變壓器油紙絕緣老化的綜述

1、變壓器油紙絕緣老化的綜述作者姓名：馬博 班級：錢學(xué)森 91學(xué)號： 09045018聯(lián)系方式9259078624變壓器油紙絕緣老化的綜述錢學(xué)森 91 馬博摘要： 電網(wǎng)安全運行是保證電力供應(yīng)穩(wěn)定、 可靠的基礎(chǔ)。而由內(nèi)絕緣老化問題引發(fā)的變壓器故障是變壓器事故的重要部分。 針對油浸式電力變壓器，本文首先介紹了變壓器油紙絕緣老化的定義， 并分別介紹了變壓器油的老化和絕緣紙的老化，其次介紹了變壓器油紙絕緣老化的常見形式， 最后，本文從化學(xué)特征量診斷以及電氣特征量診斷兩個方面著重介紹了變壓器油紙絕緣老化的研究機理。關(guān)鍵詞： 變壓器；油紙絕緣；老化；化學(xué)特征量；電氣特征量目錄1 國內(nèi)

2、外研究動態(tài) 2 變壓器油紙絕緣老化機理2.1. 定義 2.22.32.4變壓器油的老化 2.2.1 熱氧老化 2.2.2 電氣老化 絕緣紙的老化 變壓器油紙絕緣老化的形式 2.4.12.4.22.4.3熱老化 . 電老化 . 機械老化 環(huán)境老化2.4.43 老化研究機理3.1 化學(xué)特征參量及診斷技術(shù) 3.1.1 平均聚合度 (DP) 3.1.2 溶解氣體分析法 (DGA)3.1.3 油中糠醛含量 3.2 電氣特征量及診斷技術(shù) 3.2.1 局部放電測量及其特征參量3.2.2 介質(zhì)響應(yīng)測量技術(shù) 4 結(jié)論與展望 4.1 結(jié)論 4.2 展望 參考文獻 101011121 國內(nèi)外研究動態(tài)關(guān)于油浸式電力變

3、壓器老化的研究已有幾十年歷史，國內(nèi)外研究學(xué)者對變壓器老化的 特征量和測量手段以及基于特征量的壽命預(yù)測方法進行了大量的研究，并取得了一定的成 果。比如，重慶大學(xué)高壓實驗室廖瑞金 1 教授等對油紙絕緣老化狀態(tài)的局部放電特征量進 行了研究，通過聚類分析等能夠劃分和識別不同的老化階段； Shroff 2 等報道了絕緣紙加 速老化試驗中糠醛的形成，發(fā)現(xiàn)了油中糠醛含量與絕緣紙聚合度間存在近似對數(shù)關(guān)系； Gafvert 3 等比較了時域和頻域的介質(zhì)響應(yīng)診斷方法，指出頻域譜法是現(xiàn)場試驗的最好方 法。但這些手段只是對變壓器內(nèi)絕緣老化程度的表征，不能對內(nèi)絕緣老化降解的機理進行 深入、詳細(xì)的分析，直到目前還沒有形成

4、內(nèi)絕緣老化方面系統(tǒng)而成熟的理論?？梢愿鶕?jù)特征量類型將變壓器老化研究技術(shù)分為化學(xué)特征量診斷技術(shù)和電特征量診斷 技術(shù)兩大類。其中以化學(xué)特征量的研究最為成熟，電特征量則是近十年來才發(fā)展起來的， 仍然處于研究階段，還沒有得到廣泛的應(yīng)用4 。2 變壓器油紙絕緣老化機理2.1. 定義變壓器在運行過程中受到熱、水分、氧氣等因素的作用，油紙絕緣復(fù)合電介質(zhì)的微觀 結(jié)構(gòu)會發(fā)生變化，進而導(dǎo)致其介電特性也發(fā)生變化，這種現(xiàn)象叫做變壓器油紙絕緣的老化 5。2.2 變壓器油的老化變壓器油是天然石油經(jīng)過蒸餾、精煉而獲得的一種礦物油。由烷烴、環(huán)烷烴、芳香烴 等碳?xì)浠衔锝M成的混合物。其中環(huán)烷烴占總量的80%以上，還有少量的烷烴

5、、芳香烴等。環(huán)烷烴是環(huán)狀閉合結(jié)構(gòu)，性質(zhì)較穩(wěn)定；芳香烴是指含苯環(huán)的烴類 ; 烷烴為是線型分子結(jié)構(gòu)。 變壓器油中的環(huán)烷烴具有較好的介電穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，粘度基本不隨溫度的變化，適 用溫度范圍較廣、凝固點低、介電強度高、介質(zhì)損耗因數(shù)小，具有良好的電氣特性、吸氣 性、化學(xué)穩(wěn)定性，但抗氧化性能稍差 6 。變壓器油的老化過程，是指變壓器油在光、熱、氧、電弧、電場、磁場、輻射等的物 理化學(xué)因素的作用下，顏色、氣味、運動粘度及介質(zhì)損耗因數(shù)等物理性能發(fā)生了變化，其 介電性能逐漸下降或變壞的過程。這是一個比較復(fù)雜的物理、化學(xué)變化過程。變壓器油的 老化過程基本上可分為熱氧化和電氣老化兩種，這兩種老化的作用機理不同

