電力變壓器絕緣故障的分析

摘 要：最近幾年我國的各個經濟領域在發展上都比較迅速，特別是電力系統，逐步邁向大電網、自動化、超高壓和大容量的新時代。我國的電力工業隨著越來越大的電力需求量也在迅速的發展，在變電站的建設和改造上已經達到了每年1000個的數量。所以我們面臨著的最大問題就是電力變壓器的安全運行，本文主要以電力變壓器的絕緣材料為出發點，在研究國內外變壓器絕緣故障處理經驗的基礎上著重對絕緣材料老化的原理進行分析，探索變壓器出現故障和絕緣材料老化之間的關聯。

關鍵詞：絕緣故障；故障診斷；電力變壓器

1 電力變壓器絕緣故障的意義

電氣設備的數量和種類隨著電力系統的高速發展也越來越多，對于國家經濟的發展來說如何保障電力系統的運行安全十分重要。所以為了避免事故的發生，就必須把早期的故障巡查到位，這要求加強監測設備運行狀態的力度。在電力系統中電氣設備的絕緣狀態是十分重要的，是安全運行和生命安全的基礎保障之一，所以及時檢測和診斷電氣設備絕緣狀態是電力工作人員的首要任務。隨著生產過程的逐步現代化，電力設備事故的預防和減少十分重要，對于電力工業系統的發展也有很重要的意義。

2 變壓器絕緣材料的化學組成

構成電力設備的主要有導電體、結構體、絕緣體以及導磁體的材料。而絕緣體材料基本上都是有機物質，例如絕緣紙或者礦物油等有機的合成材料。絕緣礦物油主要是以天然石油為原料，經過蒸餾和精煉等過程形成的。絕緣紙主要有芳綸、聚酰胺或者其他復合型材料等。

3 電力變壓器絕緣故障的原因

在電力變壓器的絕緣材料中主要會出現下面幾種原因的故障：（1）制造的變壓器設計的油道較小或者采用的絕緣材料較薄，造成使用壽命較短；（2）變壓器要求內部有很高的清潔度，哪怕殘留的金屬雜質極少，也會在很大程度上影響到爬電的距離，造成局部放電現象延伸為表面漏電；（3）變壓器的相間絕緣在裕度上要足夠大，如果過小就會導致相間短路現象發生。然而在相間加入隔板進行絕緣的方法是不可取的，一旦發生短路就會使相間的電場強度分布遭到破壞，隔板或者油間隙的電場強度過高，隔板材料就會形成樹枝狀放電現象；（4）制造的絕緣成型件如果存在導電質的污染，就會造成局部放電以至于絕緣件表面漏電，絕緣便失去了效用；（5）制造的變壓器在油道的設計上不合理可能會產生較高的油流速度，也會造成油流放電現象；（6）制造的變壓器中絕緣油受到污染會使整體的絕緣性能降低。

4 電力變壓器絕緣故障診斷技術

4.1 絕緣油硫腐蝕故障診斷

變壓器的線圈材料很容易受到硫的腐蝕，因為國際上發生過很多重大的油流腐蝕故障案例，所以電力工業的工程技術人員近年來十分重視這個問題。特別是高壓變壓器很容易出現油流腐蝕，因為高壓變壓器的容量較大、油溫過高、負荷較大，其電壓在500KW以上并且帶有密封油枕。大部分的高壓繞阻絕緣紙和裸銅線是直接接觸的，變壓器運行中的溫度因素有著很大的影響。我們針對深圳、華北、華東和福建等地區電網的變壓器故障進行了剖析，在500KW以及220KW變壓器的絕緣紙和繞阻上發現有沉積的化合物，有的是藍紫色，有的是淺灰色，經過檢驗這種沉淀物為硫化亞銅。硫化亞銅的導電性很強，在污染和滲透絕緣紙后，就會使絕緣體的絕緣性能大幅度下降，時間長了就會擊穿變壓器匝間的絕緣體并燒毀絕緣線圈。

4.2 絕緣油中溶解氣體分析診斷

一般的變壓器經過長時間的負載和運行，會滲入一定的水分和氧氣，再加上電應力和熱量的交叉作用，就會大大的降低絕緣材料的性能。比如說絕緣紙的老化和絕緣油的分解問題，絕緣油在其化學、電氣和物理性能上都會大幅度下降，無法滿足變壓器對絕緣油的質量要求。變壓器的內部很多時候也會存在高溫熱點和電弧，這時產生的大量熱能就會破壞絕緣材料的烴類分子結構，釋放出 CO、CO2等氣體和低分子烴。如果放電性或者熱類故障潛伏在變壓器中，一氧化碳和二氧化碳的產生則會越來越多。當產生的氣體足夠多并形成氣泡時，經過一定時間的擴散和對流作用，就會在絕緣油中進行溶解。氣體的產生根據電類或者熱類故障的不同也會有不同的種類，故障程度也影響著氣體的釋放量。所以說變壓器的故障和老化程度可以根據氣體在絕緣油中的溶解含量和組分來判斷。

4.3 人工智能在變壓器故障中診斷

對于變壓器的故障可以采用人工智能方式來解決，通過對人類思維的模仿對變壓器中絕緣油的氣體溶解數據進行分析，變壓器故障的產生和絕緣油中氣體溶解量之間的關系是十分復雜的，通過分析可以找到其中的規律并自動的對判斷規則進行調整來適應環境的不斷變化。人工智能技術對于分析絕緣油中氣體溶解的分析十分有效，可以很快的診斷出變壓器的故障原因；人工智能技術的應用也可以及時的發現潛伏性故障，有利于變壓器的維護和運行安全。對于社會經濟的發展來說，通過人工智能技術保障電力系統的運行穩定是一項重點的研究方向，現有的研究熱點主要包括模糊數學、信息融合、神經網絡、專家診斷等方式。

5 結語

在電力變壓器中內部絕緣系統十分的復雜。絕緣材料所處的位置不同其所受的電應力就不一樣，就算是同樣的位置因為時間不同所受的電應力也不一樣，所以絕緣材料老化程度的評估不能依靠單一特征的參數。變壓器絕緣材料的老化過程同樣也不能通過單一的模型來描述，需要長期地開展和調查多個特征的參數并從縱向上進行比較才是合適的方式。因為電力系統的復雜性單一化的技術很難診斷出實際的故障，需要開發出多種技術并加以融合來使故障診斷的正確率得到提升。總的來說，在變壓器絕緣材料故障問題的研究上還有很多地方是空白的，需要不斷的進行完善。

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作者簡介：劉寶立（1982-），男，遼寧凌源人。