配電網(wǎng)作為整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的終端，其供電質(zhì)量和供電可靠性直接影響客戶對(duì)供電公司的評(píng)價(jià)。而配電變壓器作為配電網(wǎng)中最重要的設(shè)備之一，卻長(zhǎng)期因被建設(shè)及運(yùn)營(yíng)管理等環(huán)節(jié)忽視和所處的惡劣運(yùn)行環(huán)境而導(dǎo)致其事故頻發(fā)，已嚴(yán)重影響配電網(wǎng)正常運(yùn)行和用戶端供電質(zhì)量的提高。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)表明，配電變壓器事故約占整個(gè)配電網(wǎng)事故的90%。因此，針對(duì)配電變壓器絕緣狀態(tài)的檢測(cè)就顯得非常重要。

配電變壓器在配電網(wǎng)中具有數(shù)量多、分布廣且維護(hù)量大的特點(diǎn)，相對(duì)于大型變壓器，負(fù)責(zé)運(yùn)行和試驗(yàn)的單位往往不愿付出高昂的代價(jià)去進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。而且對(duì)配電變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估及量化的標(biāo)準(zhǔn)也較為缺乏。因此，如何及時(shí)、方便和有效地檢測(cè)配電變壓器絕緣狀態(tài)一直困擾著電力研究人員。

本文針對(duì)配電變壓器運(yùn)行管理的實(shí)際特點(diǎn)，綜述了近年來(lái)對(duì)配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)方面的相關(guān)研究成果，探討分析了當(dāng)前檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題，并對(duì)未來(lái)發(fā)展進(jìn)行了展望。

1 配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

配電變壓器發(fā)生絕緣狀態(tài)變化時(shí)常伴有一些物理量的變化，如：絕緣電阻、直流電阻、局部放電等。通過(guò)對(duì)這些物理量的檢測(cè)及其發(fā)展趨勢(shì)的觀測(cè)，可以有效判斷配電變壓器的絕緣狀態(tài)。目前，常見(jiàn)的檢測(cè)技術(shù)主要分為離線檢測(cè)和在線檢測(cè)。

1.1 離線檢測(cè)技術(shù)

離線檢測(cè)技術(shù)的檢測(cè)方法：通常在配電變壓器退出系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，利用相關(guān)設(shè)備對(duì)影響配電變壓器絕緣的一些典型物理量進(jìn)行檢測(cè)，如絕緣電阻、變壓器變比等，并結(jié)合相關(guān)規(guī)程規(guī)定和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行絕緣狀態(tài)判斷。在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)中，離線檢測(cè)技術(shù)因具有絕緣判斷快速、簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，所以其無(wú)論在配電變壓器例行檢修還是故障檢修中，都被廣泛使用。根據(jù)檢測(cè)物理量的不同，配電變壓器絕緣狀態(tài)離線檢測(cè)技術(shù)的常用方法可分為以下6種。

1）絕緣電阻檢測(cè)法

絕緣電阻是反映電力設(shè)備絕緣狀況最為重要且常用的指標(biāo)之一。對(duì)配電變壓器絕緣電阻進(jìn)行測(cè)量，可以有效發(fā)現(xiàn)其絕緣整體受潮、貫通的集中性缺陷等，如變壓器內(nèi)絕緣油受潮、瓷件破裂、器身內(nèi)部金屬性短路等。

其在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)的突出優(yōu)點(diǎn)是：①對(duì)判斷變壓器整體的絕緣狀態(tài)有著較高的靈敏性；②絕緣電阻的測(cè)試儀器——絕緣電阻表，具有體積小、攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，非常利于對(duì)數(shù)量眾多的配電變壓器進(jìn)行絕緣狀態(tài)測(cè)試。

由于絕緣電阻的測(cè)試受溫度影響較大，因此應(yīng)將測(cè)試結(jié)果換算成同一溫度條件下絕緣電阻值。根據(jù)DL/T 596—1996、GB/T 6451—2008標(biāo)準(zhǔn)，絕緣電阻溫度換算式為

