变压器绝缘老化的诊断与寿命评估
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变压器绝缘老化的检测
油浸式电力变压器绝缘老化涉及到油老化和
固体绝缘老化。由于变压器油的老化通过油过滤再 生或更换即可加以解决， 因此， 固体绝缘的老化程 度是影响变压器寿命的主要因素。变压器固体绝缘 大部分由 纤 维 素 材 料 （包 括 纸 、 板） 构成， 而纤维素 绝缘具有不可逆的老化特征。在监测纤维素绝缘老 化 时 ， 可 根 据 变 压 器 在 线 分 析 的 模 型 （如 图 ! 所 示） ， 对其老化程度进行分析判断。图 ! 中故障气体 分析 （"#$ ） 主要用于判断变压器油老化程度。高性 用于分析纸纤维的老化。 对 能液相色谱分析 （%&’( ） 介质损耗因数 )*+! 的分析， 可提供纸纤维的老化程 度和是否有裂解的信息。变压器绝缘在热老化过程 中， 将产生 (, 和 (,- 等气体。 由于油和纸在老化过 程中都会分解产生 (, 、 (,.，因此在绝缘老化分析 采用高性能液相色 中仅靠 "#/ 是不够的。近年来， 谱分析 （%&’(） 及测定聚合度 （!" ） 、 介质损耗因数
及电压互感器， 构成取样测量系统。 介质损耗因数的试验灵敏度很高，通过测量介 质损耗因数值， 可以反映出绝缘的一系列缺陷， 并可 以识别绝缘的状况。介质损耗因数值已成为判断变 压器绝缘老化的标志之一。但须强调判断时应与变 压器历年的介质损耗因数值相比较，并与处于相同 运行条件下同类型变压器相比较。 在离线状态下检测介质损耗因数与电压关系， 可以反映绝缘情况，如图 7 所示。当绝缘老化时， 从 @23! 增加的陡度可 @23! 5#.$4 曲线呈明显的转折， 看出其老化的程度。
第 !" 卷
第#期 $%%! 年 $ 月
变压器
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变压器绝缘老化的诊断与寿命评估
杨启平 !， 薛五德 !， 蓝之达 "
（!#上海电力学院，上海 !"""#"； !$华东电力试验研究院，上海 !""%&’）
详细介绍了变压器绝缘老化在线检测分析的模型， 提出了对变压器寿命评估的新方法， 叙述了人工神 摘要： 经网络 （()*+,, ） 在变压器绝缘老化程度诊断和寿命评估方面应用的可行性和有效性。
)*+! 等进行综合分析判断的方法，大大提高了绝缘
老化诊断的精确度， 进而可对变压器寿命作出正确 的评估。
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油中气体分析法 （$%& ） 对 变 压 器 作 "#/ 定 量 测 定 的 主 要 气 体 是 %.、
(%0、 (.%1、 (.%0、 (.%.、 (, 和 (,.。 由 国 家 标 准 #2 3
OHP OJP O4P OGP
参考文献：
O2P
刘玉仙 @ 变压器油纸绝缘的含湿分析及其对运行安全的 影响 OQP@ 变压器 R G33GS HIT4UV2E5@ 莫瑟 W@XS 达 欣 登 Y@ 变 压 器 绝 缘 纸 板 OZP@ 朱 英 浩 S 赵 育文译 @ 沈阳 V 辽宁科学技术出版社 S 2II1@ 刘 其 昶S 谢 恒 坤@ 电 气 绝 缘 结 构 设 计 原 理T中 、 下 册 # OZP@ 北京 V 机械工业出版社 S 2IIH@
45.6- —-778 《变压器油中溶解气体分析和判断导
则》 （以 下 简 称 《导 则 》 ） 推荐的三比值法， 是建立在 可用来判断变压器内部故障的 "#/ 数据基础上的， 性质。 当变压器故障涉及固体绝缘材料时， 有 (, 和 将 (, 、 (,. 产生。在绝缘老化诊断中， (,. 作为特征 气体， 其含量在一定程度上反映了变压器绝缘老化 的状况。 《导则》 指出： 当怀疑变压器固体材料老化 时， 一般 (,. 3 (, 的比值 95； 当怀疑故障涉及固体绝 缘材料时 （9.77: ） ， (,. 3 (, 比值;<。 产气速率和 (,. 3 (, 仅仅依靠 (, 和 (,. 含量、 的比值来判断变压器绝缘老化状况， 将带来很大的 不确定性， 在老化分析中偏差较大。若将它们作为 判据则存在不灵敏、 不确切和不可靠等问题， 因此 只能作为参考。
关键词： 变压器；绝缘；老化；寿命；评估 中图分类号： $%&’( 文献标识码： ) 文章编号： （"**&） !**!+,&"*"+**!.+*-
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引言
提高电力变压器的经济效益越来越依赖于有效
