關(guān)于電力變壓器絕緣狀況綜合診斷技術(shù)探討

陳永遠(yuǎn) 孫建華 劉曉慧 竇峰

（河南第一火電建設(shè)公司，河南鄭州 450001）

關(guān)于電力變壓器絕緣狀況綜合診斷技術(shù)探討

陳永遠(yuǎn) 孫建華 劉曉慧 竇峰

（河南第一火電建設(shè)公司，河南鄭州 450001）

電力變壓器大多使用A級絕緣，在長期運(yùn)行中由于受到大氣條件和其他物理化學(xué)作用的影響，使絕緣材料的機(jī)械、電氣性能衰減，逐漸失去其初期所具有的性質(zhì)，產(chǎn)生絕緣老化現(xiàn)象，引起絕緣故障，這是一直是威脅變壓器安全運(yùn)行的主要因素。為了保證變壓器的安全運(yùn)行，就得對變壓器定期進(jìn)行絕緣試驗，本文就如何通過各種試驗數(shù)據(jù)全面分析變壓器的絕緣狀況，進(jìn)而能正確的判斷變壓器運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行維護(hù)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(shù) 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(biāo)之一，可以根據(jù)數(shù)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(diào)試中交接試驗，都廣泛應(yīng)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(guī)定出具體的合格絕緣電阻值標(biāo)準(zhǔn)。

究其原因分析如下：

（1）絕緣電阻不是理想的判斷標(biāo)準(zhǔn)。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(guī)定一個具體數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)。因此，絕緣電阻不是一個理想的絕緣判斷標(biāo)準(zhǔn)。

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(shù)值較小，可省略。

根據(jù)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(yùn)行過程中絕緣電阻值沒有可比性。變壓器油的壽命依次經(jīng)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?xì)浠衔锲鸹瘜W(xué)反應(yīng)，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(wěn)定的油的氧化物和低分子量的有機(jī)酸，也生成部分高分子有機(jī)酸，這種油對繞組絕緣和金屬都有較強(qiáng)的腐蝕作用，這段時間稱為B期。此后油再進(jìn)一步氧化，當(dāng)油中酸性產(chǎn)物的濃度達(dá)一定程度時，便產(chǎn)生加聚和縮聚過程，生成中性的高分子樹脂及瀝青質(zhì)，使油呈混濁的懸膠狀態(tài)，最后成為固態(tài)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(dá)到10kMΩ數(shù)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(shù)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(zhì)損耗因數(shù)判斷變壓器絕緣狀況

變壓器在線檢測介質(zhì)損耗因數(shù)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(nèi)采用的是在工作電壓下測絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)值。采用電橋法，以配套的標(biāo)準(zhǔn)電容分壓器（工作電壓10kV），及電壓互感器，構(gòu)成取樣測量系統(tǒng)。

根據(jù)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(jié)如下：

（1）一般，絕緣良好的介質(zhì)tanδ很小，絕緣受潮、老化后tanδ增大。

（2）由于tanδ與溫度有很大關(guān)系，溫度愈高，tanδ愈大。因此在比較時應(yīng)注意在相同溫度下進(jìn)行。不同溫度下應(yīng)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(shù)，與絕緣類型有關(guān)。

（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(jìn)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(yīng)測試?yán)@組上的套管絕緣缺陷反應(yīng)是不靈敏的，因此，應(yīng)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(shè)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(shè)備絕緣必然有不良現(xiàn)象存在。如圖3所示，當(dāng)絕緣內(nèi)部有缺陷時，tanδ=f（u）曲線呈明顯的轉(zhuǎn)折，從tanδ增加的陡度可看出其絕緣內(nèi)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(yù)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(qiáng)度。綜合分析交流耐壓試驗結(jié)果和其他預(yù)防性試驗結(jié)果，也就是將所得試驗結(jié)果與規(guī)程中規(guī)定的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較、與被試品本身歷次試驗結(jié)果比較、與同類設(shè)備比較，能對被試設(shè)備的絕緣狀況作出較準(zhǔn)確的判斷。

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

（2）當(dāng)被試品是有機(jī)絕緣材料時，試驗結(jié)束并放電后立即觸摸，如出現(xiàn)普遍或局部過熱，便認(rèn)為絕緣不良，需經(jīng)處理后再行試驗。

（3）對組合絕緣的設(shè)備，或有機(jī)絕緣材料，其耐壓前后絕緣電阻不應(yīng)下降30%，如下降，應(yīng)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(luò)或空氣放電，則應(yīng)認(rèn)為不合格，經(jīng)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(xiàn)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(yīng)認(rèn)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(shè)備絕緣性能的一個重要參數(shù)，當(dāng)設(shè)備絕緣內(nèi)部產(chǎn)生局部放電時，同時有熱、聲、臭氧、氧化氮等產(chǎn)生，這些都對絕緣物造成侵蝕，形成不可恢復(fù)的損傷，若擴(kuò)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(qiáng)度，以便早發(fā)現(xiàn)絕緣隱患。

（1）整個試驗過程中，試品不發(fā)生擊穿。

（2）在測量電壓下，堅持30min內(nèi)，所有測量端子測得的放電量Q，連續(xù)維持在允許值內(nèi)，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(jié)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(yīng)根據(jù)各種絕緣試驗結(jié)果全面的進(jìn)行對比分析，方能對絕緣狀況和缺陷性質(zhì)做出正確判斷，以便早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，進(jìn)行維護(hù)與檢修，防患于未然。

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

［2］錢政，尚勇，楊莉，嚴(yán)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(xué)學(xué)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(tǒng)知識庫建立和維護(hù)的粗糙集方法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報.2002（02）.

［4］潘翀.電力變壓器絕緣故障診斷技術(shù)及熱狀態(tài)參量預(yù)測模型研究［D］.重慶大學(xué)，2009.

圖3 tan δ與u的關(guān)系

陳永遠(yuǎn)（1978—），男，河南許昌人，本科，工程師，研究方向：火電廠電氣設(shè)備繼電保護(hù)及自動化調(diào)試；孫建華（1967—），男，河南鄭州人，在職研究生學(xué)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(diào)試。竇 峰（1977—），男，河南南陽人，本科，高級工程師，研究方向：電氣設(shè)備高壓試驗，電力系統(tǒng)繼電保護(hù)，火電機(jī)組啟動調(diào)試。