对变压器绝缘老化的分析

摘要：变压器电压等级不断地在提高，而变压器的绝缘问题始终都是变压器行业非常重视的问题。变压器的寿命直接受变压器绝缘老化的影响，本文主要从表压强绝缘老化的检测、变压器绝缘老化的原因分析以及防止变压器绝缘故障的方法进行了简要的分析。

关键词：变压器；绝缘；老化

一、变压器绝缘老化的检测

当变压器长期过载，会引起线圈发热，使绝缘逐渐老化，造成匝间短路、相间短路或对地短路，引起变压器燃烧爆炸。因此，变压器在安装运行前，应进行绝缘老化的检测，运行过程中不允许过载。以下是对几种检测变压器绝缘老化的方法进行了简要的分析。

（一）油中气体分析法（DGA）

用H2、C2H2、C2H6、CH4、CO、C2H4、CO2这些气体对变压器作DGA定量测定。变压器内部故障的性质是由国家《变压器油中溶解气体分析和判断导则》推荐的三比值法进行的。如果是涉及固体绝缘材料的变压器故障时，就会产生CO和CO2。CO和CO2可作为绝缘老化诊断的特征气体，其含量在一定程度上是能够把变压器绝缘老化的状况反映出来的。《变压器油中溶解气体分析和判断导则》中指出：当怀疑故障涉及固体绝缘材料时，CO2/CO比值7。

如果变压器老化状况的判断只是用CO和CO2含量、CO2/CO比值以及产生气体的速率来进行，那么在老化分析中就会存在很大的偏差。因此只能作为参考。

（二）绝缘纸聚合度（DP）的检定

判断绝缘老化程度最准确、最可靠的依据之一就是变压器绝缘纸（板）的聚合度。聚合度的测定过程如下：取样后，首先提抽干净纸中的油脂、金属离子及其它充添剂，然后对其进行粉碎、消化，在乙酸乙酯溶剂中溶解，纸溶液的粘度利用乌别洛得粘度计进行测定，从而得出纸的聚合度。

随着老化时间的延长变压器绝缘纸聚合度就会降低，从而纤维素材料的韧性和强度也随之下降。因此，绝缘纸老化寿命的判别标准可判定为：变压器整体绝缘处于手命中期是在平均聚合度下降到500时；变压器寿命终止是在平均聚合度下降到250时；绝缘纸的机械强度几乎为零是在聚合度下降到150时。随着取纸样部位的不同，其聚合度的数值也就不同。在变压器上、下部多个点分别取样，从而获得平均聚合度，这主要是因为聚合度具有一定的分散性。对于正在运行的变压器，需要将其停运吊芯才能测定纸样，这样是非常不方便的，近些年，高性能液相色谱分析被广泛应用。此方法就能够解决上面的问题，变压器不用停就可以取油样，然后把油中糠醛含量测出来，聚合度的值是要根据糠醛含量和聚合度的线性关系得出来的。由此可知，对于绝缘老化问题可以从糠醛含量、聚合度两个角度来进行分析和判断。

（三）介质损耗因数的分析

判断绝缘状况较为有效的方法之一就是在线监测介质损耗因数。在工作电压下测绝缘的介质损耗因数值是我国目前采用的主要方法。取样测量系统是采用电桥法，并且以配套的标准电容分压器以及电压互感器构成的。

绝缘的一系列问题可以通过测量介质损耗因数值来反映，这是因为介质损耗因数的试验灵敏度很高，绝缘的状况也可以用测量介质损耗因数值来进行识别。判断变压器绝缘老化的标志之一就是介质损耗因数值。但是需要注意的是，在进行判断时，要与变压器历年的介质损耗因数值进行比较。绝缘情况的反映也可以在离线状态下检测介质损耗因数与电压关系。

采用电流互感器（CT）进行线监测 。CT的特征有高精度和高稳定性。CT技术正处于推广使用阶段。除此之外，糠醛含量和 值与DGA数值有着一定的相关性，因此，以上的几种方法可以相互认证和综合分析，从而使得诊断的正确率得以提高。

二、变压器绝缘老化的原因分析

温度、湿度、油保护方式影响等都是能够导致绝缘性能的主要因素。以下是对这几个因素的具体分析。

（一）温度

电力变压器为油、纸绝缘，，油、纸中的含水量在不同温度下平衡关系曲线也不同。一般情况下，温度如果升高，纸内的水分要向泊中析出；反之，则纸要吸收油中水分。因此，当温度较高时，变压器内绝缘油的微水含量较大，反之，微水含量就小。

