Abstract: The power transformer plays a crucial role in the production and life of modern society, its insulation performance directly determines the service life of the transformer. The transformer insulation aging state judgment paper, remaining life prediction has become particularly important. The dielectric response method is a nondestructive in insulation paper sentenced state method of paper aging insulation, this paper mainly introduces the dielectric response method based on several methods of insulation paper aging to the state, and their respective advantages and disadvantages and practicability.
Keywords: Transformer; Insulating paper; Dielectric response; Aging state

【中图分类号】TM4【文献标识码】B 文章编号1561-0330（2017）09-0000-00

1 引言

电力变压器是电力系统的核心部件，其性能的好坏可直接影响电力系统的可靠安全运行。同时电力变压器作为各种高压电气设备中最重要的设备，担负着电网中能量转换、传输的核心工作。目前国内外的大多数变压器已经运行多年，如何准确、方便的预测变压器的老化状态及剩余寿命成为当今社会研究的重点^[1]。

变压器绝缘系统主要包括固体绝缘和液体绝缘两大类，液体绝缘主要指绝缘油，可带走多余的热量，可通过滤油、换油等来防止绝缘油的老化；固体绝缘主要是绝缘纸的绝缘状况，其绝缘性能的好坏直接关系的变压器的绝缘寿命。目前国际公认的关于诊断变压器绝缘纸老化状态的判断有三种：物理法，化学法和介电响应法。化学法主要包括油中溶解气体分析、油中糠醛含量和绝缘纸聚合度测量等；物理法主要指对绝缘纸纸张的抗张强度进行测量；关于介电响应法主要指时域、频域两种方法。变压器在运行过程中会出现中途滤油等情况，导致测量油中各化学量的结果无法准确反映绝缘系统的老化情况^[2]。聚合度测量最能准确地反映绝缘纸的老化程度，但聚合度测量比较麻烦，需要停电吊罩等，并且还可能对绝缘系统造成损伤^[2]。由于以上几种方法在判断变压器绝缘老化状态时存在的不足，寻找能够有效、准确反映变压器绝缘系统老化状态及评估技术逐渐受到国内外学者和工程技术人员的重视。变压器在运行过程中受到磁场、温度、水分、氧气等因素的影响，导致油纸绝缘复合电介质的微观结构发生变化，进而导致其介电特性发生变化，因此可通过测量油纸绝缘系统的介电响应来判断绝缘纸的老化状态。

介电响应法主要包括时域和频域两大类^[3]，时域介电响应法又包括的回复电压法、极化去极化电流法。与回复电压法和极化去极化电流法相比，频域介电相应法主要指频域介电谱法（FDS）受噪音干扰的程度小，实验所需电源电压低，所含信息丰富。对于变压器油纸绝缘系统的 FDS研究，具有重要意义。

2 频域介电响应法测绝缘纸老化状态

绝缘纸聚合度是判绝缘纸老化程度最准确、可靠、有效的判据。变压器纸绝缘试品在热老化过程中，定期对其进行取样。采用介电谱测试系统宽带Concept 80（Novocontrol GMBH-Germany）测试油纸绝缘试品的各介电特征量^[4]。其频域介电谱测试原理图如图1所示。

频域介电谱的测试系统如图2所示，测试系统采用自制的三电极系统^[5]。系统的高压级、低压级及保护电极都采用黄铜制成，被测试品放在被测量电极和高压电极之间，同时利用弹簧使其压紧，将整个电极都浸在新绝缘油中进行测试。在测试之前，将该系统装置及试品放入温度为30℃的恒温恒湿箱中静置约6h，来保证绝缘纸板与绝缘油之间温度的平衡并使其充分稳定于该测试温度下。测试所选用仪器为OMICRON公司的介质响应分析仪DIRANA，测试的频率范围为10^-3~10³Hz，测量电流±50mA，输出电压峰值±200V，分辨率10^-5 A。

油纸绝缘系统在不同老化阶段其频域介电谱随整个老化过程绝缘纸中水分含量的变化较小^[6]，但聚合度变化较大，因此可以获得老化程度不同但水分含量相近的样品，来区分水分含量和老化程度对频域介电谱所造成的影响。试品在各老化过程中的复电容C频域谱，如图3所示。从图3可以看出，随着老化程度的增加负电容实部C′和负电容虚部C″都增大；但是C′在整个频带变化范围内均随老化程度增加而逐渐增大，而C″仅在10^-3~10^-1 Hz范围内随老化程度增加而增大，而在10^-1 Hz频率以上则变化不明显。

3 时域介电普法判绝缘纸的老化状态

3.1 回复电压法

回复电压法（RVM）开始于20世纪90年代，是一种非破坏性测试方法，可通过外加电压来获得电力变压器固体绝缘状态。它的优点是抗干扰能力很强，所反映的信息与变压器绝缘纸的老化程度、绝缘纸中水分等密切相关，同时对于变压器现场监测的应用也很方便，受到广泛关注。

