油浸变压器中如何解决绝缘油故障问题
油浸变压器中如何解决绝缘油故障问题
姜 丽
（延安供电公司 陕西延安 716000）
【摘要】油浸变压器中，主要的绝缘材料是绝缘油及固体绝缘
材料绝缘纸、纸板和木块等。所谓变压器绝缘的老化，就是这些材
料受环境因素的影响发生分解，降低或丧失了绝缘强度。本文对液
体油绝缘故障进行分析。
【关键词】变压器；绝缘油
1. 前言
液体绝缘的油浸变压器是1887 年由美国科学家汤姆逊发明的，
1892 年被美国通用电气公司等推广应用于电力变压器，这里所指
的液体绝缘即是变压器油绝缘。油浸变压器的特点：—是大大提高
了电气绝缘强度，缩短了绝缘距离，减小了设备的体积；二是大大
提高了变压器的有效热传递和散热效果，提高了导线中允许的电流
密度，减轻了设备重量，它是将运行变压器器身的热量通过变压器
油的热循环，传递到变压器外壳和散热器进行散热，从而提高了有
效的冷却降温水平；三是由于油浸密封而降低了变压器内部某些零
部件和组件的氧化程度，延长了仗- 用寿命。
2. 变压器油绝缘故障分析
2.1 变压器油的性能
运行中的变压器油除必须具有稳定优良的绝缘性能和导热性
能，其中绝缘强度、粘度、凝点和酸价等是绝缘油的主要性质指标。
从石油中提炼制取的绝缘油是各种烃、树脂、酸和其他杂质的
混合物，其性质不都是稳定的，在温度、电场及光合作用等影响下
会不断地氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢，如果
维护得当甚至使用20 年还可保持应有的质量而不老化，但混入油
中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展，使油质变坏，颜色变
深，透明度浑浊，所含水分、酸价、灰分增加等，使油的性质劣化。
2.2 变压器油劣化的原因
变压器油质变坏，按轻重程度可分为污染和劣化两个阶段。
污染是油中混人水分和杂质，这些不是油氧化的产物，污染油
的绝缘性能会变坏，击穿电场强度降低，介质损失角增大。
劣化是油氧化后的结果，当然这种氧化并不仅指纯净油中烃类
的氧化，而是存在于油中杂质将加速氧化过程，特别是铜、铁、铝
金属粉屑等。
氧来源于变压器内的空气，即使在全密封的变压器内部仍有容
积为n25％左右的氧存在，氧的溶解度较高，因此在油中溶解的气
体中占有较高的比率。变压器油氧化时，作为催化剂的水分及加速
剂的热量，使变压器油生成油泥，其影响主要表现在：在电场的作
用下沉淀物粒子大；杂质沉淀集中在电场最强的区域，对变压器的
绝缘形成导电的“桥”；沉淀物并不均匀而是形成分离的细长条，
同时可能按电力线方向排列，这样无疑妨碍了散热，加速了绝缘材
料老化，并导致绝缘电阻降低和绝缘水平下降。
2.3 变压器油劣化的过程
油在劣化过程中主要阶段的生成物有过氧化物、酸类、醇类、
酮类和油泥。
早期劣化阶段。油中生成的过氧化物与绝缘纤维材料反应生成
氧化纤维素，使绝缘纤维机械强度变差，造成脆化和绝缘收缩。生
成的酸类是一种粘液状的脂肪酸，尽管腐蚀性没有矿物酸那么强，
但其增长速率及对有机绝缘材料的影响是很大的。
后期劣化阶段。是生成油泥，当酸侵蚀铜、铁、绝缘漆等材料
时，反应生成油泥，是一种粘稠而类似沥青的聚合型导电物质，它
能适度溶解于油中，在电场的作用下生成速度很快，粘附在绝缘材
料或变压器箱壳边缘，沉积在油管及冷却器散热片等处，使变压器
工作温度升高，耐电强度下降。
油的氧化过程是由两个主要反应条件构成的，其一是变压器中
酸价过高，油呈酸性。其二是溶于油中的氧化物转变成不溶于油的
化合物，从而逐步使变压器油质劣化。
2.4 变压器油质分析、判断利维护处理
（1）绝缘油变质
包括它的物理和化学性能都发生变化，从而使其电性能变坏。
通过测试绝缘油的酸值、界面张力、汕泥析出、水溶幽骏值等项目，
