[摘 要]变压器是电力系统的枢纽设备，容性设备在变电站设备中占有很大的比重，因此变压器和容性设备是否正常运行直接影响变电站供电的安全性和可靠性。根据多年运行经验和诸多事故数据表明，导致电气设备故障的主要原因是其绝缘性能的劣化，因此研究变压器和容性设备相关绝缘检测方法，对整个电网的安全运行具有重要意义。
　　[关键词]变压器 容性设备 绝缘缺陷检测
　　中图分类号：TM725 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0014-02
　　1 变压器检测技术发展
　　变压器绝缘缺陷诊断技术经历了停电试验、带电测量及在线监测三个阶段。停电试验阶段：这一阶段开始于上世纪五十年代，主要是检测手段是运用常规的预防性试验方法进行检测，其主要方法有：绝缘电阻的检测，泄漏电流的检测和交直流耐压试验检测。通过此类传统的电气试验方法，可以定性的了解变压器绝缘缺陷状况，对保证变压器的安全稳定运行起到了一定的积极作用。
　　带电测量阶段：这一阶段开始于上世纪七十年代，主要是为了在不停电的情况下对电气设备的一些绝缘特性参数进行测量（如：变压器直流泄露电流、介质损耗因数）。虽然此类检测测量项目较少，应用范围较小，但其相关的诊断技术仍一直延续至今。
　　在线监测阶段：这一阶段幵始于上世纪九十年代，随着计算机技术的迅速发展，电气设备在线监测诊断技术也得到了极大的进步。在以往诊断技术研究的基础上，国内外学者对变压器局部放电、变压器油中溶解气体分析等在线监测诊断技术进行了广泛研究，相比较来看变压器油中溶解气体检测最为有效。
　　研究变压器故障检测技术对电力系统的安全可靠运行具有十分重要的意义。对变压器故障进行及时、有效地诊断，可以很好的减少事故发生，但是由于电力变压器故障是由直接原因、间接原因和扩展性原因综合起来而引起的，其成因非常复杂，涉及到多方面的因素，而故障现象往往具有一定的模糊性，对于同一故障其故障现象并不一定通过同一方式表现，不同类型的故障起故障现象在某种程度上也有相似的地方，这就需要根据各种参数以及特征量进行综合性的判断，同时也必须要有坚实的理论基础和丰富的运行维护经验。
　　2 容性设备检测技术发展
　　容型设备绝缘缺陷检测技术主要经历了带电检测试验阶段、数字化阶段以及从90年代末开始兴起的综合方法检测，所谓综合方法是指融合了计算机技术、传感技术以及数字波形采集处理技术，通过综合方法检测可以实现多种绝缘参数的在线测量和获取。现有的主要容性设备绝缘监测实验方法有：介质损耗因数在线监测法，泄漏电流在线监测法，电容量在线监测法，局部放电在线监测法等，以下將对这几种检测方法做简牟介绍：
　　（1）介质损耗因数在线监测法，常见的测量介损方法主要通过硬件和软件两种途径实现。硬件方法：既直接测量法，主要有：过零比较法、基于电桥（西林电桥）平衡的介损测量法等。这两种方法是最早应用在介损测量中的，在前端信号滤波效果较好，信号稳定的情况下，可以达到较高的精度，具有较好的分辨率。软件方法：既信号重建法，其具体的检测方法有：高阶正弦拟合法、相关系数法、正弦波参数法、谐波加窗法等。目前可行的方法多为软件方法。采用此类方法既可以对硬件电路的设计进行简化，又能通过软件算法对硬件回路中的固有干扰误差进行弥补，提高计算结果的准确性。
　　（2）泄漏电流在线监测法，泄露电流作为检测设备绝缘特性的重要参数也常常用于容性设备的绝缘检测中，它可以发现某些尚未完全贯通的集中性缺陷。但是在测试现场，由于环境复杂，检测过程中强电磁场交互作用，从而使得测试信号极易受到强电场的干扰，导致测试结果不准确。因此该检测方法对于信号采集和传输设备也有较高的稳定性和抗千扰性要求。
　　（3）电容量在线监测法，容性设备的电容量是由所测得的泄漏电流和采集的母线电压换算而得的。对于容性设备而言其电容的变化会导致泄漏电流等一些相关参数的变化，因此电容量检测也可作为一种在线监测的方法。但是该方法也容易受到一些因素的千扰，例如：三相电压不平衡、采样信号中的谐波干扰等。
