介電頻譜法在油浸式變壓器狀態(tài)評估中的應(yīng)用

楊耀武

（中國大唐集團(tuán)有限公司重慶分公司新能源事業(yè)部，重慶408500）

0 引言

油浸式變壓器作為主變壓器被廣泛運(yùn)用于發(fā)電廠、超高壓/特高壓變電系統(tǒng)中[1]，變壓器油作為一種液體絕緣介質(zhì)，對變壓器起到冷卻散熱、滅弧、絕緣的作用[2-3]。油浸式變壓器運(yùn)行中會因變壓器結(jié)構(gòu)、氣候變化、封閉母線的密封情況、微正壓裝置的運(yùn)行情況、新補(bǔ)充變壓器油的品質(zhì)等因素，使變壓器絕緣介質(zhì)中的含水量增加[4]，變壓器絕緣介質(zhì)含水率增加到一定值時，會增加絕緣系統(tǒng)的介質(zhì)損耗，降低擊穿電壓，使設(shè)備的絕緣性能降低。水分還會參與油紙纖維的化學(xué)降解反應(yīng)，促使油紙老化，加速絕緣系統(tǒng)劣化，水質(zhì)量分?jǐn)?shù)與其熱老化率成正比。

油浸式變壓器的絕緣主要是由油和絕緣紙組合而成。變壓器固體絕緣因各種原因吸收潮氣而受潮，固體絕緣的含水量將增大，這會導(dǎo)致其介質(zhì)損耗因數(shù)增大、絕緣電阻下降，局放電壓與擊穿電壓也隨之下降，同時這些水分也會加速纖維的老化，縮短變壓器使用壽命。有效的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，變壓器運(yùn)行時的各種故障與事故幾乎都是由變壓器固體絕緣的缺陷失效而引起的。因此，檢測與監(jiān)控變壓器固體絕緣的水含量變化情況非常有必要，是對變壓器實(shí)行狀態(tài)檢修的重要手段。

本文根據(jù)某電廠主變壓器相關(guān)技術(shù)參數(shù)，運(yùn)用介電頻譜法測得#1、#2主變壓器固體絕緣的含水量，評估#1、#2主變壓器的絕緣性能，判斷其是否需要進(jìn)行大修。

1 設(shè)備概述

某電廠#1、#2機(jī)組2臺主變壓器為保定天威保變電氣股份有限公司生產(chǎn)的戶外單相雙繞組、無載調(diào)壓、強(qiáng)迫導(dǎo)向油循環(huán)風(fēng)冷變壓器，無載調(diào)壓，采用高壓側(cè)中性點(diǎn)直接接地方式，變壓器連接組別為YNd11，型號為DFP-260000/500，主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2 介電頻譜法的原理

介電頻譜法主要是研究絕緣系統(tǒng)的緩慢極化過程，測試介質(zhì)正弦激勵下的電流相位、幅值，通過測得的電容計算出設(shè)備中相對介電常數(shù)[3]。變壓器的油-紙絕緣介電常數(shù)是含水率、溫度、頻率的函數(shù)，它隨溫度、含水量的升高而增大，若電容、溫度、頻率已確定，可通過相關(guān)公式計算出含水率。

3 測試結(jié)果及分析

某電廠對#1、#2主變壓器固體絕緣的含水量進(jìn)行測量，具體操作如下：在溫度為25 ℃、頻率為10-2Hz下測量變壓器高壓側(cè)繞組對低壓側(cè)繞組間電容、變壓器高壓側(cè)繞組對地電容以及變壓器低壓側(cè)繞組對地電容。通過測得的電容換算為相對介電常數(shù)，反算出高壓繞組與低壓繞組之間的含水率ωo1、高壓繞組與鐵芯及地之間的含水率ωo2、低壓繞組與鐵芯及地之間的含水率ωo3，如表2所示，并依據(jù)IEC 60422中關(guān)于絕緣紙的水含量＜2.2%（干燥）、2.2%～3.7%（中度潮濕）、3.7%～5%（潮濕）、＞5%（極度潮濕）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評估。

表1 主變壓器技術(shù)參數(shù)

表2 #1、#2主變壓器固體絕緣含水率對照 單位：%

從表2可以看出，#1主變壓器高壓繞組與低壓繞組之間的含水率ωo1、高壓繞組與鐵芯及地之間的含水率ωo2數(shù)值均滿足IEC 60422規(guī)定的干燥標(biāo)準(zhǔn)值，且#2主變壓器相關(guān)數(shù)值低于#1主變壓器，說明#2主變壓器的絕緣性能優(yōu)于#1主變壓器；但#1、#2主變壓器低壓繞組與鐵芯及地之間的含水率ωo3數(shù)值均已接近IEC 60422規(guī)定的中度潮濕標(biāo)準(zhǔn)值，表明變壓器存在水污染。

通過現(xiàn)場分析認(rèn)為，變壓器高壓側(cè)繞組為封閉母線，與GIS直接相連，測試過程中通過GIS的接地開關(guān)將高壓側(cè)繞組短接，同時將接地側(cè)拆除，用絕緣導(dǎo)線短接，且測試過程中受現(xiàn)場工作條件限制，測試時間較短，由此分析評估的準(zhǔn)確度將受到一定程度的影響，造成的誤差在0.3%左右。判斷低壓繞組與鐵芯及地之間的污染是外部短接絕緣導(dǎo)線與地之間的影響所致，并非繞組實(shí)際的狀態(tài)，高壓側(cè)繞組絕緣性能良好[5]。

此次運(yùn)用介電頻譜法測量過程中，排除了變壓器高壓側(cè)繞組對鐵芯及地之間受水污染的可能，對比相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，判斷#1、#2主變壓器絕緣紙板均未受潮，且#2主變壓器的絕緣性能優(yōu)于#1主變壓器。#1、#2主變壓器無需列入本次大修計劃中，只需要進(jìn)行常規(guī)檢查即可。

4 結(jié)語

油浸式變壓器是電力系統(tǒng)中重要的變電設(shè)備，長時間運(yùn)行會因各方面的原因誘發(fā)其絕緣水平降低，產(chǎn)生絕緣老化的現(xiàn)象，嚴(yán)重時會出現(xiàn)絕緣擊穿、燒毀設(shè)備的事故。利用介電頻譜測試方法，可以快速準(zhǔn)確地測量油浸變壓器油-紙絕緣中的含水量，用以判斷、評估油浸式變壓器的絕緣性能，合理制定變壓器檢修計劃，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)檢修。