干式变压器绝缘状态检测方法

干式变压器绝缘状态检测方法
摘要：树脂浇注绝缘干式配电变压器在厂用供电系统中应用广泛，但其状态检
测工作未被重视，事故频发。

本文针对一起工厂自用10kV干式配电变压器跳闸
事故，分析其产生原因。

在此基础上，提出干式变压器的绝缘状态检测方法，预
防同类事故再次发生。

关键词：干式变压器绝缘老化放电击穿状态检测预防
树脂浇注绝缘干式变压器具有运行寿命长、可靠性高、阻燃性能好等环保特点，运行中维护和检修工作量大为减少，又可以安装在负荷中心，因此越来越受
到重视和推广。

近年来运行数据统计分析，10kV干式配电变压器在电网运行中出现烧毁等严重故障情况中，50％为绝缘老化被击穿所致。

运行中的干式电变压器要承受所加
电场和空载损耗、负载损耗等产生的热量，此外还有环境（如空气中的温度）对
绝缘的影响。

绝缘材料在电场、热场及其他因素的影响下而绝缘老化，逐渐导致
绝缘击穿，即绝缘完全丧失电气性能。

绝缘老化又分为电老化、热老化及局部放电。

绝缘老化均有一个发展过程，
在日常维护过程中采用可靠的检测手段，能够有效发现缺陷隐患，避免出线变压
器烧毁等恶性事故，降低经济损失。

1 事故案例分析
以一起10kV干式配电变压器跳闸事故为例进行分析。

1.1 事故概述
某工厂自用10kV干式配电变压器，持续运行时间为6年，期间未进行专业
检查维护。

某日，一位厂内员工无意间发现该变压器声音异常，立即向上级汇报。

技术员经现场查勘后认定为正常噪声，未予重视。

半月后，该变压器回路跳闸。

检查发现，变压器C相套管接头处有明显炭黑闪络放电痕迹（如图1-1所示），A相外壳下部有裂纹，裂纹处有黑色印迹（如图1-2所示）。

图1-1 事故干式配变C相套管接头处
事故造成该厂2个车间停工8天，1台生产设备损坏，直接经济损失超过1000万元。

1.2 原因初步分析
故障变压器共有两处比较明显的放电痕迹。

C相套管接头处有明显的烧灼，
且套管表面有闪络放电迹象，产生过较大弧光放电的可能性较大；A相外壳底部
的裂纹呈炭黑色，放电通道为贯穿性，且裂纹中心位置形成时间较长，尾段成色
较新。

通过上述两处现象并结合故障发生之前的噪声异常进行初步分析，故障应首
先由A相外壳底部引起。

噪声异常时，外壳浇注环氧树脂已有缺陷，但缺陷未至
于贯通，不影响正常运行；由于外壳损伤，造成绕组线圈在持续运行条件下发生
形变，振动加剧且局部放电现象逐渐恶化；当负荷增加时，该处放电通道贯穿，
形成A相绕组尾段接地，即C相绕组首端单相接地故障，产生单相接地过电压，
致使套管沿面闪络放电，并有过流现象，接头处烧蚀。

图1-2 事故干式配变A相外壳底部裂纹
1.3 试验验证
对该故障变压器进行诊断试验。

直流电阻测试显示其绕组未出现断股或匝间短路现象；断开连接线对本体和套管（已对发生沿面放电的套管表面进行清洁处理）分别进行绝缘电阻测试，数据显示C相绕组绝缘电阻值下降明显，与其余两相数值存在显著性差异；套管检测数值无异常。

