絕緣油試驗判定充油電氣設備故障原因的方法分析

摘要：介紹了充油設備中絕緣油造成設備故障的常見情況。通過對兩起典型真實事故案例的對比，分析了不同情況下，不合格絕緣油引發設備故障的基本過程，總結出絕緣油試驗在判定類似故障原因時的流程和標準，為今后更加科學快速地分析同類故障提供了依據。

關鍵詞：絕緣油;擊穿電壓;放電;微水

中圖分類號：TM930 文獻標志碼：A 文章編號：1671-0797（2024）18-0064-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2024.18.016

0 引言

隨著電網相關技術的不斷發展，電網規模不斷擴大，相關電氣設備更新換代的速度也不斷加快。如何有效、準確地對電氣設備進行診斷已經成為電氣設備維護的關鍵問題。傳統的定期檢修模式已經不能完全適應電網發展的要求，由此帶電狀態檢修機制應運而生。相比于傳統的停電試驗，帶電檢測具有延長電力設備的使用壽命、診斷結果更加具有適用性和可信度等優點。隨著電網規模的不斷擴大，帶電檢測技術由于其特有的優勢，逐漸成為對設備進行缺陷排查、保證電網安全可靠運行的重要手段，其在超前發現設備隱患、降低事故損失、提高工作效率、降低供電風險等方面具有重要意義[1]。

在低電壓等級領域，為降低成本和危險性，許多固體絕緣電氣設備已經逐步取代充油電氣設備。但是，充油電氣設備由于其良好的絕緣性能，依然占據著高電壓等級電氣設備的主導地位。絕緣油不合格會妨礙電氣設備正常工作，嚴重時將導致設備故障，造成經濟損失和安全事故。所以，定期對設備的絕緣油進行相關試驗是一種重要的設備運行狀態帶電檢測手段，當充油設備發生故障時，絕緣油的相關試驗結果也能幫助判斷設備的故障類型。絕緣油不合格導致電氣設備發生故障的情況主要分為兩種：絕緣油劣化和絕緣油受潮[2]。

1 絕緣油劣化

1.1 對電氣設備的影響

絕緣油隨著放置時間（惡劣環境）的增加其本身的絕緣性能會逐步下降，這種絕緣性能下降導致的結果就是絕緣油的劣化。

絕緣油劣化到一定程度后，將無法滿足電氣設備原有的絕緣性能需求，此時，還在運行中的電氣設備內部就會在絕緣薄弱部位發生放電，從而演變成電氣故障。

1.2 實際案例

2017年8月，某110 kV變電站發出CT異常報警信號。檢修人員趕往現場，觀察流變外觀無明顯異常;利用紅外測溫，發現流變A相溫度異常，需要停電進行相關檢查。

停電后對流變三相進行油樣采集，對三相油樣外觀觀察發現三相油樣顏色正常，無法通過外觀判斷油樣情況。隨后對所有油樣進行相關試驗，試驗結果如表1所示。

1.3 故障原因分析

從試驗結果可以看出，A相油樣的色譜試驗，總烴明顯超標。同時，其擊穿電壓相較于B、C兩相也偏低，不符合合格標準，但是微水值正常，排除油樣受潮的可能。初步推斷故障原因為A相油樣劣化，導致絕緣強度不足，流變A相在運行過程中發生內部持續放電現象，破壞了線圈繞組，導致流變A相不能正常工作，從而觸發報警信號[3]。

2 絕緣油受潮

2.1 對電氣設備的影響

絕緣油在運行過程中由于某種原因混入了非油物質，從而影響其絕緣性能，其中最常見的情況是水混入絕緣油造成絕緣油受潮[4]。礦物絕緣油中，水的存在形式主要為3種形態：游離態、分散態、溶解態[5]。

2.1.1 游離態

游離態的水與絕緣油有較為明顯的界線（圖1），可以清晰地觀察到油、水分層現象。當水分較少時，水分會沉積在底部，電氣設備內部的相關部件依然浸沒在絕緣油中，這樣的存在形式對設備的影響較小[6]。

2.1.2 分散態

分散態的水會以較小的水珠懸浮在絕緣油中的各部位（圖2），由于水分子為極性分子且各水珠的體積較小，在設備運行過程中極易受到內部電場的影響聚集形成水橋，從而形成放電通道。所以，分散態的水對于設備的絕緣性能危害很大。

2.1.3 溶解態

溶解態的水會與油均勻地分布在一起（圖3），這樣的絕緣油也被稱為乳化油。此時，油與水不會有明顯的分層，水分子反而不易在電場的作用下形成水橋，這種狀態的油水混合物絕緣性能反而要比分散態的油水混合物高，但仍然對于電氣設備危害較大。

2.2 實際案例

2020年3月30日，某220 kV變電站發PT斷線告警信號，運行現場檢查發現220 kV副母線壓變A、C相電壓正常，B相電壓偏低（3 V左右），B相壓變異響，電磁單元輕微銹蝕。該設備上次停電修試日期為2019年11月22日，上次紅外檢測日期為2019年8月，檢測結果無異常。

