变压器绝缘老化诊断技术

变压器绝缘老化诊断技术

作者：佚名文章来源：不详更新时间：2006年05月18日我要评

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变压器绝缘老化诊断技术

杨启平，薛五德

（上海电力学院电力工程系，上海200090）

摘要：详细介绍了变压器绝缘老化在线检测分析模型，叙述并分析了人工神经网络

（TFDANN）在变压器绝缘老化程度诊断和寿命评估方面应用的可行性和有效性．

关键词：变压器；绝缘老化；诊断技术；寿命评估；人工神经网络

引言

电力变压器最佳的经济效益越来越依赖于适当的老化状况监测、寿命评估和寿命延长技术．近年来，国内外专家对变压器绝缘老化、变压器寿命评估这类问题作了大量的调查研究，纷纷开发和推广新技术，采取全面的诊断分析方法，综合考虑这类问题对全局经济的影响，并将其提高到战略高度来加以认识．

1 变压器绝缘老化检测

油浸式电力变压器绝缘采用油纸（板）绝缘结构形式，其中固体绝缘大部分由纤维素构成．促使其最终损坏的主要因素包括维护工作差，运行事故和超负载运行等．由纤维素构成的固体绝缘，其造成变压器老化的原因，通常可归结为热老化和电老化．针对绝缘老化建立的变压器在线分析的模型如图1所示．

图1中：DGA分析主要用于判断油老化；HPLC分析用于判断纸纤维老化；介质损耗因数分析不仅用于判断纸纤维的老化，而且还可以裂解信息．变压器绝缘在热老化过程中，将产生CO和CO2等气体，由于油和纸在热老化过程中都将分解产生CO和CO2，因此，仅靠DGA分析是不够的．近年来，开始采用高性能液相色谱分析（HPLC）及测定聚合度（DP）、介质损耗tgδ等方法，使绝缘老化的诊断精确度有了很大提高．

1．1油中气体分析

变压器通过油中气体分析（DGA）定量测定的主要气体是H2，CH4，C2 H6，C2H4，C2 H2，CO，CO2．由DL／TIEC60599《变压器油中溶解气体的分析和判断导则》（以下简称《导则》）推荐的三比值法是建立在DGA数据基础上的，可用来判断变压器内部故障的性质．当变压器故障涉及固体绝缘材料时，就会产生CO和CO2，CO和CO2作为绝缘老化的特征气体，其含量在一定程度上反映了变压器绝缘的状况．《导则》指出：当怀疑设备固体材料老化时，一般CO2或CO 的比值大于7；当怀疑故障涉及固体绝缘材料时（大于200℃），CO2或CO的比值可能小于3．变压器绝缘老化状况的诊断仅仅依靠CO和CO2含量、产气速率、CO2或CO的比值来判断将带有很大的不确定性，在老化分析中的偏差较大，只能将其作为参考，若作为判据则是不灵敏、不确切和不可靠的．

1．2绝缘纸聚合度的检定

变压器绝缘材料的聚合度（DP）是绝缘老化程度最准确、可靠、有效的判据［1］．

聚合度的测定在取样后，须将纸中的油脂、金属离子及其他充添剂提抽干净，然后粉碎、硝化，使之溶解于乙酸乙酯溶剂中，并利用乌别洛得粘度计测定纸溶液的粘度，求得纸的聚合度

（DP）．

聚合度与绝缘纸机械强度间的关系如图2所示．图2中的聚合度的曲线表明，新纸板聚合度一般为1200～1800．

变压器对绝缘纸老化寿命的判断标准大致定为：当平均聚合度下降到500时，变压器整体绝缘处于寿命中期；当平均聚合度下降到250时，可认为变压器绝缘寿命已终止；当聚合度下降到150时，绝缘纸的机械强度几乎为零．变压器取纸样部位的不同，将会导致聚合度数值的不同，由于聚合度具有一定的分散性，因此，要求在多个部位上取纸样，以求得平均聚合度；或者要求每次在代表性部位取纸样．取样数应该统一，以强调其可比性和同比性．

考虑到运行中的变压器如果取样测定、必须停运吊芯所带来的诸多不便，近年来，推广应用一种高性能液相色谱分析（HPLC）方法，此种方法可测出油中糠醛含量（Furan），根据糠醛含量与聚合度的线性关系，可得到聚合度的值．

这样，可从糠醛含量、聚合度的数值变化来判断绝缘老化的程度．

1．3高性能液相色谱分析

应用高性能液相色谱分析（HPLC）技术确定变压器油中溶解的糠醛（C5H4O2）含量（Furan）是十分迫切和必要的［2］．用糠醛含量来判断变压器老化状态，是目前变压器老化最有效的在线检测手段之一．

由于糠醛作为绝缘纸在热老化过程中分解的特殊产物，成为变压器老化的判据正被越来越广泛地应用，因此，一般认为油中糠醛含量达到0．5mg／L时，变压器整体绝缘水平处于寿命中期；达到1～2mg／L时，绝缘劣化严重；达到4mg／L时，变压器绝缘寿命终止．

糠醛测定法之所以被广泛应用于绝缘老化分析，首先是因为它适合于在线监测，，其次是因为糠醛含量与聚合度之间存在对应关系式

式中：Furan——糠醛含量，mg/L；

D聚合度．

二者间相关系数为0．965 7．因此，借助糠醛分析可近似地估算绝缘纸的平均聚合度．HPLC方法所面临的问题是：当对变压器换油或进行油处理后，由于糠醛含量随油的更换而发生变化，因此，对溶解油中糠醛含量的分析已难以直接得到与聚合度的对应关系．但纸的拉伸强度是不随油的更换而改变的，这就需要对各次测量的数据、换油情况作记录，以便综合分析绝缘实际老化的程度．

1．4介质损耗因数的分析

变压器在线检测介质损耗因素（tgδ是一种使用较多，对判断绝缘较为有效的方法．目前国内采用的是在工作电压下测量绝缘的tgδ值［3］．此方法采用电桥法，以配套的标准电容分压器（工作电压为10kV）加电压互感器（PT）构成取样测量系统．介质损耗tgδ的试验灵敏度很高，通过测量tgδ值，可以反映出绝缘的一系列缺陷，并可以识别绝缘的状况，因此，tgδ值已成为判断变压器绝缘老化的标志之一．但在运用该种方法时，必须注意与该变压器历年的tg δ相比较，还要与处于同样运行条件下的同类型设备相比较．

在离线状态下检测tgδ与电压的关系，可以反映变压器的绝缘情况，如图3所示．当绝缘老化时，tgδ＝f（U）曲线呈明显的转折，这样，从tgδ增加的陡度可显示出其老化的程度．