方堃
(云南電網(wǎng)西雙版納供電局,云南 景洪 666100)
變壓器固體絕緣水分含量檢測方法
方堃
(云南電網(wǎng)西雙版納供電局,云南 景洪 666100)
比較了各種變壓器固體絕緣水分檢測方法,提出了基于時域極化去極化電流法 (PDC法)和頻域的頻譜分析法(FDS法)相結(jié)合的變壓器固體絕緣水分檢測技術(shù),介紹了此方法的實際應(yīng)用情況。
變壓器;水分;固體絕緣;PDC法;FDS法
變壓器是電力系統(tǒng)輸變電的關(guān)鍵設(shè)備[1],變壓器的安全穩(wěn)定運行對保障電力系統(tǒng)的可靠性十分重要。目前我國110 kV及以上電壓等級的變壓器幾乎均為油浸式、變壓器的安全穩(wěn)定性能基本是由變壓器的絕緣決定的,變壓器的絕緣主要有液體絕緣、固體絕緣兩類[2],因為變壓器的絕緣紙沒法更換,所以變壓器的絕緣壽命主要由其固體絕緣紙所決定。變壓器中的水分對變壓器的固體絕緣來說不僅起到了惡性催化的作用,而且還是老化的生成物[3-4]。水分在變壓器中會產(chǎn)生三種危險后果:降低絕緣強度、加速纖維老化 (去聚合)在高溫和電場下釋放出氣體、發(fā)生氣隙放電。通過對變壓器絕緣紙含水量的測試與監(jiān)測,控制和降低絕緣紙的含水量,確定是否需要采取進一步的補救措施,可以有效延長變壓器的使用壽命。所以有必要精確檢測出變壓器中的含水量[5-7]。
目前,測試變壓器中的水分含量方法具有:
卡爾—菲休庫侖滴定法[8]。
卡爾—菲休庫侖滴定法需要取油樣、紙樣,取樣要求比較嚴格。并且老化過程油中水與紙中水沒有函數(shù)關(guān)系,變壓器油-紙系統(tǒng)的水平衡需要一個長期的穩(wěn)定溫度。
1)檢測絕緣油中的糠醛含量等[9]:該測試精確性高,但是需要取油樣,取樣要求比較嚴格。而且糠醛含量經(jīng)過換油后會發(fā)生變化,不能如實的反應(yīng)變壓器的實際情況。
2)測絕緣紙板的聚合度 (DP)、拉伸強度等[8]:該測試精確,但是需要取變壓器的紙樣,取樣及其復(fù)雜,需要變壓器停運,吊芯,并且取樣過程中對變壓器有污染,會損壞絕緣強度。
3)極化去極化電流 (PDC)[10]:該方法為無損檢測,精度高,但是測試精度在1 Hz以上的測試精度會有所降低,PDC測試需要4.5 h來記錄數(shù)據(jù) (1s到10 000s),相當于頻域測試范圍從1 Hz到0.1 MHz,而這只是完成一個通道的測試,比如高壓線圈對中壓線圈。測試H-L,H-G,LG三通道測試時間需要12小時以上。
4)回復(fù)電壓法 (RVM):為無損檢測、測試原理正確,但是模型曲線不準確導(dǎo)致測試結(jié)果不精確,不能反映變壓器的幾何模型。
5)頻域介電譜法 (FDS):為無損檢測、精度高,但是是對溫度的要求較高,測試前需要等待溫度穩(wěn)定,只適合在高頻段測試,在低頻段的測試花費時間太長,特別是在1 Hz以下的頻段的測試時間特別長,如1 Hz到0.1 mHz的頻段的測試時間就大于11小時。取油樣/紙樣不僅取樣復(fù)雜,但是很容易混入新的雜質(zhì),加重對設(shè)備造成損壞。因此,取樣檢測不僅麻煩并且風(fēng)險較大。無損的檢測方法就成為了主要的首選,但是,回復(fù)電壓法因為沒有考慮了油特性、油的電導(dǎo)率、絕緣結(jié)構(gòu)、材料特性等信息,雖然測試原理準確,但是測試結(jié)果不準確,已經(jīng)不提倡使用。極化去極化電流法 (PDC)和頻域介電譜法 (FDS)測試精度高,但是,測試時間較長,對于在變電站上使用具有一定的局限性,如何保證測試精度,并且還能提高測試速度是目前使用的一大難題。
為了解決這一難題,結(jié)合了時域極化去極化電流法 (PDC)和頻域的頻譜分析法 (FDS)兩種方法的優(yōu)點,在高頻率段 (0.1 Hz~5 kHz)采用FDS方法,而在低頻段 (0.1 mHz~0.1 Hz)采用PDC方法,這樣不僅保證了測試精度,而且還提高了測試速度。
圖1 采用FDS與PDC相結(jié)合的方式
采用以上時域PDC測試和頻域FDS測試的組合,時域PDC的介損曲線測試限制在低頻 (最高到0.1 Hz),這樣便可以大幅減少PDC的測試時間,而對于高于0.1 Hz部分的介損曲線,則采用頻域FDS方式進行測試,由于避免了<0.1 Hz的低頻測試,F(xiàn)DS的測試時間也被大幅縮減了。對于全頻段的介損曲線測試 (1?kHz降到 0.1 mHz),測試時間將降到3 h以內(nèi)。
