电力变压器的绝缘电阻测量与分析研究

刘廷敏（四川机电职业技术学院，四川攀枝花，617000）

电力变压器的绝缘电阻测量与分析研究

刘廷敏
（四川机电职业技术学院，四川攀枝花，617000）

本文主要分析了绝缘电阻测量试验的方法和对试验时的注意事项，并对试验结果进行了具体分析研究。在实际运用中对电力设备的绝缘测量的判断进行分析,按照电力设备相关试验规范及试验要求对电力设备进行预防性试验的检查与维护,以准确诊断、排查设备缺陷。通过试验可以验证变压器能否在额定条件下长期运行，并且能够承受预期的各种电压及电流的作用而不影响变压器的寿命，确保正常的生产。

电力变压器；绕组电阻；测量；分析研究

0 引言

绝缘电阻测量是电气设备尤其是高压电力设备绝缘性能测试的最基本手段,正确进行绝缘测试和判断,可以及早发现和修复设备绝缘缺陷,避免绝缘缺陷的扩大甚至设备损坏。近年来电力设备高电压大容量产品的广泛使用,各种绝缘材料和制作工艺的创新,绝缘水平不断提高,绝缘测试手段也不断创新。变压器实验重要的实验项目之一是绝缘电阻测量，变压器试验主要是验证变压器产品的性能是否符合有关标准或技术的规定和要求，发现变压器结构和制造上是否存在影响变压器正常工作运行的缺陷。通过试验可以验证变压器能否在额定条件下长期运行，并且能够承受预期的各种电压及电流的作用而不影响变压器的寿命。试验过程中，凡影响变压器性能的外部组件应安装就位。变压器的试验环境温度为10～40℃（水冷却变压器的冷却水温度不超过25℃）。

电力变压器绕组由高压绕组，低压绕组，对地绝缘层，高、低压绕组之间绝缘件及由燕尾垫块，撑条构成的油道，高压引线，低压引线等构成[1]。绕组也是变压器变换电压的基本部件，绕组由不同的匝数组成，由于不同绕组的每匝电压是一样的，因此，需要使绕组有不同的匝数，来得到不同的电压。

1 绝缘电阻试验的测试原理

1.1 直流电压作用下流过绝缘介质的电流

电气设备中的绝缘介质是不导电的，但并非绝对的不导电。直流电压加到电力设备的绝缘介质上时，会有一个随时间逐渐减小，最后趋于稳定的极微小的电流通过。这个电流可视为由电容充电电流、吸收电流和泄漏电流三部分组成[2]，如图1所示。

图1 直流电压作用下电力设备绝缘介质中流过的电流

（1）电容充电电流

直流电压作用到电力设备的绝缘介质上，加压瞬间相当于电容充电，产生一个随时间迅速衰减的充电电流，如图1中的i1所示。电容充电电流实际是由于在电场作用下介质分子的快速极化过程形成的位移电流，由于这一极化过程瞬时快速完成，因而充电电流i1瞬间即逝。

（2）吸收电流

由于不同介质电性能的差异产生吸收现象而引起的电流，称为吸收电流，如图1中的i2所示。

（3）泄漏电流

当直流电压加到被试品时，绝缘介质内部或表面会有带点粒子，这些离子做定向移动形成电流，称为泄漏电流。如图1中的i3。它的大小与绝缘内部是否受潮、表面是否清洁等因素有关，其数值等于总电流i趋于稳定后的数值I。图1（b）是等效电路图，总电流i=i1+i2+i3,电流稳定后用I表示[3]。

1.2 测试原理

绝缘电阻是电气设备绝缘层在直流电压作用下呈现的电阻值。根据直流电路的欧姆定律I=U/R，或R=U/I,当直流电压U不变时，电路中电流I与电阻阻值R互成反比。从图1（a）直流电压作用下绝缘介质中流过的电流随时间变化曲线可知，总电流i随时间衰减最后趋于稳定[4]，因此，如图2所示。

图2 绝缘电阻R与时间曲线

绝缘电阻R的读数在加电压初期是随时间变化的。最初总电流i具有最大数值，这时电阻R最小。由于电容充电电流i1很快衰减，吸收电流也随时间衰减，因此总电流i随加压时间t的延长而逐渐衰减，电阻与电流成反比，因此测得的绝缘电阻R是随加压时间的延长而逐渐上升的。最后，当充电电容电流i1和吸收电流i2都衰减到趋近零，总电流i趋于稳定，等于泄漏电流i3，即在充电完毕时，绝缘电阻为：