6、，老化的后果 對油的介電性能產(chǎn)生較大的影響 7 。2.2.1 熱氧老化熱氧老化是指變壓器油暴露在光、熱、輻射線及氧氣或氧化性氣體等活性物質(zhì)中受到氧化作用，或者由于繞組、鐵心及固體絕緣的發(fā)熱作用而導(dǎo)致變壓器油產(chǎn)生的老化。一方面，光和輻射線等高頻電磁波對變壓器油的老化產(chǎn)生重要的影響，而且波長越短 的射線，其能量越強，對油的老化作用越強。它能夠切斷分子鏈及交聯(lián)作用力，從而使絕 緣油的粘度增加，使油渾濁，產(chǎn)生懸浮物及沉淀。另一方面，在光、熱、射線和氧化等的 作用下，變壓器油內(nèi)部發(fā)生著自動氧化的游離基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)過程。2.2.2 電氣老化電氣老化是指變壓器油在運行過程中由于電場、磁場、電弧或者電暈等游離放電

7、的電 離作用，導(dǎo)致液體電介質(zhì)電性能下降或物理、化學(xué)性能逐漸變壞的過程。電氣老化主要是電介質(zhì)內(nèi)部微觀游離放電對變壓器油的作用和影響；其次，一般的電 導(dǎo)電流引起的焦耳熱效應(yīng)、介質(zhì)損耗引起的熱效應(yīng)、高場強下電子冷發(fā)射對介質(zhì)的微觀放 電作用、高場強下電介質(zhì)內(nèi)部帶電質(zhì)點的劇烈運動所引發(fā)的微觀碰撞轟擊和微觀游離放 電，都是引起電氣老化的重要原因；而浸漬在油中的固體的發(fā)熱和電磁場共同的作用，也 加速了變壓器油的電氣老化過程。2.3 絕緣紙的老化緣紙是由許多纖維素纖維彼此相互交織、相互結(jié)合而成。成品絕緣紙包含約89%-90%的纖維素、 6%-8%的半纖維素以及 3 %-4%的木質(zhì)素。纖維之間存在較強的結(jié)合力，

8、這就是纖維 的結(jié)合。結(jié)合力即有機械的互相扭結(jié)，也有物理的相互吸引，但主要的還是纖維素氫鍵的 結(jié)合力。纖維素的結(jié)合力決定了紙頁機械強度和其他的一些性質(zhì)。油紙絕緣混合介質(zhì)在長 期運行過程中逐漸老化，導(dǎo)致絕緣性能下降 8 。, 主要產(chǎn)生熱絕緣紙在老化過程中要經(jīng)受電、熱、機械、化學(xué)等諸多應(yīng)力的綜合作用 降解、水解和氧化降解 9,10 。CO,C?2，絕緣紙熱降解是由大分子鏈的纖維素聚合物發(fā)生降解產(chǎn)生較小的分子鏈，H?以及呋喃化合物，產(chǎn)生的較小的分子鏈會繼續(xù)生成焦油和各種復(fù)合物。CO,C?2，絕緣紙水解是由大分子鏈的纖維素聚合物發(fā)生降解生成較小的分子鏈。 絕緣紙氧化降解是由大分子鏈的纖維素聚合物發(fā)生降解

9、生成較小的分子鏈， H?以及酸。2.4 變壓器油紙絕緣老化的形式根據(jù)老化因素的分類可將變壓器內(nèi)絕緣的老化大致劃分為熱老化、電老化、機械老化 和環(huán)境老化 11 。2.4.1 熱老化熱老化是變壓器內(nèi)絕緣性能劣化的主要形式，由纖維素為主要成分的絕緣紙作為一種 有機絕材料會在熱的作用下發(fā)生熱降解，包括使主鏈斷裂解聚反應(yīng)和使側(cè)基從主鏈上脫 去的消去反應(yīng)，產(chǎn)生大量低分子生成物。熱老化通常在熱和氧的長期協(xié)同作用下發(fā)生， 初期會出現(xiàn)過氧化物，進而分解產(chǎn)生自由基，然后引發(fā)一系列氧化和斷鏈化學(xué)反應(yīng)，使 分子量下降，含氧基團濃度增加，并不斷揮發(fā)出低分子產(chǎn)物，結(jié)晶度也隨之改變。隨著 絕緣物質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化，其機械性能逐漸

