試論配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

鄭建杯

摘要：配電變壓器作為配電電網(wǎng)體系中的最為關(guān)鍵的設(shè)備，其絕緣的狀態(tài)會(huì)對(duì)配電電網(wǎng)有著最為直接的影響。而本文對(duì)配電變壓器的絕緣材料的影響因素進(jìn)行了闡述，論述了配電變壓器絕緣檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用對(duì)整個(gè)配電電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行意義，重點(diǎn)對(duì)目前配電變壓器絕緣狀態(tài)的主要檢測(cè)方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究與分析。

關(guān)鍵詞：配電系統(tǒng);變壓器;絕緣狀態(tài);檢測(cè)技術(shù)

配電網(wǎng)作為整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的終端，其供電質(zhì)量和供電可靠性直接影響客戶對(duì)供電公司的評(píng)價(jià)。而配電變壓器作為配電網(wǎng)中最重要的設(shè)備之一，卻長(zhǎng)期因被建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)忽視和所處的惡劣運(yùn)行環(huán)境而導(dǎo)致其事故頻發(fā)，已嚴(yán)重影響配電網(wǎng)正常運(yùn)行和用戶端供電質(zhì)量的提高。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)表明，配電變壓器事故約占整個(gè)配電網(wǎng)事故的90%。因此，針對(duì)配電變壓器絕緣狀態(tài)的檢測(cè)就顯得非常重要。

1.配電變壓器概述

配電變壓器設(shè)備是一種處于靜止?fàn)顟B(tài)下的電氣設(shè)備，它的主要功用在于將某一設(shè)定數(shù)值下的交流電壓轉(zhuǎn)換為頻率相同的一種或幾種數(shù)值各異的電壓或電流的設(shè)備。把一次繞組加以交流電，產(chǎn)生交變磁通，并在鐵芯導(dǎo)磁的作用和影響下，在二次繞組中產(chǎn)生電流感應(yīng)動(dòng)勢(shì)。而繞組的匝數(shù)與二次感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)狀態(tài)有直接的關(guān)聯(lián)，即：電壓與匝數(shù)是呈正比的。而配電變壓器的主要參數(shù)依據(jù)為電流容量，它在配電系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的傳輸電能的作用。容量參數(shù)主要是反映著設(shè)備功率的大小值，并根據(jù)其來(lái)判斷在標(biāo)準(zhǔn)的狀態(tài)條件下的額定電流的大小。而現(xiàn)在為了達(dá)到節(jié)能和環(huán)保的要求和標(biāo)準(zhǔn)，大多的變壓器所采用的是非晶合金鐵心，其優(yōu)點(diǎn)主要在于空載的損耗被大幅度降低，這也是在整個(gè)輸配電的過(guò)程當(dāng)中需要認(rèn)真研究的核心問(wèn)題。

2.配電變壓器絕緣材料影響因素

絕緣材料就是能夠有效的阻止電流通過(guò)的材料。現(xiàn)代常用到的絕緣材料為氣體、液體和固體三種類型。而配電變壓器中主要用到的絕緣材料為變壓器油等液體材料和無(wú)機(jī)絕緣材料，絕緣材料因?yàn)閼?yīng)用非常廣泛、種類比較繁多等特點(diǎn)，尤其是電氣工程與設(shè)備上不可或缺的重要材料。而配電變壓器使用的絕緣材料除了要求絕緣材料的電氣性能外，還對(duì)材料的特性提出了更高的要求，而對(duì)絕緣材料有影響的因素主要有以下幾種。

2.1熱能

配電變壓器在使用的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一定的熱能。所以，絕緣材料也必須受到熱能的作用，而長(zhǎng)時(shí)間設(shè)備的發(fā)熱會(huì)加速絕緣材料的老化，還可能喪失絕緣的性能。

2.2機(jī)械力作用

配電變壓器在運(yùn)行的過(guò)程中，內(nèi)部的絕緣材料還會(huì)受到機(jī)械力的作用。而這種力的作用可能會(huì)造成絕緣材料在一定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生裂化等現(xiàn)象，影響和改變絕緣材料的性質(zhì)和質(zhì)量。

