極化電流測(cè)量方法和頻域的頻譜測(cè)量方法的技術(shù)分析

石侃 余萍 羅玉花 李紅瓊 劉輝

[摘要]電力變壓器是電力系統(tǒng)中最重要的設(shè)備之一，變壓器的性能狀況直接影響了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。電力變壓器的造價(jià)高、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，變壓器的絕緣狀況檢測(cè)為變壓器正常運(yùn)行的最重要判斷依據(jù)。變壓器固體絕緣中的水含量和介質(zhì)損耗測(cè)量是反映變壓器絕緣狀況的重要參數(shù)?；诖耍撐木脱芯恳环N結(jié)合時(shí)域的極化電流測(cè)量（PDC）方法和頻域的頻譜（FDS）測(cè)量方法分析法的新技術(shù)，能夠快速準(zhǔn)確檢測(cè)變壓器固體絕緣的含水量和介損值，方便進(jìn)行分析為變壓器安全運(yùn)行和判斷其老化狀態(tài)提供依據(jù)。

[關(guān)鍵詞]極化電流測(cè)量;頻域頻譜測(cè)量;技術(shù)方法

1 項(xiàng)目研究背景

目前，國(guó)內(nèi)許多變電站中變壓器已經(jīng)“服役”了相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間，有的運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，有的已出現(xiàn)過(guò)很多事故。究竟一臺(tái)老變壓器的老化狀態(tài)如何，是否可以繼續(xù)運(yùn)行或者需要吊芯干燥處理，是電力系統(tǒng)迫切需要解決的問(wèn)題。但對(duì)其進(jìn)行老化評(píng)估的可靠方法只有打開(kāi)油箱吊芯取固體絕緣件樣品檢測(cè)。這和進(jìn)行一次大修沒(méi)什么區(qū)別，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，并且有可能對(duì)變壓器本身固體的絕緣造成損害。為了能夠?qū)ψ儔浩骼匣潭冗M(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)無(wú)損的檢測(cè)判斷，進(jìn)而對(duì)變壓器預(yù)期壽命進(jìn)行評(píng)估成為目前變壓器領(lǐng)域研究的重點(diǎn)之一，因此開(kāi)展變壓器老化評(píng)估對(duì)變壓器安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行有著重要的意義。

絕緣老化是一個(gè)四維空間的問(wèn)題，它取決于絕緣、化學(xué)、熱和機(jī)構(gòu)強(qiáng)度在運(yùn)行狀態(tài)下的情況。所有這些老化的過(guò)程都導(dǎo)致水分的產(chǎn)生，同時(shí)水也是老化進(jìn)程的催化劑，因此水在油紙絕緣系統(tǒng)的老化中起著主要作用。

經(jīng)典的絕緣老化診斷技術(shù)已使用許多年，例如色譜分析法（DCA）、聚合度（DP）測(cè)定、露點(diǎn)法、纖維紙及紙板的拉伸強(qiáng)度等等。近年來(lái)，國(guó)外已采用了一些先進(jìn)的診斷技術(shù)，其中包括用于糠醛診斷的高性能液相色譜法和極化/去極化電流法。另外，尖端技術(shù)包括計(jì)算機(jī)X線體層攝影（CT）、核磁共振（NMR）等也正引入到變壓器故障診斷技術(shù)中去。

國(guó)內(nèi)目前對(duì)變壓器的老化評(píng)估多采用色譜分析法（DCA）、聚合度（DP）測(cè)定、露點(diǎn)法、卡爾一費(fèi)希爾滴定方法等方法進(jìn)行老化評(píng)估。重慶大學(xué)還成立的專門的老化評(píng)估分析項(xiàng)目組，但是整體上我們?cè)诶匣u(píng)估檢測(cè)方法上目前已經(jīng)處干相對(duì)落后的階段。

水分的含量和介損值狀況直接體現(xiàn)變壓器絕緣老化狀況，要綜合評(píng)估設(shè)備的絕緣老化狀況，首先要充分考慮變壓器固體絕緣的水分含量，這既是本項(xiàng)目的難點(diǎn)也是其關(guān)鍵點(diǎn)。

2 研究方法和內(nèi)容

2.1主要技術(shù)內(nèi)容

我們將研究一款能夠準(zhǔn)確綜合評(píng)估變壓器老化狀態(tài)，并能夠通過(guò)內(nèi)置專家系統(tǒng)確定水分，對(duì)介電反應(yīng)進(jìn)行分析，確定固體絕緣中的水分。自動(dòng)算法將對(duì)諸如溫度、絕緣形狀、油傳導(dǎo)率以及老化生成物等所產(chǎn)生的干擾因素進(jìn)行補(bǔ)償，可靠檢測(cè)水分。通過(guò)同步分析測(cè)量結(jié)論，實(shí)現(xiàn)在同一設(shè)備上綜合分析介質(zhì)損耗測(cè)量和水含量測(cè)量對(duì)變壓器絕緣影響問(wèn)題。

