来源：变压器技术杂志

长期停运变压器油泥形成原因及

预防措施

邱嘉艳1，彭磊2

（广州粤能电力科技开发有限公司；

广东电网有限责任公司电力科学研究院）

摘要：变压器油泥的存在不仅降低变压器固体绝缘性能，还将引起变压器线圈局部过热，使变压器的工作温度升高，最终造成重大事故的发生。为此，分析了从变压器中五个不同部位获得的油泥，采用有机溶剂法、酸溶法、X 射线衍射法、磁性分析法和铁谱图法等方法分析油泥成分，探讨形成原因，针对性地提出预防措施。结果表明，油泥的主要成分为纤维素、铁和铁的氧化物。由此，提出了运行期间强制油循环时安装过滤装置，停运前进行过滤处理以及停运期间防潮和密封保养的变压器停运保养措施。

关键词：变压器；铁谱图法；油泥分析；酸溶法；有机溶剂法

电力变压器是电力系统中能量转换、传输的核心，其安全运行对电力系统的稳定性具有十分重要的意义。使用最广的油浸式变压器底部容易积累一层油泥[1]，油泥是一种树脂状物质，能部分溶解在油中，但最终会从油中沉淀出来，沉积在变压器壳体边缘壁、底部、绝缘材料、循环油道和冷却散热件等地方。油泥的存在不仅会降低变压器固体绝缘性能，还将引起变压器线圈局部过热，使变压器的工作温度升高，最终造成重大事故的发生[2-3]。因此，为缓解并预防油品中油泥的生成，探索油泥生成的原因，分析油泥的成分对变压器运行状态判断、故障分析与处理和预防措施的提出具有重要意义。

研究者们从多个角度，采用多种分析手段对油泥成分进行分析，进一步探索其生成原因。如窦鹏[4] 等人采用傅里叶等方法对油泥进行检测，结果表明油泥是油品的氧化降解产物同油中的腐蚀产物和水分共同作用的结果；王辉[5] 等人则模拟了油品体系的运行环境，对油泥生成进行预测判断，结果表明油泥的生成与环境温度相关性极大；刘中国[6] 等人则对油泥生成机理进行了深入探讨，并设计了在不同影响因素下的模拟实验；庞华豪[7]等人则从油泥亲和性、溶解性和外观等角度出发分析油泥成分，并结合实际情况判断其生成原因。

尽管研究者们对油泥的成分、形成原因进行了较多的分析，但是，他们对油泥中可溶于酸的有机物成分分析研究较少，而忽略了这部分成分可能会导致油泥成分分析的不充分；

另一方面，鉴于油品成分的多样性、运行环境的复杂性，在这些多种因素作用下形成的油泥，即使油泥成分相似也并不能说明其形成原因相同。因此，必须有针对性地分析不同油品体系下的油泥成分，才能更精确地判断其生成原因。故本研究从仓库调用一台220kV 变压器进行吊罩检查，对下节油箱、箱底、上铁轭、油枕内壁等部位存在的颗粒杂质和油泥，采用有机溶剂法、酸溶法、X 射线衍射法、磁性分析法和铁谱图法等方法对其成分进行系统分析，探讨其形成原因，并针对性地提出预防措施。

1、试验部分

1.1 仪器与材料

仪器和材料包括：220kV 变压器、5 个样品的油泥（分别为样品1，变压器油箱箱底泥垢；样品2，变压器箱底桌面上的黑污渍；样品3，变压器箱底油管上杂质；样品4，变压器箱底桌面上的杂质；样品5，变压器箱底油槽杂质）、红外干燥器、X 射线荧光光谱分析仪、X 射线衍射仪、磁铁棒和铁谱分析仪。

