干式变压器油中气体的产生机理

油和纸是充油电气设备的主要绝缘材料。油中气体生成的机理与材料的性质和各种因素有关。

一、干式变压器的油劣化和产气

干式变压器油是由天然石油蒸馏提炼而成的矿物油。它是各种碳氢化合物的混合物，其中碳和氢占总重量的95%~99%，其余为硫、氮、氧和少量金属元素。石油基碳氢化合物包括环烷烃(CnH2n)、烷烃(CnH2n 2)、芳香烃(CnH2n-m)和其他成分。表1-1列出了部分产干式变压器油的成分分析结果。

表1-1部分产干式变压器油成分分析依据

环烷烃具有良好的化学稳定性和介电稳定性，粘度随温度变化不大。芳烃具有良好的化学稳定性和介电稳定性，在电场作用下可以吸收气体而不释放气体。干式变压器油芳烃含量高，油的空气吸收性强，否则空气吸收性差。但芳烃在电弧作用下产生更多的碳粒，会降低油的电性能；芳香烃是易燃的，随着其含量的增加，油的比重、粘度和凝固点都增加。环烷烃中的石蜡具有良好的化学稳定性，容易使油固化。在电场的作用下，它们容易电离析出气体，形成树枝状的X蜡，影响油的导热性能。

干式变压器油在运行过程中，受到温度、电场、氧气、水分、铜、铁等物质的催化，产生氧化、裂解、碳化，部分氧化产物和冷凝物(油泥)、氢气、低分子烃类气体和固体X蜡。

总之，在热、电、氧的作用下，干式变压器油的降解过程以自由基链式反应进行，反应速率随着温度的升高而增加。氧和水的存在和含量对反应有很大影响，铜、铁等金属也起到催化剂的作用，加速反应。老化后产生的酸、H2O和油泥危及油的绝缘特性。精制的干式变压器油不含低分子烃类气体，但干式变压器油在运行中会在高温作用下分解产生二氧化碳、低分子烃类气体、氢气等。

综上所述，干式变压器油是由多种不同分子量的烃类分子组成的混合物，其中含有CH3*、CH2*和CH*化学基团，通过C-C键结合在一起。一些C-H键和C-C键会因电或热故障而断裂，产生少量的活性氢原子和烃类的不稳定自由基。这些氢原子或自由基通过复杂的化学反应迅速重组，形成氢气和低分子烃类气体，如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔等。以及碳和碳氢聚合物的固体颗粒(X蜡)。失效初期，形成的气体溶解在油中；当断层能量较大时，也可能聚集成游离气体。油碳化产生的碳粒温度为500-800，设备内可沉积碳和烃类聚合物的固体颗粒。局部放电等低能放电故障，通过离子反应促进较弱键C-H键(338kJ/mol)的形成，合成烃类气体，依次需要越来越高的温度和越来越多的能量。

虽然在较低温度下产生少量乙烯，但主要在500左右产生，高于甲烷和乙烷。乙炔通常在800-1200的温度下产生，当温度降低时，反应被迅速抑制并积累为再化合的稳定产物。因此，虽然在较低的温度下(800以下)会产生少量的乙炔，但在电弧的电弧路径中会产生大量的乙炔。此外，当油发生氧化反应时，会产生少量的一氧化碳和二氧化碳，一氧化碳和二氧化碳会长期积累，成为大量的特征气体。 #p#分页标题#e#

第二，固体绝缘材料和气体的分解

油纸绝缘包括绝缘纸、绝缘纸板等。其主要成分是纤维素。纤维素热分解的气体成分主要是CO和CO2。聚合物裂解的有效温度高于105，完全裂解和碳化高于300。生成水时，生成大量的CO和CO2以及少量的烃类气体和呋喃类化合物，油被氧化。一氧化碳和二氧化碳的形成不仅随着温度的升高而加速，而且随着油中氧含量和纸张湿度的增加而增加。

来源：电工之家