采用FDS與PDC相結(jié)合的監(jiān)測技術(shù),監(jiān)測了220 kV景洪變、110 kV大渡崗變等上使用了具有該種測試原理的儀器,測試前變壓器從電網(wǎng)中退出運行,高、中、低三側(cè)的連接導(dǎo)線和電網(wǎng)分離。高壓側(cè)、中壓側(cè)、低壓側(cè)分別短接、中壓側(cè)接信號輸出側(cè),高壓側(cè)、低壓側(cè)分別接輸入側(cè)。每次測試的頻段都為0.1 mHz~5 000 Hz,測試時間都在2個小時40分鐘左右,通過對比其他監(jiān)測技術(shù)獲得的監(jiān)測結(jié)果發(fā)現(xiàn)本文提出的方法達到了實際工程應(yīng)用的精度要求。測試結(jié)果也和采用單一PDC或FDS方法測試的結(jié)果一致。解決了上述遇到的難題。
對于水分含量越高的變壓器測試時間越短。對在景洪變對220 kV 1號主變進行了測量,測試得到變壓器高-中壓繞組水分含量為0.9%,變壓器中-低壓繞組水分含量為1.0%,完成0.1 mHz~5 000 Hz頻段的測試,用時2小時51分鐘。測試圖譜如圖2所示。
圖2 220 kV景洪變1號主變測試圖譜
對1號主變進行了測量,高-中壓繞組間介質(zhì)水含量為0.9%,中-低壓繞組間介質(zhì)水含量為1.0%完成0.1 mHz~5000 Hz頻段的測試,用時2小時30分鐘。測試圖譜如圖3所示。
縮短測試頻率范圍同樣可以減少測試時間,如FDS法縮減到5 000 Hz~2 mHz時測試時間可以縮短到14分鐘,如測試頻率為5 000 Hz~1 mHz,則測試時間為22分鐘。但是縮短測試頻率,只有對水分含量特別高的變壓器測試才有意義,才能在被縮短的頻率范圍內(nèi)有所反應(yīng)。對于水分含量低的變壓器,在縮短的頻率范圍內(nèi)不會有所反應(yīng),因為絕緣紙板的水含量只有在低頻下才能真正準確顯現(xiàn)出來??s短測試頻率范圍雖然可以提高測試時間,但是犧牲了測試精度,不能準確得出變壓器的固體絕緣水分含量。
圖3 110 kV大渡崗1號主變測試圖譜
在110 kV大渡崗變電站1號主變上分別采用了單獨的PDC方法和FDS方法進行測試,測試頻段都選擇了5 000 Hz~0.1 mHz頻段。PDC法僅測試了高-中繞組的水分含量,共計用時4.4個小時,測試得出水分含量為1.0%。采用FDS法測試時我們共計用時12個小時,水分含量為1.1 %。我們還采用了FDS的5 000 Hz~2 mHz頻段測試1號主變的水分含量,用時14分鐘,得到的水分含量為0.8%,和5 000 Hz~0.1 mHz頻道測試得到的水分含量相比較,差別較大。
因此,頻率降低到0.1 mHz是絕緣紙板濕度評估所必備的,通過縮減測試頻率范圍來減少測試時間是不科學(xué)的,得到的測試結(jié)果是很難正確真實反映絕緣紙板濕度的,更是無法能夠讓專業(yè)的用戶信服的。所以我們在現(xiàn)場測試時還是采用了5 000 Hz~0.1 mHz全頻段的測試。采用單一的PDC法或FDS法測試時間太長,不利于變電站現(xiàn)場的使用。PDC法和FDS法是經(jīng)過卡爾—菲休庫侖滴定法驗證過的準確有效的方法,我們沒有再重復(fù)驗證。采用PDC和FDS結(jié)合的方法,在保證精度的同時,測試時間還都控制在3小時內(nèi),完全滿足了變電站測試的需要。
采用PDC和FDS法相結(jié)合的方法,能夠保留兩種方法優(yōu)點:
1)在滿足精度要求的情況下監(jiān)測速度得到了極大的提高,這在一定程度上減少了檢修停電小時數(shù);
2)監(jiān)測技術(shù)采用無損監(jiān)測,不會對變壓器造成損壞;
滿足了供電部門測試人員的需求,可以減少停電時間。通過研究發(fā)現(xiàn):對于水分含量越高的變壓器測試時間越短,且能夠根據(jù)精確的測試結(jié)果對變壓器進行老化分析,是一種值得推廣的新技術(shù)。
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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,助理工程師,云南電網(wǎng)公司西雙版納供電局,從事高壓試驗工作 (e-mail)609325013@qq.com。