变压器固体绝缘水分含量检测方法

方堃

(云南电网西双版纳供电局，云南 景洪 666100)

变压器固体绝缘水分含量检测方法

方堃

(云南电网西双版纳供电局，云南 景洪 666100)

比较了各种变压器固体绝缘水分检测方法，提出了基于时域极化去极化电流法 (PDC法)和频域的频谱分析法(FDS法)相结合的变压器固体绝缘水分检测技术，介绍了此方法的实际应用情况。

变压器；水分；固体绝缘；PDC法；FDS法

0 前言

变压器是电力系统输变电的关键设备[1]，变压器的安全稳定运行对保障电力系统的可靠性十分重要。目前我国110 kV及以上电压等级的变压器几乎均为油浸式、变压器的安全稳定性能基本是由变压器的绝缘决定的，变压器的绝缘主要有液体绝缘、固体绝缘两类[2]，因为变压器的绝缘纸没法更换，所以变压器的绝缘寿命主要由其固体绝缘纸所决定。变压器中的水分对变压器的固体绝缘来说不仅起到了恶性催化的作用，而且还是老化的生成物[3-4]。水分在变压器中会产生三种危险后果：降低绝缘强度、加速纤维老化 (去聚合)在高温和电场下释放出气体、发生气隙放电。通过对变压器绝缘纸含水量的测试与监测，控制和降低绝缘纸的含水量，确定是否需要采取进一步的补救措施，可以有效延长变压器的使用寿命。所以有必要精确检测出变压器中的含水量[5-7]。

1 水分危害及含量测试方法比较

目前，测试变压器中的水分含量方法具有：

卡尔—菲休库仑滴定法[8]。

卡尔—菲休库仑滴定法需要取油样、纸样，取样要求比较严格。并且老化过程油中水与纸中水没有函数关系，变压器油-纸系统的水平衡需要一个长期的稳定温度。

1)检测绝缘油中的糠醛含量等[9]：该测试精确性高，但是需要取油样，取样要求比较严格。而且糠醛含量经过换油后会发生变化，不能如实的反应变压器的实际情况。

2)测绝缘纸板的聚合度 (DP)、拉伸强度等[8]：该测试精确，但是需要取变压器的纸样，取样及其复杂，需要变压器停运，吊芯，并且取样过程中对变压器有污染，会损坏绝缘强度。

3)极化去极化电流 (PDC)[10]：该方法为无损检测，精度高，但是测试精度在1 Hz以上的测试精度会有所降低，PDC测试需要4.5 h来记录数据 (1s到10 000s)，相当于频域测试范围从1 Hz到0.1 MHz，而这只是完成一个通道的测试，比如高压线圈对中压线圈。测试H-L，H-G，LG三通道测试时间需要12小时以上。

4)回复电压法 (RVM)：为无损检测、测试原理正确，但是模型曲线不准确导致测试结果不精确，不能反映变压器的几何模型。

5)频域介电谱法 (FDS)：为无损检测、精度高，但是是对温度的要求较高，测试前需要等待温度稳定，只适合在高频段测试，在低频段的测试花费时间太长，特别是在1 Hz以下的频段的测试时间特别长，如1 Hz到0.1 mHz的频段的测试时间就大于11小时。取油样/纸样不仅取样复杂，但是很容易混入新的杂质，加重对设备造成损坏。因此，取样检测不仅麻烦并且风险较大。无损的检测方法就成为了主要的首选，但是，回复电压法因为没有考虑了油特性、油的电导率、绝缘结构、材料特性等信息，虽然测试原理准确，但是测试结果不准确，已经不提倡使用。极化去极化电流法 (PDC)和频域介电谱法 (FDS)测试精度高，但是，测试时间较长，对于在变电站上使用具有一定的局限性，如何保证测试精度，并且还能提高测试速度是目前使用的一大难题。

为了解决这一难题，结合了时域极化去极化电流法 (PDC)和频域的频谱分析法 (FDS)两种方法的优点，在高频率段 (0.1 Hz～5 kHz)采用FDS方法，而在低频段 (0.1 mHz～0.1 Hz)采用PDC方法，这样不仅保证了测试精度，而且还提高了测试速度。

图1 采用FDS与PDC相结合的方式

采用以上时域PDC测试和频域FDS测试的组合，时域PDC的介损曲线测试限制在低频 (最高到0.1 Hz)，这样便可以大幅减少PDC的测试时间，而对于高于0.1 Hz部分的介损曲线，则采用频域FDS方式进行测试，由于避免了＜0.1 Hz的低频测试，FDS的测试时间也被大幅缩减了。对于全频段的介损曲线测试 (1?kHz降到 0.1 mHz)，测试时间将降到3 h以内。

2 测试实例

采用FDS与PDC相结合的监测技术，监测了220 kV景洪变、110 kV大渡岗变等上使用了具有该种测试原理的仪器，测试前变压器从电网中退出运行，高、中、低三侧的连接导线和电网分离。高压侧、中压侧、低压侧分别短接、中压侧接信号输出侧，高压侧、低压侧分别接输入侧。每次测试的频段都为0.1 mHz～5 000 Hz，测试时间都在2个小时40分钟左右，通过对比其他监测技术获得的监测结果发现本文提出的方法达到了实际工程应用的精度要求。测试结果也和采用单一PDC或FDS方法测试的结果一致。解决了上述遇到的难题。