10、劣化。隨著溫度上升，絕緣的熱老化速度迅速增加。熱老化速度取決于化學(xué)反應(yīng)速度，并遵 循Arrhenius 方程，即 k = ?&exp?- ?式中，k為化學(xué)反應(yīng)速度，即單位時間內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)質(zhì)量；Aa和Ea分別為化學(xué)反應(yīng)的指前因子和活化能；R為玻耳茲曼常量；T為化學(xué)反應(yīng)進行的絕對溫度。通常認(rèn)為，由熱老化決定的絕緣壽命與其化學(xué)反應(yīng)速度呈反比例關(guān)系。由此可得絕緣壽命 與溫度的關(guān)系12 O242電老化在電場長期作用下絕緣中發(fā)生的老化稱為電老化，電老化的機理很復(fù)雜，包括絕緣 在電場作用下一系列的物理和化學(xué)效應(yīng)，包括放電過程產(chǎn)生的帶電質(zhì)點轟擊，放電點引 起的介質(zhì)熱效應(yīng)，放電過程中的活性生成物

11、以及放電產(chǎn)生的可見光、紫外線等輻射效應(yīng) 等都會破壞絕緣材料的分子結(jié)構(gòu)，促使絕緣材料裂解，并導(dǎo)致絕緣性能的下降。試驗證明，變壓器絕緣在干燥、浸漬及脫氣或者運輸過程中，可能會在固體或液體 內(nèi)殘留小氣泡，而在這些氣泡中或電場集中處容易發(fā)生局部放電。因此，局部放電是引 起變壓器內(nèi)絕緣電老化的主要因素，檢測局部放是診斷絕緣變壓器早期故障的重要方法 4O243機械老化絕緣紙受到的機械應(yīng)力來自于機械作用力、溫度突變和電場力等。當(dāng)絕緣紙受到機 械應(yīng)力后，力學(xué)性能發(fā)生不可逆降低直至產(chǎn)生裂痕或氣隙導(dǎo)致局部放電，這種現(xiàn)象稱為 機械力老化。在變壓器的生產(chǎn)運行中，絕緣紙會受到各種應(yīng)力的同時作用，因此絕緣紙 的機械力老化

12、是其絕緣老化不可忽視的一個方面 13 O244環(huán)境老化由環(huán)境引起的油紙絕緣系統(tǒng)老化的因素主要包括水分、污染、氧氣等。在這些因素的 作用下，絕緣表面將發(fā)生腐蝕， 加以強電場的作用， 沿面放電會產(chǎn)生足以引起纖維分解的高 溫。環(huán)境對變壓器油紙絕緣系統(tǒng)造成的劣化主要是受潮，受潮后的絕緣電阻和介質(zhì)損耗將增大，從而有可能引起熱擊穿。水分是強極性液體，受潮后的絕緣介電常數(shù)也將增大。如果受潮不均勻，將引起電場分布的變化， 從而降低其耐電強度。試驗證明，變壓器絕緣在運行溫度下，含水量為4%的紙是0.5%含水量降解速度的20倍。絕緣紙在有氧條件下的降解速度是 無氧條件下的3倍，加了抗氧化劑下的老化速度比沒加要慢很

13、多4。3老化研究機理可以根據(jù)特征量類型將變壓器老化研究技術(shù)分為化學(xué)特征量診斷技術(shù)和電特征量診斷 技術(shù)兩大類，下面分別詳細(xì)介紹4 O3.1化學(xué)特征參量及診斷技術(shù)始于上世紀(jì)60年代的變壓器油紙絕緣運行中的老化研究，到目前為止，基本上有 公認(rèn)的絕緣老化診斷判據(jù)14。介紹如下。D-毗喃型葡萄糖基的數(shù)量，稱作該纖維3.1.1 平均聚合度 (DP)一個纖維素大分子中所包含的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元素分子的聚合度 15 。變壓器絕緣紙 (板)的聚合度是絕緣老化程度最準(zhǔn)確、可靠、有效的判據(jù)之一。聚合度的測定過程如下 :取樣后， 首先將紙中的油脂、 金屬離子及其它充添劑提抽干凈， 然后粉碎、 消化，使之溶解于乙酸乙脂溶劑中

