變壓器絕緣老化分析及診斷方法研究

劉鵬 劉巖

摘 要：電力變壓器是電網(wǎng)中能量轉(zhuǎn)換、傳輸?shù)暮诵?，是電網(wǎng)安全第一道防御系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。變壓器一旦發(fā)生事故可能會造成設(shè)備資產(chǎn)和大電等巨大損失。本文對生產(chǎn)中使用的變壓器類型進行總結(jié)，并對絕緣老化原因進行分析，對故障診斷方法進行研究。

關(guān)鍵詞：變壓器；絕緣老化；診斷方法

ABSTRACT：Transformer is the core of the energy conversion and transmission grid. It is key hub power equipment in the first line of defense of the grid security. In this paper， the types of transformers used in production are summarized， and the causes of insulation aging are analyzed， and the fault diagnosis method is studied.

Key words：Transformer； Insulation aging； Diagnostic method

1 常用變壓器及其運行特點

1.1 S型變壓器

該類型變壓器現(xiàn)在在生產(chǎn)中使用較多，S7、S9 型投入使用時間較早；S11型主要具有耗能低、環(huán)保性能好的特點；S13、S14、S15型由于使用了較為優(yōu)質(zhì)的電磁材料和硅鋼片，使其節(jié)能特性更好。

1.2 SH15非晶合金變壓器

SH15非晶合金變壓器初期投入費用較大，但由于其耗能低、損耗低、免維護等優(yōu)點其在使用過程中運行費用較低，具有很強的經(jīng)濟效益，應(yīng)用前景較為廣泛。

1.3 調(diào)容變壓器

該類型變壓器重要作用在于可以滿足重載啟動要求，同時可以保證變壓器受控于經(jīng)濟負(fù)荷區(qū)。在降低了電流密度、磁通密度、短路阻抗影響的基礎(chǔ)上，有效的提高了變壓器的防護性能。

1.4 有載調(diào)容變壓器

基于調(diào)容變壓器的運行原理，開發(fā)了有載調(diào)容變壓器。其優(yōu)點在于可以區(qū)分變壓器啟動及正常運轉(zhuǎn)時由于負(fù)荷的變化而造成的功率差別，針對性地進行功率輸出，減少了能量損耗。

2 變壓器絕緣老化及診斷

目前應(yīng)用最廣泛的電力變壓器是油浸變壓器和干式樹脂變壓器兩種，這里主要對固體紙絕緣故障進行分析。固體紙絕緣是油浸變壓器絕緣的主要部分之一，包括絕緣紙、絕緣板、絕緣墊、絕緣卷等，其主要成分是纖維素。絕緣紙老化生成水、CO、CO2、糠醛，對電氣設(shè)備有害，使絕緣紙的擊穿電壓和體積電阻率降低、介損增大、抗拉強度下降，甚至對變壓器中的金屬材料造成一定的腐蝕。這種老化表現(xiàn)出不可逆性。

2.1影響固體紙絕緣故障的主要因素

2.1.1 溫度的影響。電力變壓器為油、紙絕緣，在不同溫度下油、紙中含水量有著不同的平衡關(guān)系。一般情況下，溫度升高，紙內(nèi)水分要向油中析出；反之，則紙要吸收油中水分。溫度升高，促使壽命縮短。

2.1.2 濕度的影響。絕緣油中的水分對變壓器絕緣有較大影響，可造成絕緣材料的纖維素降解；同時，水分的存在還可以造成放電電壓降低，進一步加快絕緣老化的速度。

2.1.3 過電壓的影響。①暫態(tài)過電壓的影響。當(dāng)變壓器發(fā)生故障時，主絕緣對中性點接地系統(tǒng)的電壓降升高，有可能造成變壓器絕緣的傷害；②雷電過電壓的影響。雷電過電壓由于波頭陡，其電壓在變壓器的絕緣設(shè)備上造成分布不均，留下放電痕跡，造成絕緣的損傷；③短路電動力的影響。變壓器設(shè)備輸出端發(fā)生短路時，會造成變壓器繞組變形、引線移位，由于該故障會造成絕緣的有效防護距離的變化，從而使絕緣體溫度上升引起老化加速或者絕緣物質(zhì)損傷。

2.2 固體絕緣診斷方法

目前存在著常規(guī)和非常規(guī)的用于直接對變壓器絕緣進行檢測并判斷其絕緣狀態(tài)的試驗方法，主要是一些離線電氣無損測量，測量的量包括直流電阻、局部放電等。

2.2.1 直流電阻測量法。該方法在變壓器的絕緣性能測定中使用較為普遍，但由于測試中加載的直流電壓會產(chǎn)生非線形衰減的吸收電流，包括吸收電流、位移電流、泄露電流等，從而對真實電流電阻值的測定造成偏差。通常采用幾小時的長時間測試保證數(shù)值的準(zhǔn)確。

2.2.2 局部放電法。通過采用超聲波技術(shù)對變壓器進行局部放電檢測，可以有效地發(fā)現(xiàn)初始缺陷或高壓絕緣的局部缺陷。在現(xiàn)在的生產(chǎn)中可以用于新變壓器的長期監(jiān)測，還可以用于老舊變壓器的運行狀態(tài)評估。此外，固體絕緣的診斷方法還有極化指數(shù)法、介質(zhì)損耗系數(shù)法等。

參考文獻：

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