(1.西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)唐山研究院，河北 唐山 063000；3.中國電力科學(xué)研究院有限公司，北京 100192 )

0 引 言

作為變壓器核心組件之一，套管承擔(dān)著引線對(duì)地絕緣的作用，還起到了固定支撐引線并將引線與外部隔絕的作用[1-2]。

套管在投入運(yùn)行后，其服役周期長、工作環(huán)境復(fù)雜，同時(shí)受到多震、高溫、強(qiáng)電等復(fù)雜因素的影響，因此其絕緣性能勢(shì)必下降。變壓器套管的主要故障包括接頭過熱、局部放電、地震損壞等[3-4]。近年來，上述套管故障時(shí)有發(fā)生。據(jù)國家電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)，變壓器事故中20%以上由套管損壞引起[5]。因此套管的穩(wěn)定性能對(duì)于變壓器的安全是一重要關(guān)鍵保障，更維系著電力系統(tǒng)輸配電的可靠性。

針對(duì)變壓器套管的各種故障，工程上有不同的檢測技術(shù)，例如：紅外成像技術(shù)可甄別過熱與滲漏油故障；特高頻法可檢測套管局部放電故障；油色譜法可通過監(jiān)測套管內(nèi)氣體種類與比例診斷相關(guān)故障；介電響應(yīng)技術(shù)可檢測絕緣系統(tǒng)受潮老化程度。另外，為保證套管投入使用時(shí)的安全性，其絕緣設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足型式試驗(yàn)與例行試驗(yàn)檢測標(biāo)準(zhǔn)[6]。

下面梳理了變壓器套管從雛形到成熟的演化歷程，綜述了接頭過熱、局部放電、地震損壞等影響安全性能的故障特征及解決措施，并分析了紅外成像、介電響應(yīng)、特高頻與油色譜等檢測技術(shù)的特點(diǎn)與不足，最后展望了國內(nèi)超高壓、特高壓領(lǐng)域變壓器套管的未來發(fā)展方向。

1 變壓器套管起源

變壓器套管作為變壓器引線固定裝置，其與變壓器誕生的時(shí)間差較小。1850年德國技師路姆考夫(H D Ruhmkorff)在前人的基礎(chǔ)上制作出改良版的感應(yīng)火花線圈，即路姆考夫感應(yīng)線圈[7]。路姆考夫感應(yīng)線圈的原邊與副邊引線處套加有玻璃管，內(nèi)部充入空氣以增加電氣性能；1891年，在特斯拉發(fā)明的高頻變壓器中，也將導(dǎo)線引入玻璃管中[8]。兩者將玻璃管作為套管裝置，保護(hù)引線并保證其對(duì)外絕緣，這是變壓器套管的雛形與起源。

2 變壓器套管發(fā)展歷程

2.1 時(shí)間節(jié)點(diǎn)

2.1.1 套管技術(shù)發(fā)展過程

套管發(fā)展各階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)如圖1所示。

變壓器套管的發(fā)展階段基本對(duì)應(yīng)套管的演化周期。從1831年出現(xiàn)法拉第感應(yīng)線圈開始到1900年，變壓器套管探索尚處在初級(jí)階段，其作用只為接入并保護(hù)引線，鮮有考慮絕緣性能的措施，因此無論是套管還是線圈層之間的絕緣措施都十分粗糙簡陋。1895年以前工程上對(duì)于絕緣材料、絕緣方法知之甚少，直至1896年美國西屋公司才制定出相關(guān)規(guī)程。

圖1 套管發(fā)展階段

而在1901年至1950年期間，變壓器套管技術(shù)進(jìn)入成熟階段。套管絕緣結(jié)構(gòu)與材料也逐漸推陳出新，由最開始的空氣為絕緣介質(zhì)發(fā)展到以棉、麻、絕緣油等作為內(nèi)絕緣。為解決套管電壓等級(jí)受限的難題，開始出現(xiàn)電容式套管[8]，典型產(chǎn)品為GE公司使用的充油套管和西屋公司使用的充油電容式套管。

