油浸式变压器绝缘诊断方法的研究进展
福建水利电力职业技术学院电力工程系、国网福建省电力有限公司福州供电公司的研究人员林朝明、叶荣，在2019年第12期《电气技术》杂志上撰文指出，油浸式变压器是电力系统中极其重要且昂贵的电气设备，变压器的油纸绝缘系统老化是其发生故障的主要原因，因此，准确诊断变压器的绝缘状态对电力系统安全可靠运行具有重要意义。
本文阐述了油浸式变压器绝缘诊断方法的研究现状，将其归纳为传统特征量诊断法与介质响应特征量诊断法；对比分析了两类方法中的各种不同诊断技术，说明了不同方法的优点与不足，并提出了相应的研究改进方向；最后总结了油浸式变压器绝缘诊断方法的未来研究方向和发展趋势。
随着我国国民经济需求的不断增长，电力行业逐渐向大规模容量、超高压等级发展，对电力系统安全稳定运行与电能质量的要求也不断提高。在庞大的输配电系统中，油浸式电力变压器是极其重要且价格昂贵的电气设备。
据统计表明，由电力设备故障所引发的大规模停电事故中，电力变压器绝缘老化引起的故障问题占据主要比重。油纸绝缘结构是大型油浸式变压器内部绝缘的主要组成部分，直接、有效地诊断出变压器油纸绝缘状态对电力系统安全可靠运行具有重要意义。
现阶段，国内外对于变压器油纸绝缘状态的诊断技术已有大量相关研究，主要可归纳总结为传统特征量诊断法和介电响应特征量诊断法。
传统特征量诊断法中用于诊断油浸式变压器绝缘状态的参量主要包括：以油中溶解气体、糠醛含量及纤维素绝缘纸聚合度为代表的化学参量；以绝缘电阻、极化指数、介质损耗因数及局部放电特征量等为代表的电气参量等。
介电响应特征量诊断法主要包括时域介电响应的回复电压法（return voltage method, RVM）、极化去极化电流法（polarization and depolarization current, PDC）和频域介电谱法（frequency domain spectroscopy, FDS），是一种对绝缘系统无损、操作简便的电气诊断方法，相比于传统诊断方法更适应于电力变压器油纸绝缘状态的现场测试、诊断与评估，具有良好的工程应用前景。
本文主要内容包括：①归纳介绍了变压器绝缘状态几种主要的传统特征量诊断方法与介质响应特征量诊断技术；②分析阐述了不同诊断方法各自的优点和不足，以及目前已有研究中所存在的一些问题；③总结了油浸式变压器绝缘状态诊断方法的未来研究方向和发展趋势。
1 传统特征量诊断方法
1.1 基于化学参量诊断法
基于化学参量的传统诊断法主要是利用油浸式变压器在运行过程中，变压器油中不同溶解气体（CO、CO2、CH4等）含量，绝缘纸的聚合度（DP），以及油中糠醛、酸类物质、微水等含量依据制定的相关导则和规程，进行绝缘状态的诊断。
1）油中溶解气体分析
大量实践经验与研究表明，充油电气设备发生故障时会产生7种气体，基于不同气体含量的油中溶解气体分析是一种传统的绝缘故障诊断方法。绝缘纸纤维素老化分解主要气体为CO与CO2，依据此特性已制定相关的导则。
例如：IEC导则规定CO/CO2比值大于0.33或小于0.99，则表示可能存在纤维素绝缘的分解故障。利用变压器绝缘材料的分解并溶于油中的相关气体来诊断绝缘故障老化等的方法，具有一定的参考价值。
但主要存在如下不足：①CO、CO2气体不仅来源于纤维素的热分解，矿物油劣化、局部放电同样也能产生相关气体并溶解于油中，而且由于气体本身的挥发性，导致并非所有特征气体与绝缘纸老化均有相关性；②气体的含量比例会受到变压器的油纸比例、绝缘结构、材料等差异影响，运行环境的变化会使气体的产生量并不稳定，一次的测试结果并不能准确诊断出变压器实际绝缘状况。
2）绝缘纸聚合度测量
油浸式变压器新绝缘纸的聚合度约为1000～1300，经干燥、浸油等处理聚合度下降为900左右。依据国内的DL/T 984—2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》认为当DP降到500左右，变压器绝缘寿命已进入中期；当DP下降到250时，绝缘寿命已到晚期；当DP小于150时，则变压器需立即退出运行。对于变压器寿命终止时聚合度的极限值仍存在争议，有待进一步研究分析。
聚合度可以直接表征绝缘纸的机械性能，因此通过聚合度测量在绝缘状态诊断上具有一定可信度。但该方法存在如下的不足：①变压器绕组的不同位置实际老化情况会有所不同，使聚合度的分布并不集中；②采用粘度法测量聚合度值，溶液配置、环境及操作人员等多种因素将影响其准确度；③通过对变压器吊芯取样测量聚合度，此方法不仅对绝缘有损且实现过程较为复杂困难，只能停留在离线状态。
3）油中糠醛、酸类、微水含量检测