14、，利用烏別洛得粘度計測定紙溶液的粘度，求 得紙的聚合度 16 。由于變壓器絕緣紙聚合度隨老化時間的延長而降低， 纖維素材料的韌性和強度也隨之下 降。為此，絕緣紙老化壽命的判別標(biāo)準(zhǔn)大致定為 :當(dāng)平均聚合度下降到 500 時，變壓器整體 絕緣處于壽命中期 ;當(dāng)平均聚合度下降到 250 時，認(rèn)為變壓器壽命已終比 ;聚合度下降到 150 時，絕緣紙的機械強度幾乎為零。對一臺變壓器而言， 取紙樣部位不同， 其聚合度的數(shù)值也不同。 正因為聚合度具有一定 的分散性， 所以要求在變壓器上、下部多個點分別取樣， 以獲得平均聚合度，或者每次在代 表性部位取樣，取樣數(shù)要統(tǒng)一，以具有可比性、同比性?？紤]到對于運行中的

15、變壓器，如果 要測定紙樣就必須對變壓器進行停運吊芯， 存在諸多不便， 近年來， 推廣應(yīng)用了高性能液相 色譜分析。 該方法可以在變壓器不停運情況下，取油樣， 然后測出油中糠醛含量， 再依據(jù)糠 醛含量與聚合度的線性關(guān)系， 得到聚合度的值。 這樣可從糠醛含量、 聚合度兩個角度來分析、 判斷絕緣老化問題。3.1.2 溶解氣體分析法 (DGA)在變壓器絕緣故障或事故的各種檢測手段中， 油中溶解氣體分析法(DGA)是通用的方法。 DGA對故障的判斷較靈敏有效，能解決電氣試驗不能發(fā)現(xiàn)的局部故障和過熱故障，是監(jiān)督變壓器內(nèi)部是否存在潛伏性故障的一種狀態(tài)手段。D GA判斷法包括氣體含量判斷法、特征氣體判斷法、IE

16、C比值判斷法、回歸法等等。一般認(rèn)為COC?主要反映固體故障；絕緣受潮時，H2含量高，存在放電性故障時，C2?含量增加。IEC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，若C°?大于0.33或小于0.09時，存在固體絕緣劣化現(xiàn)象問。3.1.3油中糠醛含量七十年代末， Burton 等人在分析兩臺變壓器的事故原因時， 檢測到油中溶解的以糠醛為 主的吠喃類化合物， 并發(fā)現(xiàn)變壓器油中糠醛僅僅來自于絕緣紙等纖維素材料的老化分解， 與變壓器油無關(guān)。 自此，研究人員意識到油中糠醛含量對診斷固體絕緣老化將有重要的價值， 相繼在實驗室內(nèi)開展了大量的加速老化試驗來模擬油紙絕緣系統(tǒng)中固體絕緣的老化過程， 獲得了一些很有意義的結(jié)果。大量的理

17、論分析和實驗室研究結(jié)果均表明， 變壓器油中糠醛的產(chǎn)生僅僅來自于絕緣紙的 老化分解。然而對于糠醛的形成機理， 卻仍然沒有一種令人信服的理論。 但是可以肯定的是， 當(dāng)變壓器絕緣發(fā)生老化時， 油紙系統(tǒng)就會包含一定量的糠醛， 由于糠醛在油分子的運動與擴 散遵循菲克定律， 其在運行中的變壓器油中近似為均勻分布。 因而， 利用高效液相色譜法對 糠醛進行定量檢測， 其含量的多少就間接反映了變壓器油紙絕緣的老化程度，對診斷油紙絕緣老化狀態(tài)有重要意義。目前，我國DL/T596-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗 中詳細(xì)規(guī)定了非正常老化和嚴(yán)重老化 的糠醛含量限值，當(dāng)油中糠醛含量達到 0. 5mg/L 時，變壓器的整體絕緣

18、水平處于其壽命中 期；而當(dāng)糠醛含量大雨 4mg/L 時整體絕緣水平處于壽命晚期 18,19 。目前糠醛的檢測方法主要有液相色譜法、紅外光譜法、氣相色譜法。氣相色譜法由于 樣品中大量烴類的嚴(yán)重干擾，使測定條件的選擇十分困難，樣品前處理難度很大。紅外光 譜法靈敏度較低，使其的應(yīng)用存在一定的局限性。目前在電力系統(tǒng)應(yīng)用較多的是液相色譜 法20 。以糠醛含量診斷變壓器絕緣老化是目前最為常用的方法， 由于糠醛為絕緣紙的特殊產(chǎn)物， 比起DGA分析COC?含量來說可靠性更高，但仍然存在較多影響判斷可靠性的因素：許多 變壓器裝有熱虹吸過濾器， 將使對流循環(huán)的油中一部分糠醛被吸附除去， 不能測到真實的糠 醛含量；

