一起330 kV 變壓器絕緣電阻異常分析和處理

張金良，徐永偉，王 磊，張艷東，許巖峰

（山東電力設(shè)備有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

變壓器的絕緣電阻試驗(yàn)是評(píng)價(jià)變壓器絕緣質(zhì)量的基本方法之一。對(duì)絕緣電阻的數(shù)據(jù)進(jìn)行積累，掌握其變化規(guī)律，有助于對(duì)變壓器的整體絕緣狀況做出正確的分析判斷［1］。

在變壓器現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)，絕緣電阻值與出廠時(shí)絕緣電阻值比較不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象偶有發(fā)生。以一起330 kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻值異常為例，從變壓器絕緣結(jié)構(gòu)、器身干燥、運(yùn)輸、安裝、絕緣油性能等方面對(duì)問題的原因進(jìn)行排查，確定變壓器絕緣電阻值降低的原因。

1 絕緣電阻異常概況

變壓器型號(hào)為 OSFPSZ-360000／330，2018年 7月現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)，絕緣電阻的測(cè)試值整體偏低，現(xiàn)場(chǎng)交接絕緣電阻測(cè)試值與出廠時(shí)絕緣電阻測(cè)試值如表1所示。由表1可知，高壓、中壓、低壓對(duì)地1 min和10 min絕緣電阻值，低壓對(duì)高壓、中壓及地15 s和10 min繞組絕緣電阻值低于出廠試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻值的70%（絕緣電阻值均折算到20℃），不滿足GB 50150—2016《電氣裝置安裝工程電氣設(shè)備交接試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》中“絕緣電阻值不低于產(chǎn)品出廠試驗(yàn)值的70%或不低于 10 000 MΩ（20 ℃）”的要求［2］。

表1 絕緣電阻值

在變壓器的絕緣電阻測(cè)量中，由于其外絕緣，特別是低壓套管的外絕緣容易受到表面污穢或周圍大氣條件的影響，特別是環(huán)境相對(duì)濕度很高時(shí)，可能會(huì)使絕緣電阻降低很多。為進(jìn)一步確定現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，消除外部因素對(duì)絕緣電阻測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生的影響，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)變壓器套管表面進(jìn)行擦拭，在環(huán)境相對(duì)濕度25%的條件下重新進(jìn)行絕緣電阻測(cè)試，測(cè)試結(jié)果無明顯變化，說明交接試驗(yàn)時(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

2 原因分析

影響油紙絕緣結(jié)構(gòu)的變壓器絕緣電阻的因素較多，其中主要因素有變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、所用變壓器油和絕緣紙的性能質(zhì)量和工藝質(zhì)量、絕緣結(jié)構(gòu)中水分含量等。

該變壓器在出廠試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻值合格，現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)了絕緣電阻值降低的現(xiàn)象。因此，可以排除變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)、固體絕緣材料、工廠內(nèi)器身干燥方面的原因?qū)е碌慕^緣電阻值異常。應(yīng)將原因分析的重點(diǎn)放在變壓器出廠后的各個(gè)環(huán)節(jié)上。

2.1 變壓器運(yùn)輸

變壓器從工廠到現(xiàn)場(chǎng)采用充氮?dú)膺\(yùn)輸?shù)姆绞剑?］，變壓器在整個(gè)運(yùn)輸過程中，油箱內(nèi)部的氮?dú)鈮毫κ冀K保持在0.025 MPa左右，變壓器本體密封良好，運(yùn)輸過程中沒有發(fā)生氮?dú)庑孤?dǎo)致變壓器器身受潮的情況。另外，變壓器在運(yùn)輸過程中，沖撞記錄儀記錄的運(yùn)輸加速度也在正常范圍內(nèi)，變壓器繞組對(duì)地主絕緣結(jié)構(gòu)受損概率很小。

2.2 現(xiàn)場(chǎng)安裝

變壓器安裝時(shí)的環(huán)境以及安裝時(shí)采用的工藝措施，與變壓器安裝后的性能指標(biāo)息息相關(guān)。該變壓器使用在我國(guó)西北地區(qū)，空氣較為干燥。變壓器安裝時(shí)天氣晴好，空氣相對(duì)濕度在50%以下，安裝過程器身總暴露時(shí)間不超過16 h，每天工作結(jié)束后抽真空補(bǔ)充干燥空氣。因此，可排除變壓器安裝導(dǎo)致器身絕緣件表面受潮的可能性。

2.3 變壓器油

變壓器油作為油紙絕緣結(jié)構(gòu)變壓器的主要絕緣材料，其性能將直接決定變壓器整體的絕緣性能。在排除變壓器絕緣結(jié)構(gòu)、固體絕緣材料、器身干燥、運(yùn)輸和安裝方面的影響后，對(duì)變壓器油的性能指標(biāo)進(jìn)行分析成為查找問題原因的關(guān)鍵。