绝缘电阻测试数据如表1-1所示。

表1-1 事故干式配变绝缘电阻测试数据
由表1-1所示的试验数据可充分证实，C相绕组绝缘已被充分破坏，其环氧树脂外壳已经产生贯穿性放电击穿。

在击穿瞬间产生强大的过电流，使线圈受电动力作用发生形变，导致外壳表面裂开，形成如图1-2所示的裂纹和放电痕迹。

同时，C相尾段接地导致A相发生单相接地故障，伴随过电压闪络放电。

2 绝缘状态检测方法
从上节分析可见，日常检测是可以发现变压器的一般缺陷并及时处理的。

使用合理的检测手段，能够有效避免缺陷进一步发展，防止扩大停电范围，甚至造成设备损伤。

对干式变压器的状态一般可采取外观巡视检查、红外热像检测、噪声检测、局部放电带电检测、例行试验等手段进行判断。

2.1 外观巡视检查
按照全过程管理理念，应注意干式变压器的选用与验收工作。

投运前，重点检查变压器外壳是否有外力撞击后的结构变形，树脂绝缘越均匀、无可积水或积灰的凹陷、无损伤或裂纹、表面无鼓包等，其制造质量相对较好。

据了解，很多烧毁的干式变压器由于工艺原因，树脂绝缘层易产生绝缘薄弱点，长时间运行后产生放电通道甚至裂纹。

对于运行中的干式变压器，应每季度至少进行1次外观检查，观察时应保证照明条件，使用望远镜对外表面进行全周面的检查，如发现裂纹或炭黑痕迹或表面油漆颜色变化时，应引起足够重视，必要情况下可立即停运，进行状态量诊断分析。

2.2 红外热像检测
正常的干式变压器，散热性能良好，红外热像无明显集中热点。

对于故障变压器，由于过电流作用导致局部温度急剧上升，红外热像检测图谱将呈现明显的电流致热型缺陷特征。

按期开展红外测温工作，能迅速发现干式变压器的过热缺陷。

而处于高温、大负荷情况下还应增加红外热像检测次数，观察接线头、外壳等温度分布是否出现异常变化，特别是局部的温度变化。

2.3 噪声检测
如果在运行中干式变压器噪声变大（正常运行时噪声水平约为60dB），有异常杂音或振动等现象，有可能是变压器的安装或基础出现松动，或是变压器内部发生匝间短路产生的环流受绕组磁场影响而出现的振动现象。

内部匝间短路故障发展速度相对较快，视噪声变化趋势判断是否为内部缺陷，进行停电处理。

2.4 局部放电带电检测
干式变压器内部的电磁件、绝缘件要圆整化，不能有任何尖角或毛刺。

在高电场强度作用下，电荷容量集中到尖角的地方，从而引起放电。

环氧树脂浇注绝缘干式变压器在真空浇注时，如工艺控制不好也会造成内部有气泡而产生局部放电。

局部放电是引起绝缘老化并导致击穿的主要原因。

短时间的放电不会造成整
个通道的介质受损，而放电的电解作用使绝缘加速氧化，并腐蚀绝缘，从而降低
变压器的寿命。

其损坏程度，取决于放电性能和放电作用下绝缘的破坏机理。

使用高频局部放电检测技术或暂态地电压局放检测，能有效发现干式变压器
的局部放电缺陷，及时并有针对性地进行检修处理。

2.5 例行试验
按照状态检修试验规程，定期对干式变压器进行例行试验。

（1）测量直流电阻和电抗值
如果干式变压器绕组内部出线接头焊接不良、脱焊或内部断股及匝间短路，
会导致直流电阻和电抗值变化，若三相测量值不平衡或与历史数据存在显著性差异，应进一步检查诊断。

（2）测量绝缘电阻
绝缘老化过程较为缓慢，但严重时能够明显地体现在绝缘电阻的降低趋势上。

（3）测量接地导通
可靠的接地能避免形成金属闭合环路，也是保护变压器的重要措施。

运行中
应确保接地导通良好。

（4）交流耐压试验
交流耐压试验是一项破坏性试验项目，建议采用出厂试验值的80%以下。

怀
疑变压器常规数据异常时，通过耐压试验，能有效发现一些潜伏性绝缘缺陷，同
时考察变压器的过电压承受能力。

3 结束语
目前已出现的绝大部分干式变压器故障都是因为管理不善、检修维护不足。

尤其是较大的事故，如跳闸、烧损等，很多情况下都有现象预警，却未能受到重视。

避免此类事故的重复发生，首先要完善设备管理制度，规范设备外观巡视检查、红外热像检测、噪声检测、局部放电带电检测、例行试验等维护工作，发现
问题及时分析判断，禁止强行带缺陷运行。

科学的状态检测手段能够保障变压器正常运行，减少大型故障概率，降低经
济损失。

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