的。且在局部过热或者是局部放电的情况下，非活性硫会向活性硫进行转变。同 时铜导线中会存在某些有害中杂质会加速腐蚀的进行。这说明钝化剂的加入可以在一定程 度上防范腐蚀性硫问题的发生，但铜硫腐蚀的问题依然存在。选择合适的方法，检测铜导线 中杂质种类对变压器进行油硫腐蚀程度，并对变压器进行有效的风险评估和运行状态评估 具有重要意义。
【发明内容】
[0010] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种通过利用扫描电镜/能谱研 究铜导线老化后微区形貌中腐蚀坑内的元素种类，判断铜导线有害物质存在与否的检验方 法。
[0011] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0012] 一种检验变压器用铜导线中有害杂质的方法，该检验方法包括以下步骤：
[0013] 步骤1.将铜导线利用线切割切设备割成若干形状均匀的样品，紧密包裹上绝缘 纸，置于真空箱中，于60-120°C下干燥12-72小时，后冷却至室温-40°C，浸入已脱气除水的 新变压器油（不含有腐蚀性硫化物，总硫含量< 1000 ppm)并保持12-48小时；
[0014] 步骤2.向绝缘油中添加二苄基二硫（DBDS)，浓度为10-10000ppm，并按油（质量 g):(表面积cm 2)之比范围为1-50,向锥形瓶中添加绝缘油，同时将浸油后的铜绕组样品装 入锥形瓶内，保持铜条平放在瓶底，后将锥形瓶置于真空充氮箱中，抽真空并于真空状态下 充氮至一个标准大气压，后在密闭的、充满氮气的环境下进行密封；
[0015] 步骤3.将上述铜导线样品至于80°C-240°C真空老化箱中，控制真空度0.0 l-IMPa 进行热老化试验，热老化时间为10-1000小时，取样进行测量；
[0016] 步骤4.利用扫描电子显微镜/能谱对铜导线表面微观形貌及腐蚀坑内元素种类 与含量进行检测，观察腐蚀坑大小与杂质情况。
[0017] 本发明所述步骤1中将铜导线利用线切割切设备割成若干形状均匀的样品，紧密 包裹上绝缘纸，以便产生热老化产物，加速铜导线的腐蚀；
[0018] 本发明所述步骤2中向绝缘油中添加的DBDS，浓度为10-10000ppm(DBDS为腐蚀性 硫）。
[0019] 本发明所述步骤2中将浸油后的铜导线样品装入锥形瓶内，保持铜条平放在瓶 底，以便加速铜导线腐蚀；
[0020] 本发明所述步骤3中真空老化箱中环境温度控制在80_240°C范围内；
[0021] 本发明所述步骤3中控制真空度0.0 l-IMPa进行热老化试验，以便加速铜导线的 腐蚀；
[0022] 本发明所述步骤4中，采用扫描电子显微镜/能谱对铜导线表面微观形貌进行检 测，检测腐蚀坑内元素种类及含量等情况，即判断铜导线中导致铜导线加速腐蚀的杂质，BP 有害杂质种类；
[0023] 本发明的有益效果是：目前尚无，通过观察铜导线老化后微观形貌及腐蚀坑内元 素情况，检验变压器铜导线中有害杂质存在与否的方法。本发明具有以下有益效果：
[0024] 本发明的检验方法考虑到电力设备中油硫腐蚀现象，通过调节老化环境真空度控 制氧气浓度、铜导线位置等条件，对铜导线进行加速热老化。通过利用扫描电镜/能谱对铜 导线表面微观形貌和腐蚀坑内元素组成情况，检验变压器用铜导线中有害杂质是否存在， 为变压器油硫腐蚀现象的防治的提供实验数据的支持。
【附图说明】
[0025] 图1，图2为本发明实例1步骤4中在200ppmDBDS绝缘油中老化后铜导线样品表 面的微观形貌及腐蚀坑元素组成；
[0026] 图3,图4为本发明实例2步骤4中在500ppmDBDS在绝缘油中老化后铜导