纤维素解环、断链并伴随气体产生的程度随着温度的不同而不同。在温度一定的条件下，如果CO和CO2的产生速度恒定，那么随着时间油中的CO和CO2气体含量呈线性关系；而随着温度的上升时，CO和CO2产生速率呈指数增大。因此可以断定，绝缘纸热老化与油中的CO和CO2的含量有着很大的关系，并且对于密封变压器中纸层有无异常的判断可以依据CO和CO2含量变化来进行。由于变压器工作温度升，必然造成线圈老化，当其绝缘性能下降后，导致抗市电的冲击能力减弱。这时若有雷击或市电浪涌出现时，在变压器的初级出现的高反压会将变压器击穿，使电源失效，同时还有高压串入通信主设备，组成主设备损坏的危险。

（二）湿度

纸纤维素由于水分的存在而讲解。因此，纤维素材料的含水量与CO、CO2的产生关系密切。当湿度不变时，含水量越高，CO2产生的就多；反之，含水量越低，CO产生就越多。绝缘性质受到影响的重要因素之一就是绝缘油中的微量水分。绝缘介质的电气性能和理化性能都受着绝缘油中微量水分的存在而受到危害，且危害极大，绝缘油的火花放电电压可以因为水分而降低，此时介质损耗因数 增大，能够促进绝缘油老化，从而使得绝缘性能劣化。

（三）油保护

绝缘分解反应会因为变压器油中氧的作用而加速，而含氧量和油保护方式有着密切的关系。除此之外，CO、CO2在油中解和扩散状况随着油保护方式不同而不同。密封式变压器之所以含CO、CO2含量高，正是因为油面和空气绝缘，从而使得CO、CO2很难挥发出去。

三、防止变压器绝缘故障的方法

首先，对于不良的外界因素的影响要防止或者减少。变压器的日常维护要做好，使得变压器能够保证其正常的运行。同时，要按规范使用，从而使得人为因素导致老化的因素减少。据有关数据表明，在变压器绝缘老化的总数中，其中一半都是由于变压器运行维护不当而造成的。因此，变压器运行维护不良的故障是首要解决的故障。（1）变压器过负荷的运行一定要避免，在运行时温度要不能超过绝缘材料的最高温度；（2）对于变压器出口发生突发性短路也要给予避免，尤其对于外界偶然因素和环境因素造成的突发性短路要进行防止；（3）变压器的在线诊断要加强，提前预测其故障；（4）避雷措施和散热方式要进行改进等等。

其次，从变压器的开发、设计来防止变压器绝缘老化故障。（1）对变压器内部电场的分布进行改善，主要可通过在绕组端部施加端圈、角环等；（2）绕组选择饼式纠结式；（3）电容选择内屏蔽插入电容；（4）绝缘材料要高档优质；（5）采用三维模型对变压器的设计进行精确的数值计算，对变压器的绝缘裕度进行优化。

以上这些方法都能够防止变压器绝缘老化的发生，这需要从物理、化学的过程进行分析，对其内在规律进行深入的研究，对于故障的原因以及故障与产品的使用条件之间的内在联系要掌握好，从根本上防止故障的发生或者对故障发生率有所降低。通过在实验室进行试验的方法进行电气分析和检测来预防变压器绝缘老化的发生，同时还可以根据试验数据及时作出故障的事先判断。

四、结语

变压器绝缘老化与变压器的寿命有着之间的关系，并且变压器绝大多数的故障都是由于变压器绝缘老化而引起的，因此，为了保证变压器的正常运行寿命，就必须防止变压器故障的发生，从而重视变压器绝缘老化问题，所以，变压器的绝缘老化规律一定要掌握好，进而使得变压器的安全稳定运行得到了保证。

参考文献：

[1] 盛进路. 牵引变压器绝缘老化特性及其检测技术的研究[D].西南交通大学, 2005 .

[2] 杨启平,薛五德,蓝之达. 变压器绝缘老化评估技术的研究[J]. 变压器, 2006, (05) .

[3] 刘亚茹,廖继宏. 变压器匝间绝缘故障的分析[J]. 黑龙江电力, 2009, (02) .

[4] 张华蓥,张红艳. 浅谈变压器油老化及其防劣措施[J]. 中国水能及电气化, 2008, (10) .

[5] 刘传彝.电力变压器设计计算方法与实践[M].沈阳:辽宁科技出版社,2002.

[6] Arshad M, Islam S M, Khlip A. Power Transformer Aging and Life Extension[J].2004 International Conference on PowerTransformer,2004,(11).

[7] 刘辉. 变压器油中溶解气体的分析与故障诊断研究[D]武汉大学, 2004 .