　　（4）局部放电在线监测法，目前对局放的检测大多是采用电气法和超声法相结合，即采用多个测量元件对电气信号和声波信号同时进行检测，通过这种手段可以有限测提高在线监测的准确性，还可以实现大致的设备内部局放定位。但是由于局放检测的干扰问题比较严重，所以仍然会有较大的误差。
　　3 变压器的绝缘分类
　　变压器是电力系统的重要设备，电力变压器绝缘系统对于电力变压器的正常运行具有重要的意义。电力变压器的绝缘可以大致分为外绝缘和内绝缘两类。由变压器外绝缘主要是指变压器油箱外部的绝缘，由于外绝缘暴露在外部环境中，所以一定会受到外界因素的影响，如；环境温度、湿度、污移。大气条件等；内绝缘是变压器油箱内部的绝缘，变压器绕组绝缘就属于内绝缘。根据充油电力变压器的容量及电压等级，变压器绕组常釆用的形式有：层数绕组和饼式绕组两大类，层式绕组主要形式有圆筒式和箱式，饼式绕组主要形式有连续式、纠结式、内屏蔽式和螺旋式。
　　4 变压器故障分析
　　按照故障发生位置的不同变压器故障可以分为：内部故障和外部故障两种。内部故障主要是指变压器油箱内部发生的故障，其主要类型有：各相绕组间发生的相间短路故障、单相绕组线距间发生的距间短路故障等。外部故障主要是指变压器油箱外部发生的故障，主要发生于变压器绝缘套管及变压器引出线上，外部故障的主要类型有：由于变压器外壳接地所引发的接地短路故障，变压器外壳引出线间发生相间故障（包括由此类故障而引起的变压器内部故障）
　　变压器绕组故障属于内部故障的一种。绕组故障的表现形式很多，主要有：绕组受潮、绝缘老化、绕组姐间、层间、相间以及高低压绕组间发生的接地、断路、短路、击穿或者烧毁等故障等。按故障原因分类，变压器绕组故障可分为电气故障和机械故障两大类。 　　电气故障类别主要包括：绕组短路、断路、接地故障，绕组局部放电或闪络，绕组击穿、烧毁故障，绕组绕错、接反和连接错误等。此类故障五相联系互相影响，从而导致绕组故障复杂多变，因此在研究绕组故障时要进行严格的分析，认清主耍故障以及由此引发的其他故障，这都对变压器绕组故障的检测提出了更高的要求。
　　机械损伤故障总结起来主要包括以下故障：密封装置的老化、损坏导致的密封不严绕组的損伤、变形；分接开关的错位或变形；绝缘瓷管破裂；穿杆螺栓松动、铁夹件的松动变形，油箱的变形及渗漏等。这些机械损伤对变压器的正常运行都会产生一定的影响，并最终通过电气故障表现出来。
　　5 变压器绕组绝缘缺陷检测方法
　　5.1 变压器绕组绝缘特性检测
　　这类检测主要是针对绝缘电阻，及电流的变化，通常有两个测试量：吸收比、极化指数。吸收比是指加压60秒和15秒的绝缘电阻值之比，极化指数是指加压10分钟和1分钟的绝缘电阻值之比。对于绝缘性能良好的变压器，吸收比大，绝缘电阻阻值较高。
　　变压器的绝缘电阻、吸收比、极化指数等直流检测类特征量，对变压器绝缘的整体受潮、表面受潮以及贯穿性的绝缘缺陷具有良好的识别能力，但是对于绝缘局部缺陷及老化缺陷无法有效的进行检测
　　5.2 绕组直流电阻检测
　　变压器直流电阻检测是变压器发生事故后的必要检测项目。直流电阻的测量方法主要有：电桥法和电压电流法。针对直流电阻测量结果，目前常用的判别方法为：按照检测时期的不同对同一时期的测量结果进行比较或者对非同一时期的测量结果进行比较，从而得到一定的判断依据。
　　5.3 泄漏电流检测
　　所谓的泄漏电流是指设备在直流电压的作用下，加压一分钟后所测得的稳定的电导电流。若变压器存在绝缘老化、机械损伤或局部受潮等类型的绝缘缺陷故障，其对应的电导电流就会明显增大。但是对于大容量的变压器，泄漏电流检测并不十分有效
　　5.4 局部放电测量
　　变压器内局部放电的主要原因是绕组或变压器油受潮，绕组间、绕组同铁心或箱壁间的绝缘距离减小，绕组内部接触不良。变压器如长时间存在局部放电现象，其绝缘系统就会逐渐产生劣化，当累积到一定程度时，将导致变压器绕组整体绝缘的击穿。局放测量对变压器内部故障有很好的检测效果，但是局放测量受现场电磁环境的干扰严重，且局放测量目前还无法达到对故障的位置和严重程度的进行准确描述。
　　5.5 绕组变形检测
　　变压器绕组变形试验是电力系统运行规程中规定的必做试验。传统的变压器绕组变形检测方法主要有：短路阻抗法、频率响应法和低压脉冲法。
