一起330 kV 變壓器絕緣電阻異常分析和處理

張金良，徐永偉，王 磊，張艷東，許巖峰

（山東電力設備有限公司，山東 濟南 250022）

0 引言

變壓器的絕緣電阻試驗是評價變壓器絕緣質量的基本方法之一。對絕緣電阻的數據進行積累，掌握其變化規律，有助于對變壓器的整體絕緣狀況做出正確的分析判斷［1］。

在變壓器現場交接試驗時，絕緣電阻值與出廠時絕緣電阻值比較不滿足標準要求的現象偶有發生。以一起330 kV變壓器現場交接試驗時絕緣電阻值異常為例，從變壓器絕緣結構、器身干燥、運輸、安裝、絕緣油性能等方面對問題的原因進行排查，確定變壓器絕緣電阻值降低的原因。

1 絕緣電阻異常概況

變壓器型號為 OSFPSZ-360000／330，2018年 7月現場交接試驗時，絕緣電阻的測試值整體偏低，現場交接絕緣電阻測試值與出廠時絕緣電阻測試值如表1所示。由表1可知，高壓、中壓、低壓對地1 min和10 min絕緣電阻值，低壓對高壓、中壓及地15 s和10 min繞組絕緣電阻值低于出廠試驗時絕緣電阻值的70%（絕緣電阻值均折算到20℃），不滿足GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設備交接試驗標準》中“絕緣電阻值不低于產品出廠試驗值的70%或不低于 10 000 MΩ（20 ℃）”的要求［2］。

表1 絕緣電阻值

在變壓器的絕緣電阻測量中，由于其外絕緣，特別是低壓套管的外絕緣容易受到表面污穢或周圍大氣條件的影響，特別是環境相對濕度很高時，可能會使絕緣電阻降低很多。為進一步確定現場交接試驗時絕緣電阻數據的準確性，消除外部因素對絕緣電阻測量結果產生的影響，現場對變壓器套管表面進行擦拭，在環境相對濕度25%的條件下重新進行絕緣電阻測試，測試結果無明顯變化，說明交接試驗時的測試數據準確。

2 原因分析

影響油紙絕緣結構的變壓器絕緣電阻的因素較多，其中主要因素有變壓器的絕緣結構、所用變壓器油和絕緣紙的性能質量和工藝質量、絕緣結構中水分含量等。

該變壓器在出廠試驗時絕緣電阻值合格，現場交接試驗時出現了絕緣電阻值降低的現象。因此，可以排除變壓器的絕緣結構、固體絕緣材料、工廠內器身干燥方面的原因導致的絕緣電阻值異常。應將原因分析的重點放在變壓器出廠后的各個環節上。

2.1 變壓器運輸

變壓器從工廠到現場采用充氮氣運輸的方式［3］，變壓器在整個運輸過程中，油箱內部的氮氣壓力始終保持在0.025 MPa左右，變壓器本體密封良好，運輸過程中沒有發生氮氣泄漏導致變壓器器身受潮的情況。另外，變壓器在運輸過程中，沖撞記錄儀記錄的運輸加速度也在正常范圍內，變壓器繞組對地主絕緣結構受損概率很小。

2.2 現場安裝

變壓器安裝時的環境以及安裝時采用的工藝措施，與變壓器安裝后的性能指標息息相關。該變壓器使用在我國西北地區，空氣較為干燥。變壓器安裝時天氣晴好，空氣相對濕度在50%以下，安裝過程器身總暴露時間不超過16 h，每天工作結束后抽真空補充干燥空氣。因此，可排除變壓器安裝導致器身絕緣件表面受潮的可能性。

2.3 變壓器油

變壓器油作為油紙絕緣結構變壓器的主要絕緣材料，其性能將直接決定變壓器整體的絕緣性能。在排除變壓器絕緣結構、固體絕緣材料、器身干燥、運輸和安裝方面的影響后，對變壓器油的性能指標進行分析成為查找問題原因的關鍵。

