变压器非破坏性绝缘测试分析及质量控制措施

变压器非破坏性绝缘测试分析及质量控制措施

张小彦杨景立

中国核电工程有限公司北京市100840

摘要：本文以核电厂用变压器为主要研究对象，从变压器绝缘的角度出发，分析、讨论变压器非破坏性绝缘试验，如绝缘电阻、泄露电流、介质损耗角、局部放电量等相关绝缘试验的目的、意义，对比各种绝缘试验参数的不同点，对不同类型设备绝缘试验项目的选择有一定指导作用。通过对绝缘试验参数超标原因进行分析，指出了在变压器制造和试验过程中影响绝缘性能的因素，针对这些影响因素，以全方位全过程控制为原则，严格按照相关工艺规范进行设备监造，在质量计划审核、原材料入厂检验、设备制造过程、制造过程中试验和成品试验等各环节采取相应的质量控制措施，能有效地降低绝缘质量问题发生的概率，保证变压器设备的绝缘质量。

关键词：变压器；绝缘；质量控制；设备监造

1.变压器绝缘的重要性

电力变压器是核电厂电力系统中的重要电气设备之一，是被列入核安全局监管范围的常规岛非核级设备，其运行状态将直接影响核电厂的安全、稳定、可靠运行发电。对于变压器的安全、可靠运行，除了要在变压器运行期间做好日常维护工作外，制造出高质量和高性能的变压器，对于其以后的安全、可靠、稳定运行有着决定性的意义。

变压器绝缘的质量，对变压器可靠运行的影响尤为突出。一般情况下，绝缘材料的重量可达变压器总重的30%左右。电力变压器的绝缘即是变压器的绝缘材料所组成的绝缘系统，它是变压器正常工作和运行的基本条件，变压器的使用寿命是由绝缘材料（即油纸和树脂等）的寿命所决定的。对于110kV及以上的电力变压器所发生的事故，其中由于绝缘引起的占80%以上【1】。大多数的变压器的损坏和故障都是因绝缘系统的损坏而造成。无论是何种原因引起变压器发生故障，比如短路故障、过热故障等最终都将导致变压器绝缘损坏或击穿，从而导致事故。可见，在变压器制造过程中，保证变压器绝缘质量，是电力系统安全运行的重要保证。

2.变压器绝缘及缺陷类型

油浸式变压器绝缘分为内部绝缘和外部绝缘。其中，内部绝缘由分为主绝缘和纵绝缘，包括：高低压绕组之间、绕组对地（磁路、油箱）、各相间绝缘、引出线对地和其他绕组、分接开关对地和其他绕组的绝缘；以及同一绕组中的不同点（层间、段间、匝间）、同一绕组的各引出线间绝缘和分接开关的各部分之间的绝缘。外部绝缘包括套管外绝缘闪络、泄露距离和空气间隙。

绝缘缺陷类型大致分为两类：一类是集中性缺陷，如：绝缘局部损伤（开裂、磨损、腐蚀等）、局部受潮或存在气泡以及侵入导电性物质等；另一类是分布性缺陷，电气设备绝缘整体性能的下降，例如绝缘的老化变质、普遍受潮或脏污等。

3.绝缘测试分析

3.1非破坏性绝缘测试参数

绝缘电阻，加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。

吸收比是加压60S时的绝缘电阻与加压15S时的绝缘电阻比值作为绝缘的吸收比。而极化指数与吸收比的物理意义是相同的，它是10min和1min的绝缘电阻之比【2】。

在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角的正切值，称为介质损耗因数。

3.2案例分析

某制造厂对一台变压器进行绝缘试验，变压器容量为68/34-34MVA、额定电压（高压：24±8X1.25%KV，低压：6.9-6.9KV）。试验是在变压器制造、总装配结束后进行的。试验测试数据见下表：

根据此变压器技术协议要求：第1分钟的绝缘电阻应超过2000M?（20℃），吸收比不小于1.3，极化指数不小于1.5，每一绕组对地及绕组之间的不超过0.5%（20℃）。测试发现：该变压器绝缘电阻值明显低于技术协议要求，低压绕组直流泄漏电流偏大，极化指数小于1.5，吸收比小于1.3，而介质损耗显示未超标。