20世紀(jì)50年代以后，變壓器套管進(jìn)入飛速發(fā)展階段。為適應(yīng)電壓等級(jí)逐步升高的現(xiàn)狀，套管絕緣形式開始多樣化，并且體積質(zhì)量增大。在絕緣結(jié)構(gòu)方面，由膠粘紙電容式發(fā)展到膠浸紙電容式、油浸紙電容式；在絕緣材料方面，由純瓷套管發(fā)展到樹脂套管、復(fù)合材料套管等[9]。隨著直流輸電工程的問世，換流變壓器直流套管也得到快速發(fā)展，為適應(yīng)換流變壓器的復(fù)雜強(qiáng)電場，國際上各廠家相繼研發(fā)出配套的套管結(jié)構(gòu)，典型產(chǎn)品包括ABB公司研制出的GOA-GOE系列套管與±800 kV換流變壓器套管。

2.1.2 中國套管關(guān)鍵技術(shù)突破歷程

中國套管研究起步晚，但受國際大環(huán)境影響，發(fā)展迅速。南京電氣集團(tuán)自20世紀(jì)50年代起開始研制電容套管，先后在關(guān)鍵技術(shù)上取得突破，填補(bǔ)了國內(nèi)相關(guān)領(lǐng)域的空白[10]。新世紀(jì)以來，中國電力產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，部分電壓等級(jí)套管已達(dá)到行業(yè)先進(jìn)水平。國電四維公司率先打破國外壟斷，研制出220 kV電容式環(huán)氧玻璃干套管[11]。同時(shí)中國已經(jīng)能夠生產(chǎn)直流±400 kV 穿墻玻璃鋼套管和 220 kV 交流變壓器玻璃鋼套管，在 20 多個(gè)省份的電網(wǎng)中投運(yùn)近萬臺(tái)，并有部分產(chǎn)品出口到北美國家。

但是中國套管研究仍處于瓶頸階段，例如中國西電聯(lián)合西安交通大學(xué)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的±800 kV特高壓干式直流套管，在投入使用時(shí)出現(xiàn)諸多不足之處，如過熱缺陷、絕緣劣化等問題并沒有徹底解決，因此特高壓換流變壓器閥側(cè)套管還需依賴進(jìn)口。國際上高壓套管技術(shù)處于領(lǐng)先地位的企業(yè)包括但不僅限于ABB公司、HSP公司、NGK公司。探其原因，還要?dú)w結(jié)于中國套管關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)域未得到突破，例如套管內(nèi)絕緣材料之間的性能匹配機(jī)制、絕緣組件與載流導(dǎo)管的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、溫度分布變化特性規(guī)律等[12-15]?；诖?，中國特高壓直流套管的研究任重而道遠(yuǎn)，需要縱深發(fā)展和細(xì)致化探索。

中國套管關(guān)鍵技術(shù)突破概況如圖2所示。

2.2 結(jié)構(gòu)演化

早期變壓器套管結(jié)構(gòu)簡單，電壓應(yīng)用等級(jí)較低。隨著工程電壓等級(jí)逐漸提高、套管結(jié)構(gòu)不斷翻新，由非電容式的單體瓷絕緣套管發(fā)展至油浸紙電容式套管。各階段套管典型結(jié)構(gòu)如圖3所示[2]。

國際上早期整體式套管由美國GE公司與西屋公司牽頭制造;電容式套管的原理可以追溯到20世紀(jì)早期，西門子公司的R Nagel、西屋公司的A B Reynders以及麥克菲爾(Micafil)公司與瑞典通用電機(jī)公司(ASEA)公司相繼發(fā)表論文，描述了電容式套管一般原理，并與整體式套管進(jìn)行比較[16]。以西門子公司為代表的各國廠家在高壓、超高壓、特高壓領(lǐng)域逐漸試制出相應(yīng)規(guī)格的套管，加快了電力工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

2.2.1 整體式套管

整體式套管主要用于25 kV及以下的場合，適用范圍包括小配電變壓器到大發(fā)電機(jī)升壓變壓器。

1)復(fù)合瓷絕緣式套管又稱復(fù)合式套管，由上、下雙瓷套組成，中間通有導(dǎo)電桿。復(fù)合式套管又分為內(nèi)復(fù)合式與外復(fù)合式。外復(fù)合式套管易內(nèi)部積存水分而發(fā)生閃絡(luò)，因此通常使用內(nèi)復(fù)合式套管。