式 （1）

式中，R1和R2分別代表?yè)Q算前t1和換算后t2時(shí)刻的絕緣電阻值。

2）變壓器變比檢測(cè)法

正確的變壓器變比是確保系統(tǒng)電壓穩(wěn)定和并列運(yùn)行的重要條件之一。變壓器變比測(cè)試無(wú)論在出廠試驗(yàn)還是在新安裝、故障檢測(cè)時(shí)，都是必不可少的檢測(cè)項(xiàng)目。對(duì)配電變壓器進(jìn)行變比測(cè)試，根據(jù)測(cè)試結(jié)果可以判斷繞組中存在的金屬性匝間短路狀況、分接開(kāi)關(guān)接線檔位以及繞組匝數(shù)比的正確性。同時(shí)，變比測(cè)試儀中的變比電橋體積小，操作方便，易攜帶，非常有利于對(duì)配電變壓器的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。

根據(jù)DL/T 596—1996、GB 50150—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，當(dāng)配電變壓器變比≥3時(shí)，變比允許偏差范圍最大為±0.5%；當(dāng)變比＜3時(shí)，變比允許偏差范圍最大為±1%。同時(shí)規(guī)定，對(duì)于變比≥3的配電變壓器，其變比應(yīng)在阻抗電壓百分比的1/10之內(nèi)，且不得超過(guò)±1%。

3）直流電阻檢測(cè)法

配電變壓器繞組直流電阻測(cè)試是一項(xiàng)既重要又簡(jiǎn)便的測(cè)試方法。無(wú)論在交接、大修還是例行試驗(yàn)中，都是必不可少的試驗(yàn)項(xiàng)目。通過(guò)直流電阻的測(cè)量結(jié)果，可以判斷配電變壓器是否存在繞組接頭焊接情況、分接開(kāi)關(guān)及導(dǎo)線接觸不良、繞組金屬性匝間短路等。長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)配電變壓器繞組直流電阻的測(cè)試被看成是對(duì)其絕緣考察的最主要手段之一。

直流電阻的測(cè)試結(jié)果同樣受溫度影響較大，因此對(duì)測(cè)試結(jié)果的比較分析需換算到同一溫度條件下。直流電阻的換算式為

式（2）

式中：R1代表?yè)Q算前t1時(shí)刻的直流電阻值；R2代表?yè)Q算后t2時(shí)刻的直流電阻值；T代表溫度換算系數(shù)，其中銅線為235，鋁線為225。

由文獻(xiàn)[17]可知，當(dāng)直流電阻測(cè)試結(jié)果變大時(shí)，說(shuō)明配電變壓器繞組的接頭焊接質(zhì)量或引線接觸不良；當(dāng)直流電阻測(cè)試結(jié)果變小時(shí)，說(shuō)明變壓器繞組可能發(fā)生匝間短路情況。根據(jù)DL/T 596—1996、GB 50150—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定配電變壓器直流電阻，其相間差別一般不大于三相平均值的4%，線間差別一般不大于三相平均值的2%。

4）操作波感應(yīng)耐壓試驗(yàn)法

操作波感應(yīng)耐壓試驗(yàn)可以有效發(fā)現(xiàn)配電變壓器的層間、匝間或主絕緣缺陷，且目前研究的成果采用充電式蓄電池作為電源，可大大降低試驗(yàn)裝置的體積、復(fù)雜程度及試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)交流電源的要求。

由文獻(xiàn)[6,18-19]可知，操作波感應(yīng)耐壓試驗(yàn)裝置主要由蓄電池、升壓模塊、開(kāi)關(guān)模塊、高壓探頭、數(shù)據(jù)采集和分析系統(tǒng)組成。通過(guò)調(diào)節(jié)升壓模塊和開(kāi)關(guān)模塊，可以控制操作波的幅值、波頭時(shí)間等。圖1至圖3分別為典型的無(wú)缺陷、主絕緣缺陷和匝間絕緣缺陷下的操作波波形圖。

圖1 無(wú)缺陷操作波波形

5）離線式局部放電檢測(cè)法

局部放電是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下、電力設(shè)備內(nèi)部發(fā)生的一種非貫穿性的放電現(xiàn)象。在電力設(shè)備中發(fā)生的局部放電常會(huì)伴隨著電脈沖、化學(xué)反應(yīng)和發(fā)熱等現(xiàn)象，這些現(xiàn)象的發(fā)生都會(huì)加速絕緣材料的劣化。因此，變壓器中發(fā)生局部放電現(xiàn)象是其發(fā)生絕緣劣化的重要表征，即通過(guò)檢測(cè)變壓器的局部放電情況可以發(fā)現(xiàn)其絕緣狀態(tài)。

