電力變壓器的絕緣電阻測(cè)量與分析研究

劉廷敏（四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川攀枝花，617000）

電力變壓器的絕緣電阻測(cè)量與分析研究

劉廷敏
（四川機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川攀枝花，617000）

本文主要分析了絕緣電阻測(cè)量試驗(yàn)的方法和對(duì)試驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了具體分析研究。在實(shí)際運(yùn)用中對(duì)電力設(shè)備的絕緣測(cè)量的判斷進(jìn)行分析,按照電力設(shè)備相關(guān)試驗(yàn)規(guī)范及試驗(yàn)要求對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)的檢查與維護(hù),以準(zhǔn)確診斷、排查設(shè)備缺陷。通過(guò)試驗(yàn)可以驗(yàn)證變壓器能否在額定條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，并且能夠承受預(yù)期的各種電壓及電流的作用而不影響變壓器的壽命，確保正常的生產(chǎn)。

電力變壓器；繞組電阻；測(cè)量；分析研究

0 引言

絕緣電阻測(cè)量是電氣設(shè)備尤其是高壓電力設(shè)備絕緣性能測(cè)試的最基本手段,正確進(jìn)行絕緣測(cè)試和判斷,可以及早發(fā)現(xiàn)和修復(fù)設(shè)備絕緣缺陷,避免絕緣缺陷的擴(kuò)大甚至設(shè)備損壞。近年來(lái)電力設(shè)備高電壓大容量產(chǎn)品的廣泛使用,各種絕緣材料和制作工藝的創(chuàng)新,絕緣水平不斷提高,絕緣測(cè)試手段也不斷創(chuàng)新。變壓器實(shí)驗(yàn)重要的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一是絕緣電阻測(cè)量，變壓器試驗(yàn)主要是驗(yàn)證變壓器產(chǎn)品的性能是否符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)的規(guī)定和要求，發(fā)現(xiàn)變壓器結(jié)構(gòu)和制造上是否存在影響變壓器正常工作運(yùn)行的缺陷。通過(guò)試驗(yàn)可以驗(yàn)證變壓器能否在額定條件下長(zhǎng)期運(yùn)行，并且能夠承受預(yù)期的各種電壓及電流的作用而不影響變壓器的壽命。試驗(yàn)過(guò)程中，凡影響變壓器性能的外部組件應(yīng)安裝就位。變壓器的試驗(yàn)環(huán)境溫度為10～40℃（水冷卻變壓器的冷卻水溫度不超過(guò)25℃）。

電力變壓器繞組由高壓繞組，低壓繞組，對(duì)地絕緣層，高、低壓繞組之間絕緣件及由燕尾墊塊，撐條構(gòu)成的油道，高壓引線，低壓引線等構(gòu)成[1]。繞組也是變壓器變換電壓的基本部件，繞組由不同的匝數(shù)組成，由于不同繞組的每匝電壓是一樣的，因此，需要使繞組有不同的匝數(shù)，來(lái)得到不同的電壓。

1 絕緣電阻試驗(yàn)的測(cè)試原理

1.1 直流電壓作用下流過(guò)絕緣介質(zhì)的電流

電氣設(shè)備中的絕緣介質(zhì)是不導(dǎo)電的，但并非絕對(duì)的不導(dǎo)電。直流電壓加到電力設(shè)備的絕緣介質(zhì)上時(shí)，會(huì)有一個(gè)隨時(shí)間逐漸減小，最后趨于穩(wěn)定的極微小的電流通過(guò)。這個(gè)電流可視為由電容充電電流、吸收電流和泄漏電流三部分組成[2]，如圖1所示。

圖1 直流電壓作用下電力設(shè)備絕緣介質(zhì)中流過(guò)的電流

（1）電容充電電流

直流電壓作用到電力設(shè)備的絕緣介質(zhì)上，加壓瞬間相當(dāng)于電容充電，產(chǎn)生一個(gè)隨時(shí)間迅速衰減的充電電流，如圖1中的i1所示。電容充電電流實(shí)際是由于在電場(chǎng)作用下介質(zhì)分子的快速極化過(guò)程形成的位移電流，由于這一極化過(guò)程瞬時(shí)快速完成，因而充電電流i1瞬間即逝。

