广东电网有限责任公司广州供电局 李虎声

电力系统由发电、输电、变电、配电、用电等几个部分组合而成，其中配电与用电之间的关联最为密切，如果配电网出现问题，则会对用电设备造成影响。所以，保证配电的运行可靠性尤为重要。变压器是整个配电网的核心设备，一旦变压器发生故障，轻则会影响配电网的正常运行，严重时会造成大范围停电。当变压器的绝缘状态下降时，故障的发生几率会随之增大。

1 配电变压器绝缘老化的机理分析

配电是整个电力系统中较为重要的一个环节，直接关系到用户的供电可靠性。配电变压器作为配电系统的核心部件，它的运行稳定与否对配电系统的影响非常大，一旦配电变压器绝缘出现老化会导致变压器的整体性能下降。相关研究结果表明，绝缘系统是影响变压器使用寿命的关键性因素之一，由于受到外部环境的影响使变压器绝缘很容易出现老化情况，下面从热老化、电老化和机械老化三个方面对配电变压器绝缘的老化机理进行分析。

配电变压器热老化机理。热老化是配电变压器油纸绝缘性能下降的主要表现形式之一，随着纤维纸的逐步热解各种化学反应会随之出现，在此过程中会生成各种挥发物。化学反应的速率取决于温度的高低，如果温度持续上升则反应速率会进一步加快，绝缘纸的老化也会随之加剧[1]。当绝缘纸老化之后，其本身的机械性能会受到严重的影响，若是机械性能完全丧失，绝缘纸会因为脆化而与绕组相脱离，极有可能引起油路堵塞，从而使配电变压器的散热功能受到影响。当变压器无法正常散热之后，其温度会快速上升，在高温的作用下，使绝缘的热老化速度加快，由此会进入一个恶性循环状态。

配电变压器电老化机理。配电变压器所处的运行环境比较特殊，不可避免地会受到电场的影响，油纸绝缘在电场的长期作用下，老化速度会不断加快，这是因为油纸在电场中会出现理化反应从而导致油纸快速分解，绝缘性能大幅度下降。通过对严重老化的油纸绝缘进行击穿试验后发现，在击穿过程中电压值为恒定，由此说明变压器未超出使用寿命，其电气性能只会在限定的范围以内持续下降。由于绝缘纸本身能够承受一定的电场强度，故此配电油纸绝缘出现电老化后，在短时间内并不会对变压器的正常运行造成影响。油纸绝缘从厂家运至施工现场时途中会受到振动，从而会导致内部产生气泡，这样会引起局部放电，进而造成绝缘表面温度升高，加快绝缘的老化速度[2]。不仅如此，放电会使绝缘油被分解产生烃类气体，受到该气体的影响放电程度会有所加剧，各种故障问题也会随之出现。

配电变压器机械老化机理。配电变压器油纸绝缘的方式主要有两种：一种是相间绝缘，另一种是组间绝缘。绝缘纸除了需要承受线圈的重力之外，还要承载一定的电磁力，加之绕组运行时产生的振动力，会导致绝缘纸的变形进一步加剧。配电变压器只要处于运行状态，绝缘纸就会承受机械变形，当抗压能力达到极限时，绝缘纸便无法继续承受机械应力，从而出现断裂的现象，此时绝缘性能将会完全丧失。

2 配电变压器绝缘状态检测技术

当绝缘老化后变压器性能会大幅度下降，各种故障问题也会随之出现。因此，对配电变压器的绝缘状态进行检测显得尤为必要。目前可用于绝缘状态检测的方法较多，其中较具典型性和代表性的有油色谱分析法、绝缘电阻检测法、油中糠醛含量测定法等。

2.1 油色谱分析法

当绝缘油受到电场、温度、水分等外界因素影响时会出现氧化反应、碳化反应及裂解等情况，由此会产生各种气体如氢气、烃类气体等。变压器的绝缘纸或板均为多孔结构，这种结构具有一定的吸水性，并且绝缘纸的亲水性要明显高于绝缘油，能够从油中吸收水分。绝缘纸或板热老化后会发生裂解，从而生成水、一氧化碳和二氧化碳气体，并有少量的烃类气体产生，基于此可运用色谱分析法对绝缘状态进行检测。当配电变压器出现油过热故障时会产生甲烷和乙炔等气体；油纸绝缘出现局部放电时会产生氢气、甲烷及一氧化碳等气体；油中火花放电时会产生氢气和乙炔气体。

目前在变压器的故障检测中油色谱分析的应用已非常广泛，绝缘纸纤维素老化后会同时产生一氧化碳和二氧化碳气体，可将之作为配电变压器绝缘老化评价时的主要参考依据。若变压器固体绝缘发生故障，一氧化碳和二氧化碳会显著增长，当二氧化碳与一氧化碳的比值超过7时表明绝缘材料老化，二者的比值小于3、且温度在200℃以上时说明固体绝缘发生故障。而一氧化碳与二氧化碳的比值超过0.33或是低于0.09时，表明绝缘纸发生分解[3]。

2.2 绝缘电阻检测法

在对配变主绝缘性能进行考核时，绕组绝缘电阻不仅是重要的试验项目，也是最为简便的绝缘状态检测方法。通过绕组绝缘电阻检测能发现绝缘存在的缺陷问题，如绝缘油性质不良、油纸受潮等。绝缘性能与电阻值的大小密切相关，电阻值越大绝缘性能越好。鉴于此，通过对绝缘电阻值大小的检测可判断绕组是否存在异常，如受潮、表面脏污等。

绝缘电阻会受到温度的影响，为确保检测结果准确性，应当转换到标准温度下进行计算，这里的标准温度为25℃[4]。除温度外测试时间也会对绝缘电阻值产生一定影响。为准确表征变压器绝缘状态，可在分析时引入吸收比，其计算公式为：K=，式中60代表测试时间为60s时的绝缘电阻值；15代表测试时间为15s时的绝缘电阻值。

如配电变压器容量较大，绝缘的吸收过程会变得比较长，而单纯地利用吸收比很难充分反映出绝缘吸收的整个过程，且不同绝缘结构吸收过程的发展趋势也存在一定的差异，这样会导致吸收比的判断准确性下降。对此可运用极化指数对绝缘状态进行判断。

2.3 油中糠醛含量测定法

当配电变压器的绝缘纸或板老化之后会产生糠醛，这是一种特征性产物，它在变压器的绝缘油中具有良好的稳定性，并且会不断积累。因此通过对变压器油中的糠醛含量进行测定能够准确反映出绝缘状态，从而判断绝缘纸的老化程度。我国现行的DL/T596-2015中给出变压器不同运行年限下糠醛含量的标准，可将之作为变压器绝缘状态的判断依据。正常情况下，变压器运行15～20年时糠醛含量应当低于0.75mg/L，如果变压器油中的糠醛含量达到1.0～2.0mg/L时说明绝缘已经出现严重劣化[5]。

目前糠醛含量已经成为变压器绝缘状态评估的重要参考量之一，但在实际中仅凭借一个参考量证明变压器绝缘老化显然不具备说服力，因此需要建立糠醛与聚合度的经验函数关系。通过对变压器油进行分析后发现，其中含大量的呋喃化合物，实验结果显示，聚合度与糠醛含量具有线性关系，通过对绝缘油中糠醛含量的测定，能估算出绝缘的聚合度。