變壓器固體絕緣水分含量檢測(cè)方法

方堃

(云南電網(wǎng)西雙版納供電局，云南 景洪 666100)

變壓器固體絕緣水分含量檢測(cè)方法

方堃

(云南電網(wǎng)西雙版納供電局，云南 景洪 666100)

比較了各種變壓器固體絕緣水分檢測(cè)方法，提出了基于時(shí)域極化去極化電流法 (PDC法)和頻域的頻譜分析法(FDS法)相結(jié)合的變壓器固體絕緣水分檢測(cè)技術(shù)，介紹了此方法的實(shí)際應(yīng)用情況。

變壓器；水分；固體絕緣；PDC法；FDS法

0 前言

變壓器是電力系統(tǒng)輸變電的關(guān)鍵設(shè)備[1]，變壓器的安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)保障電力系統(tǒng)的可靠性十分重要。目前我國(guó)110 kV及以上電壓等級(jí)的變壓器幾乎均為油浸式、變壓器的安全穩(wěn)定性能基本是由變壓器的絕緣決定的，變壓器的絕緣主要有液體絕緣、固體絕緣兩類(lèi)[2]，因?yàn)樽儔浩鞯慕^緣紙沒(méi)法更換，所以變壓器的絕緣壽命主要由其固體絕緣紙所決定。變壓器中的水分對(duì)變壓器的固體絕緣來(lái)說(shuō)不僅起到了惡性催化的作用，而且還是老化的生成物[3-4]。水分在變壓器中會(huì)產(chǎn)生三種危險(xiǎn)后果：降低絕緣強(qiáng)度、加速纖維老化 (去聚合)在高溫和電場(chǎng)下釋放出氣體、發(fā)生氣隙放電。通過(guò)對(duì)變壓器絕緣紙含水量的測(cè)試與監(jiān)測(cè)，控制和降低絕緣紙的含水量，確定是否需要采取進(jìn)一步的補(bǔ)救措施，可以有效延長(zhǎng)變壓器的使用壽命。所以有必要精確檢測(cè)出變壓器中的含水量[5-7]。

1 水分危害及含量測(cè)試方法比較

目前，測(cè)試變壓器中的水分含量方法具有：

卡爾—菲休庫(kù)侖滴定法[8]。

卡爾—菲休庫(kù)侖滴定法需要取油樣、紙樣，取樣要求比較嚴(yán)格。并且老化過(guò)程油中水與紙中水沒(méi)有函數(shù)關(guān)系，變壓器油-紙系統(tǒng)的水平衡需要一個(gè)長(zhǎng)期的穩(wěn)定溫度。

1)檢測(cè)絕緣油中的糠醛含量等[9]：該測(cè)試精確性高，但是需要取油樣，取樣要求比較嚴(yán)格。而且糠醛含量經(jīng)過(guò)換油后會(huì)發(fā)生變化，不能如實(shí)的反應(yīng)變壓器的實(shí)際情況。

2)測(cè)絕緣紙板的聚合度 (DP)、拉伸強(qiáng)度等[8]：該測(cè)試精確，但是需要取變壓器的紙樣，取樣及其復(fù)雜，需要變壓器停運(yùn)，吊芯，并且取樣過(guò)程中對(duì)變壓器有污染，會(huì)損壞絕緣強(qiáng)度。

3)極化去極化電流 (PDC)[10]：該方法為無(wú)損檢測(cè)，精度高，但是測(cè)試精度在1 Hz以上的測(cè)試精度會(huì)有所降低，PDC測(cè)試需要4.5 h來(lái)記錄數(shù)據(jù) (1s到10 000s)，相當(dāng)于頻域測(cè)試范圍從1 Hz到0.1 MHz，而這只是完成一個(gè)通道的測(cè)試，比如高壓線圈對(duì)中壓線圈。測(cè)試H-L，H-G，LG三通道測(cè)試時(shí)間需要12小時(shí)以上。

4)回復(fù)電壓法 (RVM)：為無(wú)損檢測(cè)、測(cè)試原理正確，但是模型曲線不準(zhǔn)確導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果不精確，不能反映變壓器的幾何模型。