3.1.1 回复电压测量原理及特征参数

由于直流电压的作用，电介质内部产生了极化现象^[7]。根据电介质原理，在外部没有电场作用时，电介质内部的偶极子便无规则排列，而在外电场的作用下，偶极子会定向排列，电荷开始定向位移，电介质表面会出现束缚电荷，极化电流产生；若撤去外加电场，两极短接后，由于没有外加电场的引导,内部的偶极子便从有序状态变为无序状态，界面束缚电荷和表面极化电荷开始释放；短时间内切断短接线路，一些定向有序排列的束缚电荷和一部分没有完全释放的自由电荷，便会在电介质的两端形成电势差，另外，有效的去极化通道失去后，在电介质内部，还未去极化的偶极子便重新有序排列，产生了内极化场，回复电压出现上升的趋势，由于失去外部电场，偶极子无法有序排列，内极化场便无法长时间存在，偶极子开始处于无序排列，回复电压开始下降，若时间趋于无穷，回复电压便为零。

回复电压法（RVM）^[8]利用在直流电压下固体材料的极化特性，获得回复电压曲线及其参数，根据这些参数，研究其与老化程度和含水量等的关系，进而对固体绝缘状况进行判断。RVM测量电路图如图4所示。

具体测试步骤如下：（a）首先关闭开关s1，开关s2、s3断开，油纸绝缘试品接受直流电源充电，油纸绝缘出现了极化现象，并产生了极化电流；（b）持续充电时间tc后，开关s1断开，开关s3闭合，电容放电，由于线路处于短路，油纸绝缘便产生去极化电流；（c）再持续放电td，开关sd断开，短路期间由于存在没有释放完全的电荷，导致高低压绕组之间形成电压差，这个电压差就是回复电压。回复电压和极化去极化电流示意图如图5所示。

4 总结

（1）关于介电响应法判绝缘纸的老化状态^[14]主要分为两大类：频域介电响应法和时域介电响应法；而时域介电响应法又包括回复电压法，极化去极化电流法；

（2）频域介电响应法^[15]判绝缘纸老化状态原理是通过各个特征量与绝缘纸聚合度的特殊关系来判断；

（3）回复电压法判绝缘纸老化状态其原理是建立三个特征量与绝缘纸聚合度间的关系，进而来预测绝缘纸的剩余寿命；极化去极化电流法在一定充放电时间内测试油纸绝缘的极化/去极化电流，通过分析其电导率来评估油纸绝缘性能。

参考文献

[1] 郝建,廖瑞金.应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估[J].电网技术,2015,35(7).

[2] 廖瑞金,郝建.变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系[J].电工技术学报,2012,27(5).

[3] 段宗超,吴广宁.油纸绝缘频域介电谱特性与聚合度的关联影响规律研究[J].电网技术,2014,38(10).

[4] 董明,王丽.油纸绝缘介电响应检测技术研究现状与发展[J].高电压技术.2016,42(4).

[5] 杨丽君,齐超亮.变压器油纸绝缘状态的频域介电谱特征参量及评估方法[J].电工技术学报,2015,30(1).

[6] 周利君,李先浪.不均匀老化油纸绝缘稳态水分分布的频域介电谱[J].高电压技术,2015,41(6).

[7] 廖瑞金,郝建.变压器油纸绝缘频域介电特征量与绝缘老化状态的关系[J].电工技术学报,2012,27(5).

[8] 周利军,李先浪.基于回复电压曲线的油纸绝缘状态评估[J].高电压技术,2014,40(2).

[9] 王小健. 基于时域介电响应的变压器油纸绝缘老化诊断分析[J].江苏大学,2016,6.

[10] 廖瑞金,孙会刚.采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量[J].高电压技术,2011,37(1).

[11] 吴广宁,段宗超.应用极化/去极化电量差模型分析油纸绝缘微水扩散暂态过程[J]. 高电压技术,2015,41(2).

[12] 吴广宁,王晓剑.有机酸对油纸绝缘热老化及频域介电谱特性的影响[J].高电压技术,2014,40(5).

[13] 王林,周利军. 应用极化/去极化电流法分析油纸绝缘微水扩散暂态过程[J].高电压技术,2013,39(2).

[14] 梁颖辉,欧树华.诊断变压器绝缘状态及老化的PDC技术的研究[J].变压器,2007,44(6).

[15] 董明,王丽.油纸绝缘介电响应检测技术研究现状与发展[J].高电压技术,2016,42(4).

作者简介

孙孟玉  (1991-) 女 硕士研究生 主要从事高油纸绝缘系统的老化与改性研究