CN101726514B - 基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法 - Google Patents

Abstract

一种基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，步骤为：1)准备工作：变压器降温，没有强迫油循环；将各绕组套管出线端与线路解离；将高压绕组各相及中性点短接并接地；2)接线，测量各绕组对地绝缘；3)参数设置；4)测试结束判断：当极化谱曲线平滑上升后又下降，出现峰值时终止测量；当所测极化谱曲线跳跃严重或出现多峰值时，则充电时间T_c＝100s时终止；5)根据极化谱曲线的主时间常数判断含水量；6)含水量＜1％时，状态良好；含水量等于1％～2.5％时，绝缘状况一般；含水量高于2.5％时，绝缘状态很差。本发明不吊芯、不破坏绝缘材料，不用取样，可以准确评估绝缘纸中的微水含量，判断油纸绝缘老化状态。

Description

基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法

技术领域

本发明属于变压器绝缘状态诊断与寿命评估领域，涉及一种基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘的评估方法。

背景技术

变压器尤其是大型油浸式电力变压器的运行可靠性直接关系电力***的安全稳定，据统计资料显示，变压器的运行事故主要由其绝缘***故障造成，因此其寿命很大程度上取决于油纸绝缘***老化状态。在变压器运行过程中，油纸绝缘长期承受热、电、机械、化学等多种外部应力作用，导致自身绝缘和机械性能逐渐下降并可能造成变压器故障。因此，准确诊断油纸绝缘***的老化状态，对预测变压器的寿命至关重要，也是实现变压器状态维护的前提和基础。

温度、水分、氧气等都会加速变压器绝缘的老化进程，其中水分既是固体绝缘老化降解的产物，同时又反过来作为催化剂加速固体绝缘的老化，同时水分的存在还会带来其它的危害，如水分使电气绝缘强度显著下降，损耗加剧，加快绝缘纸板的老化速率；增加损耗和漏电流，从而使变压器发热，运行温度升高，降低变压器使用寿命；水分分布不平衡将引起高场强区域的局部放电起始电压降低，放电程度增强；少量水分的迁移引起油纸界面上油流带电等，因此对变压器绝缘危害尤为严重，需要严格控制在规定范围之内。DL/T597-1996电力设备预防性试验规程中规定，对于220kV变压器，其固体绝缘含水量不得超过3％，330kV变压器不得超过2％，500kV变压器不得超过1％。

传统诊断变压器油纸绝缘老化状态的试验方法主要有油中溶解气体分析(DGA)、局部放电检测(PD)、油中糠醛含量分析以及绝缘纸聚合度(DP)分析等。这些方法都能从一定的角度来揭示和反映变压器绝缘的老化状态，但是无法反应油纸绝缘的含水量，如果变压器受潮，虽然尚未明显老化，仍然处于非健康状态，应及时停运检修。对于固体绝缘中含水量的检测，目前采用的有两种方法：一种是从变压器中抽取油样，采用卡式滴定法、蒸馏法等方法测定油中微水含量，然后根据水分在油纸中分布的平衡曲线来估测固体绝缘含水量；另一种是直接吊芯取纸样，采用卡氏滴定法、称重法等测定固体绝缘含水量。但是前一种方法误差太大，由于电力变压器水分迁移非常复杂，通常高达99％以上的水分存在于固体绝缘中，油中只含有不到1％的水分，且在不同温度下水分存在油纸间的迁移现象，需要很长时间才能达到平衡状态，故该方法具有很大的局限性。后一种方法虽然可以直接获得固体绝缘含水量，但是需对变压器吊芯处理，操作复杂且具有破坏性，纸样选取的区域不同同样会带来水分估测误差，不适宜在现场推广采用。

当电场作用在电介质上时，可观察到两种介电响应现象：电导和极化。电导是由于载流子即电子和离子的不断移动而形成的，而极化是由于电介质内部沿电场方向出现宏观偶极矩而形成。介质的极化过程相当复杂，它与介质的老化、劣化和受潮等状态密不可分。回复电压法通过测量绝缘介质极化后的回复电压值，以及对应的一些特征量，再利用所获数据进行分析处理以判断油纸绝缘***的绝缘状况。

