繞組對地絕緣電阻測量是變壓器的例行試驗項目，絕緣電阻的大小直接關(guān)系著變壓器的穩(wěn)定運行和壽命。由于在變壓器的制造過程中影響繞組絕緣性能的因素較多，因此繞組對地絕緣電阻偏小的原因往往難以排查并確認(rèn)，這成為變壓器制造企業(yè)經(jīng)常遇到且較難處理的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

在某變壓器廠進行廠內(nèi)例行試驗時，一臺500kV變壓器繞組對地絕緣電阻與同批次、同型號變壓器繞組對地絕緣電阻對比相差較大，本文從變壓器生產(chǎn)工藝、器身受潮、絕緣油性能等方面進行排查，以確認(rèn)導(dǎo)致此問題的原因并給出解決方法。

1  故障變壓器介紹

某變壓器廠家生產(chǎn)的同一批次500kV變壓器共計7臺，型號為ODFSZ—500000/500，進行廠內(nèi)例行試驗時，其中一臺變壓器（以下簡稱異常變壓器）的繞組對地絕緣電阻相對于同批次其他變壓器（以下簡稱正常變壓器）的繞組對地絕緣電阻出現(xiàn)大幅度下降。

2  導(dǎo)致絕緣電阻降低的可能原因

根據(jù)相關(guān)文獻報道，可能導(dǎo)致變壓器絕緣電阻下降的原因主要有器身絕緣受潮、油中滋生微生物和油中存在雜質(zhì)（包括金屬或其他非金屬極性物質(zhì)）。

2.1  器身絕緣受潮

變壓器在生產(chǎn)過程中，器身絕緣會暴露在大氣中并吸收一定的潮氣。因水是強極性物質(zhì)，在電場的作用下會與油中的纖維類物質(zhì)在電極間聚集成橋，增加油的電導(dǎo)，從而引起變壓器絕緣電阻減小。

2.2  絕緣油中滋生微生物

在絕緣油儲存及變壓器制造過程中，空氣中的水分、灰塵、微生物會擴散到油中。這些物質(zhì)的比重較大，隨著時間的增加及環(huán)境的不斷變化，這些物質(zhì)會沉積到油罐底部，形成污水層，導(dǎo)致球菌、桿菌、放線菌等微生物在此大量繁殖。微生物的滋生導(dǎo)致油的介質(zhì)損耗因數(shù)值逐漸上升，當(dāng)每毫升油中的純菌含量達到約10⁵～10⁷個時，會對油的電氣絕緣性能造成較大影響，且油的電氣性能會隨油中微生物的增長而逐步劣化。

當(dāng)變壓器油中水分足夠（≥140mL/L）且溫度適宜（35～40℃）時，微生物極易大量繁殖擴散；當(dāng)油中pH＞5或者環(huán)境溫度≥50℃時，微生物會停止繁殖；當(dāng)溫度≥85℃時，大量微生物的蛋白質(zhì)凝固，在油中不能存活，只有少量的微生物能繼續(xù)存活；當(dāng)溫度上升到120℃以上時，絕緣油中的微生物基本死亡。

2.3  變壓器油中存在雜質(zhì)

目前，國內(nèi)外研究人員普遍認(rèn)為變壓器絕緣油中雜質(zhì)顆粒的來源包括以下兩方面：一是在變壓器生產(chǎn)、運輸、檢修過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)；二是采用活性氧化鋁和硅酸凈化處理變壓器油時，其中的金屬雜質(zhì)污染油品。在電場的作用下，變壓器油中雜質(zhì)被極化，被吸引到電場強度大的地方，即電極的附近，并按電場線排列，因此在電極附近形成導(dǎo)電的“小橋”。當(dāng)雜質(zhì)較少時，只能形成斷續(xù)的“小橋”，絕緣性能下降不明顯；當(dāng)雜質(zhì)較多時，在兩極之間形成連通的“小橋”，使絕緣油的絕緣性能快速下降。