圖2 中國套管關(guān)鍵技術(shù)突破概況

圖3 典型套管結(jié)構(gòu)

2)單體瓷絕緣式套管的單個(gè)瓷套通過法蘭或者壓釘固定安裝在變壓器箱蓋上。當(dāng)單體瓷絕緣套管中電流超過600 A時(shí)，頂部設(shè)有氣孔且套管內(nèi)腔充滿變壓器油以改善散熱環(huán)境。

3)附加絕緣套管中的導(dǎo)桿式套管的導(dǎo)電桿外圍套有絕緣管，穿纜式套管的電纜表面包繞有3～4 mm厚度的電纜紙。這些附加結(jié)構(gòu)不僅改善了套管內(nèi)電場分布，還提升了擊穿電壓水平。事實(shí)上，當(dāng)純瓷套管電壓等級(jí)達(dá)到35 kV或電壓在20 kV以下同時(shí)電流大于600 A時(shí)，需要更優(yōu)的散熱與絕緣性能，于是便產(chǎn)生了附加絕緣結(jié)構(gòu)。

2.2.2 電容式套管

常見的電容式套管包括膠粘紙電容式套管、膠浸紙電容式套管和油浸紙電容式套管。電容式套管幾乎用于25 kV以上的所有電壓等級(jí)。

1)膠粘紙電容式套管的主絕緣為膠紙本身，電容芯子由涂抹樹脂的絕緣紙卷繞而成，在卷繞過程中每一紙層因樹脂的熱固化而粘結(jié)。膠粘紙電容式套管是較早使用的電容套管，但其制造工藝簡陋，未經(jīng)過真空處理，在使用過程中極易發(fā)生電容階躍，因此已漸漸被淘汰。

2)膠浸紙電容式套管的主絕緣電容芯子由0.05～0.07 mm厚的單面上膠紙與0.007 mm或0.01 mm厚的鋁箔加溫加壓交錯(cuò)卷制，再經(jīng)過真空干燥浸漬環(huán)氧樹脂熱固而成。其基于良好的氣密性，無需護(hù)套，可直接與變壓器油或SF6氣體接觸。

3)油浸紙電容式套管是目前電氣工程上主要使用的套管形式，其主絕緣電容芯子由0.08～0.12 mm厚的電纜紙與0.007 mm或0.01 mm厚的鋁箔加壓交錯(cuò)卷制，再經(jīng)過真空干燥、浸油而成，芯子與絕緣套管內(nèi)壁之間充入與浸潤時(shí)相同的絕緣油。油浸紙電容式套管對(duì)氣密性要求嚴(yán)格，因此套管下部與變壓器油接觸部分需要加上瓷套。

2.3 材料創(chuàng)新

套管常用外絕緣材料包括電瓷、環(huán)氧樹脂與復(fù)合絕緣材料。

2.3.1 電瓷

早期電瓷以長石質(zhì)瓷為主，坯料由黏土、長石和石英3種原料組成；后為提高瓷體強(qiáng)度常增加石英原料比例形成高硅瓷。

其后日本首次使用方石英質(zhì)電瓷材料，機(jī)械強(qiáng)度高于普通電瓷，但后期強(qiáng)度下降較快，難以滿足更高電壓等級(jí)需求。

1931年，西門子公司將燒結(jié)氧化鋁陶瓷用于制造火花塞絕緣子，引發(fā)了人們對(duì)高鋁陶瓷的研究。鋁質(zhì)瓷不僅使產(chǎn)品的可靠性有了極大的提高，而且使瓷絕緣子長期存在的質(zhì)量問題大為減少。

2.3.2 環(huán)氧樹脂

環(huán)氧樹脂是指分子中含有2個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)的一類熱固性聚合物的總稱，電氣工程中常用的一類為雙酚 A 型環(huán)氧樹脂。

環(huán)氧樹脂于20世紀(jì) 30 年代研制成功，40 年代末開始商業(yè)化使用，并首次用于電子設(shè)備的成型和封裝。環(huán)氧樹脂化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，具有耐紫外線照射、耐高溫、抗老化、不易產(chǎn)生氣隙、絕緣強(qiáng)度高等優(yōu)勢(shì)，使環(huán)氧樹脂套管有其獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值[17-18]。

