隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)需求的不斷增長(zhǎng)，電力行業(yè)逐漸向大規(guī)模容量、超高壓等級(jí)發(fā)展，對(duì)電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)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(jià)格昂貴的電氣設(shè)備。

據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，由電力設(shè)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(wèn)題占據(jù)主要比重。油紙絕緣結(jié)構(gòu)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(duì)電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行具有重要意義。

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外對(duì)于變壓器油紙絕緣狀態(tài)的診斷技術(shù)已有大量相關(guān)研究，主要可歸納總結(jié)為傳統(tǒng)特征量診斷法和介電響應(yīng)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(xué)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(yīng)特征量診斷法主要包括時(shí)域介電響應(yīng)的回復(fù)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(duì)絕緣系統(tǒng)無(wú)損、操作簡(jiǎn)便的電氣診斷方法，相比于傳統(tǒng)診斷方法更適應(yīng)于電力變壓器油紙絕緣狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、診斷與評(píng)估，具有良好的工程應(yīng)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(yīng)特征量診斷技術(shù)；②分析闡述了不同診斷方法各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，以及目前已有研究中所存在的一些問(wèn)題；③總結(jié)了油浸式變壓器絕緣狀態(tài)診斷方法的未來(lái)研究方向和發(fā)展趨勢(shì)。

1 傳統(tǒng)特征量診斷方法

1.1 基于化學(xué)參量診斷法

基于化學(xué)參量的傳統(tǒng)診斷法主要是利用油浸式變壓器在運(yùn)行過(guò)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(guān)導(dǎo)則和規(guī)程，進(jìn)行絕緣狀態(tài)的診斷。

1）油中溶解氣體分析

大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與研究表明，充油電氣設(shè)備發(fā)生故障時(shí)會(huì)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?dú)怏w為CO與CO2，依據(jù)此特性已制定相關(guān)的導(dǎo)則。

例如：IEC導(dǎo)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(guān)氣體來(lái)診斷絕緣故障老化等的方法，具有一定的參考價(jià)值。

但主要存在如下不足：①CO、CO2氣體不僅來(lái)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(guān)氣體并溶解于油中，而且由于氣體本身的揮發(fā)性，導(dǎo)致并非所有特征氣體與絕緣紙老化均有相關(guān)性；②氣體的含量比例會(huì)受到變壓器的油紙比例、絕緣結(jié)構(gòu)、材料等差異影響，運(yùn)行環(huán)境的變化會(huì)使氣體的產(chǎn)生量并不穩(wěn)定，一次的測(cè)試結(jié)果并不能準(zhǔn)確診斷出變壓器實(shí)際絕緣狀況。

2）絕緣紙聚合度測(cè)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(guó)內(nèi)的DL/T 984—2005《油浸式變壓器絕緣老化判斷導(dǎo)則》認(rèn)為當(dāng)DP降到500左右，變壓器絕緣壽命已進(jìn)入中期；當(dāng)DP下降到250時(shí)，絕緣壽命已到晚期；當(dāng)DP小于150時(shí)，則變壓器需立即退出運(yùn)行。對(duì)于變壓器壽命終止時(shí)聚合度的極限值仍存在爭(zhēng)議，有待進(jìn)一步研究分析。

聚合度可以直接表征絕緣紙的機(jī)械性能，因此通過(guò)聚合度測(cè)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(shí)際老化情況會(huì)有所不同，使聚合度的分布并不集中；②采用粘度法測(cè)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(zhǔn)確度；③通過(guò)對(duì)變壓器吊芯取樣測(cè)量聚合度，此方法不僅對(duì)絕緣有損且實(shí)現(xiàn)過(guò)程較為復(fù)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(cè)

糠醛是纖維素絕緣紙發(fā)生老化過(guò)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(guó)制定的DL/T 596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》中規(guī)定：當(dāng)油中糠醛含量達(dá)0.5mg/L時(shí)，變壓器的整體絕緣水平處于其壽命中期；當(dāng)糠醛含量大于4mg/L時(shí)，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(dāng)前最為常用的一種方法。但該方法的可靠性會(huì)受以下因素影響：①有關(guān)糠醛含量的物理測(cè)量方法（高效液相色譜法），易受換油、濾油及熱虹吸過(guò)濾器等因素影響；②對(duì)于添加抗氧化劑的油紙絕緣系統(tǒng)，不能簡(jiǎn)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(shí)用有效的方法。

此外以油中的酸類物質(zhì)、微水含量來(lái)間接評(píng)判油紙絕緣老化狀態(tài)的方法，近年來(lái)也有不少學(xué)者進(jìn)行了相關(guān)研究，并得到相應(yīng)結(jié)論。此類方法可以作為糠醛含量診斷法的一種補(bǔ)充。

1.2 基于電氣參量診斷法

20世紀(jì)90年代電力部門關(guān)于絕緣老化診斷和壽命預(yù)測(cè)的主要方法是，通過(guò)絕緣電阻、極化指數(shù)、介質(zhì)損耗因數(shù)等離線電氣測(cè)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(guò)相關(guān)的電氣試驗(yàn)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(lái)，隨著科技的進(jìn)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(cè)量技術(shù)等。關(guān)于局部放電信號(hào)作為絕緣老化狀態(tài)反映特征，已成為國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)，有大量的實(shí)驗(yàn)研究。