19、 另外國產(chǎn)的變壓器按檢修規(guī)程規(guī)定采用壓力濾油及高真空濾油，這也會使部分糠醛被除去， 造成油中糠醛含量和絕緣老化的真實規(guī)律不成正比。 因此， 簡單地將糠醛含量用于 老化程度判斷將不再適用于添加抗氧化劑的油紙絕緣系統(tǒng)。 需要掌握變壓器的絕緣組成、 運 行及維修歷史等資料，才能從多方面的對變壓器老化狀態(tài)作出客觀的評價。3.2 電氣特征量及診斷技術(shù)電氣特征量及診斷技術(shù)方法主要包括傳統(tǒng)的介電參量測量、 介質(zhì)響應(yīng)測量和局部放電測 量。傳統(tǒng)介電參量在絕緣老化過程中并沒有明顯變化規(guī)律， 而介質(zhì)響應(yīng)測量技術(shù)近年來成為 油紙絕緣老化的研究熱點，它主要包括時域的極化/ 去極化電流、回復(fù)電壓和頻域的介電譜測量，這三種

20、測量技術(shù)均能很好地反映變壓器的老化狀況， 但均需要對變壓器進行停電測量， 而使其在線評估應(yīng)用受到了限制 21 。通常認(rèn)為變壓器中的纖維絕緣發(fā)生老化后只會直接導(dǎo)致其機械性能的下降， 諸如工頻介 質(zhì)損耗角以及工頻、 脈沖擊穿電壓強度等電氣性能不會發(fā)生太大的變化。 因此， 雖然電力運 行部門長時間采用絕緣電阻和極化指數(shù)以及介質(zhì)損耗系數(shù)等離線電氣無損測量參數(shù)作為變 壓器受潮狀況的診斷方法， 直到上世紀(jì)九十年代， 關(guān)于絕緣老化和壽命預(yù)測的電診斷方法仍 然沒有得到系統(tǒng)的研究。近 20 年來，隨著計算機及數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展，以電氣參數(shù)為 特征量的變壓器老化狀態(tài)診斷方法也取得了前所未有的進展， 主要包括局部

21、放電測量和介質(zhì) 響應(yīng)診斷技術(shù)。3.2.1 局部放電測量及其特征參量大型電機運行時受到電、 熱、機械及各種環(huán)境應(yīng)力等多種因子聯(lián)合作用使其主絕緣逐漸老化并導(dǎo)致絕緣擊穿 4 。通常用局部放電的基本參量評定絕緣的老化狀態(tài), 國內(nèi)和國際標(biāo)準(zhǔn)中都推薦用最大視在放電量 Qmax 來評定絕緣的放電狀態(tài)。 Qmax 在一定程度上可以反映絕 緣放電的劇烈程度 , 但僅用它評定電機整體的絕緣狀態(tài)有以下局限22 : Qmax在實測時易受外界干擾的影響 ； Qmax僅代表最大缺陷的放電狀態(tài)，不能反映整個絕緣的放電狀態(tài)局部放電在絕緣材料內(nèi)部或表面引起一系列的物理效應(yīng)和化學(xué)變化, 如帶電微粒的轟擊、熱效應(yīng)、生成活性生成物以

22、及沖擊波和輻射作用等 ， 使絕緣材料受到侵蝕和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 發(fā)生變化大多情況下 ， 局部放電引起絕緣材料老化是長期累積作用的結(jié)果 ， 短時即使很強的 放電對材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)影響也不大 ， 因而對局部放電實時監(jiān)測 ，采取有效的措施 ， 有助于減 緩絕緣老化的進程 23 。探索隨著計算機和數(shù)字測量技術(shù)的發(fā)展， 很多學(xué)者也開展研究絕緣材料內(nèi)局部放電的發(fā)展以 及對材料的劣化、老化等破壞作用。從局部放電的放電模型、單個放電脈沖，光信號、聲信 號、電樹枝的發(fā)展以及材料的變化等多角度研究局部放電的發(fā)展和對材料的破壞作用， 局部放電與材料性能的關(guān)系，哪種局部放電的特征量最能表征對材料的破壞作用等等。但是各方面研究表

23、明， 局部放電特征參量能夠在一定程度上反映不同階段的局部放電，如果希一望從某一個或幾個特征參量的變化來確定局部放電的發(fā)展階段狀態(tài)似乎是不可行 的，因此需要采用智能化的分析手段，并目 _借助十?dāng)?shù)學(xué)工具，研究局部放電特征參量與局 部放電發(fā)展階段與絕緣老化狀態(tài)的聯(lián)系 24 。3.2.2 介質(zhì)響應(yīng)測量技術(shù)介質(zhì)響應(yīng)法作為一種油紙絕緣老化診斷的無損檢測手段 , 具有抗干擾能力強、攜帶信 息豐富等特點。因此，對于浸油變壓器等電力設(shè)備油紙絕緣老化的診斷，介質(zhì)響應(yīng)法是一 種很好的診斷工具。它包括基于時域介質(zhì)響應(yīng)技術(shù)的回復(fù)電壓法( recovery voltage method,RVM) 、極化去極化電流法 (