2.3.3 復(fù)合絕緣材料

20世紀(jì)50年代左右，歐美等國家開始研究復(fù)合絕緣材料，采用聚四氟乙烯、乙丙橡膠和環(huán)氧樹脂等作為主要的絕緣材料，但因工藝原因，絕緣強(qiáng)度不高；70年代后期采用硅橡膠材料后，復(fù)合絕緣材料才得到廣泛應(yīng)用。

復(fù)合絕緣材料套管具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐污性與憎水性好、體積小以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。但其材料化學(xué)穩(wěn)定性較差，在長期紫外線照射以及高溫、強(qiáng)電、環(huán)境腐蝕下，極易發(fā)生老化，造成傘裙損壞[19-20]。

3 面臨的挑戰(zhàn)

3.1 變壓器套管典型故障

套管長期服役于強(qiáng)力、高溫、強(qiáng)電的多物理場環(huán)境中，多面臨接頭過熱、局部放電與機(jī)械損壞的故障問題。

3.1.1 過熱故障

接頭過熱是造成變壓器套管故障原因之一。套管接頭過熱主要發(fā)生在接線板與外部引線接頭連接處、將軍帽與接線板連接處、導(dǎo)電頭與內(nèi)部繞組引線接頭連接處。近年來，110 kV及以上變壓器套管因接頭溫度較高導(dǎo)致?lián)p壞的事故時(shí)常發(fā)生[21-24]。過熱的本質(zhì)在于熱散失速率與熱生成速率的失衡，熱量長時(shí)間集中在套管內(nèi)部必然導(dǎo)致熱故障。過熱原理本質(zhì)在于焦耳熱原理和電壓型致熱?；诖?，引起套管接頭過熱的直接原因有緊固不足、實(shí)際接觸面積小于標(biāo)稱接觸面積、螺紋公差配合不當(dāng)、加工尺寸存在偏差、接觸螺紋長度不足、套管定位銷變形及安裝錯(cuò)位、定位螺母缺失或松脫等；另外，當(dāng)接觸面發(fā)生電化學(xué)腐蝕時(shí)易形成氧化膜增加接觸電阻，導(dǎo)致套管過熱燒毀。對(duì)于套管過熱原因分析的具體關(guān)系如圖4所示。

為優(yōu)化套管熱環(huán)境，需要從產(chǎn)熱與散熱兩方面著手解決過熱問題：

1)優(yōu)化套管內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如改變氣隙、芯子尺寸、絕緣管直徑等。但套管本身體積受限，內(nèi)部構(gòu)件尺寸并不能大幅度變動(dòng)，上述措施對(duì)于熱場優(yōu)化效果有限。

2)架構(gòu)閉式重力熱管。熱管換熱能力可觀，熱管工質(zhì)的選擇多樣，易于制備，價(jià)格低廉。但該技術(shù)需要考慮氣液混合態(tài)下的氣密性。

3)研發(fā)高熱導(dǎo)率材料。

4)加強(qiáng)紅外測溫工作。

5)對(duì)發(fā)熱嚴(yán)重的套管進(jìn)行停電處理，更換部件。

6)加強(qiáng)設(shè)備出廠驗(yàn)收與安裝管控。

圖4 套管過熱原因分析

3.1.2 放電故障

變壓器套管中電容芯子等絕緣介質(zhì)由于受潮、老化和電場不均勻易產(chǎn)生放電現(xiàn)象[25-29]。局部放電電弧釋放大量能量，油紙絕緣和鋁箔被燒毀，產(chǎn)生大量氣體，易導(dǎo)致套管內(nèi)氣壓增大引起爆炸。常見放電類型包括尖端放電、懸浮放電與電暈放電。懸浮放電多由于套管本身設(shè)計(jì)存在缺陷，如均壓罩松動(dòng)或松脫造成電場分布不均引起放電。尖端放電是在強(qiáng)電場作用下物體尖銳部分發(fā)生放電，一般由于金屬部件加工工藝不良與絕緣老化造成。電暈放電常由其表面電壓分布不均勻引起，如法蘭下部裙體噴涂的金屬粉脫落時(shí)，脫落部位將有強(qiáng)烈的電暈現(xiàn)象。

