隨著我國國民經(jīng)濟需求的不斷增長，電力行業(yè)逐漸向大規(guī)模容量、超高壓等級發(fā)展，對電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行與電能質(zhì)量的要求也不斷提高。在龐大的輸配電系統(tǒng)中，油浸式電力變壓器是極其重要且價格昂貴的電氣設備。

據(jù)統(tǒng)計表明，由電力設備故障所引發(fā)的大規(guī)模停電事故中，電力變壓器絕緣老化引起的故障問題占據(jù)主要比重。油紙絕緣結構是大型油浸式變壓器內(nèi)部絕緣的主要組成部分，直接、有效地診斷出變壓器油紙絕緣狀態(tài)對電力系統(tǒng)安全可靠運行具有重要意義。

現(xiàn)階段，國內(nèi)外對于變壓器油紙絕緣狀態(tài)的診斷技術已有大量相關研究，主要可歸納總結為傳統(tǒng)特征量診斷法和介電響應特征量診斷法。

傳統(tǒng)特征量診斷法中用于診斷油浸式變壓器絕緣狀態(tài)的參量主要包括：以油中溶解氣體、糠醛含量及纖維素絕緣紙聚合度為代表的化學參量；以絕緣電阻、極化指數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)及局部放電特征量等為代表的電氣參量等。

介電響應特征量診斷法主要包括時域介電響應的回復電壓法（return voltage method, RVM）、極化去極化電流法（polarization and depolarization current, PDC）和頻域介電譜法（frequency domain spectroscopy, FDS），是一種對絕緣系統(tǒng)無損、操作簡便的電氣診斷方法，相比于傳統(tǒng)診斷方法更適應于電力變壓器油紙絕緣狀態(tài)的現(xiàn)場測試、診斷與評估，具有良好的工程應用前景。

本文主要內(nèi)容包括：①歸納介紹了變壓器絕緣狀態(tài)幾種主要的傳統(tǒng)特征量診斷方法與介質(zhì)響應特征量診斷技術；②分析闡述了不同診斷方法各自的優(yōu)點和不足，以及目前已有研究中所存在的一些問題；③總結了油浸式變壓器絕緣狀態(tài)診斷方法的未來研究方向和發(fā)展趨勢。

1 傳統(tǒng)特征量診斷方法

1.1 基于化學參量診斷法

基于化學參量的傳統(tǒng)診斷法主要是利用油浸式變壓器在運行過程中，變壓器油中不同溶解氣體（CO、CO2、CH4等）含量，絕緣紙的聚合度（DP），以及油中糠醛、酸類物質(zhì)、微水等含量依據(jù)制定的相關導則和規(guī)程，進行絕緣狀態(tài)的診斷。

1）油中溶解氣體分析

大量實踐經(jīng)驗與研究表明，充油電氣設備發(fā)生故障時會產(chǎn)生7種氣體，基于不同氣體含量的油中溶解氣體分析是一種傳統(tǒng)的絕緣故障診斷方法。絕緣紙纖維素老化分解主要氣體為CO與CO2，依據(jù)此特性已制定相關的導則。

例如：IEC導則規(guī)定CO/CO2比值大于0.33或小于0.99，則表示可能存在纖維素絕緣的分解故障。利用變壓器絕緣材料的分解并溶于油中的相關氣體來診斷絕緣故障老化等的方法，具有一定的參考價值。

但主要存在如下不足：①CO、CO2氣體不僅來源于纖維素的熱分解，礦物油劣化、局部放電同樣也能產(chǎn)生相關氣體并溶解于油中，而且由于氣體本身的揮發(fā)性，導致并非所有特征氣體與絕緣紙老化均有相關性；②氣體的含量比例會受到變壓器的油紙比例、絕緣結構、材料等差異影響，運行環(huán)境的變化會使氣體的產(chǎn)生量并不穩(wěn)定，一次的測試結果并不能準確診斷出變壓器實際絕緣狀況。