圖2 主絕緣缺陷操作波波形

圖3 匝間絕緣缺陷操作波波形

局部放電的測(cè)量以脈沖電流法應(yīng)用最為廣泛。圖4為典型的離線式脈沖電流法的測(cè)試電路結(jié)構(gòu)圖。在圖4中，Cx為試品，Ck為耦合電容，Zm為檢測(cè)阻抗，Z為低通濾波器。利用圖4測(cè)量系統(tǒng)可得到局部放電的視在放電量、放電相位、放電頻次等特征信息。對(duì)這些特征信息的綜合分析，可以幫助相關(guān)技術(shù)人員判斷配電變壓器的絕緣狀態(tài)。

圖4 離線式脈沖電流法測(cè)試電路結(jié)構(gòu)

為了研究局部放電類(lèi)型與局部放電特征信息之間的關(guān)系，眾多學(xué)者采用預(yù)設(shè)不同種放電類(lèi)型，如尖端放電、沿面放電等，尋找出局部放電類(lèi)型與特征信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而幫助識(shí)別發(fā)現(xiàn)變壓器缺陷類(lèi)型。圖5為利用局部放電相位與對(duì)應(yīng)放電量關(guān)系得到的譜圖（即PRPD譜圖）。利用PRPD譜圖的形狀特征可識(shí)別局部放電類(lèi)型。

圖5 PRPD譜圖

6）介電響應(yīng)法

介電響應(yīng)法具有抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)試無(wú)附加損耗和攜帶信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，適合于對(duì)配電變壓器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)絕緣狀態(tài)診斷。根據(jù)時(shí)域和頻域的不同，可將介電響應(yīng)法分為時(shí)域檢測(cè)法和頻域檢測(cè)法。其中，又可以將時(shí)域檢測(cè)法分為回復(fù)電壓測(cè)量法（RVM法）和極化去極化電流法（PDC法）。

（1）時(shí)域檢測(cè)法通過(guò)對(duì)試品施加一階躍電壓，測(cè)得其輸出電流、回復(fù)電壓最大值等信息，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析判斷系統(tǒng)絕緣狀況。其中，回復(fù)電壓測(cè)量法只能對(duì)變壓器整體絕緣狀況進(jìn)行評(píng)估，且對(duì)系統(tǒng)誤差較為敏感。極化去極化電流法可將變壓器絕緣油與絕緣紙的絕緣狀況分別評(píng)估，但相較回復(fù)電壓測(cè)量法，其測(cè)試易受現(xiàn)場(chǎng)噪聲干擾。

（2）頻域檢測(cè)法通過(guò)對(duì)試品施加正弦電壓，測(cè)試得出其幅值和相位響應(yīng)，并借助傅里葉級(jí)數(shù)計(jì)算出試品介電常數(shù)和介質(zhì)損耗角正切等信息。相較于時(shí)域檢測(cè)法，頻域檢測(cè)法可直接區(qū)分絕緣紙、絕緣油及油紙結(jié)構(gòu)的影響，且測(cè)試頻帶窄、抗干擾能力強(qiáng)。因此，頻域檢測(cè)法更適合于變壓器現(xiàn)場(chǎng)絕緣狀況測(cè)量和診斷。

1.2 在線檢測(cè)技術(shù)

利用在線檢測(cè)技術(shù)測(cè)試待測(cè)電力設(shè)備時(shí)，設(shè)備無(wú)需退出運(yùn)行。因此，與離線檢測(cè)技術(shù)相比，在線檢測(cè)可真實(shí)的反映出電力設(shè)備在運(yùn)行電壓下的絕緣狀態(tài)，且測(cè)試結(jié)果的可信度也相對(duì)較高。隨著供電單位對(duì)供電可靠性和不停電小時(shí)數(shù)要求的提高，在線檢測(cè)越來(lái)越受到關(guān)注和重視。目前，研究人員主要通過(guò)觀測(cè)配電變壓器發(fā)生局部放電時(shí)的電脈沖、絕緣材料分解的氣體、漏磁狀況等進(jìn)行在線檢測(cè)。主要檢測(cè)技術(shù)有以下5種。