　　短路阻抗法主要的检测方法是通过检测工频电HI下绕组的短路阻抗和漏抗，来说明绕组变形，位移，阻间故障的缺陷。通过检测变压器阻抗的相对变化即可分析出绕组的状况。SCR法使用简便，且对故障的识别效果较好，所以在IEC和国标中均有相应的明确规定。
　　低压脉冲法其具体检测方法是在被试变压器的一端施加一个稳定的低压脉冲电压信号，记录该端的输入电压信号和另一端的输出电压信号，通过响应信号在变压器绕组变形前后的变化来分析该变压器绕组变形的信息。LVI法在现场实际使用时，抗干扰能力较差，其测量结果需要一定的修正，并且测量设备要首先进行校正性的检测。
　　频率响应分析法其具体检测方法对被试设备施加稳定的正弦电压信号，对需测量端的输出电压进行测量，记录其幅值和相位信息，通过对采样数据的进一步处理得到该变压器的频域特性，在与变压器绕组形变前的数据进行对比从未反映出相关信息。
　　5.6 交流耐压试验
　　交流耐压实验为破坏性实验，针对试品绝缘结构的不同可以分为外施工频耐压试验和倍频感应耐压试验。工频耐压实验主要是检测工频电压下变压器主绝缘的耐压强度其主要优点是该试验最接近变压器的实际工况，对于变压器的检测其结果更加具有可靠性。目前在工频耐压试验中主要检测判断方法是通过观察仪表变化和被试品在试验中是否有明显异常（声热现象）。该方法对于变压器内部故障识别效果较差。对全绝缘的变压器而言工频耐压试验可以实现绝缘状况的检测，但对于分级绝缘变压器中绕组对地和绕组间绝缘强度的检测则无法实现，通常只能使用感应耐压的试验方法。感应耐压试验主要是指将变压器本身的感应电压作为考核变压器绕组纵、横绝缘的标准，模拟出变压器运行和异常工况。其检测手段也是观察仪表变化和被试品在试验中是否有明显异常（声热现象）。
　　5.7 冲击电压试验
　　变压器的冲击电压试验主要是指雷电冲击电压试。由于电力变压器在投入使用后其运行环境复杂，为保证其安全运行，变压器应具有一定的冲击绝缘强度，因此在变压器装配完成后，都要进行雷电冲击电压实验，以确保其绝缘系统正常。在雷电冲击试验中，冲击电的波前时间主要影响的是绕组的纵绝缘，而波长主要影响的是绕组的主绝缘。在雷电冲击电压试验的基础上对变压器故障的检测有多种检测方法。雷电冲击试验的检测方法都是比较不同试验电压（一般为50%与100%电压等级）下所测的电压电流波形，如果波形发生畸变则说明该变压器有故障，但是如果变压器只有微弱的故障则不同试验电压下的电压电流波形没有明显的畸变，还需借助其他方法才能进行进一步的识别判断。
　　5.8 空载和短路试验
　　空载试验是通过测量变压器的空载电流和空载损耗，检测铁芯片间短路故障、多点接地等磁路故障、绕组阻间短路故障等电气类故障。一般来说，电力变压器在进行空载试验时，应在低压侧绕组施加额定频率的正弦电压，其他绕组侧开路。空载试验是变压器出厂及大修后检查的重要手段，但是，空载试验会受到一些条件的限制，如：试验电压应为额定频率的_正弦波电压，并且对测量仪器和传感设备有较高的准确度要求。
　　短路试验是通过分析短路阻抗和负荷损耗，检查其是否满足变压器设计的标准和要求，以此來判断变压器绕组是否存在故障。变压器短路试验的具体方法是：在高压绕组的端子侧施加额定频率的正弦波电压，低压绕组侧短路，其他绕组开路，对测量结果进行合理的换算就可以得到短路阻抗和负荷损耗。短路试验在实施时存在较大的难度，受现场条件的限制，所以很少在变压器的维护中使用。
　　本文介绍了电力变压器绝缘故障的相关情况和分类，并对变压器主绝缘、纵绝缘等相关概念进行了简要说明，着重介绍了目前常用的几种变压器绝缘故障检测方法，并对这些方法进行了比较和分析。目前常用的各类变压器故障检测方法还存在一定的局限性，变压器的绝缘检测技术还需进一步的研究，研发经济、有效、可靠的检测方法对于变压器的绝缘缺陷诊断具有重要的工程实际意义。
　　参考文献
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　　作者简介
　　朱建伟（1993.6—），湖北襄阳人，男，汉族，武昌工学院，邮编：430065。