專利名稱：基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于變壓器絕緣狀態(tài)診斷與壽命評(píng)估領(lǐng)域，涉及一種基于回復(fù)電壓的油浸
式變壓器固體絕緣的評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
變壓器尤其是大型油浸式電力變壓器的運(yùn)行可靠性直接關(guān)系電力系統(tǒng)的安全穩(wěn) 定，據(jù)統(tǒng)計(jì)資料顯示，變壓器的運(yùn)行事故主要由其絕緣系統(tǒng)故障造成，因此其壽命很大程度 上取決于油紙絕緣系統(tǒng)老化狀態(tài)。在變壓器運(yùn)行過程中，油紙絕緣長期承受熱、電、機(jī)械、化 學(xué)等多種外部應(yīng)力作用，導(dǎo)致自身絕緣和機(jī)械性能逐漸下降并可能造成變壓器故障。因此， 準(zhǔn)確診斷油紙絕緣系統(tǒng)的老化狀態(tài)，對(duì)預(yù)測變壓器的壽命至關(guān)重要，也是實(shí)現(xiàn)變壓器狀態(tài) 維護(hù)的前提和基礎(chǔ)。 溫度、水分、氧氣等都會(huì)加速變壓器絕緣的老化進(jìn)程，其中水分既是固體絕緣老 化降解的產(chǎn)物，同時(shí)又反過來作為催化劑加速固體絕緣的老化，同時(shí)水分的存在還會(huì)帶來 其它的危害，如水分使電氣絕緣強(qiáng)度顯著下降，損耗加劇，加快絕緣紙板的老化速率；增加 損耗和漏電流，從而使變壓器發(fā)熱，運(yùn)行溫度升高，降低變壓器使用壽命；水分分布不平衡 將引起高場強(qiáng)區(qū)域的局部放電起始電壓降低，放電程度增強(qiáng)；少量水分的遷移引起油紙界 面上油流帶電等，因此對(duì)變壓器絕緣危害尤為嚴(yán)重，需要嚴(yán)格控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。DL/ T597-1996電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中規(guī)定，對(duì)于220kV變壓器，其固體絕緣含水量不得超 過3 % ， 330kV變壓器不得超過2 % ， 500kV變壓器不得超過1 % 。 傳統(tǒng)診斷變壓器油紙絕緣老化狀態(tài)的試驗(yàn)方法主要有油中溶解氣體分析(DGA)、 局部放電檢測(PD)、油中糠醛含量分析以及絕緣紙聚合度(DP)分析等。這些方法都能從一 定的角度來揭示和反映變壓器絕緣的老化狀態(tài)，但是無法反應(yīng)油紙絕緣的含水量，如果變 壓器受潮，雖然尚未明顯老化，仍然處于非健康狀態(tài)，應(yīng)及時(shí)停運(yùn)檢修。對(duì)于固體絕緣中含 水量的檢測，目前采用的有兩種方法一種是從變壓器中抽取油樣，采用卡式滴定法、蒸餾 法等方法測定油中微水含量，然后根據(jù)水分在油紙中分布的平衡曲線來估測固體絕緣含水 量；另一種是直接吊芯取紙樣，采用卡氏滴定法、稱重法等測定固體絕緣含水量。但是前一 種方法誤差太大，由于電力變壓器水分遷移非常復(fù)雜，通常高達(dá)99%以上的水分存在于固 體絕緣中，油中只含有不到1%的水分，且在不同溫度下水分存在油紙間的遷移現(xiàn)象，需要 很長時(shí)間才能達(dá)到平衡狀態(tài)，故該方法具有很大的局限性。后一種方法雖然可以直接獲得 固體絕緣含水量，但是需對(duì)變壓器吊芯處理，操作復(fù)雜且具有破壞性，紙樣選取的區(qū)域不同 同樣會(huì)帶來水分估測誤差，不適宜在現(xiàn)場推廣采用。 當(dāng)電場作用在電介質(zhì)上時(shí)，可觀察到兩種介電響應(yīng)現(xiàn)象電導(dǎo)和極化。電導(dǎo)是由于 載流子即電子和離子的不斷移動(dòng)而形成的，而極化是由于電介質(zhì)內(nèi)部沿電場方向出現(xiàn)宏觀 偶極矩而形成。介質(zhì)的極化過程相當(dāng)復(fù)雜，它與介質(zhì)的老化、劣化和受潮等狀態(tài)密不可分。 回復(fù)電壓法通過測量絕緣介質(zhì)極化后的回復(fù)電壓值，以及對(duì)應(yīng)的一些特征量，再利用所獲 數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理以判斷油紙絕緣系統(tǒng)的絕緣狀況。
其具體操作為在一定時(shí)間t。至^內(nèi)，將一直流階躍電壓施加于介質(zhì)上，如附圖1