（2）吸收電流

由于不同介質(zhì)電性能的差異產(chǎn)生吸收現(xiàn)象而引起的電流，稱為吸收電流，如圖1中的i2所示。

（3）泄漏電流

當(dāng)直流電壓加到被試品時(shí)，絕緣介質(zhì)內(nèi)部或表面會(huì)有帶點(diǎn)粒子，這些離子做定向移動(dòng)形成電流，稱為泄漏電流。如圖1中的i3。它的大小與絕緣內(nèi)部是否受潮、表面是否清潔等因素有關(guān)，其數(shù)值等于總電流i趨于穩(wěn)定后的數(shù)值I。圖1（b）是等效電路圖，總電流i=i1+i2+i3,電流穩(wěn)定后用I表示[3]。

1.2 測(cè)試原理

絕緣電阻是電氣設(shè)備絕緣層在直流電壓作用下呈現(xiàn)的電阻值。根據(jù)直流電路的歐姆定律I=U/R，或R=U/I,當(dāng)直流電壓U不變時(shí)，電路中電流I與電阻阻值R互成反比。從圖1（a）直流電壓作用下絕緣介質(zhì)中流過(guò)的電流隨時(shí)間變化曲線可知，總電流i隨時(shí)間衰減最后趨于穩(wěn)定[4]，因此，如圖2所示。

圖2 絕緣電阻R與時(shí)間曲線

絕緣電阻R的讀數(shù)在加電壓初期是隨時(shí)間變化的。最初總電流i具有最大數(shù)值，這時(shí)電阻R最小。由于電容充電電流i1很快衰減，吸收電流也隨時(shí)間衰減，因此總電流i隨加壓時(shí)間t的延長(zhǎng)而逐漸衰減，電阻與電流成反比，因此測(cè)得的絕緣電阻R是隨加壓時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升的。最后，當(dāng)充電電容電流i1和吸收電流i2都衰減到趨近零，總電流i趨于穩(wěn)定，等于泄漏電流i3，即在充電完畢時(shí)，絕緣電阻為：

式中 R——當(dāng)充電電容電流i1和吸收電流i2都衰減到可以忽略的很小數(shù)值時(shí)的絕緣電阻阻值

I——電力設(shè)備絕緣上施加直流電壓U后流過(guò)的總電流

U——測(cè)試絕緣電阻時(shí)施加的直流電壓

2 絕緣特性測(cè)量

電氣設(shè)備必須在長(zhǎng)年使用中保持高度的可靠性，為此必須對(duì)設(shè)備按設(shè)計(jì)的規(guī)格進(jìn)行各種試驗(yàn)。對(duì)電力變壓器來(lái)說(shuō)，其絕緣缺陷通常分為兩大類：一種是集中的缺陷，如產(chǎn)品的絕緣局部破損、局部絕緣材料中含有氣隙或雜質(zhì)在工作電壓下發(fā)生局部放電;另一種是分布的缺陷，如變壓器絕緣材料的受潮、老化、絕緣距離小等。當(dāng)變壓器絕緣內(nèi)部存在上述缺陷后，它的絕緣特性往往將發(fā)生一定的變化，絕緣試驗(yàn)的目的就是要通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)把產(chǎn)品隱藏的缺陷檢查出來(lái)。

絕緣試驗(yàn)可以分為絕緣特性試驗(yàn)和絕緣耐壓試驗(yàn)兩大類。絕緣耐壓試驗(yàn)主要用來(lái)發(fā)現(xiàn)變壓器產(chǎn)品中的集中性缺陷。而絕緣特性試驗(yàn)主要用來(lái)判斷變壓器產(chǎn)品中是否存在分布性的缺陷。絕緣特性試驗(yàn)一般包括絕緣電阻試驗(yàn)、吸收比和極化指數(shù)測(cè)量及介質(zhì)損耗測(cè)量[5]。

2.1 絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)測(cè)量

目前，變壓器產(chǎn)品的絕緣電阻的測(cè)量一般采用絕緣電阻表法，直接讀取15s和60s時(shí)的絕緣電阻值，把施加電壓60s、15s時(shí)的電阻R60、R15的比值R60/R15作為吸收比。或讀取1min和10min的絕緣電阻，把施加電壓10min、1min時(shí)的絕緣電阻R10、R1的比值R10/R1稱為極化指數(shù)。按JB/T501-1991電力變壓器試驗(yàn)導(dǎo)則要求，35KV電壓等級(jí)4000KVA以上和63KV電壓等級(jí)及以上所有的產(chǎn)品均測(cè)量絕緣電阻及吸收比。