目前，變壓器產(chǎn)業(yè)使用的絕緣油為環(huán)烷基油，環(huán)烷基油的溶解性較好，會使變壓器內(nèi)部的極性材料溶解在變壓器油中，隨著極性物質(zhì)溶解量的增加，變壓器油的電氣性能會快速下降。有研究及相關(guān)文獻表明，油中銅離子含量≥0.1mL/L就會導(dǎo)致變壓器油絕緣電阻明顯下降。

3  絕緣電阻降低原因排查

3.1  器身絕緣受潮排查

對異常變壓器生產(chǎn)工藝流程中易造成受潮的工序進行排查。

同時，對正常變壓器和異常變壓器使用的絕緣油進行微水含量和耐壓測試。

由表1和表2可以看到，異常變壓器的極化指數(shù)及吸收比均滿足國標(biāo)要求；根據(jù)表3排查結(jié)果可知，異常變壓器生產(chǎn)過程符合工藝要求；根據(jù)表4對比結(jié)果可知，異常變壓器用油中含水量滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。綜上所述，可以判斷異常變壓器絕緣電阻大幅度減小并非由器身絕緣受潮導(dǎo)致。

3.2  油中微生物排查

該批次同型號變壓器共7臺產(chǎn)品進行試驗，全部使用中石油潤滑油有限公司生產(chǎn)的25#變壓器油，在產(chǎn)品注油及油處理過程中，使用的注油設(shè)備、管道全部一致，且該批次變壓器用油全部經(jīng)過熱油循環(huán)工藝處理，熱油循環(huán)過程中，油溫≥70℃，持續(xù)時間48h，長時間高油溫可殺死油中可能存在的微生物，因此可以排除因油中微生物含量過高而造成絕緣電阻偏小。

3.3  變壓器油中雜質(zhì)排查

經(jīng)排查，該廠廠內(nèi)存有一批用于變壓器出廠試驗的工藝用油，該批工藝用油在變壓器油系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)使用，可能存在老化或摻入金屬雜質(zhì)的情況。如果變壓器使用該批工藝用油，就可能導(dǎo)致絕緣電阻減小。

根據(jù)上述排查結(jié)果，初步懷疑異常變壓器使用了長期使用的工藝用油，該批工藝用油可能存在金屬雜質(zhì)或絕緣油老化裂解產(chǎn)生了極性小分子的情況，進而導(dǎo)致變壓器絕緣電阻異常減小。為了進一步確認(rèn)原因，進行相關(guān)測試及試驗驗證。

4  油樣測試及試驗驗證

4.1  介質(zhì)損耗因數(shù)及體積電阻率測試

取與異常變壓器所用絕緣油同牌號的未使用油樣（以下稱原油樣）與異常變壓器所用絕緣油（以下稱產(chǎn)品油樣）進行對比測試。

從表5可以看出：相比于原油樣，產(chǎn)品油樣介質(zhì)損耗因數(shù)及體積電阻率雖仍滿足國標(biāo)要求，但其介質(zhì)損耗因數(shù)值大幅度提高，約為原油樣的7倍，體積電阻率大幅度下降，比原油樣下降了約65%，說明變壓器油在使用及試驗過程中已劣化或污染。

4.2  電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測試

使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（inductively coupled plasma optical emission spectrometer, ICP- OES）對油中可能存在的金屬元素進行定量檢測，并將原油樣與產(chǎn)品油樣進行對比。

從表6數(shù)據(jù)可以看到，原油樣及產(chǎn)品油樣中均未檢測出金屬元素，因此可以排除由于油中溶解金屬元素導(dǎo)致其絕緣電阻減小。

4.3  頻域介電譜測試

使用寬介電頻譜對原油樣和產(chǎn)品油樣在不同頻率、溫度下的相對介電常數(shù)及介質(zhì)損耗因數(shù)進行檢測對比，測試結(jié)果如圖1所示。由于變壓器油主要由烷烴、環(huán)烷烴等中性和弱極性組分構(gòu)成，其分子偶極矩較小，屬于中性或弱極性液體，極化能力非常弱，因此在