1）在線式局部放電檢測(cè)法

目前，在線式局部放電檢測(cè)法有特高頻法、超聲波法和光測(cè)法。其中，特高頻法和超聲波法的使用較為廣泛。

（1）研究表明，當(dāng)變壓器發(fā)生局部放電時(shí)，會(huì)發(fā)出頻率達(dá)GHz的電磁波。因此，可通過(guò)對(duì)特高頻電磁波的檢測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)局部放電的檢測(cè)。特高頻局部放電在線檢測(cè)主要采用在變壓器上開(kāi)一介質(zhì)窗，并將特高頻天線放入其中，從而提取局部放電信號(hào)。目前，應(yīng)用較為廣泛的特高頻天線有雙螺旋阿基米德天線和平面等角螺旋天線。由于其有著良好的抗電暈效果，所以在局部放電在線檢測(cè)中應(yīng)用較為廣泛。

（2）變壓器中產(chǎn)生局部放電時(shí)，往往也會(huì)伴隨著超聲波的產(chǎn)生。因此，通過(guò)檢測(cè)超聲波是檢測(cè)局部放電的另一個(gè)途徑。超聲波法一般將壓電超聲波傳感器放置于變壓器箱殼上，當(dāng)存在局部放電信號(hào)時(shí)，將檢測(cè)到的超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。近年來(lái)，隨著光纖技術(shù)的進(jìn)步，利用超聲—光檢測(cè)的技術(shù)正在替代傳統(tǒng)的超聲波技術(shù)。超聲波檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)操作較為便捷，是一種常用的變壓器在線檢測(cè)手段。

（3）變壓器發(fā)生局部放電時(shí)也會(huì)伴隨著光信號(hào)的傳播。因此，可利用對(duì)光信號(hào)的檢測(cè)來(lái)判斷變壓器的絕緣狀態(tài)。目前，由于光傳感器設(shè)備靈敏度較差且設(shè)備較為昂貴，所以其尚處在實(shí)驗(yàn)室階段，廣泛使用還需解決上述問(wèn)題。

2）漏磁檢測(cè)法

針對(duì)雙繞組變壓器漏磁通分布大體以繞組為中心分布的特性，文獻(xiàn)[25]在漏磁通中心面上下軸向布置了兩個(gè)對(duì)稱的線圈。若變壓器“健康”（即漏磁通對(duì)稱分布式）時(shí)，則兩個(gè)線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，二者串聯(lián)輸出電壓為零。而當(dāng)變壓器發(fā)生故障（即漏磁通不再對(duì)稱）時(shí)，兩個(gè)線圈感應(yīng)出的電動(dòng)勢(shì)串聯(lián)之和不為零。這種在線檢測(cè)手段實(shí)施方便，成本也較低，但由于在實(shí)際測(cè)試中漏磁通的兩個(gè)線圈即使在健康變壓器中也不一定為零，因此該方法的廣泛應(yīng)用尚在探索中。

3）短路電抗在線檢測(cè)法

繞組變形是變壓器損壞的主要原因之一，同時(shí)也是變壓器處于亞健康狀態(tài)的重要表征形式之一。因此，通過(guò)測(cè)試配電變壓器的繞組變形情況，可以在一定程度上判斷配電的絕緣狀態(tài)。而短路電抗法因算法程序簡(jiǎn)單、標(biāo)準(zhǔn)明確，所以這又是變壓器繞組變形測(cè)試最重要的方法之一。

文獻(xiàn)[28]提出一種在線檢測(cè)電路電抗的方法，其不受非對(duì)稱負(fù)荷影響且測(cè)量參數(shù)少。短路電抗在線檢測(cè)法通常只需測(cè)試不同負(fù)荷條件下，配電變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)的電壓、電流值，再由此推出配電變壓器的短路電抗。根據(jù)DLT 1093—2008規(guī)定，配電變壓器短路電抗變化應(yīng)≤±2%。