24、polarization and depolarisation current , PDC) 以及基于頻域介質(zhì) 響應(yīng)的頻域譜法 ( f requency domain spect ro scopy,FDS) 。3.2.2.1 回復(fù)電壓法回復(fù)電壓法(RVM)是近年來廣受關(guān)注的變壓器固體絕緣的無損檢測方法，不需采取紙 和油樣即可通過現(xiàn)場測量對變壓器紙 -油絕緣的受潮和老化的總體狀態(tài)做出診斷?；貜?fù)電壓法以介質(zhì)響應(yīng)理論為基礎(chǔ)，利用油紙絕緣系統(tǒng)在直流電壓下的極化特性，獲 得RVM曲線及其特征參數(shù)(回復(fù)電壓最大值、初始斜率和中心時間常數(shù))，從而對絕緣性能進行診斷。其原理是當(dāng)對油紙絕緣施加直流電壓時，絕緣內(nèi)

25、部會出現(xiàn)極化，偶極子定向排 列，表面出現(xiàn)束縛電荷，兩極上出現(xiàn)自由電荷；撤去外施電壓并短接兩極后，絕緣內(nèi)部發(fā) 生退極化過程，極化電荷由定向排列逐漸變?yōu)闊o序狀態(tài)，電極上的自由電荷和絕緣表面的 束縛電荷開始釋放；去掉兩極間的短接線后，仍然存在部分殘余極化，絕緣內(nèi)部偶極子退 極化過程仍將繼續(xù)，尚未釋放完的電荷和一部分定向排列的束縛電荷會在絕緣兩端形成電 勢差，即為回復(fù)電壓 26 ?；貜?fù)電壓隨時間的延長而衰減。絕緣受潮和老化引起的介電性能 的變化，會使其回復(fù)電壓有明顯改變 27。首先閉合開關(guān) ?1?，斷開開關(guān) ?2、 ?3，直流電源給油紙絕緣試品充電，油紙絕緣出 現(xiàn)極化并產(chǎn)生極化電流；經(jīng)過充電時間t?后

26、，斷開開關(guān)？，閉合開關(guān)?，試品電容放電，由于線路短路，油 紙絕緣產(chǎn)生去極化電流；再經(jīng)過放電時間t?后，斷開開關(guān)？，在短路期間沒有釋放完全的電荷使高低壓繞 組之間形成電壓差，這個電壓差就是回復(fù)電壓。RVM 的實驗測量電路如圖 1所示。電壓源采用線性直流穩(wěn)壓穩(wěn)流脈沖電源，其電壓調(diào) 節(jié)范圍為0600V無極可調(diào)，用示波表對實驗數(shù)據(jù)進行記錄，并將數(shù)據(jù)傳入電腦。具體測 試步驟如下：在此過程中產(chǎn)生的電流形狀變化如圖 2 所示14ti iji i3 liN in in m III >4 呻電 i'fc. -6；NIIIIIIIIIIrIII91NlIII ih ¥ih即皿b ! !I&

27、quot;I>!1IHNIIaiJI1!IlId M liB a flri fl圖1 RVM測量電路圖*=注人一充電時間右一放電時間*測屋時間；回復(fù)電ffi：LL 充電電ffi心E 回復(fù)電ffi最大值3初始斜率回復(fù)電壓達到諼大值的時間圖2回復(fù)電壓和極化去極化電流示意圖已有的研究表明 RVM測試過程中的電壓變化形狀可由以下3個參數(shù)表征: 回復(fù)電壓最大值？?？即回復(fù)電壓曲線中最大的值； 初始斜率？?？即回復(fù)電壓曲線與時間的導(dǎo)數(shù)"? 中心時間常數(shù)?即達到回復(fù)電壓最大值所需的時間。若譜線中出現(xiàn)幾個極大 值，則最大值所對應(yīng)的時間稱為主要時間常數(shù)27。雖然通過許多研究機構(gòu)和學(xué)者的不斷努力，

28、對回復(fù)電壓用十變壓器油紙絕緣診斷方面有了一定成果，但仍存在一些問題，主要表現(xiàn)在28：研究表明，影響反映變壓器油紙絕緣狀態(tài)的回復(fù)電壓參數(shù)較多，但是各影響因?qū)?參數(shù)的具體影響仍不明確，已有的研究只是定性的指明了各影響因素對參數(shù)的影 響。用回復(fù)電壓方法還不能對測量結(jié)果進行圓滿的解釋，要將回復(fù)電壓法應(yīng)用十實際 際，必須進行大量試驗和理論計算，進一步研究、總結(jié)規(guī)律，對其結(jié)果進行合理 解釋。現(xiàn)在用回復(fù)電壓法測量時，還不能區(qū)分水分和老化對回復(fù)電壓參數(shù)的具體影響， 這也給回復(fù)電壓法的實際應(yīng)用帶來了困難。因此，為了更好的用回復(fù)電壓法獲得變壓器油紙絕緣的狀態(tài)信息， 解決目前回復(fù)電壓法 仍存在的問題和不足，對回復(fù)電