10^-1～10⁶Hz范圍內(nèi)，其相對介電常數(shù)較小；而在10^-2～10^-1Hz頻段內(nèi)，原油樣和產(chǎn)品油樣開始出現(xiàn)極化現(xiàn)象，根據(jù)不同種類電介質(zhì)極化特性（見表7），判斷油中極化類型為偶極子極化，即在此低頻段交流電壓作用下，油中極性電介質(zhì)的偶極子得以充分極化。

隨著變壓器油的不斷老化，油中的鏈烷烴斷裂，不斷產(chǎn)生非對稱結(jié)構(gòu)的極性分子，這類極性分子在低頻電壓下更容易且更充分地被極化，進而導(dǎo)致絕緣油的相對介電常數(shù)隨之提升。因此，絕緣油的相對介電常數(shù)越高，意味著電介質(zhì)在電場作用下的極化能力越強，其中的極性分子含量越多，老化程度越深。

根據(jù)圖1中不同溫度下，原油樣與產(chǎn)品油樣的相對介電常數(shù)隨測試頻率的變化可以看到，產(chǎn)品油樣比原油樣更早出現(xiàn)相對介電常數(shù)快速變化的現(xiàn)象，說明產(chǎn)品油樣比原油樣更易被極化，油中極性分子含量更多，老化程度更深。此外，電介質(zhì)極化時會產(chǎn)生極化電場，而極化電場與外加電場方向相反，因此會抵消一部分外加電場的作用，從而降低電流通過電介質(zhì)的能量損耗，使絕緣電阻減小。

根據(jù)排查和后續(xù)測試驗證結(jié)果，可確認(rèn)本案例中的異常變壓器使用了廠內(nèi)長期使用的工藝用油，該批工藝用油因老化產(chǎn)生的極性小分子是導(dǎo)致變壓器絕緣電阻異常減小的原因。

5  處理措施

根據(jù)上述結(jié)論，對異常變壓器使用的絕緣油進行更換，更換工藝流程如下：

1）準(zhǔn)備未使用過的合格絕緣油。

2）異常變壓器充干燥空氣排油。

3）用4000m³/h的抽真空機組對變壓器抽真空，抽真空至30Pa后再持續(xù)抽真空48h，用以脫出器身絕緣吸收的絕緣油。

4）變壓器充干燥空氣破空，打開變壓器上的人孔蓋板，操作人員從人孔進入變壓器，用蘸酒精白布擦拭油箱內(nèi)壁殘油。

5）用油泵將下節(jié)油箱底部殘油抽凈，并密封油箱。按原工藝重新抽真空，并注入已準(zhǔn)備好的未經(jīng)使用的合格絕緣油。

6）按原工藝進行熱油循環(huán)處理，并靜置48h。

7）復(fù)測各繞組絕緣電阻。

由表9測試結(jié)果可以看到，異常變壓器更換絕緣油后，其絕緣電阻恢復(fù)正常。

6  結(jié)論

本文對同一批次變壓器絕緣電阻進行測量對比，排查生產(chǎn)過程，并進行試驗驗證，通過總結(jié)各項試驗數(shù)據(jù)及對各油樣試驗結(jié)果的對比分析，主要得到以下結(jié)論：

1）絕緣油試驗次數(shù)過多，試驗過程中的高電場強度導(dǎo)致變壓器油老化裂解，油中產(chǎn)生極性分子，這類極性分子會導(dǎo)致變壓器繞組對地絕緣電阻偏小。

2）絕緣油的常規(guī)檢測方法及合格標(biāo)準(zhǔn)，不能準(zhǔn)確反映絕緣油老化程度，可通過增加ICP-OES、頻域介電譜等檢測方法實現(xiàn)對變壓器油老化程度的進一步判斷。

3）將絕緣電阻偏小的變壓器內(nèi)絕緣油更換為新油，并經(jīng)過熱油循環(huán)處理后可使絕緣電阻恢復(fù)正常。

4）變壓器廠內(nèi)用于出廠試驗用的工藝絕緣油，應(yīng)規(guī)定其用于高壓試驗的次數(shù)，并定期更換。