所示。多層介質(zhì)絕緣系統(tǒng)的充電電流形成極化電流。該電流在整個(gè)極化時(shí)間內(nèi)會(huì)逐漸降低， 一直降到一個(gè)比較穩(wěn)定的值，該值由絕緣系統(tǒng)本身的直流電導(dǎo)率決定。充電時(shí)間^過后，將
介質(zhì)絕緣系統(tǒng)經(jīng)安培表短路，此時(shí)放電電流會(huì)突變并跳躍到一個(gè)負(fù)值上然后逐漸衰減。短 路至?xí)r間^后，將介質(zhì)絕緣系統(tǒng)開路并進(jìn)行電壓測量。此時(shí)由于去極化剩余的電荷會(huì)在絕 緣體兩端產(chǎn)生積聚，從而形成電壓差。回復(fù)電壓測試儀可以測得該回復(fù)電壓的峰值并記錄 在儀器中，改變充電時(shí)間，可以獲得相應(yīng)的回復(fù)電壓峰值，將充電時(shí)間T。與相應(yīng)的回復(fù)電壓 峰值所描繪的坐標(biāo)點(diǎn)用曲線連接起來，即為介質(zhì)的回復(fù)電壓極化譜曲線。通過對(duì)介質(zhì)進(jìn)行 一系列不同充放電時(shí)間常數(shù)的充放電試驗(yàn)可以得到反映介質(zhì)極化特性的參量，得出其極化 譜曲線。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法中需要將變壓器進(jìn)行吊芯處理才能提取絕 緣紙樣，操作程序復(fù)雜且可能破壞變壓器絕緣，而且當(dāng)絕緣紙樣選取的區(qū)域不同會(huì)帶來水 分評(píng)估的誤差的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水 量評(píng)估方法，包括如下步驟 1)變壓器及回復(fù)電壓測試儀準(zhǔn)備將變壓器停運(yùn)且與線路斷開連接；保持套管完 好并且與變壓器連接正常；變壓器油紙絕緣溫度降至環(huán)境溫度；沒有強(qiáng)迫油循環(huán)；將變壓 器高中低壓繞組各相及其中性點(diǎn)在套管出線端處用銅裸線短接并接地，接地時(shí)間10-20分 鐘；回復(fù)電壓測試儀要可靠接地； 2)試驗(yàn)接線按照儀器說明書進(jìn)行，當(dāng)時(shí)間允許時(shí)，將變壓器各繞組對(duì)地絕緣均進(jìn) 行測量； 3)參數(shù)設(shè)置包括充電電壓U。，充放電時(shí)間比T。/Td，最大充電時(shí)間T ax ;
4)測量采樣自動(dòng)進(jìn)行無需人為參與，但是由于充電時(shí)間的增加，回復(fù)電壓測試儀 每測一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所需要的時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律增加當(dāng)所測極化譜曲線平滑上升后又平滑下 降時(shí)，測試持續(xù)到極化譜曲線出現(xiàn)峰值后，即終止測量；當(dāng)所測極化譜曲線跳躍嚴(yán)重，或者 出現(xiàn)多個(gè)峰值時(shí)，則T。 = 100s時(shí)即終止測量； 5)數(shù)據(jù)處理方法為，根據(jù)所測極化譜曲線的回復(fù)電壓峰值對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間，即主
時(shí)間常數(shù)來判斷含水量，其計(jì)算公式為 lg t cd = 3. 8268-0. 8773m 式中 t 。d——極化譜曲線主時(shí)間常數(shù)，單位為s ;m——含水量，％ ;
將測試所得數(shù)據(jù)帶入上述計(jì)算公式，即可得到變壓器固體絕緣中的含水量；
6)當(dāng)含水量低于1%時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)良好；當(dāng)含水量等于1% 2. 5%時(shí)， 判定變壓器絕緣狀況一般，需要注意觀察；當(dāng)含水量高于2. 5%時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)很 差，需要進(jìn)行相應(yīng)的檢修處理。
所述步驟2)中當(dāng)時(shí)間不充裕時(shí)，優(yōu)先測量低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣；
所述步驟3)中設(shè)定具體參數(shù)為充電電壓Ue = 1000V，充放電時(shí)間比Te/Td = 2， 最大充電時(shí)間T。m^ = 1000s ; 測試采用Tettex公司的RVM5461或者RVM5462回復(fù)電壓測試儀。