可判断是否属于该类缺陷，，对绝缘油进行再生处理，可能消除油
变质的产物，但处理过程中也可能去掉了天然抗氧剂。
（2）绝缘油进水受潮
由于水是强极性物质。在电场的作用下易电离分解，而增加了
绝缘油的电导电流，因此，微量的水分可使绝缘油介质损耗显著增
加。通过测试绝缘油的微水，叮判断是否属于该类缺陷。对绝缘油
进行压力式真空滤油，一般能消除水分。
（3）绝缘油感染微生物细菌
例如在主变压器安装或吊芯时，附在绝缘件表面的昆虫和安装
人员残留的闩：渍等都有可能携带细菌，从而感染了绝缘油或者绝
缘油本身已感染微生物。主变压器一• 般运行在40—800C的环境下，
非常有利于这些微生物的生长、繁殖。由于微生物及其排泄物中的
矿物质、蛋白质的绝缘性能远远低于绝缘油，从而使得绝缘油介损
升高。
（4）含有极性物质的醇酸树脂绝缘漆溶解在油中
在电场的作用下，极陛物质会发生偶极松弛极化，在交流极化
过程中要消耗能量，所以使油的介质损耗上升。虽然绝缘漆在出厂
前经过固化处理，但仍可能存在处理不彻底的情况。主变压器运行
一段时间后，处理不彻底的绝缘漆逐渐溶解在油中，使之绝缘陛能
逐渐下降。该类缺陷发生的时间与绝缘漆处理的彻底程度有关，通
过一两次吸附处理可取得一定的效果。
（5）油中只混有水分和杂质
这种污染情况并不改变油的基本性质。对于水分可用干燥的办
法加以排除；对于杂质可用过滤的办法加以清除；油中的空气可通
过抽真空的办法加以排除。
3. 变压器绝缘故障的分析方法
3.1 判断固体绝缘故障的常规方法
CO、CO2 是纤维材料的老化产物，一般在非故障情况下也有
大量积累，往往很难判断经分析所得的CO、CO2 含量是因纤维材
料正常老化产生的，还是故障的分解产物。
月岗淑郎研究了使用变压器单位纸重分解并溶于油中的碳的氧
化物总量，即（C0、CO2）mL/g 来诊断固体绝缘故障。但是，已
投运的变压器的绝缘结构、选用材料和油纸比例随电压等级、容量、
型号及生产工艺的不同而差别很大，不可能逐一计算每台变压器中
绝缘纸的合计质量，该方法因实际操作困难，难以应用；并且，考
虑全部纸重在分析整体老化时是比较合理的，如故障仅涉及固体绝
缘很小的一部分时，使用这种方法也很难比单独考虑CO、CO 含
量更有效。
3.2 固体绝缘故障的动态分析方法
新的预防性试验规程规定，运行中330kV 及以上等级变压器
每隔3 个月进行一次油中溶解气体分析，但目前很多电业局为保证
这些重要设备的安全，有的已将该时间间隔缩短为1 个月。也有部
分电业局已开展了油色谱在线监测的尝试，这为实现故障的连续追
踪，提供了良好的技术基础。电力变压器内部涉及固体绝缘的故障
包括：围屏放电、匝间短路、过负荷或冷却不良引起的绕组过热、
绝缘浸渍不良等引起的局部放电等。无论是电性故障或过热故障，
当故障点涉及固体绝缘时，在故障释放能量的作用下，油纸绝缘将
发生裂解，释放出CO 和CO2。但它们的产生不是孤立的，必然因
绝缘油的分解产生各种低分子烃和氢气，并能通过分析各特征气体
与CO 和CO2 间的伴生增长情况，来判断故障原因。从变压器运行
可靠性的重要性和变压器与油色谱在线监测装置的价格比来看，采
用在线监测装置在技术经济上都有显著的优势，既提高了变电站运
行的管理水平，又可为从预防性维修体系过渡到预知性维修体系奠
定基础。因此，变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断技术的研
究具有重要的现实意义和实用价值。
4. 结束语
变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行
的重要保证，必须防止和减少变压器故障和事故的发生。及时维护
变压器，保证绝缘油处于良好运行状态是运行单位预防事故的重要
手段之一。处理不同运行工况的变压器油，应通过试验诊断来确定