式中 R——当充电电容电流i1和吸收电流i2都衰减到可以忽略的很小数值时的绝缘电阻阻值

I——电力设备绝缘上施加直流电压U后流过的总电流

U——测试绝缘电阻时施加的直流电压

2 绝缘特性测量

电气设备必须在长年使用中保持高度的可靠性，为此必须对设备按设计的规格进行各种试验。对电力变压器来说，其绝缘缺陷通常分为两大类：一种是集中的缺陷，如产品的绝缘局部破损、局部绝缘材料中含有气隙或杂质在工作电压下发生局部放电;另一种是分布的缺陷，如变压器绝缘材料的受潮、老化、绝缘距离小等。当变压器绝缘内部存在上述缺陷后，它的绝缘特性往往将发生一定的变化，绝缘试验的目的就是要通过相应的试验把产品隐藏的缺陷检查出来。

绝缘试验可以分为绝缘特性试验和绝缘耐压试验两大类。绝缘耐压试验主要用来发现变压器产品中的集中性缺陷。而绝缘特性试验主要用来判断变压器产品中是否存在分布性的缺陷。绝缘特性试验一般包括绝缘电阻试验、吸收比和极化指数测量及介质损耗测量[5]。

2.1 绝缘电阻、吸收比和极化指数测量

目前，变压器产品的绝缘电阻的测量一般采用绝缘电阻表法，直接读取15s和60s时的绝缘电阻值，把施加电压60s、15s时的电阻R60、R15的比值R60/R15作为吸收比。或读取1min和10min的绝缘电阻，把施加电压10min、1min时的绝缘电阻R10、R1的比值R10/R1称为极化指数。按JB/T501-1991电力变压器试验导则要求，35KV电压等级4000KVA以上和63KV电压等级及以上所有的产品均测量绝缘电阻及吸收比。

2.2 测试绝缘电阻

2.2.1 变压器绝缘强度降低的主要原因

(1）变压器投入运行前受潮，变压器使用环境恶劣，如湿度过大，有腐蚀性介质等。(2)没有及时大修或小修。(3)变压器油劣化。

2.2.2 测试目的

掌握绝缘的老化趋向或绝缘受潮影响。变压器经多年使用，绝缘会老化，绝缘强度会逐渐降低。掌握绝缘状况对变压器安全可靠地运行及延长变压器使用寿命至关重要。由于绝缘电阻对吸潮非常敏感，所以其值的大小可作为了解绝缘老化程度的大致标准。

2.2.3 绝缘电阻试验条件和要求

由于变压器的绝缘电阻值与加压的时间、变压器绝缘的温度和测量电压的大小有关，因此在试验时必须严格控制每次读取仪表读数的时间，要在记录仪表读数的同时记录自施加电压至读取指示数据时的时间（以秒或分为单位）。在进行试验时应具备以下条件。

（1）凡油浸变压器必须充满变压器油。（2）凡影响测量结果的部件必须按图全部装好。（3）测量时变压器绝缘的温度在10～40°C。（4）试验时必须有互保对子，以免发生安全事故。

用来测量绝缘电阻的施加电压，不得超过外施耐压试验电压的有效值，在整个加电压的时间内电压应该稳定。

2.2.4 测试方法

绝缘电阻的测量，包括测量一次、二次绕组对地绝缘电阻和一次与二次绕组之间的绝缘电阻。具体测试方法如下。

（1）测量前，先将变压器的套管清理干净，以避免引起泄漏电流，影响测量结果的准确性。

（2）测量额定电压为1KV以上的绕组选用2500V兆欧表；1KV以下者选用1000V或2500V兆欧表。

（3）将被试变压器的各绕组的所有引出端子分别用导线短接，被试绕组准备与摇表或绝缘测定仪的相线相连接，其余绕组与变压器的外壳连接接地。具体的测量部位的连接方式如下表1所示。

表1 变压器绝缘电阻的测量部位

图3 变压器绝缘电阻测量等值电路示意图

（4）测量时如用手摇式兆欧表，应以120r/min速度转动手柄，使指针逐渐上升，直至指针显示稳定后再记录读数。

（5）油浸式变压器在注油后需静放24h再进行测量。在按照表1测量部位进行变压器的绝缘电阻的测量时，当一个测量部位测量完毕后，应首先将被测试绕组充分放电，然后进行下一个部位的测量。另外，由于变压器套管外绝缘容易受到表面污垢或测量时周围大气条件的影响，所以应在测量时加以分析，排除由于表面绝缘电阻降低对实际测量结果的影响。