2.2主要技術(shù)難點(diǎn)

如何準(zhǔn)確測(cè)試變壓器固體絕緣中的水分含量和提高測(cè)試速度是項(xiàng)目研究的主要技術(shù)難點(diǎn)。

我們項(xiàng)目研究將采用一種時(shí)域極化去極化電流法（PDC）和頻域的頻譜分析法（FDS）結(jié)合雙通道測(cè)量技術(shù)。實(shí)現(xiàn)測(cè)試在高頻率段（0.1Hz-5kHz）采用FDS方式，而對(duì)于低頻（0.1mHz-0.1Hz）采用PDC裝置分析 既加快了測(cè)量時(shí)間，而且同時(shí)將時(shí)域電流轉(zhuǎn)換到頻域，實(shí)現(xiàn)整個(gè)頻率段（FDS）內(nèi)的介質(zhì)損耗系數(shù)測(cè)試，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了對(duì)變壓器固體絕緣的水含量的檢測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、快速測(cè)量水含量和介損值問(wèn)題。通過(guò)對(duì)變壓器的介損和水含有量測(cè)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器老化狀況綜合的評(píng)估。

本項(xiàng)目研究將和一家公司合作開(kāi)展 我局負(fù)責(zé)項(xiàng)目研究目標(biāo)的確定，提供試驗(yàn)場(chǎng)地、試驗(yàn)變壓器，組織項(xiàng)目驗(yàn)收等工作。由合作公司完成項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)、調(diào)試工作，并協(xié)助完成項(xiàng)目驗(yàn)收、知識(shí)產(chǎn)權(quán)申報(bào)等工作，項(xiàng)目研究成果由兩家共同所有。

項(xiàng)目研究計(jì)劃：

（1）用1-2個(gè)月的時(shí)間，了解目前國(guó)內(nèi)、外的變壓器固體絕緣水含量檢測(cè)技術(shù)和使用的監(jiān)測(cè)儀器，比較各種技術(shù)和儀器的優(yōu)缺點(diǎn)，明確研究目標(biāo)。

（2）用1個(gè)月的時(shí)間確定合作廠家，提出研究出切實(shí)可行的系統(tǒng)方案。

（3）用時(shí)6-8個(gè)月的時(shí)間根據(jù)項(xiàng)目目標(biāo)由合同廠家完成項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)研究，生產(chǎn)出滿足符合要求的儀器，并安裝調(diào)試。

（4）用1-2個(gè)月完成項(xiàng)目的驗(yàn)收總結(jié)，分析項(xiàng)目研究成果是否滿足開(kāi)發(fā)需求。

3預(yù)期目標(biāo)以及創(chuàng)新點(diǎn)

3.1預(yù)期目標(biāo)

確認(rèn)采用雙通道時(shí)域和頻域結(jié)合分析法的可靠性、準(zhǔn)確性、優(yōu)越性，并研制出這兩種方法相結(jié)合的設(shè)備。

確認(rèn)固體絕緣材料中的水分含量與變壓器老化的天系，起到正確分析變壓器老化問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)變壓器不同頻率下的介質(zhì)損耗值測(cè)量，減少測(cè)試設(shè)備的投入縮短測(cè)試時(shí)間。避免了測(cè)試過(guò)程的停電時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

根據(jù)項(xiàng)目研究成果對(duì)我局的所有在運(yùn)行的變壓器、互感器等設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確的老化評(píng)估，建立設(shè)備老化數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命的效果。

3.2創(chuàng)新點(diǎn)

采用時(shí)域極化去極化電流法（PDC）和頻域的頻譜分析法（FDS）結(jié)合雙通道測(cè)量技術(shù)不僅能夠檢測(cè)準(zhǔn)確有效變壓器固體絕緣中的水含量，還能極大的提高測(cè)試速度。

結(jié)語(yǔ)

通過(guò)上文的分析，希望可以能夠有效的縮短對(duì)變壓器固體絕緣的水含量和介損值測(cè)量，整體測(cè)量的時(shí)間約為單一的模式介質(zhì)響應(yīng)測(cè)量方法的20%，整體測(cè)試約3個(gè)小時(shí)，可以大大提高測(cè)量速度，減少測(cè)量停電造成的經(jīng)濟(jì)損失。而且通過(guò)變壓器老化評(píng)估，能有效的延長(zhǎng)了變壓器的使用壽命，既提高了系統(tǒng)的整體工作效率，又在保障電網(wǎng)安全運(yùn)行基礎(chǔ)上充分利用現(xiàn)有的資源。

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