1.2 检测方法

检测方法包括：

a）可溶于有机溶剂的油泥成分元素分析。将油泥加入适量有机溶剂中，加热搅拌至溶解，过滤后将滤渣进行红外干燥烘干保存，并对滤液按绝缘油元素分析步骤进行元素分析[8]。

b）可溶于酸的油泥成分元素分析。将步骤a）中滤渣加入适量盐酸和硝酸进行溶解，过滤后将滤液转移，按水中元素分析步骤进行元素分析[9-10]。

c）X 射线衍射分析[11]。将油泥分别经过适当的有机溶剂和水清洗后过滤，再将滤渣红外干燥后，进行X 射线衍射测试。

d）样品磁性分析。将样品1、样品2 和样品5 分别经过有机溶剂、水清洗后过滤，将滤渣红外干燥后用磁棒测定其磁性。

e）样品铁谱分析[12-13]。将样品1、样品2 和样品5分别经过有机溶剂、水清洗后过滤，将滤渣红外干燥后用铁谱分析仪进行铁谱分析。

2、结果与讨论

2.1 油泥生成机理

油泥的生成机理为自由基的链式反应[14-15]，自由基的链式反应分为如下阶段：

a）链引发阶段。油中的烃类在热、静电和机械剪切应力等作用下与氧气、水或金属接触时，分子中的叔氢、碳碳双键、芳环α 位上的氢易发生断裂，产生活泼的烃基自由基。

b）链发展阶段。烃基自由基与氧分子反应生成具有更高活性的烃过氧化自由基，其反应速度快且不可逆，在与烃分子进一步反应后生产烃过氧化物和另一个烷基自由基。

c）链分支阶段。自由基与过氧化物反应生产更多的活性自由基，导致链反应速率急剧增大，烃分子发生不同程度的氧化反应，生产大量烃类氧化物如醇、醛、酮、酸等，醇、醛和酮进一步缩合，最终表现为油泥和漆膜沉积物。

d）链终止阶段。活性自由基之间相互结合导致链终止反应，两个烷基自由基结合生成一个烃分子，或一个烷基自由基和一个烷基过氧自由基结合生成一个过氧化物分子，或两个烷基过氧自由基结合生成一个过氧化物分子和氧。

2.2 油泥成分分析

2.2.1 可溶于有机溶剂的油泥成分元素分析由于变压器绝缘油成分较复杂，可能存在一定的腐蚀性物质，特别是在氧气、水和电场等环境下与油中其他杂质反应沉积在底部形成油泥。为探讨油泥是否因油中腐蚀性物质引起，本文通过对可溶于有机溶剂的油泥成分和可溶于酸的成分进行元素分析，验证其形成原因。

首先，将5 种油泥在正己烷中充分搅拌、溶解并过滤，对所得滤液进行元素分析，5 个样品结果见表1。

Fe 和Cu 是油泥成分中重点考虑的金属元素。由表1 可以看出，5 种样品中Fe 和Cu 的最高含量分别为0.28mg/kg 和0.27mg/kg，含量相对极低。这说明油泥中可溶于有机溶剂的成分中几乎不含Fe 和Cu（其他的元素如Al、Pb、Ni 等含量接近或低于仪器检测限，故在此不列出）。

2.2.2 可溶于酸的元素分析

为进一步探索油泥成分，本节对滤渣进行酸溶解并分析其元素成分。将2.2.1 中滤渣加入适量的盐酸和硝酸充分溶解并过滤，按照水中元素分析法对所得滤液进行分析，结果见表2。

由表2 可以看出，样品中并未检测出Cu 元素和S元素，证明5 个油泥样品中金属元素主要为Fe。结合2.2.1中可溶于有机溶剂的成分分析，虽然该油泥含Fe 元素（见表2），但该含Fe 物质溶于酸但是不溶于有机物（见表1），且酸溶解后并未检测出硫元素，可以推测该含Fe 物质并不是因为绝缘油中腐蚀性S 与Fe 反应引起（绝缘油中腐蚀性物质主要为腐蚀性S[16-17]），而可能是来源于变压器壳体或内部器件脱落的铁屑或其氧化物等。

2.2.3X 射线衍射分析

为进一步验证该含铁物质成分，本节对其进行X 射线衍射分析。选取变压器内部具有代表性部位的油泥（样品1、样品2 和样品5）进行研究。将3 个样品分别经过有机溶剂和水清洗后过滤，将滤渣红外烘干后进行X射线衍射测试，结果如图1 所示。

由图1 可知，样品1 中衍射信号较弱，但对其信号峰进行峰匹配后发现含有三氧化二铁峰；对样品2 的信号峰进行峰匹配后发现含有二氧化硅和三氧化二铁两种信号峰；对样品5 的信号峰进行峰匹配后发现其含有四氧化三铁。总体来说，尽管3 个样品的XRD 信号峰都较弱（主要是非晶态物质），但可以根据X 射线衍射测试对其进行定性分析。

