關于電力變壓器絕緣狀況綜合診斷技術探討

陳永遠 孫建華 劉曉慧 竇峰

（河南第一火電建設公司，河南鄭州 450001）

關于電力變壓器絕緣狀況綜合診斷技術探討

陳永遠 孫建華 劉曉慧 竇峰

（河南第一火電建設公司，河南鄭州 450001）

電力變壓器大多使用A級絕緣，在長期運行中由于受到大氣條件和其他物理化學作用的影響，使絕緣材料的機械、電氣性能衰減，逐漸失去其初期所具有的性質，產生絕緣老化現象，引起絕緣故障，這是一直是威脅變壓器安全運行的主要因素。為了保證變壓器的安全運行，就得對變壓器定期進行絕緣試驗，本文就如何通過各種試驗數據全面分析變壓器的絕緣狀況，進而能正確的判斷變壓器運行狀態，進行維護和檢修。這也是電氣試驗人員必須掌握的基本技能。

變壓器 絕緣電阻 介損損耗因數 交流耐壓 局部放電

1 利用測量絕緣電阻判斷變壓器絕緣狀況

測量變壓器絕緣電阻值是衡量絕緣性能的最基本指標之一，可以根據數值大小估計絕緣情況，該測量方法和使用儀器簡單易行，所以，不管是變壓器出廠試驗，還是調試中交接試驗，都廣泛應用。雖然利用測量絕緣電阻判斷絕緣狀況方法簡單容易，但實踐中無法規定出具體的合格絕緣電阻值標準。

究其原因分析如下：

（1）絕緣電阻不是理想的判斷標準。由式（1-1）知道，絕緣電阻值不僅取決于變壓器油和紙的狀況，還取決于結構尺寸，并隨時間增長而增加。由于變壓器等級和容量的不同，所以絕緣材料和結構也不同，使絕緣電阻值大小不一，所以，變壓器絕緣電阻不能規定一個具體數值的標準。因此，絕緣電阻不是一個理想的絕緣判斷標準。

Cp、Rp——紙絕緣等值電容、等值電阻；C0、R0——油絕緣等值電容、等值電阻；

C1、R1——絕緣撐條或墊塊等值電容、等值電阻，由于C1數值較小，可省略。

根據圖1變壓器絕緣等值電路圖可知，在直流電壓u作用下，絕緣電阻R（t）為：

圖1 變壓器絕緣等值電路圖

圖2 高、中、低壓繞組-地

（2）變壓器油在運行過程中絕緣電阻值沒有可比性。變壓器油的壽命依次經歷了A期、B期、C期。新油在與空氣接觸過程中逐漸吸收氧氣，初期吸收的氧氣將與油中的不飽和碳氫化合物起化學反應，形成飽和的化合物。這段時間稱為A期。此后在吸收氧氣，就生成穩定的油的氧化物和低分子量的有機酸，也生成部分高分子有機酸，這種油對繞組絕緣和金屬都有較強的腐蝕作用，這段時間稱為B期。此后油再進一步氧化，當油中酸性產物的濃度達一定程度時，便產生加聚和縮聚過程，生成中性的高分子樹脂及瀝青質，使油呈混濁的懸膠狀態，最后成為固態的油泥沉淀，還會析出水分，這段時間稱為C期。因此不同時期變壓器油含成分不一樣，測得絕緣電阻值就不大相同，使之失去可比性。

（3）變壓器絕緣電阻值達到10kMΩ數量級時，也失去了比較意義。綜上所述，絕緣電阻不能用具體的數值判斷絕緣情況，只能在同一溫度下，無明顯變化或明顯偏低來判斷。

2 利用介質損耗因數判斷變壓器絕緣狀況

變壓器在線檢測介質損耗因數是一種使用較多、對判斷絕緣狀況較為有效的方法。目前國內采用的是在工作電壓下測絕緣的介質損耗因數值。采用電橋法，以配套的標準電容分壓器（工作電壓10kV），及電壓互感器，構成取樣測量系統。

根據變壓器tanδ試驗原理（如圖2所示）、變壓器tanδ測量的影響因素等對變壓器絕緣狀況判斷總結如下：

（1）一般，絕緣良好的介質tanδ很小，絕緣受潮、老化后tanδ增大。

（2）由于tanδ與溫度有很大關系，溫度愈高，tanδ愈大。因此在比較時應注意在相同溫度下進行。不同溫度下應換算，換算公式為：

tanδ（20℃）=K.tanδ（t℃）

式中，tanδ（20℃）為20℃時絕緣的tanδ值；tanδ（t℃）為試驗時實際溫度t℃時的tanδ值；K為換算系數，與絕緣類型有關。

（3）對變壓器而言，變壓器繞組對地的電容量一般大于變壓器套管對地的電容量，在對變壓器進行tanδ測量時，變壓器套管本身的絕緣狀況對整體tanδ值影響不大。換言之，測量變壓器繞組的tanδ時，對連接在相應測試繞組上的套管絕緣缺陷反應是不靈敏的，因此，應盡可能將變壓器套管在安裝前，對變壓器套管逐一測試，直至找到有缺陷的部分。