的老化状况监测、 寿命评估和寿命延长技术。 从国内 变压器运行历史来看，各个阶段均有不少变压器由 于各种原因提前淘汰， 而因寿命终止、 正常退役的变
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3@2KL3@24M 的水分。一台运行 G3 年左右的变压器，
即使排除吸潮或外部进水的因素，仍然会有绝缘纸 质量的 GKLG@4K含水量的积累。 （H ） 变压器中， INM 以上的总水量被绝缘纸吸收 并且是纤维素降解老化过程的主要参与者。含水量 越大， 纤维素的裂解反应越强烈， 其聚合度下降也就 越快。 从导出的式 （N） 可见， 在某一温度时， 寿命与含 水量的对数， 即 =&!? 与 =&" 成线性关系。含水量增加 一倍则变压器寿命减半。因此在考虑或计算变压器 寿命 （或寿命损失） 时， 不能忽略含水因素的影响。
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糠醛作为绝缘纸在热老化过程中分解的特殊产 物而成为判断变压器是否老化的有力判据，正被越 来越广泛地使用。 一般来讲， 如果油中糠醛含量达到 变压器整体绝缘程度处于寿命中期； 糠 !"#$% & ’ 时， 醛达到 ($% & ’)*$% & ’ 时， 绝缘劣化严重； 糠醛达到 变压器寿命终止。 +$% & ’ 时， 糠醛测定之所以能被广泛应用于现场的变压器 绝缘老化分析， 首先是因为它适合于在线监测。 其次 是糠醛含量与聚合度之间存在对应关系，如图 * 所 示， 其对应关系式： 式中
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绝缘纸聚合度 （!"） 的检定 ’() 变压器绝缘纸 （板 ） 的聚合度是绝缘老化程度
最准确、 可靠、 有效的判据之一。 聚合度的测定过程如下： 取样后， 首先将纸中 的油脂、 金属离子及其它充添剂提抽干净， 然后粉 碎、 消化， 使之溶解于乙酸乙脂溶剂中， 利用乌别洛 得粘度计测定纸溶液的粘度， 求得纸的聚合度。 由于变压器绝缘纸聚合度随老化时间的延长 而降低， 纤维素材料的韧性和强度也随之下降。为 此， 绝缘纸老化寿命的判别标准大致定为： 当平均 聚合度下降到 677 时， 变压器整体绝缘处于寿命中 期； 当 平 均 聚 合 度 下 降 到 .67 时 ， 认为变压器寿命 绝缘纸的机械强度 已终止； 聚 合 度 下 降 到 !67 时 ， 几乎为零。对一台变压器而言， 取纸样部位不同， 其 聚合度的数值也不同。正因为聚合度具有一定的分 散性， 所以要求在变压器上、 下部多个点分别取样， 以获得平均聚合度，或者每次在代表性部位取样， 取样数要统一， 以具有可比性、 同比性。考虑到对于 运行中的变压器， 如果要测定纸样就必须对变压器 进行停运吊芯， 存在诸多不便， 近年来， 推广应用了 高性能液相色谱分析。该方法可以在变压器不停运 情况下， 取油样， 然后测出油中糠醛含量， 再依据糠 醛含量与聚合度的线性关系， 得到聚合度的值。这 样可从糠醛含量、 聚合度两个角度来分析、 判断绝 缘老化问题。
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’/) 高性能液相色谱分析 （+,-. ）
应用高性能液相色谱分析技术确定变压器油 中溶解的糠醛 （(6%0,.） 含量 （=>?*+） 是十分迫切需 要推广的方法。根据糠醛含量来判断变压器老化状 态，是目前最有效的变压器老化在线检测手段之 一。
第!期
杨启平、 薛五德、 蓝之达： 变压器绝缘老化的诊断与寿命评估
,-%./012345("#(6!"!!7#!" —— /0123—糠醛含量， $% & ’
—— !"—聚合度 糠醛含量与聚合度两者间相关系数为 !"89#: ，
所以借助于糠醛分析可近似地估算绝缘纸的平均聚 合度。
;<’= 方法面临的问题是当变压器换油或进行