其具体操作为：在一定时间t₀至t₁内，将一直流阶跃电压施加于介质上，如附图1所示。多层介质绝缘***的充电电流形成极化电流。该电流在整个极化时间内会逐渐降低，一直降到一个比较稳定的值，该值由绝缘***本身的直流电导率决定。充电时间t₁过后，将介质绝缘***经安培表短路，此时放电电流会突变并跳跃到一个负值上然后逐渐衰减。短路至时间t₂后，将介质绝缘***开路并进行电压测量。此时由于去极化剩余的电荷会在绝缘体两端产生积聚，从而形成电压差。回复电压测试仪可以测得该回复电压的峰值并记录在仪器中，改变充电时间，可以获得相应的回复电压峰值，将充电时间T_c与相应的回复电压峰值所描绘的坐标点用曲线连接起来，即为介质的回复电压极化谱曲线。通过对介质进行一系列不同充放电时间常数的充放电试验可以得到反映介质极化特性的参量，得出其极化谱曲线。

发明内容

针对变压器固体绝缘含水量评估方法中需要将变压器进行吊芯处理才能提取绝缘纸样，操作程序复杂且可能破坏变压器绝缘，而且当绝缘纸样选取的区域不同会带来水分评估的误差的技术问题，本发明公开了一种基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，包括如下步骤：

1)变压器及回复电压测试仪准备：将变压器停运且与线路断开连接；保持套管完好并且与变压器连接正常；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；没有强迫油循环；将变压器高中低压绕组各相及其中性点在套管出线端处用铜裸线短接并接地，接地时间10-20分钟；回复电压测试仪要可靠接地；

2)试验接线按照仪器说明书进行，当时间允许时，将变压器各绕组对地绝缘均进行测量；

3)参数设置包括充电电压U_c，充放电时间比T_c/T_d，最大充电时间T_cmax；

4)测量采样自动进行无需人为参与，但是由于充电时间的增加，回复电压测试仪每测一个数据点，所需要的时间呈指数规律增加：当所测极化谱曲线平滑上升后又平滑下降时，测试持续到极化谱曲线出现峰值后，即终止测量；当所测极化谱曲线跳跃严重，或者出现多个峰值时，则T_c＝100s时即终止测量；

5)数据处理方法为，根据所测极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间，即主时间常数来判断含水量，其计算公式为：

lgτ_cd＝3.8268-0.8773m        式中

τ_cd——极化谱曲线主时间常数，单位为s；m——含水量，％；

将测试所得数据带入上述计算公式，即可得到变压器固体绝缘中的含水量；

6)当含水量低于1％时，判定变压器绝缘状态良好；当含水量等于1％～2.5％时，判定变压器绝缘状况一般，需要注意观察；当含水量高于2.5％时，判定变压器绝缘状态很差，需要进行相应的检修处理。

所述步骤2)中当时间不充裕时，优先测量低压绕组对高压绕组及地绝缘；

所述步骤3)中设定具体参数为：充电电压U_c＝1000V，充放电时间比T_c/T_d＝2，最大充电时间T_cmax＝1000s；

测试采用Tettex公司的RVM5461或者RVM5462回复电压测试仪。

本发明基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，可以在不吊芯、不破坏绝缘材料，不用取样的前提下准确的评估绝缘纸中的微水含量，并以此分析油纸绝缘老化状态，为准确评估变压器绝缘性能和预测剩余寿命提供可靠依据。该方法不但可作为目前绝缘诊断方法的有益补充，而且将来很有可能成为变压器状态诊断领域的重要试验手段。