本發(fā)明基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，可以在不吊芯、 不破壞絕緣材料，不用取樣的前提下準(zhǔn)確的評(píng)估絕緣紙中的微水含量，并以此分析油紙絕 緣老化狀態(tài)，為準(zhǔn)確評(píng)估變壓器絕緣性能和預(yù)測剩余壽命提供可靠依據(jù)。該方法不但可作 為目前絕緣診斷方法的有益補(bǔ)充，而且將來很有可能成為變壓器狀態(tài)診斷領(lǐng)域的重要試驗(yàn) 手段。


圖l:回復(fù)電壓測試原理圖 圖2 :本發(fā)明評(píng)估變壓器固體絕緣含水量的操作流程圖 圖3 :本發(fā)明測試變壓器低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣的極化譜曲線的試驗(yàn)接線 圖 圖4 :典型油浸式變壓器油紙絕緣極化譜曲線
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本實(shí)例采用的是Tettex公司的RVM5461回 復(fù)電壓測試儀。 —種基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，包括如下步驟
1)變壓器及回復(fù)電壓測試儀準(zhǔn)備將變壓器停運(yùn)且與線路斷開連接；保持套管完 好并且與變壓器連接正常；變壓器油紙絕緣溫度降至環(huán)境溫度；沒有強(qiáng)迫油循環(huán)；將變壓 器高中低壓繞組各相及其中性點(diǎn)在套管出線端處用銅裸線短接并接地，接地時(shí)間至少10 分鐘，或者10 20分鐘；回復(fù)電壓測試儀要可靠接地。 2)試驗(yàn)接線按照儀器說明書進(jìn)行，以雙繞組變壓器為例，如果測量低壓繞組對(duì)高 壓繞組及地絕緣的回復(fù)電壓極化譜曲線，則需將低壓繞組各相短接并與回復(fù)電壓測試儀的 測試電纜的紅色接線端連接，將高壓繞組各相用銅裸線短接并與回復(fù)電壓測試儀的測試電 纜的黑色接線端連接并接地，變壓器外殼要保持接地。 如果測量高壓繞組對(duì)低壓繞組及地絕緣的回復(fù)電壓極化譜曲線，則需將高壓繞組 各相短接并與回復(fù)電壓測試儀的測試電纜的紅色接線端連接，將低壓繞組各相用銅裸線短 接并與回復(fù)電壓測試儀測試電纜的黑色接線端連接并接地，變壓器外殼要保持接地。當(dāng)時(shí) 間允許時(shí)，將變壓器各繞組對(duì)地絕緣均進(jìn)行測量；當(dāng)時(shí)間不充裕時(shí)，優(yōu)先測量低壓繞組對(duì)高 壓繞組及地絕緣。 3)參數(shù)設(shè)置包括充電電壓Ue二 1000V，充放電時(shí)間比T/Td二2，最大充電時(shí)間T， =1000s。 4)測量采樣自動(dòng)進(jìn)行無需人為參與，但是由于充電時(shí)間的增加，回復(fù)電壓測試儀 每測一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所需要的時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律增加當(dāng)所測極化譜曲線平滑上升后又平滑下 降時(shí)，測試持續(xù)到極化譜曲線出現(xiàn)峰值后，即終止測量；當(dāng)所測極化譜曲線跳躍嚴(yán)重，或者 出現(xiàn)多個(gè)峰值時(shí)，則T。 = 100s時(shí)即可終止測量。 5)數(shù)據(jù)處理方法為，根據(jù)所測極化譜曲線的回復(fù)電壓峰值對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間，即主 時(shí)間常數(shù)來判斷含水量，其計(jì)算公式為
lg t cd = 3. 8268-0. 8773m 式中
5
t 。d——極化譜曲線主時(shí)間常數(shù)，單位為s ;m——含水量，％ ; 將測試所得數(shù)據(jù)帶入上述計(jì)算公式，即可得到變壓器固體絕緣中的含水量。 6)當(dāng)含水量低于1%時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)良好；當(dāng)含水量等于1% 2. 5%時(shí)，
判定變壓器絕緣狀況一般，需要注意觀察；當(dāng)含水量高于2. 5%時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)很