該變壓器現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)使用的絕緣油為現(xiàn)場(chǎng)配送油，與變壓器出廠試驗(yàn)時(shí)使用的變壓器油為同牌號(hào)但非同批次油。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)注入變壓器內(nèi)的絕緣油取樣，對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。現(xiàn)場(chǎng)注入變壓器內(nèi)的絕緣油除表征物理性能的運(yùn)動(dòng)粘度和凝點(diǎn)與未使用過的油的典型數(shù)據(jù)不符外，其界面張力、體積電阻率和抗氧化劑T501質(zhì)量分?jǐn)?shù)也與未使用過的油的典型數(shù)據(jù)存在差異。

表2 變壓器油指標(biāo)對(duì)比

2.3.1 界面張力

變壓器油的界面張力是指油與純水之間的界面所具有的張力，是用來表征油中含有極性組分的量。變壓器油含有極性物質(zhì)越少，油分子的極性越小，處于界面上的油分子和水分子之間的作用力越小，界面張力就越高。極性分子的存在使得高場(chǎng)強(qiáng)下的變壓器油通過極化電流，消耗有功功率。若變壓器油受到了極性物質(zhì)的污染，界面張力就會(huì)顯著下降。界面張力可用于判斷油處理過程中是否受到污染和油的老化程度。

現(xiàn)場(chǎng)使用的變壓器油界面張力為32.8 mN／m，GB 2536—2011《電工流體 變壓器和開關(guān)用的未使用過的礦物絕緣油》中規(guī)定界面張力不小于40 mN／m［4］，檢測(cè)結(jié)果不滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求，同時(shí)也與未使用過的油的界面張力的典型值不符。

表3 絕緣電阻值

2.3.2 體積電阻率

變壓器油體積電阻率反映了直流電場(chǎng)下電導(dǎo)電流的大小。若油的體積電阻率偏低，或在一段時(shí)間內(nèi)下降明顯，則油中進(jìn)入或者老化生成了較多的導(dǎo)電物質(zhì)。油的電阻率低，會(huì)造成變壓器絕緣電阻下降，因此檢測(cè)變壓器油的體積電阻率，可以給變壓器絕緣電阻測(cè)定提供參考。

GB／T 7595—2008《運(yùn)行中變壓器油質(zhì)量》規(guī)定投入運(yùn)行前的油的體積電阻率應(yīng)大于等于6×106Ω·m［5］。 現(xiàn)場(chǎng)使用的變壓器油體積電阻率為3.37×1011Ω·m，滿足 GB／T 7595—2008 的要求，但小于未使用過的同牌號(hào)的油的體積電阻率典型值（1.03×1012Ω·m）。

2.3.3 抗氧化劑含量

抗氧化添加劑加入變壓器油中會(huì)明顯延緩油的熱氧老化。在一定范圍內(nèi)，T501的添加量越大，油的抗氧化性能越好，老化壽命越長(zhǎng)。

該變壓器使用的油含抗氧化添加劑，現(xiàn)場(chǎng)使用的變壓器油中抗氧化劑T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.22%。同牌號(hào)變壓器油中T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的典型值為0.34%?，F(xiàn)場(chǎng)使用的變壓器油中T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于同牌號(hào)變壓器油中T501的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

綜上，油樣檢測(cè)結(jié)果顯示現(xiàn)場(chǎng)使用的變壓器油抗氧化劑的含量較低，界面張力和體積電阻率偏小。變壓器油存在著污染和老化的情況，污染和老化使油中的極性物質(zhì)和導(dǎo)電物質(zhì)增加。變壓器絕緣電阻試驗(yàn)時(shí)，對(duì)絕緣施加的是直流電壓，流過絕緣介質(zhì)的電流包括電容充電電流、極化電流和傳導(dǎo)電流。變壓器絕緣電阻值是施加電壓除以全電流后的數(shù)值，由于油中的極性物質(zhì)和導(dǎo)電物質(zhì)的增加，使得極化電流和傳導(dǎo)電流增大，絕緣電阻值降低。

3 處理措施

按照分析，變壓器絕緣電阻值的降低是變壓器油的性能降低導(dǎo)致?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)原變壓器油進(jìn)行更換。更換完成后，重新測(cè)試絕緣電阻，絕緣電阻值明顯提高。更換變壓器油以后絕緣電阻值與出廠值比較見表3。

4 結(jié)語

以一起330 kV變壓器現(xiàn)場(chǎng)交接試驗(yàn)時(shí)絕緣電阻值異常為例，從變壓器絕緣結(jié)構(gòu)、周圍環(huán)境、運(yùn)輸、安裝、絕緣油性能等方面進(jìn)行原因分析，最終確定變壓器油質(zhì)劣化是變壓器絕緣電阻值降低的原因。

變壓器油的各項(xiàng)性能指標(biāo)的優(yōu)劣對(duì)變壓器是否能夠長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行至關(guān)重要。隨著超、特高壓大容量變壓器的不斷發(fā)展，變壓器的絕對(duì)體積也在逐漸增大，用油量也在不斷增加，在保證變壓器油的各項(xiàng)性能指標(biāo)滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，最大可能提升變壓器油的性能指標(biāo)，是保證和提升電氣設(shè)備性能的一項(xiàng)重要工作。除了做好變壓器油生產(chǎn)工作外，在變壓器油儲(chǔ)存、運(yùn)輸和使用時(shí)，還應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注油罐、濾油機(jī)、輸油管路的密封和清潔問題，避免變壓器油受粉塵等異物的污染。