2.3潮濕環(huán)境因素

潮濕的環(huán)境會(huì)對(duì)配電變壓器有著較大的影響，一般情況下，溫度高和潮濕環(huán)境的地區(qū)則會(huì)盡量的采用吸濕性能較大的絕緣材料，并且還要對(duì)配電變壓器設(shè)備進(jìn)行防潮處理。

3.配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

3.1油色譜分析法

當(dāng)絕緣油受到電場(chǎng)、溫度、水分等外界因素影響時(shí)會(huì)出現(xiàn)氧化反應(yīng)、碳化反應(yīng)及裂解等情況，由此會(huì)產(chǎn)生各種氣體如氫氣、烴類氣體等。變壓器的絕緣紙或板均為多孔結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有一定的吸水性，并且絕緣紙的親水性要明顯高于絕緣油，能夠從油中吸收水分。絕緣紙或板熱老化后會(huì)發(fā)生裂解，從而生成水、一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，并有少量的烴類氣體產(chǎn)生，基于此可運(yùn)用色譜分析法對(duì)絕緣狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。當(dāng)配電變壓器出現(xiàn)油過(guò)熱故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生甲烷和乙炔等氣體;油紙絕緣出現(xiàn)局部放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣、甲烷及一氧化碳等氣體;油中火花放電時(shí)會(huì)產(chǎn)生氫氣和乙炔氣體。

目前在變壓器的故障檢測(cè)中油色譜分析的應(yīng)用已非常廣泛，絕緣紙纖維素老化后會(huì)同時(shí)產(chǎn)生一氧化碳和二氧化碳?xì)怏w，可將之作為配電變壓器絕緣老化評(píng)價(jià)時(shí)的主要參考依據(jù)。若變壓器固體絕緣發(fā)生故障，一氧化碳和二氧化碳會(huì)顯著增長(zhǎng)，當(dāng)二氧化碳與一氧化碳的比值超過(guò)7時(shí)表明絕緣材料老化，二者的比值小于3且溫度在200℃以上時(shí)說(shuō)明固體絕緣發(fā)生故障。而一氧化碳與二氧化碳的比值超過(guò)0.33或是低于0.09時(shí)，表明絕緣紙發(fā)生分解。

3.2絕緣電阻檢測(cè)法

絕緣電阻是反映電力設(shè)備絕緣狀況最為重要且常用的指標(biāo)之一。對(duì)配電變壓器絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，可以有效發(fā)現(xiàn)其絕緣整體受潮、貫通的集中性缺陷等，如變壓器內(nèi)絕緣油受潮、瓷件破裂、器身內(nèi)部金屬性短路等。其在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的突出優(yōu)點(diǎn)是：①對(duì)判斷變壓器整體的絕緣狀態(tài)有著較高的靈敏性;②絕緣電阻的測(cè)試儀器——絕緣電阻表，具有體積小、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，非常利于對(duì)數(shù)量眾多的配電變壓器進(jìn)行絕緣狀態(tài)測(cè)試。

3.3配電變壓器變比檢測(cè)方法

變壓器變比檢測(cè)法在配電變壓器的各個(gè)環(huán)節(jié)中都能進(jìn)行有效的應(yīng)用。此方法主要是根據(jù)變壓器變比的測(cè)試結(jié)果，判斷出繞組運(yùn)行過(guò)程中的匝間的短路現(xiàn)象，并分析開(kāi)頭接線四五個(gè)繞組匝數(shù)比值的正確。這里應(yīng)值得注意的是變比測(cè)試儀的變比電橋體積的重要性，體積越小，越便于攜帶和操作，也非常的有利于在配電變壓器的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行方便的檢測(cè)。

