一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统及方法与流程

本发明涉及一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统及方法，属于变压器油纸绝缘老化识别技术领域。

背景技术：

变压器是电力系统中的关键环节，其关系到系统的稳定运行，而变压器在长时间运行时会发生老化，影响变压器的正常运行，发生故障甚至引发事故，故了解变压器的老化情况对于判断变压器运行状况，评估变压器使用寿命有重大意义。

变压器的老化通常是由变压器绝缘老化引发的，变压器的主要绝缘老化来自于变压器油纸绝缘，变压器油的老化可通过过滤、换油解决，而变压器油浸绝缘纸因为无法更换，所以绝缘纸的寿命对于变压器寿命是至关重要的因素，掌握变压器纸老化情况对于判断变压器老化情况十分重要。

中国专利cn103245519a公开了一种变压器油纸绝缘老化评估与寿命预测的装置及其预测方法，该方法通过对油纸聚合度，机械强度，变压器老化过程中绝缘油中糠醛浓度，绝缘纸、纸板含水量及油中气体含量分别进行测试来对变压器绝缘状态进行评估以及对电力变压器剩余运行寿命进行预测。

但是，该技术方案需要通过大量检测手段对变压器油纸绝缘进行评估，操作过程繁杂，对于聚合度，机械强度，纸中水分含量这些参数的分析需要一定量的绝缘纸样品进行取样分析，会对变压器绝缘产生损伤，而且聚合度检测时间周期长，不利于在短时间内对变压器绝缘状况进行判断，造成停运损失；此外进行水分含量测试时也可能因为操作引入外界水分，出现测量偏差而影响试验结果。

因此，提供一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统及方法已经成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述的缺点和不足，本发明的一个目的在于提供一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统。

本发明的另一个目的在于提供一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测方法，其中，该方法是利用所述变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统实现的。

为了实现以上的目的，一方面，本发明提供了一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统，其中，所述系统包括纸浸油单元、真空干燥脱气单元、绝缘油纸老化平台、脱油单元、干燥单元和微观形貌观测平台；

其中，所述纸浸油单元为用于盛装绝缘油及变压器油纸以进行纸浸油的单元；

所述真空干燥脱气单元为用于盛放该纸浸油单元并对纸浸油过程进行真空干燥、脱气处理的单元；

所述绝缘油纸老化平台包括密闭铝罐及高温烘干单元；该密闭铝罐为用于盛装经纸浸油后所得的绝缘油及变压器油纸的铝罐；

所述高温烘干单元为用于盛放该密闭铝罐以使所述变压器油纸进行长期热老化试验的烘箱；

所述脱油单元为用于对老化后的变压器油纸进行脱油处理的单元；

所述干燥单元为用于对脱油处理后的变压器油纸进行干燥的单元；

所述微观形貌观测平台为用于对干燥处理后的变压器油纸进行微观形貌观测的平台。

根据本发明具体实施方案，优选地，所述系统还包括第一真空干燥单元，该第一真空干燥单元为用于对变压器油纸进行真空干燥的单元。

根据本发明具体实施方案，优选地，所述系统还包括第二真空干燥单元，该第二真空干燥单元为用于对绝缘油进行真空干燥的单元。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的系统中，所述微观形貌观测平台为蔡司扫描电镜。

根据本发明具体实施方案，在所述的系统中，所述纸浸油单元、真空干燥脱气单元、脱油单元、干燥单元、高温烘干单元、第一真空干燥单元及第二真空干燥单元等均为本领域使用的常规设备。

另一方面，本发明还提供了一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测方法，其中，所述方法是利用该变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统实现的，该方法包括以下步骤：

(1)将预处理后的绝缘油及预处理后的变压器油纸进行纸浸油操作，并在真空环境下干燥、脱气处理；

(2)将步骤(1)中处理后得到的绝缘油及变压器油纸以一定的质量比例放入密闭铝罐密封，再将该密闭铝罐置于高温烘干单元中，以使所述变压器油纸进行长期热老化；

(3)对步骤(2)老化后的变压器油纸进行脱油处理、干燥处理；

(4)对步骤(3)中干燥处理后的变压器油纸进行微观形貌观测。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法步骤(1)中，绝缘油的预处理为：在真空环境下将其于60℃干燥24h；