差，需要進(jìn)行相應(yīng)檢修處理。 圖1是現(xiàn)有技術(shù)中回復(fù)電壓測試原理圖，也是本發(fā)明所依據(jù)的原理。圖中t。-^為 充電階段，^_t2為短路放電階段，t2以后為開路并產(chǎn)生回復(fù)電壓階段。曲線1為充電電壓 曲線，曲線2為對(duì)介質(zhì)充電時(shí)產(chǎn)生的極化電流曲線，曲線3為短路時(shí)產(chǎn)生的去極化電流曲 線，曲線4為開路時(shí)產(chǎn)生的回復(fù)電壓曲線。 圖2是本發(fā)明基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法流程框圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)中測試變壓器低壓繞組對(duì)高中壓繞組及地絕緣的極化譜曲線試 驗(yàn)接線圖。該接線圖基于Tettex RVM5461或者RVM5462回復(fù)電壓測試儀的使用說明。圖 中5為回復(fù)電壓測試儀測試電纜的紅色接線端，6為回復(fù)電壓測試儀測試電纜的黑色接線 端，測試時(shí)該接線端一直保持接地，7為回復(fù)電壓測試儀的測試電纜，8為回復(fù)電壓測試儀， 9為被測變壓器的高壓繞組，10為變壓器的低壓繞組，11為變壓器套管，12為變壓器外殼， 13為變壓器底座。當(dāng)測量低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣的回復(fù)電壓極化譜曲線時(shí)，需將低 壓繞組10各相短接并與回復(fù)電壓測試儀8的測試電纜7的紅色接線端5連接，將高壓繞組 9各相用銅裸線短接并與回復(fù)電壓測試儀8的測試電纜7的黑色接線端6連接并接地，變壓 器外殼12要保持接地。 圖4是采用本發(fā)明對(duì)某變壓器進(jìn)行回復(fù)電壓測試所獲得的極化譜曲線圖，橫坐標(biāo)
為充電時(shí)間T。，縱坐標(biāo)為回復(fù)電壓峰值Ur^?？梢钥闯鲈摌O化譜曲線中回復(fù)電壓峰值中的
最大值所對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間為50s，將m = 50代入lg t 。d = 3. 8268-0. 8773m式中，即可對(duì)該
變壓器進(jìn)行含水量評(píng)估。 以雙繞組變壓器測試為例 在變壓器停運(yùn)并油溫降至穩(wěn)定值后，將變壓器出線端解開，并將各繞組用銅裸線 短接并接地IO分鐘。將回復(fù)電壓測試儀接地并接通電源后，按照附圖3所示，用專用測試 電纜將回復(fù)電壓測試儀與變壓器相應(yīng)繞組連接，并注意保持接觸良好。開機(jī)，設(shè)置參數(shù)U。= 1000V，Te/Td = 2，Temax = 1000s，按下測試按鈕開始測量。時(shí)刻注意所測極化譜曲線，當(dāng)極化 譜曲線出現(xiàn)峰值時(shí)即可中斷測量，導(dǎo)出數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，估測含水量并最終判斷其絕緣狀態(tài)。
某退役變壓器型號(hào)為SFLl-8000/110，額定電壓為110/10kV。 2008年7月分別采
用本發(fā)明回復(fù)電壓法對(duì)該變壓器低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣進(jìn)行了測試，獲取了其極化 譜曲線。所測極化譜曲線主時(shí)間常數(shù)為20s，代入式(1)中計(jì)算其含水量為2.89%，表明該 變壓器絕緣狀態(tài)很差，需要進(jìn)行干燥等相應(yīng)的檢修處理。而采用型號(hào)為IDAX-206的頻域譜 絕緣診斷分析儀所分析的含水量為3. 0%，可見上述水分估算方法具有狡高的準(zhǔn)確度，可以 用于現(xiàn)場變壓器的含水量測量。此外，該試驗(yàn)方法還具有非破壞性、操作簡便、準(zhǔn)確度高等 優(yōu)點(diǎn)，十分便于現(xiàn)場推廣使用。
權(quán)利要求