从结果可知，1、2 号样中含铁物质有三氧化二铁，5 号样中含铁物质有四氧化三铁。

2.2.4 样品磁性分析

为进一步探讨样品中含铁物质成分，选取与2.2.3 节中变压器内部相同部位的油泥（样品1、样品2 和样品5）进行研究。首先，将3个样品分别经过有机溶剂和水清洗后过滤，将滤渣红外烘干后，如图2 所示。

然后，用磁棒分别对其磁性进行研究。结果表明，样品1，样品2 中未发现磁性物质，而样品5 发现有磁性物质被吸引到磁棒上。结合2.2.3 节中分析结果，证明样品1 和样品2 中无铁单质或四氧化三铁，含铁物质为三氧化二铁；样品5 中含铁物质主要为铁单质或四氧化三铁。

2.2.5 样品铁谱分析

为更直观地探索油泥样品中成分，本节对样品进行铁谱分析。选取与2.2.3 节中变压器内部相同部位的油泥（样品1、样品2 和样品5）进行研究。将3 个样品分别经过有机溶剂和水清洗后过滤，将滤渣红外烘干后进行铁谱分析，结果如图3 所示。

从图3（a）—3（b）中可以看出，分别在50μm 和100μm 尺寸下，样品1 和样品2 中皆以纤维素为主，还有少量腐蚀颗粒；从图3（c）中可以看出，样品5 中以铁锈颗粒及球状磁性颗粒为主。总体来说，油泥样品中除了铁及其氧化物外，还含有大量的纤维素。

参考实际运行维护记录后，推测油泥中铁单质或铁的氧化物形成原因是：早期强制油循环时机械磨损产生的铁屑在水分、氧和温度等作用下发生部分腐蚀并沉积到箱底。油泥中纤维素则来源于变压器运行期间绝缘纸老化后部分纤维素脱落沉积。故提出了以下预防措施：

a）运行期间强制油循环时要安装过滤装置，以减少铁屑颗粒脱落后循环至箱底。因变压器油运行的特殊需求，在特定时期需对变压器油进行强制循环进行冷却，或析出油中溶解的气体等杂质，而此强制循环则会使油泵产生一定的机械磨损导致其中铁屑脱落进而随着变压器油一起进入变压器内部；另一方面，变压器油中总会存在一定量的水分和溶解氧等，在一定温度下部分腐蚀并沉积到箱底。为解决这个问题，可在油循环时进行过滤，防止铁屑及腐蚀物进入油中。

b）停运前进行过滤处理以减少油中悬浮纤维颗粒。在对油泥进行分析时，发现油泥中存在纤维颗粒，而纤维颗粒只可能来源于变压器中的纸绝缘。为防止长期停运后纤维颗粒沉积在变压器底部，可采用过滤手段对其进行清除。

c）加强停运期间变压器的防潮和密封保养措施，达到预防及减少油泥生成的目的。油泥中两个主要成分为铁屑和纤维颗粒，前者在水分、氧的作用下发生腐蚀；后者在水分、氧的作用下老化降解后脱落到油中，这说明油泥的主要成分受水分、氧的影响。因此，在变压器停运期间，为防止油泥生成，可采取防潮和密封的措施从而隔绝水分及氧。

3、结论

本文分别对变压器内不同部位的油泥样品进行检测，探讨油泥成分、分析其形成原因及提出预防措施。结果表明：

a）5 个部位样品都含有Fe 元素，且所含铁物质不是由油中腐蚀性硫引起的。

b）样品1 和样品2 中所含的铁物质为三氧化二铁，样品5 中所含的铁物质为铁及其氧化物的混合物（含磁性的四氧化三铁和内部的铁单质）。

c）油泥的主要成分为纤维素、铁单质或铁的氧化物。油泥的形成原因主要有两点：

①变压器运行期间强制油循环时机械磨损产生的铁屑及其在水分、氧和温度等作用下部分腐蚀后沉淀在箱底；

②绝缘纸老化裂解后部分纤维素颗粒脱落沉积。因此，可在变压器运行期间进行强制油循环时安装过滤装置减少铁屑颗粒脱落后循环至箱底；同时，停运前进行过滤处理以减少油中悬浮纤维颗粒，停运期间防潮和密封保养来预防及减少油泥的生成。

来源：变压器技术杂志