5)頻域介電譜法 (FDS)：為無(wú)損檢測(cè)、精度高，但是是對(duì)溫度的要求較高，測(cè)試前需要等待溫度穩(wěn)定，只適合在高頻段測(cè)試，在低頻段的測(cè)試花費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，特別是在1 Hz以下的頻段的測(cè)試時(shí)間特別長(zhǎng)，如1 Hz到0.1 mHz的頻段的測(cè)試時(shí)間就大于11小時(shí)。取油樣/紙樣不僅取樣復(fù)雜，但是很容易混入新的雜質(zhì)，加重對(duì)設(shè)備造成損壞。因此，取樣檢測(cè)不僅麻煩并且風(fēng)險(xiǎn)較大。無(wú)損的檢測(cè)方法就成為了主要的首選，但是，回復(fù)電壓法因?yàn)闆](méi)有考慮了油特性、油的電導(dǎo)率、絕緣結(jié)構(gòu)、材料特性等信息，雖然測(cè)試原理準(zhǔn)確，但是測(cè)試結(jié)果不準(zhǔn)確，已經(jīng)不提倡使用。極化去極化電流法 (PDC)和頻域介電譜法 (FDS)測(cè)試精度高，但是，測(cè)試時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于在變電站上使用具有一定的局限性，如何保證測(cè)試精度，并且還能提高測(cè)試速度是目前使用的一大難題。

為了解決這一難題，結(jié)合了時(shí)域極化去極化電流法 (PDC)和頻域的頻譜分析法 (FDS)兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，在高頻率段 (0.1 Hz～5 kHz)采用FDS方法，而在低頻段 (0.1 mHz～0.1 Hz)采用PDC方法，這樣不僅保證了測(cè)試精度，而且還提高了測(cè)試速度。

圖1 采用FDS與PDC相結(jié)合的方式

采用以上時(shí)域PDC測(cè)試和頻域FDS測(cè)試的組合，時(shí)域PDC的介損曲線測(cè)試限制在低頻 (最高到0.1 Hz)，這樣便可以大幅減少PDC的測(cè)試時(shí)間，而對(duì)于高于0.1 Hz部分的介損曲線，則采用頻域FDS方式進(jìn)行測(cè)試，由于避免了＜0.1 Hz的低頻測(cè)試，F(xiàn)DS的測(cè)試時(shí)間也被大幅縮減了。對(duì)于全頻段的介損曲線測(cè)試 (1?kHz降到 0.1 mHz)，測(cè)試時(shí)間將降到3 h以內(nèi)。

2 測(cè)試實(shí)例

采用FDS與PDC相結(jié)合的監(jiān)測(cè)技術(shù)，監(jiān)測(cè)了220 kV景洪變、110 kV大渡崗變等上使用了具有該種測(cè)試原理的儀器，測(cè)試前變壓器從電網(wǎng)中退出運(yùn)行，高、中、低三側(cè)的連接導(dǎo)線和電網(wǎng)分離。高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)分別短接、中壓側(cè)接信號(hào)輸出側(cè)，高壓側(cè)、低壓側(cè)分別接輸入側(cè)。每次測(cè)試的頻段都為0.1 mHz～5 000 Hz，測(cè)試時(shí)間都在2個(gè)小時(shí)40分鐘左右，通過(guò)對(duì)比其他監(jiān)測(cè)技術(shù)獲得的監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文提出的方法達(dá)到了實(shí)際工程應(yīng)用的精度要求。測(cè)試結(jié)果也和采用單一PDC或FDS方法測(cè)試的結(jié)果一致。解決了上述遇到的難題。

對(duì)于水分含量越高的變壓器測(cè)試時(shí)間越短。對(duì)在景洪變對(duì)220 kV 1號(hào)主變進(jìn)行了測(cè)量，測(cè)試得到變壓器高-中壓繞組水分含量為0.9%，變壓器中-低壓繞組水分含量為1.0%，完成0.1 mHz～5 000 Hz頻段的測(cè)試，用時(shí)2小時(shí)51分鐘。測(cè)試圖譜如圖2所示。

圖2 220 kV景洪變1號(hào)主變測(cè)試圖譜

對(duì)1號(hào)主變進(jìn)行了測(cè)量，高-中壓繞組間介質(zhì)水含量為0.9%，中-低壓繞組間介質(zhì)水含量為1.0%完成0.1 mHz～5000 Hz頻段的測(cè)試，用時(shí)2小時(shí)30分鐘。測(cè)試圖譜如圖3所示。