对于绝缘试验而言，并不能仅仅根据一项试验参数去判断结果合格与否，介质损耗显示未超标并不能判断变压器绝缘良好，而是需要对绝缘测试的各项指标综合比较。

此次试验中，绝缘电阻、极化指数、吸收比、均不合格。绝缘电阻大大降低，表明绝缘存在缺陷。极化指数和吸收比均超标则反映绝缘受潮。因此，初步判断，引起绝缘异常原因是变压器绝缘受潮。此判断结果以极化指数作为主要参考指标，因为吸收比和变压器的电容量有关，对于高电压、大容量的变压器，采用极化指数更能准确反映绝缘的受潮情况。而对于绝缘试验不合格但介质损耗显示未超标，证明：介损对于绝缘的体积越大的试品，绝缘性能的反映越不灵敏。

3.3影响绝缘试验结果的因素

通过对上述案例中出现的绝缘问题的分析，问题原因排查，得知：在变压器制造工艺过程和绝缘试验过程中，有很多影响绝缘测试结果的因素，总结如下。

3.3.1绝缘测试本身存在问题

1）试验环境是否满足要求、试验设备的选择和标定、接线方式是否正确；2）被测试品在试验前，是否检查其清洁无异物，设备外观良好无破坏和变形；3）对试验结果进行分析判断时，应排除温度、湿度因素的影响。

3.3.2变压器制造过程中的影响因素

1）线圈绕制过程中，混入异物或线圈绝缘受潮，绕制线圈的轴向尺寸和辐向尺寸不满足要求，引线到各部分的绝缘距离不符合图纸要求。

2）器身装配过程中，引线的焊接和绝缘的包扎是否良好，器身装配后的清洁是否彻底，以及器身装配后干燥处理过程（在真空度、真空时间）是否满足工艺规程要求。

3）在总装配阶段，各部分的绝缘距离是否符合图纸要求、真空注油前，充分滤油，保证变压器油各项指标符合要求，整体密封油压有无渗漏。

4.质量控制措施

变压器绝缘的质量，对变压器可靠运行的影响尤为突出，绝缘质量的高低决定了整个变压器制造质量。因此，对于变压器绝缘质量，在制造时实行全方位全过程控制，即对与设备制造质量相关的所有因素（4M1E：即人（Man）、材料（Material）、机械（Machine）、方法（Method）、环境（Environment））、对设备制造从工艺文件编制到设备最终成品试验的整个过程都要进行控制。针对变压器制造特点，应着重从以下几方面加强对变压器制造的质量控制：

（1）相关标准、规范的审核。在设备制造开始前，应根据合同、技术协议、相关标准和规范，对质量计划、制造工艺文件、试验方案和验收大纲进行审核，保证标准、规范和工艺要求的一致性，并满足合同和技术协议要求。

（2）入厂材料检验。对于变压器而言，入厂材料种类比较多，有矽钢片、纸板、电磁线、变压器油、气体继电器、温度计、套管、片散等。在材料入厂时，做好台账，分门别类登记各批次入厂材料，把材料入厂检验关，防止未经检验的、不合格的材料用于变压器的制造中，从而影响绝缘质量。

（3）在设备的制造的过程中，严格按照已批准的质量计划对设备的制造过程进行监督。出席见证点时，从人、机、料、法、环各个方面进行检查，保证制造过程严格按照质量计划中的工艺规范进行。对于违反工艺规程的制造活动，应当进行制止。

特别注意保持周围环境的清洁，并检查器身和油箱装配过程中无异物混入，做到装配前后严格检查。器身在装配完成后，要严格控制器身在空气中的暴露时间，避免器身受潮。

5.结论

本文从变压器绝缘的角度出发，对变压器非破坏性绝缘试验案例进行分析，对比了绝缘电阻、泄露电流、介质损耗角等相关试验参数的意义，讨论了影响变压器绝缘质量的因素和绝缘试验过程中的控制重点。针对这些绝缘质量的影响因素和试验控制重点，提出了相应的质量控制措施，提高监造质量控制的有效性，避免类似绝缘质量问题的再次发生。

参考文献

[1]王川波，高压电气绝缘及测试，北京：中国水利水电出版社，1998

[2]DLT596-2005，电力设备预防性试验规程

[3]井新太，机电设备监理质量控制主要内容和方法的探讨，西北水电，2007年，第2期：83-86

[4]吕俊霞，电气设备故障的查找方法和技巧，电气技术与自动化，2007年，第1期：108-109

[5]GBT26429-2010，设备工程监理规范