2）絕緣紙聚合度測量

油浸式變壓器新絕緣紙的聚合度約為1000～1300，經(jīng)干燥、浸油等處理聚合度下降為900左右。依據(jù)國內(nèi)的DL/T 984—2005《油浸式變壓器絕緣老化判斷導則》認為當DP降到500左右，變壓器絕緣壽命已進入中期；當DP下降到250時，絕緣壽命已到晚期；當DP小于150時，則變壓器需立即退出運行。對于變壓器壽命終止時聚合度的極限值仍存在爭議，有待進一步研究分析。

聚合度可以直接表征絕緣紙的機械性能，因此通過聚合度測量在絕緣狀態(tài)診斷上具有一定可信度。但該方法存在如下的不足：①變壓器繞組的不同位置實際老化情況會有所不同，使聚合度的分布并不集中；②采用粘度法測量聚合度值，溶液配置、環(huán)境及操作人員等多種因素將影響其準確度；③通過對變壓器吊芯取樣測量聚合度，此方法不僅對絕緣有損且實現(xiàn)過程較為復雜困難，只能停留在離線狀態(tài)。

3）油中糠醛、酸類、微水含量檢測

糠醛是纖維素絕緣紙發(fā)生老化過程中產(chǎn)生的一種呋喃類化合物，是絕緣紙老化分解的一種特殊產(chǎn)物。由我國制定的DL/T 596—1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》中規(guī)定：當油中糠醛含量達0.5mg/L時，變壓器的整體絕緣水平處于其壽命中期；當糠醛含量大于4mg/L時，其整體絕緣水平處于壽命晚期。

以油中的糠醛含量診斷油浸式變壓器的絕緣老化是當前最為常用的一種方法。但該方法的可靠性會受以下因素影響：①有關糠醛含量的物理測量方法（高效液相色譜法），易受換油、濾油及熱虹吸過濾器等因素影響；②對于添加抗氧化劑的油紙絕緣系統(tǒng)，不能簡單地將油中糠醛含量用于老化程度的判斷。盡管如此，相比之下糠醛含量診斷法仍是傳統(tǒng)特征量診斷法中較為實用有效的方法。

此外以油中的酸類物質(zhì)、微水含量來間接評判油紙絕緣老化狀態(tài)的方法，近年來也有不少學者進行了相關研究，并得到相應結論。此類方法可以作為糠醛含量診斷法的一種補充。

1.2 基于電氣參量診斷法

20世紀90年代電力部門關于絕緣老化診斷和壽命預測的主要方法是，通過絕緣電阻、極化指數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)等離線電氣測量參數(shù)作為診斷的依據(jù)。以電氣參數(shù)為特征量的診斷法，主要通過相關的電氣試驗手段獲取絕緣電阻等參數(shù)，并作為老化診斷的依據(jù)。

近20多年來，隨著科技的進步，基于電氣參量的絕緣老化診斷方法取得了一定的發(fā)展，其中包括局部放電測量技術等。關于局部放電信號作為絕緣老化狀態(tài)反映特征，已成為國內(nèi)外眾多學者的研究熱點，有大量的實驗研究。

基于局部放電信號診斷技術，最先研究對有機固體等絕緣材料的老化診斷，如G. C. Montanari認為可以用樹枝放電的長度以及局部放電的密度來表征絕緣的電老化特性；張曉紅等人研究利用局部放電的矩特征來反映絕緣的老化特性。

已有研究成果表明，以局部放電信號為特征量的電氣參量診斷法只能作為化學參量診斷法的一種補充手段，真正實現(xiàn)其在變壓器絕緣老化狀態(tài)診斷的應用還需進一步開展更多工作。