現(xiàn)有套管局部放電檢測主要面臨的難題有：

1)安全性低。測量用傳感器通常安裝在套管表面或下端，距離高壓線近，測試工作中人身與設(shè)備安全需要更多保障。

2)抗干擾能力不足。變電站內(nèi)接地裝置的電磁干擾、變壓器本身的機(jī)械振動(dòng)和電流信號(hào)都會(huì)對(duì)檢測裝置造成多重干擾。

3)局部放電故障難以精確定位和診斷。

套管局部放電技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

現(xiàn)階段對(duì)于變壓器套管局部放電的抑制措施主要包括：

1)優(yōu)化套管等放電裕度設(shè)計(jì)；

2)使用如納米TiO2等新型材料；

3)進(jìn)行多物理場耦合分析，根據(jù)場中放電規(guī)律提出抑制方案；

4)對(duì)于受潮進(jìn)水造成的放電故障可采用真空熱油循環(huán)干燥處理；

4)構(gòu)建智能監(jiān)測、診斷系統(tǒng)。

表1 典型套管局部放電檢測方法優(yōu)缺點(diǎn)

3.1.3 機(jī)械故障

中國部分地區(qū)處于環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，因地震導(dǎo)致變壓器套管受損引起的系統(tǒng)癱瘓時(shí)有發(fā)生[30-34]。

變壓器套管為典型長懸臂結(jié)構(gòu)，具有“高、重、柔”的特點(diǎn)。地震時(shí)升高座發(fā)生擺動(dòng)，地震響應(yīng)被放大并向上傳遞，套管根部產(chǎn)生較大彎矩從而發(fā)生斷裂。純瓷套管瓷套具有脆性，阻尼小，基本頻率低，易與地震波發(fā)生共振而碎裂；復(fù)合套管更容易產(chǎn)生較大的頂部位移，但是具有較好的延展性和能量吸收能力。

目前常見的變壓器套管基礎(chǔ)減震隔震系統(tǒng)包括摩擦擺隔震系統(tǒng)、高阻尼橡膠隔震支座、疊層橡膠隔震支座和鉛芯橡膠隔震支座等。其特點(diǎn)歸納如表2所示[35-38]。

表2 變壓器套管典型隔震體系特點(diǎn)

但目前隔震系統(tǒng)在變壓器套管中的應(yīng)用仍非十分完善，有待研究的問題如下：

1)變壓器本身的機(jī)械震動(dòng)與電磁噪聲對(duì)于隔震系統(tǒng)的影響機(jī)制；

2)隔震系統(tǒng)能否抑制套管底部開裂與滑移破壞現(xiàn)象；

3)套管與隔震系統(tǒng)的物理場耦合關(guān)系。

3.2 變壓器套管檢測方法

3.2.1 常規(guī)試驗(yàn)

套管在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)時(shí)為滿足工程標(biāo)準(zhǔn)必須進(jìn)行系列試驗(yàn)，包括型式試驗(yàn)、例行試驗(yàn)。

型式試驗(yàn)針對(duì)設(shè)計(jì)的第一支套管，確認(rèn)設(shè)計(jì)值能夠滿足額定參數(shù)[16]。試驗(yàn)包括：

1)最大系統(tǒng)電壓為242 kV及以下套管的低頻濕耐壓試驗(yàn)；

2)全波雷電沖擊耐受電壓；

3)截波雷電沖擊耐受電壓；

4)最大系統(tǒng)電壓345 kV及以上套管的濕操作沖擊耐受電壓；

5)穿芯導(dǎo)線套管帽壓力試驗(yàn)；

6)抗彎耐受試驗(yàn)；

7)額定電流下的溫度試驗(yàn)。

例行試驗(yàn)針對(duì)生產(chǎn)的每支套管，目的是檢查生產(chǎn)中應(yīng)用的工藝和材料的質(zhì)量[39]。試驗(yàn)包括：