29、壓法進行進一步深入研究具有重要的理論和實際意義。322.2極化去極化電流法極化去極化電流分析法(P DC)是通過對變壓器絕緣施加直流電壓，由于絕緣材料的介 電性能，產(chǎn)生逐漸衰減的極化去極化電流，這條電流曲線可以反映出許多絕緣內(nèi)部信息。 通過對極化去極化電流曲線進行計算可以得出變壓器固體絕緣直流電導(dǎo)率，從而建立了極 化去極化電流和變壓器老化壽命的聯(lián)系。這是一種理想的快速評估壽命方法，具有無損 耗、不需要采樣、試驗簡單易行等優(yōu)點，適合與聚合度評估法相結(jié)合，從不同側(cè)面評估變 壓壽命，發(fā)揮各自的優(yōu)勢29。極化去極化電流法(PDC)測量方法的具體操作30為：在一定時間即極化時間？?內(nèi)，將3和圖4)。約1

30、00V的直流階越電壓施加在高壓和低壓繞組之間(如圖圖3利用PDC進行松弛電流的測量試驗示意圖圖4松弛電流的原理波形圖這樣，就會產(chǎn)生變壓器絕緣系統(tǒng)的充電電流，即所謂的極化電流?在電壓施加瞬間就會產(chǎn)生一個類似脈沖電流，該電流在整個極化時間內(nèi)會逐漸降低，一直降到一個比較 穩(wěn)定的值。該值取決于絕緣系統(tǒng)本身的直流電導(dǎo)率。極化時間？?過后，將開關(guān)S撥到另一個位置，將絕緣系統(tǒng)經(jīng)安培表短路。此時放電電流？?_?會突變跳躍至一個負(fù)值上，然后逐 漸衰減至零。以上兩種電流場?和?-?均被稱為松弛電流，存儲在PD（分析儀中。這樣就 /可以得到一個被參數(shù)化了的變壓器主絕緣系統(tǒng)的電路模型。該模型的所有參數(shù)均可通過已 經(jīng)測

31、好的一定含水量的紙板樣品材料的特性、油的參數(shù)以及主絕緣系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)來進一步確 定。不同含水量下的松弛電流之間測量值與計算值之間的“最佳擬合”可以給出固體絕緣 含水量和油電導(dǎo)率，結(jié)合其它診斷手段，就可以得到一個可靠的老化評估。322.3頻域譜法變壓器絕緣診斷的頻譜分析法主要基于介質(zhì)極化的頻率響應(yīng)特性。FDS絕緣診斷技術(shù)是在不同的頻率點上對損耗因數(shù)和復(fù)電容進行測量的一種絕緣診斷手段，其主要原理是將測 量介質(zhì)損耗因數(shù)和復(fù)電容作為一種頻率函數(shù)。目前FDS實驗儀器均為IDAX系列絕緣診斷分析儀，測量原理如圖5所示。其主要功能是在特定的頻率和電壓幅值下測量絕緣阻抗，而 這些數(shù)值被用來計算絕緣的電容和損耗因數(shù)

32、。將所計算得出的電容和損耗因數(shù)與其對應(yīng)的 頻率值繪制成頻率特性曲線，再根據(jù)以往的經(jīng)驗曲線進行對比分析，或者利用該測試儀配 套的MODS分析軟件進行曲線擬合，便可以計算出被測試品的含水量、電導(dǎo)率等相關(guān)的參數(shù)31OtQII*圖5 FDS測量原理圖相比PDC, FDS診斷技術(shù)更適合在現(xiàn)場使用，其原因是頻域介電譜對外界噪聲的不敏 感性，同時也由于 PD（法不能測量出在轉(zhuǎn)變?yōu)闃O化或者去極化狀態(tài)之后最初幾秒時間內(nèi)的 暫態(tài)電流而限制了其在頻率小于1Hz的條件下的測量意義。而回復(fù)電壓測量雖然能夠在不破壞固體絕緣的條件下對運行中變壓器進行狀態(tài)評估，而且具有較好的抗干擾的能力，且易 于現(xiàn)場實施，但是其存在的缺點在