2.2 測(cè)試絕緣電阻

2.2.1 變壓器絕緣強(qiáng)度降低的主要原因

(1）變壓器投入運(yùn)行前受潮，變壓器使用環(huán)境惡劣，如濕度過(guò)大，有腐蝕性介質(zhì)等。(2)沒(méi)有及時(shí)大修或小修。(3)變壓器油劣化。

2.2.2 測(cè)試目的

掌握絕緣的老化趨向或絕緣受潮影響。變壓器經(jīng)多年使用，絕緣會(huì)老化，絕緣強(qiáng)度會(huì)逐漸降低。掌握絕緣狀況對(duì)變壓器安全可靠地運(yùn)行及延長(zhǎng)變壓器使用壽命至關(guān)重要。由于絕緣電阻對(duì)吸潮非常敏感，所以其值的大小可作為了解絕緣老化程度的大致標(biāo)準(zhǔn)。

2.2.3 絕緣電阻試驗(yàn)條件和要求

由于變壓器的絕緣電阻值與加壓的時(shí)間、變壓器絕緣的溫度和測(cè)量電壓的大小有關(guān)，因此在試驗(yàn)時(shí)必須嚴(yán)格控制每次讀取儀表讀數(shù)的時(shí)間，要在記錄儀表讀數(shù)的同時(shí)記錄自施加電壓至讀取指示數(shù)據(jù)時(shí)的時(shí)間（以秒或分為單位）。在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)應(yīng)具備以下條件。

（1）凡油浸變壓器必須充滿變壓器油。（2）凡影響測(cè)量結(jié)果的部件必須按圖全部裝好。（3）測(cè)量時(shí)變壓器絕緣的溫度在10～40°C。（4）試驗(yàn)時(shí)必須有互保對(duì)子，以免發(fā)生安全事故。

用來(lái)測(cè)量絕緣電阻的施加電壓，不得超過(guò)外施耐壓試驗(yàn)電壓的有效值，在整個(gè)加電壓的時(shí)間內(nèi)電壓應(yīng)該穩(wěn)定。

2.2.4 測(cè)試方法

絕緣電阻的測(cè)量，包括測(cè)量一次、二次繞組對(duì)地絕緣電阻和一次與二次繞組之間的絕緣電阻。具體測(cè)試方法如下。

（1）測(cè)量前，先將變壓器的套管清理干凈，以避免引起泄漏電流，影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

（2）測(cè)量額定電壓為1KV以上的繞組選用2500V兆歐表；1KV以下者選用1000V或2500V兆歐表。

（3）將被試變壓器的各繞組的所有引出端子分別用導(dǎo)線短接，被試?yán)@組準(zhǔn)備與搖表或絕緣測(cè)定儀的相線相連接，其余繞組與變壓器的外殼連接接地。具體的測(cè)量部位的連接方式如下表1所示。

表1 變壓器絕緣電阻的測(cè)量部位

圖3 變壓器絕緣電阻測(cè)量等值電路示意圖

（4）測(cè)量時(shí)如用手搖式兆歐表，應(yīng)以120r/min速度轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，使指針逐漸上升，直至指針顯示穩(wěn)定后再記錄讀數(shù)。

（5）油浸式變壓器在注油后需靜放24h再進(jìn)行測(cè)量。在按照表1測(cè)量部位進(jìn)行變壓器的絕緣電阻的測(cè)量時(shí)，當(dāng)一個(gè)測(cè)量部位測(cè)量完畢后，應(yīng)首先將被測(cè)試?yán)@組充分放電，然后進(jìn)行下一個(gè)部位的測(cè)量。另外，由于變壓器套管外絕緣容易受到表面污垢或測(cè)量時(shí)周圍大氣條件的影響，所以應(yīng)在測(cè)量時(shí)加以分析，排除由于表面絕緣電阻降低對(duì)實(shí)際測(cè)量結(jié)果的影響。

3 測(cè)量結(jié)果的校正

絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)的測(cè)量是評(píng)價(jià)電氣設(shè)備絕緣質(zhì)量最基本的方法，由于絕緣電阻的測(cè)量?jī)H需要一個(gè)絕緣電阻表就可以進(jìn)行，而且是一種非破壞性試驗(yàn)，在現(xiàn)場(chǎng)使用十分方便。