CVT電氣原理圖如圖4所示，C11、C12和C2組成的電容分壓器疊裝在電磁單元油箱上。電磁單元的絕緣油與電容分壓器的絕緣油相互獨立。

設備停運前進行紅外精確測溫，發現B相電磁單元溫度同比異常（測試儀器Testo 890，輻射系數0.90，測試距離5 m，環境參照體溫度5 ℃，表面溫度32.5 ℃，正常相溫度7.7 ℃，溫差24.8 K，天氣為小雨，環溫5 ℃，濕度90%，風速0.5 m/s）。

停電后，對三相壓變均取油樣，取油樣過程中A、C兩相由于內部壓力較低，絕緣油無法正常流出，需要打開壓變的排氣閥才能正常取油，而B相無須打開排氣閥就能取到油樣，其中B、C兩相的油樣外觀對比結果如圖5所示。

A相油樣與C相油樣的外觀無明顯差異，而由圖5中可以明顯看出，B相油樣渾濁。對A、B、C三相油樣進行相關試驗，試驗結果如表2所示。

2.3 故障原因分析

從試驗結果可以看出，對于油樣的色譜試驗，A、C兩相油樣較為正常，B相油樣總烴明顯超標。微水檢測中，A、C兩相正常，B相油樣的微水測量結果高達126.6 μg/g，由此可以判定B相油樣受潮。擊穿電壓的結果顯示，B相略微低于A、C兩相的擊穿電壓值，但仍處于合格范圍內。從圖5可以看出，B相油樣渾濁，呈現明顯的乳化現象。根據現場檢查以及相關試驗數據，對故障過程進行如下分析：

電壓互感器長時間運行導致密封不良，故障發生時天氣為暴雨，由于壓變運行過程中環境溫度變化較大，油箱內外壓差增大，設備表面的雨水在內外壓差的作用下得以進入油箱內部。此時油中的水處于分散態，由于水分子是極性分子，在內部線圈產生的電場作用下會有序排列形成導電水橋，大幅度降低了內部絕緣性能，造成二次繞組放電[3]。

雨水中的硫化物和絕緣油在放電過程中發生了反應，產生了乳化劑的主要成分（十二烷基硫酸鈉等），進而導致油水乳化，水分子在油中變為溶解態，從而在電場作用下不易形成導電水橋，油的擊穿電壓反而變高了。由于水分子和油分子只是通過乳化劑相互形成穩定的分子連接，水分子依然存在，所以微水試驗依舊能檢測出水分。

3 故障分析總結

充油類電氣設備發生故障時，可以通過絕緣油試驗幫助判斷故障類型。如果絕緣油存在問題，則需要區分絕緣油劣化和絕緣油受潮兩種情況。分辨兩種情況最為直接的試驗為油擊穿電壓和微水試驗。絕緣油劣化后油擊穿電壓會明顯降低，而且多次擊穿的電壓值呈現遞減狀態;而絕緣油受潮的狀態下，設備內部極有可能放電，水分子大概率以溶解態的形式存在，僅從擊穿電壓判斷無法確定絕緣油的好壞，而微水試驗最能檢測出絕緣油是否受潮。絕緣油劣化和絕緣油受潮均能導致設備內部絕緣不足而放電，從而使絕緣油分解出色譜檢測的烴類物質，所以色譜試驗無法作為絕緣油故障的判定依據。

4 結束語

本文通過對絕緣油劣化和絕緣油受潮兩種情況的討論，結合相關案例進行分析，總結出了兩種情況下絕緣油試驗結果特征，確定了絕緣油故障情況下，用于判斷故障類型的重要試驗項目，為以后相關的故障處理提供了參考依據。

[參考文獻]

[1] 解陽陽，劉四平，武藝寧，等.絕緣油在介電擊穿試驗中耐壓強度的影響分析[J].環境技術，2023，41（5）：70-76.

[2] 吳治誠，周俊杰，張喬根，等.油紙絕緣水分遷移特性研究綜述[J].高電壓技術，2023，49（2）：781-792.

[3] 萬達，伍志榮，孟玉嬋，等.簡析涉及變壓器類設備紙絕緣放電的油氣相色譜特征[J].變壓器，2023，60（2）：10-21.

[4] 藺鑫，王韌，李如芬，等.一起35 kV主變壓器絕緣油中水分反復超標異常分析及處理[J].電氣開關，2023，61（6）：103-105.

[5] 王飛風，郭金明，田樹軍，等.微水含量及老化狀態對絕緣硅油介電特性的影響[J].中國電力，2022，55（3）：48-56.

[6] 豆朋，成祥茂，楊剛，等.油紙絕緣套管受潮的試驗分析方法研究[J].變壓器，2022，59（12）：54-58.

收稿日期：2024-05-14

作者簡介：錢雨峰（1992—），男，江蘇揚州人，碩士研究生，工程師，主要從事一次變電修試專業工作。