3.4油中糠醛含量測(cè)定法

當(dāng)配電變壓器的絕緣紙或板老化之后會(huì)產(chǎn)生糠醛，這是一種特征性產(chǎn)物，它在變壓器的絕緣油中具有良好的穩(wěn)定性，并且會(huì)不斷積累。因此通過(guò)對(duì)變壓器油中的糠醛含量進(jìn)行測(cè)定能夠準(zhǔn)確反映出絕緣狀態(tài)，從而判斷絕緣紙的老化程度。我國(guó)現(xiàn)行的DL/T596-2015中給出變壓器不同運(yùn)行年限下糠醛含量的標(biāo)準(zhǔn)，可將之作為變壓器絕緣狀態(tài)的判斷依據(jù)。正常情況下，變壓器運(yùn)行15～20年時(shí)糠醛含量應(yīng)當(dāng)?shù)陀?.75mg/L，如果變壓器油中的糠醛含量達(dá)到1.0～2.0mg/L時(shí)說(shuō)明絕緣已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重劣化。

目前糠醛含量已經(jīng)成為變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估的重要參考量之一，但在實(shí)際中僅憑借一個(gè)參考量證明變壓器絕緣老化顯然不具備說(shuō)服力，因此需要建立糠醛與聚合度的經(jīng)驗(yàn)函數(shù)關(guān)系。通過(guò)對(duì)變壓器油進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，其中含大量的呋喃化合物，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，聚合度與糠醛含量具有線性關(guān)系，通過(guò)對(duì)絕緣油中糠醛含量的測(cè)定，能估算出絕緣的聚合度。

3.5直流電阻檢測(cè)法

配電變壓器繞組的直流電阻測(cè)試也是一個(gè)既簡(jiǎn)便又實(shí)用的配電變壓器絕緣狀態(tài)的檢測(cè)方法。其在配電系統(tǒng)設(shè)備的維修、例行檢測(cè)和交接過(guò)程中，是必不可少的檢測(cè)項(xiàng)目。直流電阻的檢測(cè)結(jié)果對(duì)判斷配電變壓器繞組匝間的短路、接觸不良的情況、繞組接頭焊接狀態(tài)及分接開(kāi)關(guān)等都有極高的準(zhǔn)確率。而在長(zhǎng)期的試驗(yàn)過(guò)程中，變壓器繞組直流電阻檢測(cè)一直被認(rèn)為是配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)的最重要的手段之一。

3.6漏磁檢測(cè)法

針對(duì)雙繞組變壓器漏磁通分布大體以繞組為中心分布的特性，在漏磁通中心面上下軸向布置了兩個(gè)對(duì)稱的線圈。若變壓器“健康”（即漏磁通對(duì)稱分布式）時(shí)，則兩個(gè)線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，二者串聯(lián)輸出電壓為零。而當(dāng)變壓器發(fā)生故障（即漏磁通不再對(duì)稱）時(shí)，兩個(gè)線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)之和不為零。這種在線檢測(cè)手段實(shí)施方便，成本也較低，但由于在實(shí)際測(cè)試中漏磁通的兩個(gè)線圈即使在健康變壓器中也不一定為零，因此該方法的廣泛應(yīng)用尚在探索中。

3.7局部放電檢測(cè)法

局部放電在配電變壓器運(yùn)行中是一種常見(jiàn)的內(nèi)部非貫穿的放電現(xiàn)象。而配電變壓器的局部放電會(huì)同時(shí)伴隨著化學(xué)反應(yīng)、發(fā)熱和電脈沖現(xiàn)象的發(fā)生，這些現(xiàn)象都會(huì)進(jìn)一步的加速絕緣材料的劣化進(jìn)程。所以，配電變壓器的局部放電現(xiàn)象是內(nèi)部絕緣材料劣化的重要依據(jù)，完全可以通過(guò)檢測(cè)變壓器的局部放電現(xiàn)象來(lái)判斷其絕緣的狀態(tài)。

4.結(jié)束語(yǔ)

變壓器是整個(gè)配電網(wǎng)的核心設(shè)備，一旦變壓器發(fā)生故障，輕則會(huì)影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成大范圍停電。當(dāng)變壓器的絕緣狀態(tài)下降時(shí)，故障的發(fā)生幾率會(huì)隨之增大。期望通過(guò)本文的研究能夠?qū)ε潆娮儔浩鹘^緣水平的提升和實(shí)際使用壽命的延長(zhǎng)有所幫助。

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