对于水分含量越高的变压器测试时间越短。对在景洪变对220 kV 1号主变进行了测量，测试得到变压器高-中压绕组水分含量为0.9%，变压器中-低压绕组水分含量为1.0%，完成0.1 mHz～5 000 Hz频段的测试，用时2小时51分钟。测试图谱如图2所示。

图2 220 kV景洪变1号主变测试图谱

对1号主变进行了测量，高-中压绕组间介质水含量为0.9%，中-低压绕组间介质水含量为1.0%完成0.1 mHz～5000 Hz频段的测试，用时2小时30分钟。测试图谱如图3所示。

缩短测试频率范围同样可以减少测试时间，如FDS法缩减到5 000 Hz～2 mHz时测试时间可以缩短到14分钟，如测试频率为5 000 Hz～1 mHz，则测试时间为22分钟。但是缩短测试频率，只有对水分含量特别高的变压器测试才有意义，才能在被缩短的频率范围内有所反应。对于水分含量低的变压器，在缩短的频率范围内不会有所反应，因为绝缘纸板的水含量只有在低频下才能真正准确显现出来。缩短测试频率范围虽然可以提高测试时间，但是牺牲了测试精度，不能准确得出变压器的固体绝缘水分含量。

图3 110 kV大渡岗1号主变测试图谱

在110 kV大渡岗变电站1号主变上分别采用了单独的PDC方法和FDS方法进行测试，测试频段都选择了5 000 Hz～0.1 mHz频段。PDC法仅测试了高-中绕组的水分含量，共计用时4.4个小时，测试得出水分含量为1.0%。采用FDS法测试时我们共计用时12个小时，水分含量为1.1 %。我们还采用了FDS的5 000 Hz～2 mHz频段测试1号主变的水分含量，用时14分钟，得到的水分含量为0.8%，和5 000 Hz～0.1 mHz频道测试得到的水分含量相比较，差别较大。

因此，频率降低到0.1 mHz是绝缘纸板湿度评估所必备的，通过缩减测试频率范围来减少测试时间是不科学的，得到的测试结果是很难正确真实反映绝缘纸板湿度的，更是无法能够让专业的用户信服的。所以我们在现场测试时还是采用了5 000 Hz～0.1 mHz全频段的测试。采用单一的PDC法或FDS法测试时间太长，不利于变电站现场的使用。PDC法和FDS法是经过卡尔—菲休库仑滴定法验证过的准确有效的方法，我们没有再重复验证。采用PDC和FDS结合的方法，在保证精度的同时，测试时间还都控制在3小时内，完全满足了变电站测试的需要。

3 结束语

采用PDC和FDS法相结合的方法，能够保留两种方法优点：

1)在满足精度要求的情况下监测速度得到了极大的提高，这在一定程度上减少了检修停电小时数；

2)监测技术采用无损监测，不会对变压器造成损坏；

满足了供电部门测试人员的需求，可以减少停电时间。通过研究发现：对于水分含量越高的变压器测试时间越短，且能够根据精确的测试结果对变压器进行老化分析，是一种值得推广的新技术。

[1] 郝建，廖瑞金，Chen George，等.绝缘油老化对油纸绝缘介质空间电荷形成及迁移特性的影响 [J].中国电机工程学报，2012，32(016)：173-181.

[2] 杨启平，薛五德，蓝之达.变压器绝缘老化的诊断与寿命评估 [J].变压器，2004，41(2)：13-17.

[3] 刘玉仙.油纸绝缘变压器中水分的聚积及其对热老化寿命的影响 [J].变压器，2004，41(2)：8-12.

[4] 张利刚.变压器油中溶解气体的成分和含量与充油电力设备绝缘故障诊断的关系 [J].变压器，2000，37(3)：39 -42.

[5] Saha Tapan K.，Purkait Prithwiraj.Investigation of polarization and depolarization current measurements for the assessment of oil-paper insulation of aged transformers[J].Dielectrics and Electrical Insulation，IEEE Transactions on，2004，11(1)：144-154.

[6] Lundgaard Lars E.，Hansen Walter，Linhjell Dag，et al.Aging of oil-impregnated paper in power transformers[J].Power Delivery，IEEE Transactions on，2004，19(1)：230-239.

[7] Borsi Hossein，Gockenbach Ernst，Krüger Michael.Method and device for measuring a dielectric response of an electrical insulation system[Z].

[8] 郝建，廖瑞金，杨丽君，等.应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估 [J].电网技术，2011，35(7)：187-193.

[9] 梁帅伟，廖瑞金，杨丽君，等.天然酯与矿物油纸绝缘的加速热老化特性研究 [J].中国电机工程学报，2008，28 (25)：20-24.

[10] 王世强，张冠军，魏建林，等.纸板的老化状态对其PDC特性影响的实验研究 [J].中国电机工程学报，2011，31(34)：177-183.

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，助理工程师，云南电网公司西双版纳供电局，从事高压试验工作 (e-mail)609325013＠qq.com。