油中糠醛類分析 (Furan analysis;ASTM D5837)與變壓器壽命診斷

2012.03.23

油中糠醛類分析之目的

 
油中糠醛類化合物是由電氣設備中絕緣材料纖維質劣化而生成,劣化產生之糠醛類化合物會溶入絕緣油中。
 
藉由分析其高濃度與不正常增加,加以研判絕緣材料老化程度或設備不正常使用,作為變壓器汰舊換新之決策參考。
 

變壓器壽命診斷原理

 
油浸式變壓器的絕緣來自於變壓器的絕緣材料,如:絕緣油、絕緣紙、壓紙板等…。
 
它是變壓器能否正常運轉的基本要素。因絕緣材料更新之經費相當大,因此變壓器的使用年限大多由絕緣材料的老化情況所決定。
 
根據國內外事故案例分析,絕大多數變壓器的故障或損壞肇因都是因為絕緣材料的劣化所引起。
 
且絕緣損壞所造成的事故,約占全部變壓器事故的85%以上。
 
但是對於運轉正常且定期維護的變壓器而言,絕緣材料都有很長的使用年限,依據廠商的設計及製造程序,一般而言變壓器的預期壽命約為30至40年。
 
變壓器內部所使用之絕緣材料主要可分為兩類:液體的絕緣油及固體的纖維素絕緣材料包括:壓紙板、絕緣紙、皺紋紙、木條等所組成。
 
其中絕緣紙的主要構成成分是纖維素,化學表示為(C6H10O5)n,其中的n就是聚合度,全新的絕緣紙其聚合度大約為1100~1200左右或更高。
 
而絕緣紙在老化過程會分解產生糠醛衍生物 (Furanic compound)、一氧化碳及二氧化碳等並降低其聚合度及抗張強度。
 
線圈絕緣紙需經得起電磁應力,此力會顯露在抗張強度上。因之抗張強度是絕緣紙重要的機械性質。
 
一般理論提議,中、大型變壓器當線圈絕緣紙殘存抗張強度低於60%時,應是其服務壽命之終點,其根本假設在於絕緣紙殘存抗張強度近60%時,線圈絕緣紙將失去抵抗較大之電磁應力,因此導致線圈之絕緣破壞。
 
雖然評估變壓器老化程度儘可能由絕緣紙抗張強度變化估算為佳,但在運轉中變壓器是無法採取線圈絕緣紙量測其抗張強度。
 
另一方面,絕緣紙抗張強度之降低是由於熱和氧化劣化所致,同時分解出CO2、CO和糠醛。
 
這些分解物應是絕緣紙老化重要徵兆。因此,故掌控糠醛衍生物 (Furanic compound)、一氧化碳及二氧化碳等這些分解物之含量與變化趨勢,獲知絕緣紙老化程度,推估變壓器剩餘壽命,以作為設備更新計畫之參考指標是何其重要的一門課題。
 

實施方式

 
分析內容
檢測對象
分析週期
異常處置
2-糠醛(2-Furaldehyde,2FAL)
2-糠醇(2-Furfuryl alcohol,2FOL)
2-乙醯基夫喃(2-Acetyl Furan,2ACF)
5-甲基-2-糠醛
(5-methyl-2-furaldehyde, 5MEF)
5-氫氧甲基-2-糠醛
(5-Hydroxymethyl-2-Furaldehyde,5-HMF)
變壓器本體
*運轉開始初期1次
*使用15年以上1次/3年
*油中氣體分析之CO、CO2含量偏高時
*必要時,依重要度或狀況縮短週期
設備更新計劃
 

預期成效

 
掌握變壓器經年劣化之傾向,於最適當時期採取對策,可降低設備維護和更新費用並提升設備使用的可靠度。
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