油处理后，难以直接得到溶解于油中的糠醛含量与 聚合度的对应关系。由于绝缘纸的机械强度是不随 油的更换而改变的，而油处理后糠醛含量将全部消 失，这就需要在换油或油处理之前以及之后数周多 次测量油中糠醛的含量，以便在综合分析绝缘实际 老化状况时，把换油或油处理前后糠醛含量变化的 差值考虑进去。由于它糠醛测量数据本身是一个模 糊数据，因此它更适用于专家系统或人工神经网络 来处理， 以提高测量糠醛含量的可靠性。 油中糠醛含量可直接反映绝缘老化状态，但它 受诸多因素的影响， 含量相对不稳定。 为此国外有人 提出应用油中丙酮含量来诊断绝缘老化问题，其目 的在于提高判断的精确度。 进行变压器绝缘老化分析、寿命评估的研究是 为了变压器的安全运行和提高其经济效益。国外有 人对运行 +! 年以上的油纸绝缘变压器进行可靠性 寿命的预测， 提出 “绝缘年龄” 的理念。 “绝缘年龄” 的 评估依靠的是对绝缘状态参量数据分析处理的结 果。 “绝缘年龄” 增加时， 变压器运行的可靠性降低。 当可靠性低于某预定值时 （一般为 #!E ） ， 即认为绝 缘寿命已终止，变压器应退役或进行相应的处理或 改造。 目前， 由于缺乏一套正规的评估运行时间为 *# 年以上的大型变压器剩余寿命的方法， 多年来， 基本 上沿用在变压器检测时， 根据它的 “绝缘年龄” 来评 估寿命。实际上， “绝缘寿命”显然不同于变压器的 “铭牌寿命” 。 变压器寿命的评估， 通常运用多种测试 手段， 获取大量数据和相关信息， 再由相关专家进行 采用电流互感器 （=A ） 。 =A 具有 在线检测 @23! ， 高精度、 高稳定性的特征。 目前， =A 技术正处于推广 使用阶段。 另外， BCD 数值和糠醛含量与 @23! 值有一定的 相关性，因此以上介绍的几种判断变压器绝缘老化 的方法， 可以相互认证、 综合分析， 以进一步提高诊 断的正确率。
+[ \ A2425源自文库E2IIJS 油浸式电力变压器负载导则 O]P@
郭永基 @ 一种基于绝缘纸粘度测定的变压器寿命评估方 法 O6P@ 北京： 电工产品可靠性学术年会论文集 S 2II1@
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收稿日期： G33HE35E25 作者简介： 刘玉仙 （2IJ3E ） ， 男， 河北省保定市人， 保定天威集团保变电气股份有限公司教授级高工， 主要从事变压器 设计制造工作。
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变压器
第 !" 卷
压器数量并不多。运行人员通常从安全性和经济性 方面考虑： 一方面不应仅从变压器的投运年限来确 定是否退役， 以免将尚可运行的变压器判 “极 刑 ” ； 另一方面不能因对其老化程度不明而盲目使用， 导 致将已严重老化的变压器以事故方式 “谢世” 。 近年来， 国内外专家对变压器绝缘老化、 寿命 评估这类问题作了大量的调查和研究， 纷纷开发和 推广新技术， 通过全面的诊断分析， 综合考虑这类 问题对整体经济效益的影响， 并提高到战略高度来 定位。
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变压器绝缘老化的检测
油浸式电力变压器绝缘老化涉及到油老化和
固体绝缘老化。由于变压器油的老化通过油过滤再 生或更换即可加以解决， 因此， 固体绝缘的老化程 度是影响变压器寿命的主要因素。变压器固体绝缘 大部分由 纤 维 素 材 料 （包 括 纸 、 板） 构成， 而纤维素 绝缘具有不可逆的老化特征。在监测纤维素绝缘老 化 时 ， 可 根 据 变 压 器 在 线 分 析 的 模 型 （如 图 ! 所 示） ， 对其老化程度进行分析判断。图 ! 中故障气体 分析 （"#$ ） 主要用于判断变压器油老化程度。高性 用于分析纸纤维的老化。 对 能液相色谱分析 （%&’( ） 介质损耗因数 )*+! 的分析， 可提供纸纤维的老化程 度和是否有裂解的信息。变压器绝缘在热老化过程 中， 将产生 (, 和 (,- 等气体。 由于油和纸在老化过 程中都会分解产生 (, 、 (,.，因此在绝缘老化分析 采用高性能液相色 中仅靠 "#/ 是不够的。近年来， 谱分析 （%&’(） 及测定聚合度 （!" ） 、 介质损耗因数
及电压互感器， 构成取样测量系统。 介质损耗因数的试验灵敏度很高，通过测量介 质损耗因数值， 可以反映出绝缘的一系列缺陷， 并可 以识别绝缘的状况。介质损耗因数值已成为判断变 压器绝缘老化的标志之一。但须强调判断时应与变 压器历年的介质损耗因数值相比较，并与处于相同 运行条件下同类型变压器相比较。 在离线状态下检测介质损耗因数与电压关系， 可以反映绝缘情况，如图 7 所示。当绝缘老化时， 从 @23! 增加的陡度可 @23! 5#.$4 曲线呈明显的转折， 看出其老化的程度。
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变压器
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变压器绝缘老化的诊断与寿命评估
杨启平 !， 薛五德 !， 蓝之达 "
