绝缘纸作为电力变压器、电机等电气设备中不可或缺的固体绝缘材料，其性能的稳定性直接关系到整个设备的安全运行和寿命。然而，在长期复杂的运行环境中，绝缘纸会不可避免地发生老化，甚至出现击穿故障。深入分析其背后的原因，对于预防故障、延长设备寿命至关重要。

绝缘纸的失效主要表现为两种形式：击穿（Breakdown）和老化（Aging）。击穿是瞬时发生的电气性能丧失，而老化是一个长期的、累积性的性能退化过程，但老化会显著降低其绝缘强度，最终可能导致击穿。

一、导致绝缘纸发生击穿的主要原因

击穿是指绝缘纸在强电场作用下，完全失去绝缘性能而形成导电通道的现象。其主要原因包括：

1.电应力过载（Electrical Overstress）

◦过电压冲击:雷电冲击或操作过电压会在设备内部产生远高于设计值的瞬时电场强度。当该电场强度超过绝缘纸的瞬时介电强度时，会直接导致其电离击穿。

◦局部放电（Partial Discharge）:这是最常见且隐蔽的原因。由于制造工艺缺陷、内部存在气泡、或是长期老化后与导体贴合不紧密，都会在绝缘纸内部或表面形成局部电场集中区。该区域的空气或油隙首先被电离，产生局部放电。持续的局部放电会不断侵蚀绝缘纸的纤维素分子链，形成碳化通道，最终导致整体击穿。

2.绝缘缺陷（Insulation Defects）

◦表面污染与受潮:绝缘纸表面吸附水分、灰尘、金属颗粒等污染物后，会显著降低其表面电阻，在电场作用下容易产生沿面放电，并发展为击穿。

◦机械损伤:在安装、检修或运行中因振动、挤压造成的物理损伤（如划痕、穿孔、起毛）会使得绝缘纸的有效厚度减小，并在损伤处形成电场畸变，成为击穿的起始点。

二、导致绝缘纸发生老化的主要原因

老化是一个缓慢的过程，表现为绝缘纸的机械强度下降（变得脆化）、电气强度降低以及聚合度（DP值）下降。其主要驱动因素可归结为“热-氧-水”的协同作用。

1.热老化（Thermal Aging）

◦这是最核心的老化因素。根据Arrhenius反应速率理论，温度每升高6-10°C，绝缘纸的化学反应速率（即老化速率）约增加一倍。变压器长期运行在高温（热点温度）下，纤维素分子链会因热振动而发生断裂，导致聚合度下降，纸张逐渐失去机械强度和韧性。

2.氧化老化（Oxidative Aging）

◦氧气是加速老化的重要推手。在高温环境下，氧气会与纤维素分子发生氧化反应，生成羰基、羧基等酸性化合物，进一步催化纤维素链的解聚反应。无论是设备中溶解的氧气还是空气中的氧气，都会参与这一过程。

3.水解老化（Hydrolytic Aging）

◦水分是纤维素水解反应的直接参与者。水分子的存在会使纤维素分子的糖苷键断裂。设备内部的微量水分主要来源于：纸纤维自身的自然吸湿、绝缘油老化产生的水分、以及通过呼吸作用进入设备的空气中的湿气。酸性物质（如绝缘油氧化产生的有机酸）会作为催化剂，极大地加速水解过程。

4.酸催化降解（Acid-Catalyzed Degradation）

◦绝缘油在运行中会氧化产生低分子有机酸和少量无机酸。这些酸性物质不仅会腐蚀金属材料，更能直接渗透到绝缘纸中，催化纤维素的水解和氧化反应，形成恶性循环，急剧加速绝缘纸的老化。

5.机械应力（Mechanical Stress）

◦设备运行中的电磁力、振动和短路时产生的巨大电动力，会使绝缘纸受到持续的机械应力。长期作用会导致纤维疲劳、微观结构变形和开裂，削弱其机械性能。

总结与关联

实际上，绝缘纸的击穿与老化并非孤立发生，而是紧密关联的。老化是击穿的重要前提：长期的热-氧-水-酸协同老化会使绝缘纸变得脆弱、产生微观缺陷，其电气强度大幅下降，使得在正常的工作电压或轻微的过电压下就可能发生击穿。而局部放电这类可能导致击穿的现象，其本身也是加速局部老化的重要因素。

因此，在工程实践中，通过严格控制变压器的运行温度（负载管理）、保持绝缘油干燥（降低水分含量）、减少氧气接触（密封或隔氧保护）、定期监测油中酸值和糠醛含量以及绝缘纸的聚合度，是延缓绝缘纸老化、防止其发生击穿故障的根本措施。