极化去极化电流法在变压器绝缘诊断中的应用

赵威，张国志，杨进，方有，周涛

（云南电网有限责任公司昆明供电局，昆明 650200）

0 前言

目前判断变压器绝缘状态的常规方法主要有绝缘电阻、吸收比、介质损耗、油色谱分析、工频或倍频耐压等。这些方法并不足以对变压器绝缘状态进行准确评估，因此，有必要继续开展新的有效的测试方法研究。

近年来，开发出一些新的绝缘诊断方法，比如：频域法 (FDS）、时域恢复电压法(称RVM)和极化-去极化电流法（PDC)[1-4]。极化去极化法是测量不同频率尤其是低频和超低频下的介质损耗tan(ω)，能反映界面极化和空间电荷极化等松弛时间较长的极化过程，对于反映绝缘受潮、整体老化等状态较为敏感[5-8]。目前，国内外对于PDC法的研究大多停留在理论和模型分析阶段，尚无明确的应用研究，包括现场测试方法、测试流程、特征参数、判断方法、结果分析等。针对这些问题，本文利用PDC法对变压器开展现场测试，对测试结果进行了分析研究，对该方法的现场应用前景进行了探索。

1 变压器PDC测试原理和判断方法

1.1 测试原理

对绝缘介质施加直流电压，介质会发生多种极化过程（如电子式极化、偶极子极化、夹层界面极化等），极化过程伴随着电荷的移动，在绝缘外回路形成电流，这一电流称为极化电流；电源移去后将绝缘两端短接进入去极化过程，形成的电流称为去极化电流[4-7]。绝缘介质老化、存在杂质、间隙、水分或水树时，极化过程发生变化，主要表现为极化和去极化电流、极化时间和能量损耗的变化。通过对极化过程及各特征量的分析，就能对绝缘状态进行评估。极化原理和变压器的PDC测试接线分别如图1和图2所示。

图1 极化去极化原理图

图2 变压器PDC测试接线图

1.2 判断方法

变压器的PDC法测试主要是通过获取极化—去极化电流后提取三种特征参量：直流电导率、含水量和0.1 Hz介损，来综合判断变压器绝缘状态，如表1和表2所示。

表1 变压器油纸绝缘结构的综合直流电导率和油的直流电导率参考范围

表2 变压器介损的参考范围

2 实例分析

2.1 PDC测试

对某变电站运行超过20年的110 kV1号和2号主变进行PDC测试，测试电压为1 kV，测试时间360 s，提取直流电导率、含水量和0.1 Hz介损三个特征量，测试结果如表3所示。测试结果表明1号和2号变压器各绕组的油纸绝缘结构的综合电导率和绝缘油的直流电导率都在良好的范围内，初步判断变压器绝缘状态良好。两台变压器绝缘油的含水量分别为11.7 ppm和17.5 ppm，小于35 ppm的标准值，说明该变压器油未受潮，但是1号主变的电导率要比2号低，说明1号主变绝缘电阻高于2号主变。

介质损耗频谱如图3所示，相比于中频段，低频和超低频段介质损耗因数能更有效反应变压器油的整体老化情况，尤其对绝缘油受潮特别灵敏。1号和2号主变绕组间0.1 Hz下的介质损耗达到判据需要注意的范围内（2%～8%），说明变压器绝缘纸板或绝缘油存在整体老化或受潮，且1号主表老化或受潮程度比2号更严重。

图3 变压器PDC测试介损变化图

2.2 PDC测试结论

通过综合直流电导率、0.1 Hz低频介损、油电导率以及油中含水量四个特征量判断表明，1号和2号主变绝缘油直流电导率、综合电导率和含水量都在良好的范围内，变压器油纸结构的整体绝缘状态良好。1号主变电导率比2号主变低，说明1号主变绝缘电阻高于2号主变，另外， 1号和2号主变绕组间介质损耗在需要注意的范围内（2%～8%之间），并且1号主变介损比2号主变介损高，1号主变介损是2号主变介损的1.66倍，说明1号和2号变压器绝缘纸板或绝缘油存在整体轻微老化或受潮，并且1号比2号主变相对更严重。

2.3 常规性试验

在PDC测试完成后，为了验证PDC测试的准确性，对1、2号主变做了常规测试，

两台主变的绝缘电阻和吸收比满足要求，油色谱分析结果在合格范围内，试验合格。1号主变绝缘电阻高于2号主变，但是1号主变绕组及套管的介损为0.282%， 2号主变绕组及套管的介损为0.236%；1号主变绕组间的介损为0.226%，2号主变绕组间的介损为0.132%，1号主变绕组间的介损是2号绕组间介损的1.71倍，说明1号整体绝缘状态比2号主变差。

2.4 综合测试结论

PDC测试和常规测试都表明1号和2号主变绝缘状况在合格范围内。

3 结束语

极化和去极化电流包含变压器的绝缘状态信息，基于极化和去极化电流得到的综合电导率、油电导率、含水量和0.1hZ低频介损等特征量能够对变压器的绝缘状态进行综合评估。通过现场测试表明，极化去极化电流法能够准确反应变压器绝缘状态，发现变压器存在的绝缘老化和受潮等问题。该方法为变压器绝缘状态评估提供了一种新的测试手段，通过与其他常规测试手段相配合能够更加有效、准确得对变压器绝缘状态进行评估。