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刘玉仙 @ 变压器油纸绝缘的含湿分析及其对运行安全的 影响 OQP@ 变压器 R G33GS HIT4UV2E5@ 莫瑟 W@XS 达 欣 登 Y@ 变 压 器 绝 缘 纸 板 OZP@ 朱 英 浩 S 赵 育文译 @ 沈阳 V 辽宁科学技术出版社 S 2II1@ 刘 其 昶S 谢 恒 坤@ 电 气 绝 缘 结 构 设 计 原 理T中 、 下 册 # OZP@ 北京 V 机械工业出版社 S 2IIH@
45.6- —-778 《变压器油中溶解气体分析和判断导
则》 （以 下 简 称 《导 则 》 ） 推荐的三比值法， 是建立在 可用来判断变压器内部故障的 "#/ 数据基础上的， 性质。 当变压器故障涉及固体绝缘材料时， 有 (, 和 将 (, 、 (,. 产生。在绝缘老化诊断中， (,. 作为特征 气体， 其含量在一定程度上反映了变压器绝缘老化 的状况。 《导则》 指出： 当怀疑变压器固体材料老化 时， 一般 (,. 3 (, 的比值 95； 当怀疑故障涉及固体绝 缘材料时 （9.77: ） ， (,. 3 (, 比值;<。 产气速率和 (,. 3 (, 仅仅依靠 (, 和 (,. 含量、 的比值来判断变压器绝缘老化状况， 将带来很大的 不确定性， 在老化分析中偏差较大。若将它们作为 判据则存在不灵敏、 不确切和不可靠等问题， 因此 只能作为参考。
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提高电力变压器的经济效益越来越依赖于有效
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即使排除吸潮或外部进水的因素，仍然会有绝缘纸 质量的 GKLG@4K含水量的积累。 （H ） 变压器中， INM 以上的总水量被绝缘纸吸收 并且是纤维素降解老化过程的主要参与者。含水量 越大， 纤维素的裂解反应越强烈， 其聚合度下降也就 越快。 从导出的式 （N） 可见， 在某一温度时， 寿命与含 水量的对数， 即 =&!? 与 =&" 成线性关系。含水量增加 一倍则变压器寿命减半。因此在考虑或计算变压器 寿命 （或寿命损失） 时， 不能忽略含水因素的影响。
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糠醛作为绝缘纸在热老化过程中分解的特殊产 物而成为判断变压器是否老化的有力判据，正被越 来越广泛地使用。 一般来讲， 如果油中糠醛含量达到 变压器整体绝缘程度处于寿命中期； 糠 !"#$% & ’ 时， 醛达到 ($% & ’)*$% & ’ 时， 绝缘劣化严重； 糠醛达到 变压器寿命终止。 +$% & ’ 时， 糠醛测定之所以能被广泛应用于现场的变压器 绝缘老化分析， 首先是因为它适合于在线监测。 其次 是糠醛含量与聚合度之间存在对应关系，如图 * 所 示， 其对应关系式： 式中
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最准确、 可靠、 有效的判据之一。 聚合度的测定过程如下： 取样后， 首先将纸中 的油脂、 金属离子及其它充添剂提抽干净， 然后粉 碎、 消化， 使之溶解于乙酸乙脂溶剂中， 利用乌别洛 得粘度计测定纸溶液的粘度， 求得纸的聚合度。 由于变压器绝缘纸聚合度随老化时间的延长 而降低， 纤维素材料的韧性和强度也随之下降。为 此， 绝缘纸老化寿命的判别标准大致定为： 当平均 聚合度下降到 677 时， 变压器整体绝缘处于寿命中 期； 当 平 均 聚 合 度 下 降 到 .67 时 ， 认为变压器寿命 绝缘纸的机械强度 已终止； 聚 合 度 下 降 到 !67 时 ， 几乎为零。对一台变压器而言， 取纸样部位不同， 其 聚合度的数值也不同。正因为聚合度具有一定的分 散性， 所以要求在变压器上、 下部多个点分别取样， 以获得平均聚合度，或者每次在代表性部位取样， 取样数要统一， 以具有可比性、 同比性。考虑到对于 运行中的变压器， 如果要测定纸样就必须对变压器 进行停运吊芯， 存在诸多不便， 近年来， 推广应用了 高性能液相色谱分析。该方法可以在变压器不停运 情况下， 取油样， 然后测出油中糠醛含量， 再依据糠 醛含量与聚合度的线性关系， 得到聚合度的值。这 样可从糠醛含量、 聚合度两个角度来分析、 判断绝 缘老化问题。
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变压器
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