附图说明

图1：回复电压测试原理图

图2：本发明评估变压器固体绝缘含水量的操作流程图

图3：本发明测试变压器低压绕组对高压绕组及地绝缘的极化谱曲线的试验接线图

图4：典型油浸式变压器油纸绝缘极化谱曲线

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明，本实例采用的是Tettex公司的RVM5461回复电压测试仪。

一种基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，包括如下步骤：

1)变压器及回复电压测试仪准备：将变压器停运且与线路断开连接；保持套管完好并且与变压器连接正常；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；没有强迫油循环；将变压器高中低压绕组各相及其中性点在套管出线端处用铜裸线短接并接地，接地时间至少10分钟，或者10～20分钟；回复电压测试仪要可靠接地。

2)试验接线按照仪器说明书进行，以双绕组变压器为例，如果测量低压绕组对高压绕组及地绝缘的回复电压极化谱曲线，则需将低压绕组各相短接并与回复电压测试仪的测试电缆的红色接线端连接，将高压绕组各相用铜裸线短接并与回复电压测试仪的测试电缆的黑色接线端连接并接地，变压器外壳要保持接地。

如果测量高压绕组对低压绕组及地绝缘的回复电压极化谱曲线，则需将高压绕组各相短接并与回复电压测试仪的测试电缆的红色接线端连接，将低压绕组各相用铜裸线短接并与回复电压测试仪测试电缆的黑色接线端连接并接地，变压器外壳要保持接地。当时间允许时，将变压器各绕组对地绝缘均进行测量；当时间不充裕时，优先测量低压绕组对高压绕组及地绝缘。

3)参数设置包括充电电压U_c＝1000V，充放电时间比T_c/T_d＝2，最大充电时间T_cmax＝1000s。

4)测量采样自动进行无需人为参与，但是由于充电时间的增加，回复电压测试仪每测一个数据点，所需要的时间呈指数规律增加：当所测极化谱曲线平滑上升后又平滑下降时，测试持续到极化谱曲线出现峰值后，即终止测量；当所测极化谱曲线跳跃严重，或者出现多个峰值时，则T_c＝100s时即可终止测量。

5)数据处理方法为，根据所测极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间，即主时间常数来判断含水量，其计算公式为：

lgτ_cd＝3.8268-0.8773m    式中

τ_cd——极化谱曲线主时间常数，单位为s；m——含水量，％；

将测试所得数据带入上述计算公式，即可得到变压器固体绝缘中的含水量。

6)当含水量低于1％时，判定变压器绝缘状态良好；当含水量等于1％～2.5％时，判定变压器绝缘状况一般，需要注意观察；当含水量高于2.5％时，判定变压器绝缘状态很差，需要进行相应检修处理。

图1是现有技术中回复电压测试原理图，也是本发明所依据的原理。图中t₀-t₁为充电阶段，t₁-t₂为短路放电阶段，t₂以后为开路并产生回复电压阶段。曲线1为充电电压曲线，曲线2为对介质充电时产生的极化电流曲线，曲线3为短路时产生的去极化电流曲线，曲线4为开路时产生的回复电压曲线。

图2是本发明基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法流程框图。

图3是现有技术中测试变压器低压绕组对高中压绕组及地绝缘的极化谱曲线试验接线图。该接线图基于Tettex RVM5461或者RVM5462回复电压测试仪的使用说明。图中5为回复电压测试仪测试电缆的红色接线端，6为回复电压测试仪测试电缆的黑色接线端，测试时该接线端一直保持接地，7为回复电压测试仪的测试电缆，8为回复电压测试仪，9为被测变压器的高压绕组，10为变压器的低压绕组，11为变压器套管，12为变压器外壳，13为变压器底座。当测量低压绕组对高压绕组及地绝缘的回复电压极化谱曲线时，需将低压绕组10各相短接并与回复电压测试仪8的测试电缆7的红色接线端5连接，将高压绕组9各相用铜裸线短接并与回复电压测试仪8的测试电缆7的黑色接线端6连接并接地，变压器外壳12要保持接地。