其绝缘状态，并采取相应的对策进行维护处理。再生处理方法是运
行现场最为有效的经济处理方法。通过油再生处理后，变压器油介
质可以达到新油的标准，变压器的绝缘电阻可大大提高，而介质损
耗却大大降低。
姜 丽
（延安供电公司 陕西延安 716000）
【摘要】油浸变压器中，主要的绝缘材料是绝缘油及固体绝缘
材料绝缘纸、纸板和木块等。所谓变压器绝缘的老化，就是这些材
料受环境因素的影响发生分解，降低或丧失了绝缘强度。本文对液
体油绝缘故障进行分析。
【关键词】变压器；绝缘油
1. 前言
液体绝缘的油浸变压器是1887 年由美国科学家汤姆逊发明的，
1892 年被美国通用电气公司等推广应用于电力变压器，这里所指
的液体绝缘即是变压器油绝缘。油浸变压器的特点：—是大大提高
了电气绝缘强度，缩短了绝缘距离，减小了设备的体积；二是大大
提高了变压器的有效热传递和散热效果，提高了导线中允许的电流
密度，减轻了设备重量，它是将运行变压器器身的热量通过变压器
油的热循环，传递到变压器外壳和散热器进行散热，从而提高了有
效的冷却降温水平；三是由于油浸密封而降低了变压器内部某些零
部件和组件的氧化程度，延长了仗- 用寿命。
2. 变压器油绝缘故障分析
2.1 变压器油的性能
运行中的变压器油除必须具有稳定优良的绝缘性能和导热性
能，其中绝缘强度、粘度、凝点和酸价等是绝缘油的主要性质指标。
从石油中提炼制取的绝缘油是各种烃、树脂、酸和其他杂质的
混合物，其性质不都是稳定的，在温度、电场及光合作用等影响下
会不断地氧化。正常情况下绝缘油的氧化过程进行得很缓慢，如果
维护得当甚至使用20 年还可保持应有的质量而不老化，但混入油
中的金属、杂质、气体等会加速氧化的发展，使油质变坏，颜色变
深，透明度浑浊，所含水分、酸价、灰分增加等，使油的性质劣化。
2.2 变压器油劣化的原因
变压器油质变坏，按轻重程度可分为污染和劣化两个阶段。
污染是油中混人水分和杂质，这些不是油氧化的产物，污染油
的绝缘性能会变坏，击穿电场强度降低，介质损失角增大。
劣化是油氧化后的结果，当然这种氧化并不仅指纯净油中烃类
的氧化，而是存在于油中杂质将加速氧化过程，特别是铜、铁、铝
金属粉屑等。
氧来源于变压器内的空气，即使在全密封的变压器内部仍有容
积为n25％左右的氧存在，氧的溶解度较高，因此在油中溶解的气
体中占有较高的比率。变压器油氧化时，作为催化剂的水分及加速
剂的热量，使变压器油生成油泥，其影响主要表现在：在电场的作
用下沉淀物粒子大；杂质沉淀集中在电场最强的区域，对变压器的
绝缘形成导电的“桥”；沉淀物并不均匀而是形成分离的细长条，
同时可能按电力线方向排列，这样无疑妨碍了散热，加速了绝缘材
料老化，并导致绝缘电阻降低和绝缘水平下降。
2.3 变压器油劣化的过程
油在劣化过程中主要阶段的生成物有过氧化物、酸类、醇类、
酮类和油泥。
早期劣化阶段。油中生成的过氧化物与绝缘纤维材料反应生成
氧化纤维素，使绝缘纤维机械强度变差，造成脆化和绝缘收缩。生
成的酸类是一种粘液状的脂肪酸，尽管腐蚀性没有矿物酸那么强，
但其增长速率及对有机绝缘材料的影响是很大的。
后期劣化阶段。是生成油泥，当酸侵蚀铜、铁、绝缘漆等材料
时，反应生成油泥，是一种粘稠而类似沥青的聚合型导电物质，它
能适度溶解于油中，在电场的作用下生成速度很快，粘附在绝缘材
料或变压器箱壳边缘，沉积在油管及冷却器散热片等处，使变压器
工作温度升高，耐电强度下降。
油的氧化过程是由两个主要反应条件构成的，其一是变压器中
酸价过高，油呈酸性。其二是溶于油中的氧化物转变成不溶于油的
化合物，从而逐步使变压器油质劣化。
2.4 变压器油质分析、判断利维护处理
（1）绝缘油变质
包括它的物理和化学性能都发生变化，从而使其电性能变坏。
通过测试绝缘油的酸值、界面张力、汕泥析出、水溶幽骏值等项目，
可判断是否属于该类缺陷，，对绝缘油进行再生处理，可能消除油