4）油中溶解氣體分析

當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電或過(guò)熱故障時(shí)，其絕緣材料將分解出多種氣體。實(shí)踐表明，這些氣體包括CO2、CO、CH4、C2H4、H2等。通過(guò)對(duì)不同故障以及所分解氣體含量的分析，可得到故障類(lèi)型與分解氣體的關(guān)系，充油變壓器在不同故障類(lèi)型下的分解氣體見(jiàn)表1。此外，通過(guò)分析各分解氣體的含量變化可作為判斷變壓器老化程度和故障的重要特征。

表1 充油變壓器在不同故障類(lèi)型下的分解氣體

目前，隨著研究的不斷深入和模糊數(shù)學(xué)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等先進(jìn)工具的使用，油中溶解氣體分析已成為判斷變壓器故障較為準(zhǔn)確的方法之一，特別是針對(duì)變壓器潛伏性故障判斷最為有效。

5）油中糠醛含量分析

變壓器中主要的固體絕緣材料為絕緣紙和絕緣板。隨著絕緣紙和絕緣板的老化，其會(huì)分解產(chǎn)生一種名為糠醛的液體分子。因此，可通過(guò)檢測(cè)變壓器內(nèi)糠醛的含量判斷變壓器絕緣的劣化程度。由《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)》可知，在不同運(yùn)行年限下變壓器糠醛含量有著不同的標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表2。

表2 不同運(yùn)行年限下變壓器糠醛含量標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)糠醛含量達(dá)到1～2mg/L時(shí)，變壓器絕緣劣化嚴(yán)重；當(dāng)糠醛含量達(dá)到4mg/L時(shí)，變壓器已接近壽命終點(diǎn)。

2 存在的問(wèn)題及未來(lái)發(fā)展

對(duì)于數(shù)量眾多的配電變壓器而言，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)人員更希望有一種攜帶方便而判斷絕緣狀態(tài)較為有效的方法。目前，在配電變壓器絕緣狀態(tài)眾多的檢測(cè)方法中，離線檢測(cè)技術(shù)仍是供電系統(tǒng)內(nèi)應(yīng)用最為廣泛的手段。隨著供電公司對(duì)配電網(wǎng)供電質(zhì)量要求的逐步提高，在線檢測(cè)技術(shù)也在逐步推進(jìn)應(yīng)用中。盡管如此，兩種檢測(cè)技術(shù)也都存在著一些不可忽視的問(wèn)題：

• 1）離線檢測(cè)為例行停電或故障后采用的測(cè)試方法，但其對(duì)提高不停電小時(shí)數(shù)和供電質(zhì)量的幫助有限。并且，其與在線檢測(cè)技術(shù)相比，難以反映配電變壓器在運(yùn)行電壓下的絕緣狀態(tài)。
• 2）目前，在線檢測(cè)技術(shù)價(jià)格相對(duì)昂貴，對(duì)數(shù)量眾多的配電變壓器來(lái)說(shuō)，應(yīng)用經(jīng)濟(jì)性較差。
• 3）配電變壓器在線檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用還不是非常普遍，技術(shù)在實(shí)踐中的有效性有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

針對(duì)上述問(wèn)題，配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)可以考慮從以下幾方面發(fā)展：

• 1）提升在線檢測(cè)技術(shù)的有效性，盡量在經(jīng)濟(jì)性與有效性中找到平衡。
• 2）為達(dá)到經(jīng)濟(jì)性，可將在線檢測(cè)技術(shù)與離線檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，以減小成本、降低例行停電檢修次數(shù)和故障次數(shù)。

結(jié)論

• 1）目前，傳統(tǒng)的離線測(cè)試技術(shù)仍是配電變壓器絕緣狀態(tài)檢測(cè)的主要技術(shù)手段，如絕緣電阻測(cè)試法、變壓器變比法等。
• 2）在線檢測(cè)技術(shù)相對(duì)離線檢測(cè)技術(shù)有較強(qiáng)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，但其成本相對(duì)較高，尚未大面積使用。
• 3）對(duì)數(shù)量眾多的配電變壓器而言，離線檢測(cè)與在線檢測(cè)的結(jié)合將是未來(lái)發(fā)展的重要方向。