变压器油纸的预处理为：在真空环境下将其于90℃干燥24h。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法步骤(1)中，所述干燥、脱气处理的时间为48h。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法步骤(2)中，所述步骤(1)中处理后得到的绝缘油及变压器油纸的质量比为20:1。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法步骤(2)中，所述热老化的温度为130℃，老化时间为250-1000h。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法步骤(2)中，每隔250h取一次老化后的变压器油纸样品依次进行脱油处理、干燥处理及微观形貌观测。

根据本发明具体实施方案，在所述的方法步骤(3)中，对步骤(2)老化后的变压器油纸进行脱油处理、干燥处理可以保证油液不会影响后续微观形貌的观测。

根据本发明具体实施方案，本发明对该方法步骤(1)及(3)中所述干燥的温度不做具体要求，本领域技术人员可以根据现场作业需要合理设置该干燥的温度，只要保证可以实现本发明的目的即可。

根据本发明具体实施方案，优选地，所述方法还包括：

对干燥处理后的变压器油纸进行微观形貌观测后，再对纤维的完整程度进行判断，以判断变压器油纸的老化情况，进而评估变压器寿命。

根据本发明具体实施方案，优选地，在所述的方法中，所述纤维的完整程度包括纤维的烧蚀程度、表面剥离程度、纤维断裂数以及纤维脆断程度。

其中，纤维的烧蚀程度、表面剥离程度及纤维脆断程度越高，纤维断裂数越多，则变压器油纸的老化情况越严重。

本发明所提供的该变压器油纸绝缘老化微观形貌观测方法通过对变压器的实际运行工况进行模拟试验平台的搭建，以绝缘油纸加速热老化来模拟实际运行变压器中发生的老化，并在不同的老化时间节点下选取少量老化绝缘纸样，在sem下进行绝缘纸微观形貌的观测，再对绝缘纸纤维破损情况进行分析，以判断绝缘纸老化情况，评估变压器寿命。

与现有技术相比，本发明所提供的该变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统及方法可在更短时间内实现对变压器绝缘老化情况及使用寿命进行准确评估，并且其对变压器造成的损伤也较小，即可以减少测量本身对变压器的损伤，此外，该方法还可配合传统测量手段对油纸老化情况进行评估；总之，该系统及方法可以更好地起到指导实际工程的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的该变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统的示意图；

图2为本发明实施例2所提供的方法的具体工艺流程图；

图3为本发明实施例2中变压器油纸的扫描电镜图(40×)；

图4为本发明实施例2中变压器油纸的扫描电镜图(200×)；

图5为本发明实施例2中老化250h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(40×)；

图6为本发明实施例2中老化250h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(200×)；

图7为本发明实施例2中老化500h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(100×)；

图8为本发明实施例2中老化500h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(400×)；

图9为本发明实施例2中老化750h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(40×)；

图10为本发明实施例2中老化750h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(400×)；

图11为本发明实施例2中老化1000h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图(100×)；

图12为本发明实施例2中老化1000h后所得到的变压器油纸样品其中某一部位的扫描电镜图(200×)；

图13为本发明实施例2中老化1000h后所得到的变压器油纸样品的另一部位的扫描电镜图(200×)。

主要附图标号说明：

1、第一真空干燥单元；

2、第二真空干燥单元；

3、纸浸油单元；

4、真空干燥脱气单元；

5、密闭铝罐；

6、高温烘干单元；

7、脱油单元；

8、干燥单元；

9、微观形貌观测平台。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和有益效果有更加清楚的理解，现结合以下具体实施例对本发明的技术方案进行以下详细说明，但不能理解为对本发明的可实施范围的限定。

实施例1

本实施例提供了一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统，其中，该系统的示意图如图1所示，从图1中可以看出，其包括：