图4是采用本发明对某变压器进行回复电压测试所获得的极化谱曲线图，横坐标为充电时间T_c，纵坐标为回复电压峰值U_rmax。可以看出该极化谱曲线中回复电压峰值中的最大值所对应的充电时间为50s，将m＝50代入lgτ_cd＝3.8268-0.8773m式中，即可对该变压器进行含水量评估。

以双绕组变压器测试为例：

在变压器停运并油温降至稳定值后，将变压器出线端解开，并将各绕组用铜裸线短接并接地10分钟。将回复电压测试仪接地并接通电源后，按照附图3所示，用专用测试电缆将回复电压测试仪与变压器相应绕组连接，并注意保持接触良好。开机，设置参数U_c＝1000V，T_c/T_d＝2，T_cmax＝1000s，按下测试按钮开始测量。时刻注意所测极化谱曲线，当极化谱曲线出现峰值时即可中断测量，导出数据进行分析，估测含水量并最终判断其绝缘状态。

某退役变压器型号为SFL1-8000/110，额定电压为110/10kV。2008年7月分别采用本发明回复电压法对该变压器低压绕组对高压绕组及地绝缘进行了测试，获取了其极化谱曲线。所测极化谱曲线主时间常数为20s，代入式(1)中计算其含水量为2.89％，表明该变压器绝缘状态很差，需要进行干燥等相应的检修处理。而采用型号为IDAX-206的频域谱绝缘诊断分析仪所分析的含水量为3.0％，可见上述水分估算方法具有较高的准确度，可以用于现场变压器的含水量测量。此外，该试验方法还具有非破坏性、操作简便、准确度高等优点，十分便于现场推广使用。

Claims (4)

1.一种基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，包括如下步骤，其特征在于：

1)变压器及回复电压测试仪准备：将变压器停运且与线路断开连接；保持套管完好并且与变压器连接正常；变压器油纸绝缘温度降至环境温度；没有强迫油循环；将变压器高中低压绕组各相及其中性点在套管出线端处用铜裸线短接并接地，接地时间10～20分钟；回复电压测试仪要可靠接地；

2)试验接线按照仪器说明书进行，当测试时间允许时，将变压器各绕组对地绝缘均进行测量；

3)回复电压测试仪的参数设置包括充电电压U_c，充放电时间比T_c/T_d，最大充电时间T_cmax；

4)测量采样自动进行无需人为参与，但是由于充电时间的增加，回复电压测试仪每测一个数据点，所需要的时间呈指数规律增加：当所测极化谱曲线平滑上升后又平滑下降时，测试持续到极化谱曲线出现峰值后，即终止测量；当所测极化谱曲线跳跃严重，或者出现多个峰值时，则T_c＝100s时即终止测量；

5)数据处理方法为，根据所测极化谱曲线的回复电压峰值对应的充电时间，即主时间常数来判断含水量，其计算公式为：

lgτ_cd＝3.8268-0.8773m    式中

τ_cd——极化谱曲线主时间常数，单位为s；m——含水量，％；

将测试所得数据带入上述计算公式，即可得到变压器固体绝缘中的含水量；

6)当含水量低于1％时，判定变压器绝缘状态良好；当含水量等于1％～2.5％时，判定变压器绝缘状况一般，需要注意观察；当含水量高于2.5％时，判定变压器绝缘状态很差，需要进行相应的检修处理。

2.根据权利要求1所述的基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，其特征在于：所述步骤2)中当测试时间不充裕时，优先测量低压绕组对高压绕组及地绝缘。

3.根据权利要求1所述的基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估方法，其特征在于：所述步骤3)中设定具体参数为：充电电压U_c＝1000V，充放电时间比T_c/T_d＝2，最大充电时间T_cmax＝1000s。

4.根据权利要求1所述的基于回复电压的油浸式变压器固体绝缘含水量评估试验方法，其特征在于：测试采用Tettex公司的RVM5461或者RVM5462回复电压测试仪。

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