縮短測(cè)試頻率范圍同樣可以減少測(cè)試時(shí)間，如FDS法縮減到5 000 Hz～2 mHz時(shí)測(cè)試時(shí)間可以縮短到14分鐘，如測(cè)試頻率為5 000 Hz～1 mHz，則測(cè)試時(shí)間為22分鐘。但是縮短測(cè)試頻率，只有對(duì)水分含量特別高的變壓器測(cè)試才有意義，才能在被縮短的頻率范圍內(nèi)有所反應(yīng)。對(duì)于水分含量低的變壓器，在縮短的頻率范圍內(nèi)不會(huì)有所反應(yīng)，因?yàn)榻^緣紙板的水含量只有在低頻下才能真正準(zhǔn)確顯現(xiàn)出來(lái)?？s短測(cè)試頻率范圍雖然可以提高測(cè)試時(shí)間，但是犧牲了測(cè)試精度，不能準(zhǔn)確得出變壓器的固體絕緣水分含量。

圖3 110 kV大渡崗1號(hào)主變測(cè)試圖譜

在110 kV大渡崗變電站1號(hào)主變上分別采用了單獨(dú)的PDC方法和FDS方法進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試頻段都選擇了5 000 Hz～0.1 mHz頻段。PDC法僅測(cè)試了高-中繞組的水分含量，共計(jì)用時(shí)4.4個(gè)小時(shí)，測(cè)試得出水分含量為1.0%。采用FDS法測(cè)試時(shí)我們共計(jì)用時(shí)12個(gè)小時(shí)，水分含量為1.1 %。我們還采用了FDS的5 000 Hz～2 mHz頻段測(cè)試1號(hào)主變的水分含量，用時(shí)14分鐘，得到的水分含量為0.8%，和5 000 Hz～0.1 mHz頻道測(cè)試得到的水分含量相比較，差別較大。

因此，頻率降低到0.1 mHz是絕緣紙板濕度評(píng)估所必備的，通過(guò)縮減測(cè)試頻率范圍來(lái)減少測(cè)試時(shí)間是不科學(xué)的，得到的測(cè)試結(jié)果是很難正確真實(shí)反映絕緣紙板濕度的，更是無(wú)法能夠讓專(zhuān)業(yè)的用戶信服的。所以我們?cè)诂F(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)還是采用了5 000 Hz～0.1 mHz全頻段的測(cè)試。采用單一的PDC法或FDS法測(cè)試時(shí)間太長(zhǎng)，不利于變電站現(xiàn)場(chǎng)的使用。PDC法和FDS法是經(jīng)過(guò)卡爾—菲休庫(kù)侖滴定法驗(yàn)證過(guò)的準(zhǔn)確有效的方法，我們沒(méi)有再重復(fù)驗(yàn)證。采用PDC和FDS結(jié)合的方法，在保證精度的同時(shí)，測(cè)試時(shí)間還都控制在3小時(shí)內(nèi)，完全滿足了變電站測(cè)試的需要。

3 結(jié)束語(yǔ)

采用PDC和FDS法相結(jié)合的方法，能夠保留兩種方法優(yōu)點(diǎn)：

1)在滿足精度要求的情況下監(jiān)測(cè)速度得到了極大的提高，這在一定程度上減少了檢修停電小時(shí)數(shù)；

2)監(jiān)測(cè)技術(shù)采用無(wú)損監(jiān)測(cè)，不會(huì)對(duì)變壓器造成損壞；

滿足了供電部門(mén)測(cè)試人員的需求，可以減少停電時(shí)間。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：對(duì)于水分含量越高的變壓器測(cè)試時(shí)間越短，且能夠根據(jù)精確的測(cè)試結(jié)果對(duì)變壓器進(jìn)行老化分析，是一種值得推廣的新技術(shù)。

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Study on Detection Method for Moisture Content of Solid Insulation Transformer

FANG Kun
(Yunnan Xishuangbanna Power Supply Bureau，Jinghong，Yunnan 666100)

This paper compares various transformer solid insulation moisture detection method is proposed，the polarization current method based on time domain polarization(PDC)and frequency spectrum analysis method(FDS method)moisture detection technology of transformer solid appeared for the first time.

transformer；moisture；solid insulation；PDC method；FDS method

TM93

B

1006-7345(2014)04-0100-04

2014-02-21

方堃 (1985)，男，助理工程師，云南電網(wǎng)公司西雙版納供電局，從事高壓試驗(yàn)工作 (e-mail)609325013＠qq.com。