電力變壓器絕緣電阻的測量與分析

季 忠

（東芝水電設備（杭州）有限公司 杭州）

一、電氣絕緣測量在實際工作中的運用

測量電力變壓器的絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)，對檢查變壓器整體的絕緣狀況具有較高的靈敏度，能有效地檢查出變壓器絕緣整體受潮，部件表面受潮或臟污，以及貫穿性的缺陷。當絕緣貫穿于兩極之間時，測量其絕緣電阻時才會有明顯的變化，既通過測量才能靈敏地查出缺陷；若絕緣只有局部缺陷，而兩極間仍保持有良好絕緣時，絕緣電阻降低很少，甚至不發(fā)生變化，因此不能查出這種局部缺陷。

二、電力變壓器絕緣電阻的測試

1.基本原理

測量絕緣電阻時，采用被試相繞組加壓時，另外兩相繞組短接接地的方法，其優(yōu)點是可以測出被測部分對接地部分和不同電壓部分間的絕緣狀態(tài)，且能避免各繞組中剩余電荷相互影響造成的測量誤差。

2.測試分析

變壓器繞組絕緣電阻值及吸收比對判斷變壓器繞組絕緣是否受潮起到一定作用。當測量溫度在10～30℃時，未受潮變壓器的吸收比應在1.3～2，受潮或絕緣內(nèi)部有局部缺陷的變壓器的吸收比接近于1?？紤]到變壓器的固體絕緣主要為纖維質(zhì)絕緣，而這些固體絕緣僅為變壓器絕緣的一小部分，其主要部分是由絕緣油組成的，絕緣油是沒有吸收特性的，故在注入弱極性的變壓器油以后，其吸收特性并不顯著。

近年來的統(tǒng)計情況發(fā)現(xiàn)，大型變壓器的絕緣電阻絕對值大時，往往出現(xiàn)吸收比小或不合格的極不合理的現(xiàn)象。反之絕緣電阻絕對值小時，則吸收比可達1.3以上，給判斷絕緣狀況帶來困難。油浸式變壓器主絕緣結(jié)構(gòu)介質(zhì)是油、紙。在直流電壓作用下，等值電路見圖1。

其中RP、CP為絕緣紙的等值電阻和電容量；R0、C0為絕緣油的等值電阻和電容量；R1為紙撐條和墊塊的等值電阻。在直流電壓作用下，

由式（1）看出，絕緣電阻取決于變壓器紙和油的狀況，及結(jié)構(gòu)尺寸，并隨測試時間增加而增大。因此不是判斷絕緣狀況的理想指標。實測表明，變壓器油的狀況，特別是其電阻率影響因素很多，對繞組絕緣電阻的影響很大。

圖1 變壓器絕緣的等值電路

吸收比K為絕緣電阻60 s值與15 s值之比

由式（4）看出，吸收系數(shù)G增加，導致吸收比K增大。由式（2）知，吸收系數(shù)G主要取決于介質(zhì)的不均勻程度（RpCp≠R0C0，即當油和紙兩層介質(zhì)均良好或均很差時，G值較小，其作用均使吸收比下降，給判斷絕緣優(yōu)劣帶來復雜性。在固定的G值前提下，某一吸收時間常數(shù)T0時，吸收比K取得最大值Km，如圖2所示。

圖2 吸收比與吸收時間常數(shù)的關系

由式（3），吸收時間常數(shù)T與R0R0/（Rp+R0）成正比，油和紙兩層介質(zhì)或其中一層介質(zhì)不良時，T＜T0；當兩層介質(zhì)均好時T＞T0。在這兩種情況下，吸收比均較小，也給絕緣判斷帶來復雜性。

3.實際應用

綜上所述，用吸收比K判斷絕緣狀態(tài)有不確切性。特別是對于大型變壓器，因吸收時間常數(shù)T較大，往往不能取得大的吸收比。由于絕緣結(jié)構(gòu)的不同，使測試的吸收時間常數(shù)延長，吸收過程明顯變長，穩(wěn)態(tài)時一般可達 10 min或以上。大量數(shù)據(jù)表明，10 min絕緣電阻均＞1 min絕緣電阻值，說明這些變壓器的吸收電流確實衰減很慢。因而出現(xiàn)絕緣電阻提高、吸收比＜1.3而絕緣并非受潮的情況。若仍然按傳統(tǒng)的吸收比來判斷大型變壓器的絕緣狀況，已不能有效地加以判斷。

為更好地發(fā)揮絕緣電阻項目的作用，根據(jù)目前我國廣泛采用晶體管兆歐表測試的情況，在電力變壓器繞組的測試中，用“極化指數(shù)PI”作為另一種判斷繞組絕緣是否受潮的依據(jù)。極化指數(shù)是指測試讀取10 min時的絕緣電阻值與讀取1 min時絕緣電阻值之比。通常，吸收時間常數(shù)T在100～200 s，1+Ge-600/T≈1則

由式（6），吸收指數(shù)PI隨G和T均有單向變化的關系。即絕緣狀況良好時，T大，PI亦大。所以用極化指數(shù)對判斷絕緣狀況有較好的確定性。但對于小容量變壓器，因吸收時間常數(shù)T較小，極化指數(shù)PI也較小?？紤]到變壓器的不同電壓等級和容量，《電力設備預防性試驗規(guī)程》中規(guī)定“吸收比（在10～30℃范圍）≥1.3或極化指數(shù)≥1.5”是指吸收比＞1.3（可能極化指數(shù)＜1.5），或僅極化指數(shù)＞1.5（可能吸收比＜1.3）都作為符合標準。所以對吸收比＜1.3，一時又難以下結(jié)論的變壓器，可以補充測量極化指數(shù)作為綜合判斷的依據(jù)?，F(xiàn)場工作積累的試驗數(shù)據(jù)，可作為根據(jù)極化指數(shù)判斷絕緣狀況的參考。

4.結(jié)論

變壓器絕緣狀況的好壞按以下要求判定：（1）在變壓器使用時所測得絕緣電阻值與變壓器在安裝或大修干燥后投入運行前測得的數(shù)值之比，應≥50%。（2）吸收比R60/R15≥1.3，極化指數(shù)R10/R1≥1.5符合上述條件，則認為變壓器絕緣合格

三、變壓器測量絕緣電阻注意事項

（1）應在良好天氣時進行測試，且被測變壓器溫度和周圍溫度不宜＜5℃。否則，測得的絕緣電阻值往往不準確。

（2）測量時，環(huán)境濕度不宜＞75%。因為濕度對表面泄漏電流的影響較大，使絕緣電阻降低，造成測量結(jié)果不準確。

（3）每測定一次絕緣電組，測試結(jié)束應將電荷放盡。否則，第二次測量時，會出現(xiàn)絕緣電阻增大的假象。

（4）電力變壓器出現(xiàn)故障，一般指絕緣材料的老化與損壞有關，電氣絕緣測試可及早預測電氣設備整體絕緣的好壞，同時作為初期準確地判定被測試品的絕緣性能依據(jù)。絕緣材料是考核電氣設備性能的主要技術指標。因此，現(xiàn)場需要用各種技術方案進行對電氣設備的絕緣情況進行定期監(jiān)測，并結(jié)合測試設備技術，正確對電氣設備的絕緣性能做客觀的綜合評價。