絕緣電阻與絕緣物質(zhì)的溫度有很大關(guān)系，當(dāng)溫度升高時(shí)，絕緣電阻將明顯下降。因此，直接比較不同溫度（特別是溫差較大時(shí)）下的絕緣電阻值是不合適的。一般情況下是將不同溫度下的測(cè)量結(jié)果利用溫度系數(shù)校正到20°C，然后再進(jìn)行比較[7]。具體校正系數(shù)和方法如表2所示。

表2 油浸式電力變壓器絕緣電阻的溫度換算系數(shù)

當(dāng)測(cè)量絕緣電阻的溫度差不是表中所列數(shù)值時(shí)，其換算系數(shù)A可用線性插入法確定，也可以按下述公式計(jì)算：

校正到20°C時(shí)的絕緣電阻值可用下述公式計(jì)算：

(1)當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20°C以上時(shí)：

(2)當(dāng)實(shí)測(cè)溫度為20°C以下時(shí)：

式中: R20——校正到20°C時(shí)的絕緣電阻值（M?）

Rt——在測(cè)量溫度下的絕緣電阻值（M?）

4 結(jié)果判定

隨著變壓器干燥技術(shù)的提高及變壓器油處理工藝裝備的日趨完善，變壓器產(chǎn)品總裝配后的整體絕緣狀況比起用舊式的處理工藝時(shí)提高了很多，所以繼續(xù)沿用原來(lái)的變壓器絕緣電阻、吸收比的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行絕緣判斷是不完善的。大量的試驗(yàn)證明，可根據(jù)以下幾點(diǎn)對(duì)絕緣電阻的測(cè)量進(jìn)行分析和判斷。

(1) 隨測(cè)量時(shí)變壓器絕緣溫度有關(guān)（一般以變壓器內(nèi)油溫為基準(zhǔn)），溫度上升，絕緣電阻下降，每變化10°C，約差1.5倍。

(2) 絕緣電阻高，吸收比較低，是絕緣良好的表現(xiàn)。為了對(duì)絕緣的狀態(tài)進(jìn)一步判斷，可采用對(duì)變壓器加溫的方式，在升溫或降溫的過(guò)程中，對(duì)絕緣電阻、吸收比進(jìn)行測(cè)量，其絕緣電阻隨溫度的增高而減小，吸收比隨溫度的增高而增大。

（3）絕緣電阻低而吸收比高，往往是變壓器油的絕緣電阻偏低或介質(zhì)損耗角正切偏高所引起的。

（4）在絕緣電阻測(cè)量過(guò)程中，如果對(duì)所測(cè)吸收比結(jié)果不甚滿意，可采用10min絕緣電阻測(cè)量，用極化指數(shù)來(lái)幫助判定變壓器絕緣是否存在缺陷。在正常情況下，油紙絕緣結(jié)構(gòu)的極化指數(shù)應(yīng)不小于1.5。

5 結(jié)束語(yǔ)

電力變壓器在工業(yè)中占有很重要的位置，它作為發(fā)電廠和變電站的主要設(shè)備，發(fā)揮著非常重要的作用。電氣設(shè)備的高壓試驗(yàn)對(duì)于電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有十分重要的意義。本文對(duì)電力變壓器的絕緣電阻試驗(yàn)做了介紹，絕緣電阻和吸收比試驗(yàn)是高壓試驗(yàn)中最基本、最簡(jiǎn)單、最重要的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)這個(gè)試驗(yàn)可以檢測(cè)出變壓器的絕緣狀況，從而能夠保障電力變壓器長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定的運(yùn)行，確保正常企業(yè)生產(chǎn)。

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Measurement and analysis of insulation resistance of power transformer

Liu Tingmin
(Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology,Panzhihua Sichuan,617000)

In this paper, the insulation resistance measurement test method and the matters needing attention in the test are analyzed. Insulation measurements to judge the power equipment in the practical application of the analysis, in accordance with the relevant test specifications and test requirements of electrical equipment preventive testing inspection and maintenance of the power equipment, the accurate diagnosis and troubleshooting of equipment defects. Through the test, it can be verified that the transformer can run for a long time under the rated condition, and can withstand the expected voltage and current without affecting the service life of the transformer.

power transformer; winding resistance; measurement; analysis and research

劉廷敏（1981-），女，四川攀枝花人，碩士，研究領(lǐng)域:主要從事電氣自動(dòng)化、工業(yè)網(wǎng)絡(luò)控制等方面的教學(xué)與應(yīng)用研究。