1)10 kV電容和介質(zhì)損耗因數(shù)測量；

2)帶有局部放電測量的低頻干耐受試驗(yàn)；

3)抽頭耐壓試驗(yàn)；

4)內(nèi)部液壓試驗(yàn)。

3.2.2 紅外成像

紅外檢測技術(shù)是基于熱輻射定律成立的，紅外檢測是典型的非接觸式測量，不受電磁干擾。

高壓套管內(nèi)接線座與導(dǎo)電管通過螺紋進(jìn)行連接；變壓器內(nèi)部引線穿過導(dǎo)電管后其接頭通過定位銷固定在接線座上，然后與導(dǎo)電頭通過螺紋連接；導(dǎo)電頭與套管接線端子之間通過螺栓夾連接；套管接線端子與外部導(dǎo)線接線端子通過螺栓連接。在變壓器引線接頭至導(dǎo)電接線端子很短的距離內(nèi)就有多個(gè)電氣接頭，發(fā)生熱故障的可能性高。此時(shí)通過紅外成像就可以發(fā)現(xiàn)異常的發(fā)熱點(diǎn)以便及時(shí)排除故障。

套管內(nèi)電壓致熱型故障發(fā)生時(shí)沒有明顯的發(fā)熱點(diǎn)，整體溫度同步上升，變化較為細(xì)微，不易觀察；但是當(dāng)溫差超過2～3 K時(shí)已屬嚴(yán)重故障，這說明此時(shí)紅外檢測時(shí)效性不足。當(dāng)套管內(nèi)發(fā)生滲漏油時(shí)，由于變壓器油與空氣的熱物理性質(zhì)相差甚大，所以在分離界面的上、下區(qū)域溫度梯度較大，通過紅外成像能夠清晰發(fā)現(xiàn)。但是某些商家制作的套管上、下瓷套材料不一，在套合處也會(huì)有明顯的溫度分界，容易引起誤判，需要檢測人員耐心甄別。

紅外檢測技術(shù)除上述不足外，還有幾個(gè)亟待解決的問題，包括：

1)成像圖像質(zhì)量差。紅外輻射在空氣中的衰減、光電信號(hào)處理圖像固有屬性差、傳感器靈敏度有限等都會(huì)影響成像質(zhì)量。

2)紅外圖像處理軟件與紅外成像儀兼容性差。

3)對(duì)于套管缺陷的定位精度較差。

4)依賴人工診斷。一方面，人工檢測效率低下；另一方面，人工檢測多為經(jīng)驗(yàn)性診斷，容易引起誤判，延誤檢修。

因此，未來紅外成像發(fā)展的方向應(yīng)與智能算法、深度學(xué)習(xí)相結(jié)合，優(yōu)化圖像分辨率，高速處理圖像信息使之與套管故障點(diǎn)特征相連接，實(shí)現(xiàn)精確定位。

3.2.3 特高頻

特高頻法常用來檢測局部放電。特高頻檢測技術(shù)具有信息豐富、靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)[39-43]。

油紙電容式套管通常放電故障發(fā)生在套管頂部、電容芯子、末屏、下瓷套與底端均壓環(huán)處。因此，特高頻可用于頂部懸浮放電檢測、下瓷套沿面放電檢測、末屏引線接觸不良放電檢測和底部均壓環(huán)懸浮放電檢測等。對(duì)于位于油箱內(nèi)部的套管局部放電，特高頻信號(hào)可能通過套管瓷套底部向外輻射，造成傳播路徑的不確定。

特高頻檢測技術(shù)的關(guān)鍵在于傳感器的靈敏度和響應(yīng)速度，而傳感器的靈敏度、響應(yīng)速度又與其安裝方式、類型等有關(guān)。

除傳感器安裝方式與類型的制約外，特高頻技術(shù)亟待解決的問題如下：

1)抑制套管引線上的電暈干擾；

2)特高頻信號(hào)傳輸特性的研究；

3)電磁波在套管內(nèi)部折反射產(chǎn)生復(fù)雜振蕩波形，需要提高信號(hào)首波靈敏度；

4)精確讀取首波到達(dá)時(shí)刻。

3.2.4 油色譜法

當(dāng)變壓器套管內(nèi)發(fā)生過熱、放電時(shí)，所產(chǎn)生的氣體種類與比例有所差異，包括H2、CH4、C2H6、C2H4、CO、CO2等，但只有出現(xiàn)強(qiáng)烈過熱時(shí)才會(huì)析出CO2氣體。