变质的产物，但处理过程中也可能去掉了天然抗氧剂。
（2）绝缘油进水受潮
由于水是强极性物质。在电场的作用下易电离分解，而增加了
绝缘油的电导电流，因此，微量的水分可使绝缘油介质损耗显著增
加。通过测试绝缘油的微水，叮判断是否属于该类缺陷。对绝缘油
进行压力式真空滤油，一般能消除水分。
（3）绝缘油感染微生物细菌
例如在主变压器安装或吊芯时，附在绝缘件表面的昆虫和安装
人员残留的闩：渍等都有可能携带细菌，从而感染了绝缘油或者绝
缘油本身已感染微生物。主变压器一• 般运行在40—800C的环境下，
非常有利于这些微生物的生长、繁殖。由于微生物及其排泄物中的
矿物质、蛋白质的绝缘性能远远低于绝缘油，从而使得绝缘油介损
升高。
（4）含有极性物质的醇酸树脂绝缘漆溶解在油中
在电场的作用下，极陛物质会发生偶极松弛极化，在交流极化
过程中要消耗能量，所以使油的介质损耗上升。虽然绝缘漆在出厂
前经过固化处理，但仍可能存在处理不彻底的情况。主变压器运行
一段时间后，处理不彻底的绝缘漆逐渐溶解在油中，使之绝缘陛能
逐渐下降。该类缺陷发生的时间与绝缘漆处理的彻底程度有关，通
过一两次吸附处理可取得一定的效果。
（5）油中只混有水分和杂质
这种污染情况并不改变油的基本性质。对于水分可用干燥的办
法加以排除；对于杂质可用过滤的办法加以清除；油中的空气可通
过抽真空的办法加以排除。
3. 变压器绝缘故障的分析方法
3.1 判断固体绝缘故障的常规方法
CO、CO2 是纤维材料的老化产物，一般在非故障情况下也有
大量积累，往往很难判断经分析所得的CO、CO2 含量是因纤维材
料正常老化产生的，还是故障的分解产物。
月岗淑郎研究了使用变压器单位纸重分解并溶于油中的碳的氧
化物总量，即（C0、CO2）mL/g 来诊断固体绝缘故障。但是，已
投运的变压器的绝缘结构、选用材料和油纸比例随电压等级、容量、
型号及生产工艺的不同而差别很大，不可能逐一计算每台变压器中
绝缘纸的合计质量，该方法因实际操作困难，难以应用；并且，考
虑全部纸重在分析整体老化时是比较合理的，如故障仅涉及固体绝
缘很小的一部分时，使用这种方法也很难比单独考虑CO、CO 含
量更有效。
3.2 固体绝缘故障的动态分析方法
新的预防性试验规程规定，运行中330kV 及以上等级变压器
每隔3 个月进行一次油中溶解气体分析，但目前很多电业局为保证
这些重要设备的安全，有的已将该时间间隔缩短为1 个月。也有部
分电业局已开展了油色谱在线监测的尝试，这为实现故障的连续追
踪，提供了良好的技术基础。电力变压器内部涉及固体绝缘的故障
包括：围屏放电、匝间短路、过负荷或冷却不良引起的绕组过热、
绝缘浸渍不良等引起的局部放电等。无论是电性故障或过热故障，
当故障点涉及固体绝缘时，在故障释放能量的作用下，油纸绝缘将
发生裂解，释放出CO 和CO2。但它们的产生不是孤立的，必然因
绝缘油的分解产生各种低分子烃和氢气，并能通过分析各特征气体
与CO 和CO2 间的伴生增长情况，来判断故障原因。从变压器运行
可靠性的重要性和变压器与油色谱在线监测装置的价格比来看，采
用在线监测装置在技术经济上都有显著的优势，既提高了变电站运
行的管理水平，又可为从预防性维修体系过渡到预知性维修体系奠
定基础。因此，变压器油中溶解气体在线监测及故障诊断技术的研
究具有重要的现实意义和实用价值。
4. 结束语
变压器的正常运行是对电力系统安全、可靠、优质、经济运行
的重要保证，必须防止和减少变压器故障和事故的发生。及时维护
变压器，保证绝缘油处于良好运行状态是运行单位预防事故的重要
手段之一。处理不同运行工况的变压器油，应通过试验诊断来确定
其绝缘状态，并采取相应的对策进行维护处理。再生处理方法是运
行现场最为有效的经济处理方法。通过油再生处理后，变压器油介
质可以达到新油的标准，变压器的绝缘电阻可大大提高，而介质损
耗却大大降低。