第一真空干燥单元1、第二真空干燥单元2、纸浸油单元3、真空干燥脱气单元4、绝缘油纸老化平台、脱油单元7、干燥单元8和微观形貌观测平台9；

所述第一真空干燥单元为用于对变压器油纸进行真空干燥的单元，在本实施例中，其可以为真空干燥箱；

所述第二真空干燥单元为用于对绝缘油进行真空干燥的单元，在本实施例中，其也可以为真空干燥箱；

所述纸浸油单元为用于盛装绝缘油及变压器油纸以进行纸浸油的单元，在本实施例中，其可以为普通烧杯；

所述真空干燥脱气单元为用于盛放该纸浸油单元并对纸浸油过程进行真空干燥、脱气处理的单元，在本实施例中，其也可以为真空干燥箱；

所述绝缘油纸老化平台包括密闭铝罐5及高温烘干单元6；该密闭铝罐为用于盛装经纸浸油后所得的绝缘油及经纸浸油后所得的变压器油纸的铝罐；

所述高温烘干单元为用于盛放该密闭铝罐以使所述变压器油纸进行长期热老化试验的烘箱；在本实施例中，该高温烘干单元可为高温烘箱；

所述脱油单元为用于对老化后的变压器油纸进行脱油处理的单元；

所述干燥单元为用于对脱油处理后的变压器油纸进行干燥的单元，在本实施例中，其可以为干燥箱；

所述微观形貌观测平台为用于对干燥处理后的变压器油纸进行微观形貌观测的平台，在本实施例中，其可以为蔡司扫描电镜。

实施例2

本实施例提供了一种变压器油纸绝缘老化微观形貌观测方法，其中，该方法是利用实施例1所提供的变压器油纸绝缘老化微观形貌观测系统实现的，该方法的工艺流程图如图2所示，从图2中可以看出，其包括以下步骤：

(1)在真空环境下将绝缘油(矿物油)于60℃干燥24h；将变压器油纸裁剪成统一规格(本实施例中为2mmx2mm)的样品，并在真空环境下将变压器油纸样品于90℃干燥24h，完成绝缘油及变压器油纸样品的预处理；

绝缘油预处理及变压器油纸具体可以按照以下操作进行：

将绝缘油及变压器油纸分别放入不同的烧杯中，并分别置于第一真空干燥单元(真空干燥箱)及第二真空干燥单元(真空干燥箱)中；

分别启动真空干燥箱，利用真空泵抽出真空干燥箱内的气体，在该过程中，变压器油纸孔隙内的气体与绝缘油内溶解的气体会被缓慢析出；之后提升真空干燥箱内的温度(分别为60℃及90℃)干燥处理24h，干燥变压器油纸、绝缘油中的水分，即得到预处理后的较为干燥的绝缘油及变压器油纸；

将预处理后的绝缘油及预处理后的变压器油纸放入同一个烧杯中以进行纸浸油操作，并将该烧杯置于真空干燥箱中，使用真空泵抽出真空干燥箱内的气体，此时变压器油纸、绝缘油内的气体被缓慢抽出，之后升温使变压器油纸、绝缘油中的水分被蒸发，在高温与真空环境下保持48小时，得到充分浸渍的绝缘油纸；

(2)将步骤(1)中处理后得到的绝缘油及变压器油纸以20:1的质量比例放入密闭铝罐密封，再将该密闭铝罐置于高温烘干单元中，以使所述变压器油纸进行长期热老化，该热老化的温度为130℃；每隔250h取一次老化后的变压器油纸样品；本实施例中分别于250h，500h，750h及1000h四个时间节点下进行了取样；

(3)对步骤(2)老化后的变压器油纸进行脱油处理、干燥处理，可将处理后的样品称作矿物油纸；

(4)采用蔡司扫描电镜以较高放大倍率分别对步骤(3)中干燥处理后的四个变压器油纸样品及原始变压器油纸样品(即未处理的变压器油纸)进行微观形貌观测，得到相应的扫描电镜图；

其中，未处理的变压器油纸的扫描电镜图分别如图3-图4所示；老化250h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图如图5-图6所示；老化500h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图如图7-图8所示；老化750h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图如图9-图10所示；老化1000h后所得到的变压器油纸样品的扫描电镜图如图11-图13所示。

(5)再对纤维的完整程度进行判断，以判断变压器油纸的老化情况，进而评估变压器寿命；

其中，所述纤维的完整程度包括纤维的烧蚀程度、表面剥离程度、纤维断裂数以及纤维脆断程度；

纤维的烧蚀程度、表面剥离程度及纤维脆断程度越高，纤维断裂数越多，则变压器油纸的老化情况越严重。

以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。