該變壓器現場安裝時使用的絕緣油為現場配送油，與變壓器出廠試驗時使用的變壓器油為同牌號但非同批次油。對現場注入變壓器內的絕緣油取樣，對其各項性能指標進行檢測，檢測結果如表2所示。現場注入變壓器內的絕緣油除表征物理性能的運動粘度和凝點與未使用過的油的典型數據不符外，其界面張力、體積電阻率和抗氧化劑T501質量分數也與未使用過的油的典型數據存在差異。

表2 變壓器油指標對比

2.3.1 界面張力

變壓器油的界面張力是指油與純水之間的界面所具有的張力，是用來表征油中含有極性組分的量。變壓器油含有極性物質越少，油分子的極性越小，處于界面上的油分子和水分子之間的作用力越小，界面張力就越高。極性分子的存在使得高場強下的變壓器油通過極化電流，消耗有功功率。若變壓器油受到了極性物質的污染，界面張力就會顯著下降。界面張力可用于判斷油處理過程中是否受到污染和油的老化程度。

現場使用的變壓器油界面張力為32.8 mN／m，GB 2536—2011《電工流體 變壓器和開關用的未使用過的礦物絕緣油》中規定界面張力不小于40 mN／m［4］，檢測結果不滿足標準的要求，同時也與未使用過的油的界面張力的典型值不符。

表3 絕緣電阻值

2.3.2 體積電阻率

變壓器油體積電阻率反映了直流電場下電導電流的大小。若油的體積電阻率偏低，或在一段時間內下降明顯，則油中進入或者老化生成了較多的導電物質。油的電阻率低，會造成變壓器絕緣電阻下降，因此檢測變壓器油的體積電阻率，可以給變壓器絕緣電阻測定提供參考。

GB／T 7595—2008《運行中變壓器油質量》規定投入運行前的油的體積電阻率應大于等于6×106Ω·m［5］。 現場使用的變壓器油體積電阻率為3.37×1011Ω·m，滿足 GB／T 7595—2008 的要求，但小于未使用過的同牌號的油的體積電阻率典型值（1.03×1012Ω·m）。

2.3.3 抗氧化劑含量

抗氧化添加劑加入變壓器油中會明顯延緩油的熱氧老化。在一定范圍內，T501的添加量越大，油的抗氧化性能越好，老化壽命越長。

該變壓器使用的油含抗氧化添加劑，現場使用的變壓器油中抗氧化劑T501的質量分數為0.22%。同牌號變壓器油中T501的質量分數的典型值為0.34%。現場使用的變壓器油中T501的質量分數低于同牌號變壓器油中T501的質量分數。

綜上，油樣檢測結果顯示現場使用的變壓器油抗氧化劑的含量較低，界面張力和體積電阻率偏小。變壓器油存在著污染和老化的情況，污染和老化使油中的極性物質和導電物質增加。變壓器絕緣電阻試驗時，對絕緣施加的是直流電壓，流過絕緣介質的電流包括電容充電電流、極化電流和傳導電流。變壓器絕緣電阻值是施加電壓除以全電流后的數值，由于油中的極性物質和導電物質的增加，使得極化電流和傳導電流增大，絕緣電阻值降低。

3 處理措施

按照分析，變壓器絕緣電阻值的降低是變壓器油的性能降低導致。現場對原變壓器油進行更換。更換完成后，重新測試絕緣電阻，絕緣電阻值明顯提高。更換變壓器油以后絕緣電阻值與出廠值比較見表3。

4 結語

以一起330 kV變壓器現場交接試驗時絕緣電阻值異常為例，從變壓器絕緣結構、周圍環境、運輸、安裝、絕緣油性能等方面進行原因分析，最終確定變壓器油質劣化是變壓器絕緣電阻值降低的原因。

變壓器油的各項性能指標的優劣對變壓器是否能夠長期安全可靠運行至關重要。隨著超、特高壓大容量變壓器的不斷發展，變壓器的絕對體積也在逐漸增大，用油量也在不斷增加，在保證變壓器油的各項性能指標滿足標準要求的前提下，最大可能提升變壓器油的性能指標，是保證和提升電氣設備性能的一項重要工作。除了做好變壓器油生產工作外，在變壓器油儲存、運輸和使用時，還應重點關注油罐、濾油機、輸油管路的密封和清潔問題，避免變壓器油受粉塵等異物的污染。