（4）變壓器絕緣的tanδ單個值，雖能說明一些問題，但對于了解電氣設備的實際情況來說，更重要的是觀察在不同電壓下的變化。在不同試驗電壓下，tanδ變化太大時，說明設備絕緣必然有不良現象存在。如圖3所示，當絕緣內部有缺陷時，tanδ=f（u）曲線呈明顯的轉折，從tanδ增加的陡度可看出其絕緣內部缺陷的程度。

3 利用交流耐壓試驗判斷變壓器絕緣狀況

交流耐壓試驗作用絕緣預防性試驗的主要項目，對絕緣狀況的判斷起得重要作用，它直接檢查了絕緣的耐電強度。綜合分析交流耐壓試驗結果和其他預防性試驗結果，也就是將所得試驗結果與規程中規定的參考數據進行比較、與被試品本身歷次試驗結果比較、與同類設備比較，能對被試設備的絕緣狀況作出較準確的判斷。

（1）被變壓器在交流耐壓試驗中，在持續時間內，不擊穿為合格，反之則為不合格。

（2）當被試品是有機絕緣材料時，試驗結束并放電后立即觸摸，如出現普遍或局部過熱，便認為絕緣不良，需經處理后再行試驗。

（3）對組合絕緣的設備，或有機絕緣材料，其耐壓前后絕緣電阻不應下降30%，如下降，應查明原因。

（4）變壓器試驗過程中，若由于空氣溫度、濕度或被試品表面臟污等造成沿面閃絡或空氣放電，則應認為不合格，經查明原因，清潔、干燥處理后，再行試驗。排除外界因素影響后如表面出現局部電弧或仍有放電，則可能由于絕緣老化，表面受損等引起的，應認為不合格。

4 利用局部放電判斷變壓器絕緣狀況

局部放電水平是評定設備絕緣性能的一個重要參數，當設備絕緣內部產生局部放電時，同時有熱、聲、臭氧、氧化氮等產生，這些都對絕緣物造成侵蝕，形成不可恢復的損傷，若擴大可使整個絕緣擊穿。局部放電試驗可查清局部放電的特特征，定量測定出它的放電強度，以便早發現絕緣隱患。

（1）整個試驗過程中，試品不發生擊穿。

（2）在測量電壓下，堅持30min內，所有測量端子測得的放電量Q，連續維持在允許值內，并無明顯的、不斷地向允許值的限值增長趨勢。

符合上述兩條，則局部放電合格。

5 結語

總之，通過上述各種絕緣試驗項目分析可以看出，變壓器的絕緣試驗項目對不同階段，不同故障的有效性和靈敏性是不同的，因此應根據各種絕緣試驗結果全面的進行對比分析，方能對絕緣狀況和缺陷性質做出正確判斷，以便早發現絕緣缺陷，進行維護與檢修，防患于未然。

［1］高駿.電力變壓器故障診斷與狀態綜合評價研究［D］.華中科技大學，2011.

［2］錢政，尚勇，楊莉，嚴璋.電力變壓器固體絕緣狀況的綜合評估模型［J］.西安交通大學學報.2000（04）.

［3］束洪春，孫向飛，司大軍.電力變壓器故障診斷專家系統知識庫建立和維護的粗糙集方法［J］.中國電機工程學報.2002（02）.

［4］潘翀.電力變壓器絕緣故障診斷技術及熱狀態參量預測模型研究［D］.重慶大學，2009.

圖3 tan δ與u的關系

陳永遠（1978—），男，河南許昌人，本科，工程師，研究方向：火電廠電氣設備繼電保護及自動化調試；孫建華（1967—），男，河南鄭州人，在職研究生學歷，高級工程師，研究方向：火電廠及輸變電施工；劉曉慧（1976—），男，河南許昌人，本科，高級工程師，研究方向：火電廠控制自動化及熱控調試。竇 峰（1977—），男，河南南陽人，本科，高級工程師，研究方向：電氣設備高壓試驗，電力系統繼電保護，火電機組啟動調試。