基于局部放電信號(hào)診斷技術(shù)，最先研究對(duì)有機(jī)固體等絕緣材料的老化診斷，如G. C. Montanari認(rèn)為可以用樹枝放電的長(zhǎng)度以及局部放電的密度來(lái)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(lái)反映絕緣的老化特性。

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

2 介電響應(yīng)特征量診斷方法

2.1 回復(fù)電壓法（略）

回復(fù)電壓法是最早出現(xiàn)的介電響應(yīng)測(cè)試方法，相比于傳統(tǒng)診斷法，回復(fù)電壓法憑借其無(wú)損、簡(jiǎn)單便捷、攜帶老化信息豐富等優(yōu)勢(shì)受國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者的青睞。

2.2 極化/去極化電流法（略）

PDC是另一種時(shí)域介電響應(yīng)測(cè)試技術(shù)，其基本測(cè)試原理為：測(cè)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(cè)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(yīng)診斷技術(shù)。該方法通過(guò)測(cè)量交變電場(chǎng)刺激下的極化響應(yīng)，對(duì)不同頻率進(jìn)行逐點(diǎn)或掃頻測(cè)量相關(guān)介電參數(shù)。FDS具有頻帶寬，受噪聲干擾程度小，試驗(yàn)電壓低，攜帶信息豐富等優(yōu)點(diǎn)，適用于變壓器絕緣狀態(tài)的現(xiàn)場(chǎng)診斷。

2.4 三種介電響應(yīng)法的對(duì)比

RVM具有不用取樣、無(wú)損、不易受測(cè)量電壓及外電工頻干擾等優(yōu)點(diǎn)。但測(cè)試時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，同時(shí)要考慮環(huán)境溫度的影響，測(cè)量過(guò)程的溫度變化也會(huì)給測(cè)量結(jié)果帶來(lái)誤差。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中存在的不同干擾因素，可進(jìn)一步研究對(duì)測(cè)量結(jié)果的修正，從而提高對(duì)絕緣狀態(tài)診斷的準(zhǔn)確性。

PDC作為一種無(wú)損介電響應(yīng)診斷技術(shù)，能靈敏反映油紙絕緣的受潮狀態(tài)，被廣泛應(yīng)用于油紙絕緣的老化受潮評(píng)估。但其所測(cè)的去極化電流值微小，需要施加更高的直流電壓，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量時(shí)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(zhǔn)確測(cè)量。

FDS用于診斷油紙絕緣狀態(tài)具有無(wú)損、受噪聲干擾程度小、試驗(yàn)電壓低、攜帶信息豐富等優(yōu)點(diǎn)。該方法高頻下測(cè)量簡(jiǎn)便，但在低頻測(cè)量時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，環(huán)境溫度同樣對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

總體來(lái)說(shuō)，介電響應(yīng)特征量診斷法因其具有非破壞性、操作簡(jiǎn)便、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，相比于傳統(tǒng)方法更適用于變壓器絕緣的現(xiàn)場(chǎng)診斷，具有良好工程應(yīng)用前景，是未來(lái)絕緣診斷技術(shù)的研究重點(diǎn)。

結(jié)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(yīng)特征量診斷法。其中，基于傳統(tǒng)特征量的診斷方法簡(jiǎn)單直觀，但在應(yīng)用過(guò)程中或者需要吊罩、取芯，對(duì)絕緣本體造成一定破壞，或者需要取油樣一系列復(fù)雜檢測(cè)過(guò)程，容易受到外界水分進(jìn)入或者中途濾油等干擾，影響評(píng)估的可信度。

基于介質(zhì)響應(yīng)理論的介電響應(yīng)特征量診斷法因其具有非破壞性、操作簡(jiǎn)便、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)受到國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注，主要針對(duì)不同介電響應(yīng)特征量與絕緣狀態(tài)的關(guān)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(lái)仍然需要在以下幾個(gè)方面作進(jìn)一步研究：

1）繼續(xù)研究介電響應(yīng)特征量與油紙絕緣老化的關(guān)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(jìn)一步實(shí)現(xiàn)油紙復(fù)合絕緣系統(tǒng)中的狀態(tài)分類評(píng)估。

2）在單一特征量對(duì)油紙絕緣狀態(tài)評(píng)估研究的基礎(chǔ)上，融合多個(gè)時(shí)域或頻域特征量對(duì)油紙絕緣狀態(tài)進(jìn)行綜合診斷評(píng)估，進(jìn)一步提高評(píng)估準(zhǔn)確可靠性。

3）融合時(shí)域介電響應(yīng)法（RVM和PDC）和頻域介電譜法（FDS）的優(yōu)點(diǎn)，將這3種方法有機(jī)地結(jié)合，實(shí)現(xiàn)一種對(duì)變壓器絕緣狀態(tài)無(wú)損診斷的新方法。