糠醛是纤维素绝缘纸发生老化过程中产生的一种呋喃类化合物，是绝缘纸老化分解的一种特殊产物。由我国制定的DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》中规定：当油中糠醛含量达0.5mg/L时，变压器的整体绝缘水平处于其寿命中期；当糠醛含量大于4mg/L时，其整体绝缘水平处于寿命晚期。
以油中的糠醛含量诊断油浸式变压器的绝缘老化是当前最为常用的一种方法。但该方法的可靠性会受以下因素影响：①有关糠醛含量的物理测量方法（高效液相色谱法），易受换油、滤油及热虹吸过滤器等因素影响；②对于添加抗氧化剂的油纸绝缘系统，不能简单地将油中糠醛含量用于老化程度的判断。尽管如此，相比之下糠醛含量诊断法仍是传统特征量诊断法中较为实用有效的方法。
此外以油中的酸类物质、微水含量来间接评判油纸绝缘老化状态的方法，近年来也有不少学者进行了相关研究，并得到相应结论。此类方法可以作为糠醛含量诊断法的一种补充。
1.2 基于电气参量诊断法
20世纪90年代电力部门关于绝缘老化诊断和寿命预测的主要方法是，通过绝缘电阻、极化指数、介质损耗因数等离线电气测量参数作为诊断的依据。以电气参数为特征量的诊断法，主要通过相关的电气试验手段获取绝缘电阻等参数，并作为老化诊断的依据。
近20多年来，随着科技的进步，基于电气参量的绝缘老化诊断方法取得了一定的发展，其中包括局部放电测量技术等。关于局部放电信号作为绝缘老化状态反映特征，已成为国内外众多学者的研究热点，有大量的实验研究。
基于局部放电信号诊断技术，最先研究对有机固体等绝缘材料的老化诊断，如G. C. Montanari认为可以用树枝放电的长度以及局部放电的密度来表征绝缘的电老化特性；张晓红等人研究利用局部放电的矩特征来反映绝缘的老化特性。
已有研究成果表明，以局部放电信号为特征量的电气参量诊断法只能作为化学参量诊断法的一种补充手段，真正实现其在变压器绝缘老化状态诊断的应用还需进一步开展更多工作。
2 介电响应特征量诊断方法
2.1 回复电压法（略）
回复电压法是最早出现的介电响应测试方法，相比于传统诊断法，回复电压法凭借其无损、简单便捷、携带老化信息丰富等优势受国内外研究学者的青睐。
2.2 极化/去极化电流法（略）
PDC是另一种时域介电响应测试技术，其基本测试原理为：测量介质在阶跃电压作用下的充电极化电流ip，以及在短路状态下测得放电去极化电流id。
2.3 频域介电谱法（略）
频域介电谱法是一种频域介电响应诊断技术。该方法通过测量交变电场刺激下的极化响应，对不同频率进行逐点或扫频测量相关介电参数。FDS具有频带宽，受噪声干扰程度小，试验电压低，携带信息丰富等优点，适用于变压器绝缘状态的现场诊断。
2.4 三种介电响应法的对比
RVM具有不用取样、无损、不易受测量电压及外电工频干扰等优点。但测试时间相对较长，同时要考虑环境温度的影响，测量过程的温度变化也会给测量结果带来误差。针对现场应用中存在的不同干扰因素，可进一步研究对测量结果的修正，从而提高对绝缘状态诊断的准确性。
PDC作为一种无损介电响应诊断技术，能灵敏反映油纸绝缘的受潮状态，被广泛应用于油纸绝缘的老化受潮评估。但其所测的去极化电流值微小，需要施加更高的直流电压，现场测量时易受外界电磁噪声干扰；另外极化电流和去极化电流初始阶段往往不易准确测量。
FDS用于诊断油纸绝缘状态具有无损、受噪声干扰程度小、试验电压低、携带信息丰富等优点。该方法高频下测量简便，但在低频测量时间相对较长，环境温度同样对测量结果产生一定影响。
总体来说，介电响应特征量诊断法因其具有非破坏性、操作简便、抗干扰等优点，相比于传统方法更适用于变压器绝缘的现场诊断，具有良好工程应用前景，是未来绝缘诊断技术的研究重点。
本文主要综述了油浸式变压器绝缘状态的不同诊断方法，即传统特征量诊断法与介电响应特征量诊断法。其中，基于传统特征量的诊断方法简单直观，但在应用过程中或者需要吊罩、取芯，对绝缘本体造成一定破坏，或者需要取油样一系列复杂检测过程，容易受到外界水分进入或者中途滤油等干扰，影响评估的可信度。
基于介质响应理论的介电响应特征量诊断法因其具有非破坏性、操作简便、抗干扰等优点，近年来受到国内外诸多学者的广泛关注，主要针对不同介电响应特征量与绝缘状态的关系、规律等展开了深入研究，并取得了一定的研究成果。在未来仍然需要在以下几个方面作进一步研究：
1）继续研究介电响应特征量与油纸绝缘老化的关系，提取能够表征油纸绝缘系统中不同绝缘介质的老化特征量，进一步实现油纸复合绝缘系统中的状态分类评估。
2）在单一特征量对油纸绝缘状态评估研究的基础上，融合多个时域或频域特征量对油纸绝缘状态进行综合诊断评估，进一步提高评估准确可靠性。
3）融合时域介电响应法（RVM和PDC）和频域介电谱法（FDS）的优点，将这3种方法有机地结合，实现一种对变压器绝缘状态无损诊断的新方法。