2 介電響應特征量診斷方法

2.1 回復電壓法（略）

回復電壓法是最早出現(xiàn)的介電響應測試方法，相比于傳統(tǒng)診斷法，回復電壓法憑借其無損、簡單便捷、攜帶老化信息豐富等優(yōu)勢受國內(nèi)外研究學者的青睞。

2.2 極化/去極化電流法（略）

PDC是另一種時域介電響應測試技術，其基本測試原理為：測量介質(zhì)在階躍電壓作用下的充電極化電流ip，以及在短路狀態(tài)下測得放電去極化電流id。

2.3 頻域介電譜法（略）

頻域介電譜法是一種頻域介電響應診斷技術。該方法通過測量交變電場刺激下的極化響應，對不同頻率進行逐點或掃頻測量相關介電參數(shù)。FDS具有頻帶寬，受噪聲干擾程度小，試驗電壓低，攜帶信息豐富等優(yōu)點，適用于變壓器絕緣狀態(tài)的現(xiàn)場診斷。

2.4 三種介電響應法的對比

RVM具有不用取樣、無損、不易受測量電壓及外電工頻干擾等優(yōu)點。但測試時間相對較長，同時要考慮環(huán)境溫度的影響，測量過程的溫度變化也會給測量結果帶來誤差。針對現(xiàn)場應用中存在的不同干擾因素，可進一步研究對測量結果的修正，從而提高對絕緣狀態(tài)診斷的準確性。

PDC作為一種無損介電響應診斷技術，能靈敏反映油紙絕緣的受潮狀態(tài)，被廣泛應用于油紙絕緣的老化受潮評估。但其所測的去極化電流值微小，需要施加更高的直流電壓，現(xiàn)場測量時易受外界電磁噪聲干擾；另外極化電流和去極化電流初始階段往往不易準確測量。

FDS用于診斷油紙絕緣狀態(tài)具有無損、受噪聲干擾程度小、試驗電壓低、攜帶信息豐富等優(yōu)點。該方法高頻下測量簡便，但在低頻測量時間相對較長，環(huán)境溫度同樣對測量結果產(chǎn)生一定影響。

總體來說，介電響應特征量診斷法因其具有非破壞性、操作簡便、抗干擾等優(yōu)點，相比于傳統(tǒng)方法更適用于變壓器絕緣的現(xiàn)場診斷，具有良好工程應用前景，是未來絕緣診斷技術的研究重點。

結論

本文主要綜述了油浸式變壓器絕緣狀態(tài)的不同診斷方法，即傳統(tǒng)特征量診斷法與介電響應特征量診斷法。其中，基于傳統(tǒng)特征量的診斷方法簡單直觀，但在應用過程中或者需要吊罩、取芯，對絕緣本體造成一定破壞，或者需要取油樣一系列復雜檢測過程，容易受到外界水分進入或者中途濾油等干擾，影響評估的可信度。

基于介質(zhì)響應理論的介電響應特征量診斷法因其具有非破壞性、操作簡便、抗干擾等優(yōu)點，近年來受到國內(nèi)外諸多學者的廣泛關注，主要針對不同介電響應特征量與絕緣狀態(tài)的關系、規(guī)律等展開了深入研究，并取得了一定的研究成果。在未來仍然需要在以下幾個方面作進一步研究：

1）繼續(xù)研究介電響應特征量與油紙絕緣老化的關系，提取能夠表征油紙絕緣系統(tǒng)中不同絕緣介質(zhì)的老化特征量，進一步實現(xiàn)油紙復合絕緣系統(tǒng)中的狀態(tài)分類評估。

2）在單一特征量對油紙絕緣狀態(tài)評估研究的基礎上，融合多個時域或頻域特征量對油紙絕緣狀態(tài)進行綜合診斷評估，進一步提高評估準確可靠性。

3）融合時域介電響應法（RVM和PDC）和頻域介電譜法（FDS）的優(yōu)點，將這3種方法有機地結合，實現(xiàn)一種對變壓器絕緣狀態(tài)無損診斷的新方法。