变压器油纸绝缘（精选6篇）
变压器油纸绝缘 第1篇
1电力变压器油纸绝缘的热老化机理
1.1绝缘油的老化机理
电力变压器的绝缘油主要由烷烃、环烷烃等碳氢化合物组成。该物质在电弧和局部过热的情况下, 会出现碳氢键断裂或碳碳键断裂的现象, 断裂的碳原子和氢原子通过复杂的化学反应会重新组合在一起, 形成氢气或低分子的烃气。这种现象会随着过热时间的推移形成大量的碳氢聚合物, 进而造成绝缘油热老化。
1.2 绝缘纸的老化机理
绝缘纸的主要成分为纤维素, 变压器绝缘纸的热老化是指纤维素出现了降解现象。绝缘纸的老化方式有3 种: (1) 水解老化。绝缘纸接触到的水分越多, 纤维素的水解速度就越快, 进而导致绝缘纸老化。 (2) 如果变压器的温度过高, 则会导致纤维素中的糖键断裂, 出现纤维素解体的现象, 进而造成绝缘纸热老化。 (3) 氧化作用会使纤维素末端的游离羧基出现氧化还原反应, 导致羧基状态不稳定, 出现水解现象, 最终造成绝缘纸老化。
2油纸绝缘热老化的影响因素
2.1温度
温度是影响电力变压器油纸绝缘老化的主要原因, 温度越高则油纸绝缘的稳定性就越低。比如, 当温度超过100 ℃时, 纤维素会出现降解现象, 并产生大量的水和二氧化碳, 经过一段时间后, 绝缘纸将难以发挥应有的作用, 并逐渐变脆, 进而出现老化现象。此外, 热降解也会使绝缘油中的碳氢键、碳氧键断裂, 进而出现老化现象。
在运行过程中, 电力变压器的温度会不断升高, 导致油纸绝缘的使用寿命逐渐缩短。由此可见, 温度是影响电力变压器油纸绝缘老化的主要因素。
2.2 电场
电场会使变压器的绝缘结构出现变化, 进而导致油纸绝缘出现老化现象。具体而言, 由于变压器内部存在气隙, 加之电场对变压器局部的放电会不断累积。当累积到一定程度时, 电子会发生混乱现象, 产生大量的自由电子在整个电场中加速运动, 破坏有机物的结构, 出现有机物分子结构解体现象, 进而出现老化现象。此外, 电场会使油纸绝缘的降解速度加快, 进而导致老化速度变快。
2.3 水分
水分是影响变压器油纸绝缘老化的重要因素之一。在变压器运行的过程中, 绝缘油会吸附一定的水分, 随着温度的升高, 其吸附水分的能力逐渐提升。而油纸绝缘的纤维素只有少部分能形成固定的氢键, 剩余部分的羟基全部以游离状态存在。在水分子增多的情况下, 纤维素的水解稳定性会逐渐降低, 最终加快纤维素的降解速度, 导致油纸绝缘的老化速度加快。
2.4 氧气
氧气对油纸绝缘的影响与水分相似。绝缘纸中的纤维素接触氧气后会出现氧化降解现象, 进而导致绝缘纸的末端离子形成氧化纤维素, 最终加快绝缘油的氧化速度。与氧气接触后, 绝缘油的降解速度将提高约2.5 倍。如果变压器中有铜存在, 则能减缓油纸绝缘的老化速度, 这是因为铜可以消耗绝缘油中的氧气。此外, 变压器内部也存在一定的氧气, 这些氧气会加快油纸绝缘的老化速度。
2.5 酸
酸可以改变变压器油纸绝缘中水分的分配比例, 从而提高绝缘油的溶解度。此外, 酸与水分可协同作用, 共同加快油纸绝缘的老化速度。
除了上述影响变压器油纸绝缘老化的因素外, 光、微生物、机械应力等也会对油纸绝缘的老化造成影响。
3油纸绝缘热老化的诊断方法
3.1电气诊断法
对于电气诊断法而言, 主要是对变压器绝缘纸的击穿强度、局部放电情况、介质损耗等进行检测, 从而准确判断电力变压器油纸绝缘的老化情况。
3.1.1 局部放电法
局部放电是引发变压器油纸绝缘老化的主要原因, 而利用局部放电法可检测油纸绝缘的老化状态。具体而言, 采用该方法会对油纸绝缘进行局部放电处理, 根据放电量画出油纸绝缘的放电相位图, 并根据图谱中放电相位的变化规律判断电力变压器油纸绝缘的老化程度。此外, 对比放电前、后油纸绝缘的能量分布图, 并提取油纸绝缘的特征参数, 可有效分析变压器油纸绝缘的老化状态, 但局部放电特征只能作为油纸绝缘老化诊断的补充方法。
3.1.2 介电响应法