33、于測量結(jié)果常受到殘余電荷等因素的影響，而且缺乏清 楚的分別診斷油和油紙狀態(tài)的能 力。FDS絕緣診斷法在實際應(yīng)用中具有很多其他測量方法所沒有的優(yōu)勢，在絕緣診斷領(lǐng)域 擁有很廣闊的應(yīng)用前景。4結(jié)論與展望4.1結(jié)論電力變壓器（尤其是油浸式電力變壓器）的絕緣老化是影響其安全運行的重要因素之 一。故準(zhǔn)確掌握其絕緣老化狀態(tài)，對于避免絕緣故障引發(fā)停電等重大事故具有重要意義。 通過以上綜述分析，本文得出的結(jié)論如下：變壓器油紙絕緣的老化是一個什么復(fù)雜而漫長的過程，包括變壓器油的老化和絕 緣紙的老化兩個方面，其中變壓器油的老化又主要分為熱氧老化和電氣老化兩個 部分，絕緣紙的老化主要分為熱降解，水解，氧化降解。變壓器

34、油紙絕緣的形式十分多樣，主要分為4鐘老化形式：熱老化，電老化，機械老化和環(huán)境老化。目前為止，對變壓器油紙絕緣老化機理的研究主要分為化學(xué)特征參量以及電氣特 征參量兩種技術(shù)手段，化學(xué)特征參量研究手段發(fā)展時間較長，理論體系較為成 熟，而電氣特征參量研究手段發(fā)起于最近10余年，國內(nèi)開展較晚。針對變壓器油紙絕緣老化的化學(xué)特征量研究手段主要包括平均聚合度（DP法,溶解氣體分析（DGA法以及油中糠醛含量分析法。這 3種方法各有優(yōu)缺點。油中 糠醛含量分析法應(yīng)用最為廣泛。針對變壓器油紙絕緣老化的電氣特征量研究手段主要包括傳統(tǒng)的介電參量測量、介質(zhì)響應(yīng)測量和局部放電測量。 介質(zhì)響應(yīng)測量技術(shù)近年來成為油紙絕緣老化的研

35、究熱點，它主要包括3 中測量手段：回復(fù)電壓（RVM）法，計劃去極化電流（PDC）法以及頻域譜（FDS）法。4.2 展望對于油浸式變壓器的老化研究，經(jīng)過幾十年的探索，雖然總結(jié)出一些研究方法和規(guī) 律，但是各種方法都有優(yōu)缺點，有各自不同的適用范圍，故到目前為止還沒有一種公認(rèn)比 較理想的診斷方法可以直接用于指導(dǎo)解決工程實際問題。近年來各種智能技術(shù)如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、小波分析、模糊推理、灰色聚類等 被引入變壓器故障診斷中，取得了比較好的效果。然而，電力變壓器是一個復(fù)雜系統(tǒng)，不 確定因素及不確定信息充斥其間，為解決這些不確定性產(chǎn)生的隨機性和模糊性，以溶解氣 體分析為主結(jié)合其它電氣試驗結(jié)果的綜合診斷方

36、法如概率推理、判決樹、信息融合、 Petrl 網(wǎng)絡(luò)等得到了深入研究。然而由于變壓器的復(fù)雜性、測試手段的局限性、知識的不精 確性，各種方法表現(xiàn)出不同的優(yōu)缺點 32 。針對以上現(xiàn)狀，本文最后提出 3點展望： 對已有的研究手段進行完善； 根據(jù)試驗規(guī)律探究新的研究理論； 交叉學(xué)科，利用其它學(xué)科的一些結(jié)論或者儀器來促進老化研究機理的發(fā)展。參考文獻1廖瑞金，楊麗君等 .基于局部放電主成分因子向量的油紙絕緣老化狀態(tài)統(tǒng)計分析J.中國電機工程學(xué)報 2006,26(14)2D H Shroff, A W Stannett. A review of paper aging in power transformers

37、J. IEE Proceedings Cof Generation, Transmission and Distribution, 1985,132(6)3 Gafvert U, Adeen L, Tapper M, et al. Dielectric Spectroscopy in Time and Frequency DomainApplied to Diagnostics of Power TransformersC, Proc. 6th Intern Conf Properties andApplications of Dielectric Materials. ICPADM, 20004 楊麗君 .變壓器油紙絕緣老化特征量與壽命評估方法研究D. 重慶大學(xué) ,20095郝建,廖瑞金,楊麗君,馬志欽. 應(yīng)用頻域介電譜法的變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)評估 J. 電網(wǎng)技術(shù). 2011(07)6袁泉.變壓器油紙絕緣老化的頻域介質(zhì)響應(yīng)試驗及仿真研究 D. 重慶大學(xué) 20107 趙澤偉 . 變壓器油的老化對油介電性能的影響及對老化油的再生處理J. 變壓器 . 2004(10)8 朱孟兆 .油浸絕緣紙熱老化機理