油纸绝缘材料广泛应用于电力变压器等油浸类设备中，在设备运行时承受着热、电及机械等应力作用而不断老化。老化后油纸绝缘材料其绝缘性能与力学性能会下降，当无法承受正常运行应力时，绝缘材料将会在正常运行时发生失效，引发局部缺陷，最终导致设备故障，影响电网运行的可靠性。因此，研究油纸绝缘材料在不同应力作用下老化对其各项性能的影响对保障变电设备稳定运行和电力系统安全具有重大意义。

油纸绝缘材料的老化主要是绝缘纸的纤维素分子裂解的过程。老化过程中，纤维素不断在酸催化下水解，长链裂解为短链，聚合度不断下降。随着聚合度的下降，油浸纸板的绝缘性能与力学性能不断下降，表现为电阻率的下降及弹性模量的降低。国内外学者开展了大量关于油纸绝缘材料热老化及电老化后各项特性演变规律的研究。

以往的研究主要集中于温度及电场对油纸绝缘材料老化机理及性能演变过程的影响，对在油纸绝缘老化过程中同样起着关键影响的机械应力作用下的老化研究较少。变压器中的油纸绝缘材料承担着多种形式的机械应力，包括恒定的绕组压紧力与交变的绕组电流和漏磁共同作用产生的电磁力。在这些应力中，突发短路产生的交变冲击应力最大，一般在50～100MPa之间；厂家制造装配时的压紧力取值低于10MPa，正常运行时交变电磁力一般低于1MPa。

以往研究结果表明，机械应力作用下油浸绝缘纸板的绝缘性能下降并形成缺陷。因此，有必要研究机械应力下油纸绝缘材料的老化规律并分析其老化机理，进而得出评估老化状态的判据，从而对运行中的变压器进行有效状态评估与缺陷诊断。

西安交通大学的科研人员对经过不同幅值恒定机械应力老化后的油浸绝缘纸板进行了耐压与局部放电实验，并对经受老化的绝缘纸板开展了表面观测实验，得出了油浸绝缘纸板在机械应力作用下的老化规律，并提出了机械应力作用下油浸绝缘纸板的老化机理，最后从局部放电特征量出发，提出了油纸绝缘材料机械老化寿命判据，为现场变压器运维工作提供了辅助决策手段。

图1 机械应力实验模型

图2 应力作用后纸板共聚焦显微镜观测

他们最后得出如下结论：

1）机械应力低于20MPa时，油浸绝缘纸板的弹性模量与剩余形变基本维持不变；机械应力高于20MPa后，纸板的弹性模量与剩余形变均随机械应力的升高而不断增大。当外施应力增加至220MPa时，油浸纸板发生粉碎性破坏。

2）外施机械应力低于20MPa时，油浸绝缘纸板的起晕场强随着机械应力增加而升高，平均放电量与最大放电量均降低；机械应力高于20MPa后，纸板的绝缘性能随着机械应力增高而下降，起晕场强随着机械应力增加而下降，平均放电量与最大放电量均升高。

3）在机械应力下油浸纸板的老化过程实质是纸板中的纤维在机械应力作用下发生的弹塑性变形。当外施机械应力低于20MPa时，纤维主要发生弹性变形，外力撤去后仍能恢复管状外观，表面维持光滑无分岔的外观；外施机械应力超过20MPa后，纤维开始发生塑性变形，并随着机械应力的升高变形程度不断加大，最终纤维表现为扁平带状，表面出现纤维分岔与大量纤维孔洞，部分纤维发生断裂。纸板中出现的纤维分岔与孔洞、断裂均会使其力学性能与绝缘性能下降。

本文编自2021年第12期《电工技术学报》，论文标题为“机械应力对油浸绝缘纸板局部放电影响”，作者为崔彦捷、汲胜昌 等。