一種基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，包括如下步驟，其特征在于1)變壓器及回復(fù)電壓測試儀準(zhǔn)備將變壓器停運(yùn)且與線路斷開連接；保持套管完好并且與變壓器連接正常；變壓器油紙絕緣溫度降至環(huán)境溫度；沒有強(qiáng)迫油循環(huán)；將變壓器高中低壓繞組各相及其中性點(diǎn)在套管出線端處用銅裸線短接并接地，接地時(shí)間10～20分鐘；回復(fù)電壓測試儀要可靠接地；2)試驗(yàn)接線按照儀器說明書進(jìn)行，當(dāng)測試時(shí)間允許時(shí)，將變壓器各繞組對(duì)地絕緣均進(jìn)行測量；3)回復(fù)電壓測試儀的參數(shù)設(shè)置包括充電電壓Uc，充放電時(shí)間比Tc/Td，最大充電時(shí)間Tcmax；4)測量采樣自動(dòng)進(jìn)行無需人為參與，但是由于充電時(shí)間的增加，回復(fù)電壓測試儀每測一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，所需要的時(shí)間呈指數(shù)規(guī)律增加當(dāng)所測極化譜曲線平滑上升后又平滑下降時(shí)，測試持續(xù)到極化譜曲線出現(xiàn)峰值后，即終止測量；當(dāng)所測極化譜曲線跳躍嚴(yán)重，或者出現(xiàn)多個(gè)峰值時(shí)，則Tc＝100s時(shí)即終止測量；5)數(shù)據(jù)處理方法為，根據(jù)所測極化譜曲線的回復(fù)電壓峰值對(duì)應(yīng)的充電時(shí)間，即主時(shí)間常數(shù)來判斷含水量，其計(jì)算公式為lgτcd＝3.8268-0.8773m式中τcd——極化譜曲線主時(shí)間常數(shù)，單位為s；m——含水量，％；將測試所得數(shù)據(jù)帶入上述計(jì)算公式，即可得到變壓器固體絕緣中的含水量；6)當(dāng)含水量低于1％時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)良好；當(dāng)含水量等于1％～2.5％時(shí)，判定變壓器絕緣狀況一般，需要注意觀察；當(dāng)含水量高于2.5％時(shí)，判定變壓器絕緣狀態(tài)很差，需要進(jìn)行相應(yīng)的檢修處理。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，其 特征在于所述步驟2)中當(dāng)測試時(shí)間不充裕時(shí)，優(yōu)先測量低壓繞組對(duì)高壓繞組及地絕緣。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，其 特征在于所述步驟3)中設(shè)定具體參數(shù)為充電電壓U。 = 1000V，充放電時(shí)間比T。/Td = 2， 最大充電時(shí)間Tem^ = 1000s。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估試驗(yàn)方 法，其特征在于測試采用Tettex公司的RVM5461或者RVM5462回復(fù)電壓測試。
全文摘要
一種基于回復(fù)電壓的油浸式變壓器固體絕緣含水量評(píng)估方法，步驟為1)準(zhǔn)備工作變壓器降溫，沒有強(qiáng)迫油循環(huán)；將各繞組套管出線端與線路解離；將高壓繞組各相及中性點(diǎn)短接并接地；2)接線，測量各繞組對(duì)地絕緣；3)參數(shù)設(shè)置；4)測試結(jié)束判斷當(dāng)極化譜曲線平滑上升后又下降，出現(xiàn)峰值時(shí)終止測量；當(dāng)所測極化譜曲線跳躍嚴(yán)重或出現(xiàn)多峰值時(shí)，則充電時(shí)間Tc＝100s時(shí)終止；5)根據(jù)極化譜曲線的主時(shí)間常數(shù)判斷含水量；6)含水量＜1％時(shí)，狀態(tài)良好；含水量等于1％～2.5％時(shí)，絕緣狀況一般；含水量高于2.5％時(shí)，絕緣狀態(tài)很差。本發(fā)明不吊芯、不破壞絕緣材料，不用取樣，可以準(zhǔn)確評(píng)估絕緣紙中的微水含量，判斷油紙絕緣老化狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01N27/00GK101726514SQ20091025442
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2009年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月22日
發(fā)明者于崢, 張冠軍, 張祥全, 楊雙鎖, 王世強(qiáng), 董明, 魏建林 申請(qǐng)人:西北電網(wǎng)有限公司;西安交通大學(xué)