油色譜分析法具有分離效能高、分析速度快、樣品用量少、靈敏度高、適用范圍廣等優(yōu)勢(shì)。但也存在相應(yīng)難點(diǎn)[44]：

1)套管油中氣體組分的獲取需要提供一套完善的系統(tǒng)，確保抽樣準(zhǔn)確；

2)套管內(nèi)氣體組分來源廣泛，涉及因素較多；

3)通過氣體濃度與比值診斷多依賴于歷史經(jīng)驗(yàn)，仍有不確定性；

4)無法進(jìn)行故障定位。

因此油色譜法現(xiàn)多與人工智能結(jié)合，搭建全面分析、診斷、監(jiān)測的平臺(tái)。

3.2.5 介電響應(yīng)

在套管結(jié)構(gòu)中，受潮與過熱是導(dǎo)致絕緣性能下降的兩個(gè)重要原因。套管內(nèi)部絕緣油中的水分以溶解態(tài)、懸浮態(tài)和沉積態(tài)形式存在。絕緣紙中的水分通過表面毛細(xì)管、孔洞結(jié)構(gòu)吸附，或通過纖維素滲透作用吸附。在過熱溫度下，絕緣油會(huì)發(fā)生裂解，而絕緣紙也會(huì)發(fā)生熱老化。

介電響應(yīng)是一種無損檢測技術(shù)，分為回復(fù)電壓法、極化/去極化電流法、頻域介電譜法?；貜?fù)電壓法最早出現(xiàn)，但其只能檢測套管整體絕緣系統(tǒng)，無法區(qū)分；極化/去極化電流法可分別檢測絕緣油與絕緣紙劣化程度；頻域介電譜法不同于前兩者，其測量頻帶窄，囊括的信息豐富，抗干擾能力強(qiáng)。但這3種方法也都受到溫度因素的影響，從而特征曲線變化各異。

介電響應(yīng)技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵問題在于各種方法所測得的特征曲線無法對(duì)此作出合理統(tǒng)一的解釋，因?yàn)闊o論哪種檢測方法，都會(huì)受到外部或者內(nèi)部一系列因素的影響，因此絕緣介質(zhì)老化、受潮的評(píng)估機(jī)理十分復(fù)雜[45-49]。

表3中歸納總結(jié)了介電響應(yīng)技術(shù)中3種檢測方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

表3 介電響應(yīng)技術(shù)各方法對(duì)比總結(jié)

綜上，對(duì)于套管絕緣缺陷定位，檢測方法中可應(yīng)用智能算法處理數(shù)據(jù)搭建計(jì)算模型，結(jié)合紅外檢測等其他技術(shù)輔助判斷。在控制變量下，針對(duì)不同影響因素、同一影響因素的不同值可研究選取曲線上與之對(duì)應(yīng)的獨(dú)特參數(shù)點(diǎn)與變化規(guī)律，探究其電氣與物理意義。

4 結(jié) 論

變壓器套管由最初的用于接入并保護(hù)路姆考夫感應(yīng)線圈引線的簡易玻璃管形式，逐步推陳出新到如今各種精密復(fù)雜的形式。發(fā)展歷程中具有工程進(jìn)步意義的是其絕緣結(jié)構(gòu)的突破、絕緣材料的創(chuàng)新、檢測技術(shù)的提升、輸電容量的擴(kuò)增等，體現(xiàn)了工程科學(xué)進(jìn)步的內(nèi)在邏輯。

隨著直流輸電工程與新能源并網(wǎng)的發(fā)展，超高壓、特高壓領(lǐng)域變壓器套管的自主研發(fā)意義十分重大，它關(guān)系著國家能源戰(zhàn)略與經(jīng)濟(jì)民生，而下一階段中國變壓器套管(尤其是特高壓領(lǐng)域)的發(fā)展方向?yàn)樾⌒突⑤p量化以及低成本、大容量。變壓器套管的輕小化不僅有益于降低運(yùn)輸與安裝成本，還大大減少了變壓器箱體所承受的機(jī)械應(yīng)力，削弱了風(fēng)險(xiǎn)累積指數(shù)。同時(shí)，經(jīng)濟(jì)性是工程應(yīng)用的重要指標(biāo)之一，低成本的內(nèi)在需求也是技術(shù)的進(jìn)步。而提升套管的輸電容量即提升了電網(wǎng)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。