3 测量结果的校正

绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量是评价电气设备绝缘质量最基本的方法，由于绝缘电阻的测量仅需要一个绝缘电阻表就可以进行，而且是一种非破坏性试验，在现场使用十分方便。

绝缘电阻与绝缘物质的温度有很大关系，当温度升高时，绝缘电阻将明显下降。因此，直接比较不同温度（特别是温差较大时）下的绝缘电阻值是不合适的。一般情况下是将不同温度下的测量结果利用温度系数校正到20°C，然后再进行比较[7]。具体校正系数和方法如表2所示。

表2 油浸式电力变压器绝缘电阻的温度换算系数

当测量绝缘电阻的温度差不是表中所列数值时，其换算系数A可用线性插入法确定，也可以按下述公式计算：

校正到20°C时的绝缘电阻值可用下述公式计算：

(1)当实测温度为20°C以上时：

(2)当实测温度为20°C以下时：

式中: R20——校正到20°C时的绝缘电阻值（MΩ）

Rt——在测量温度下的绝缘电阻值（MΩ）

4 结果判定

随着变压器干燥技术的提高及变压器油处理工艺装备的日趋完善，变压器产品总装配后的整体绝缘状况比起用旧式的处理工艺时提高了很多，所以继续沿用原来的变压器绝缘电阻、吸收比的测量结果进行绝缘判断是不完善的。大量的试验证明，可根据以下几点对绝缘电阻的测量进行分析和判断。

(1) 随测量时变压器绝缘温度有关（一般以变压器内油温为基准），温度上升，绝缘电阻下降，每变化10°C，约差1.5倍。

(2) 绝缘电阻高，吸收比较低，是绝缘良好的表现。为了对绝缘的状态进一步判断，可采用对变压器加温的方式，在升温或降温的过程中，对绝缘电阻、吸收比进行测量，其绝缘电阻随温度的增高而减小，吸收比随温度的增高而增大。

（3）绝缘电阻低而吸收比高，往往是变压器油的绝缘电阻偏低或介质损耗角正切偏高所引起的。

（4）在绝缘电阻测量过程中，如果对所测吸收比结果不甚满意，可采用10min绝缘电阻测量，用极化指数来帮助判定变压器绝缘是否存在缺陷。在正常情况下，油纸绝缘结构的极化指数应不小于1.5。

5 结束语

电力变压器在工业中占有很重要的位置，它作为发电厂和变电站的主要设备，发挥着非常重要的作用。电气设备的高压试验对于电力系统的安全运行具有十分重要的意义。本文对电力变压器的绝缘电阻试验做了介绍，绝缘电阻和吸收比试验是高压试验中最基本、最简单、最重要的试验项目。通过这个试验可以检测出变压器的绝缘状况，从而能够保障电力变压器长期、安全、稳定的运行，确保正常企业生产。

[1]王刚.刘海宾电力变压器绝缘电阻测量及要求[J].《科技创业家》, 2011(10).

[2]牟道槐,林莉.电力系统工程基础[M］.北京：机械工业出版社，2006.

[3]方大千,方立.实用变压器维修技术[M］.北京:金盾出版社，2005.

[4]陈铭.影响电力变压器绝缘电阻问题的分析研究[J].《中国科技投资》,2016(27).

[5]季忠.电力变压器绝缘电阻的测量与分析[J].《设备管理与维修》,2015(S1):64-65.

[6]武杰,刘洪丽,刘杰,廖海.浅谈电力变压器的绝缘电阻和吸收对比[J].《轻工设计》, 2011(4):191-191.

[7]卢瑞芳，郭亮.一例电力变压器绝缘电阻异常的分析及处理[J].《华东科技:学术版》, 2013(9):139-139.

Measurement and analysis of insulation resistance of power transformer

Liu Tingmin
(Sichuan Electromechanical Institute of Vocation and Technology,Panzhihua Sichuan,617000)

In this paper, the insulation resistance measurement test method and the matters needing attention in the test are analyzed. Insulation measurements to judge the power equipment in the practical application of the analysis, in accordance with the relevant test specifications and test requirements of electrical equipment preventive testing inspection and maintenance of the power equipment, the accurate diagnosis and troubleshooting of equipment defects. Through the test, it can be verified that the transformer can run for a long time under the rated condition, and can withstand the expected voltage and current without affecting the service life of the transformer.

power transformer; winding resistance; measurement; analysis and research

刘廷敏（1981-），女，四川攀枝花人，硕士，研究领域:主要从事电气自动化、工业网络控制等方面的教学与应用研究。