介电响应法是检测变压器油纸绝缘老化的新方法, 其利用介电响应的参数判断油纸绝缘的老化状态。随着油纸绝缘老化程度的加深, 介电响应的电压值会逐渐增大, 从而可判断油纸绝缘热老化的真实状态。这种方法比局部放电法的检测精度更高, 且能反映出变压器绝缘的真实状况。
3.2 物理化学诊断法
油纸绝缘在老化的过程中, 其性能会逐渐降低。在此情况下, 可通过分析油纸绝缘的拉伸强度、聚合度、油中溶解的气体、糖醛含量来判断油纸绝缘的热老化程度, 从而及时采取有效的处理措施, 降低变压器事故的发生概率。
3.2.1 拉伸强度
通过拉伸强度可判断绝缘纸的使用寿命。在油纸绝缘老化的过程中, 当绝缘纸的拉伸强度降低至初始强度的1/5 时, 绝缘纸会完全失效。由于绝缘纸的褶皱会影响检测结果, 所以, 可检测绝缘纸的聚合度, 从而判断绝缘纸的老化程度。
3.2.2 聚合度
聚合度能反映绝缘纸的老化程度。如果绝缘纸的基准聚合度为1 000, 使用一段时间后降至500, 则表明绝缘纸已进入老化中期。在测量绝缘纸的聚合度时, 测量温度的差异会导致聚合度存在差异, 进而影响油纸绝缘热老化的检测精度。
3.2.3 绝缘油中的溶解气体和糖醛含量
绝缘油中的溶解气体会加快绝缘油的降解速度。因此, 通过检测绝缘油中的溶解气体, 可判断绝缘油的老化程度。由于变压器的结构和绝缘油的比例会对检测结果造成一定的影响, 所以, 不能只以溶解气体作为判断变压器油纸绝缘热老化程度的依据。
此外, 油纸绝缘在热老化的过程中会产生糖醛。因此, 可将糖醛与聚合度、拉伸强度等数据联系起来, 分析其线性变化关系, 从而判断油纸绝缘的热老化程度。这种方法能直观地显示出油纸绝缘的热老化速度。
4 结束语
本文总结了影响电力变压器油纸绝缘热老化的因素, 分析了油纸绝缘热老化的机理, 提出了诊断电力变压器油纸绝缘热老化的方法。通过油纸绝缘的热老化程度, 可判断其使用寿命, 从而采取有效的应对措施, 避免引发更大的电力故障。
摘要：油纸绝缘是电力变压器内部绝缘的主要形式。分析了电力变压器油纸绝缘的热老化现象, 阐述了影响油纸绝缘热老化现象的各类因素, 总结了油纸绝缘热老化现象的电气特征量, 讨论了电力变压器油纸绝缘热老化现象的机理, 以期通过油纸绝缘的热老化程度有效判断电力变压器的故障部位, 从而保证电网的安全运行。
关键词：电力变压器,油纸绝缘,热老化现象,电气特征量
参考文献
[1]廖瑞金, 杨丽君, 马志钦, 等.电力变压器油纸绝缘热老化研究综述[J].电工技术学报, 2012 (05) .
[2]吴广宁, 崔运光, 段宗超, 等.有机酸对变压器油纸绝缘进一步热老化的催化作用试验研究[J].高电压技术, 2015 (03) .
变压器绝缘材料 第2篇
变压器绝缘材料
4.2不燃油或高燃点油 早在1929年英国斯旺(Swan)公司就开发了阿斯卡雷尔(Askarel)不燃油,其主要成分是聚氯联苯(PCB),如三氯联苯、六氯联苯.PCB有很高的化学稳定性和电气强度,但PCB有毒.自1970年以来,美国、日本和欧洲各国均明令禁止使用和销售这种油,并对PCB变压器进行无害化处理,且对不燃油和高燃点油提出了一定的要求:
作 者：王树森 作者单位：刊 名：变压器 ISTIC PKU英文刊名：TRANSFORMER年，卷(期)：42(4)分类号：关键词：
变压器油纸绝缘 第3篇
变压器的制造、运输和放置期间,会引入部分水汽; 运行期间,油纸系统会发生老化反应产生很多水,大部分被纸板所吸收［3］。水分在内绝缘中会给系统电气性能以及老化过程产生不可挽回的破坏［4］。国内外研究人员针对水分对电力变压器的影响进行了一系列的研究,取得了很多重要成果。
在FDS测量方法基础之上,通过制备油样品和纸样品,研究水分对它们的FDS法测量参数介质损耗因数和相对介电常数的影响; 通过在相对介电常数不同特征频率处提取特征参量,绘制曲线来区分水分对绝缘油和绝缘纸各自的影响。
1 FDS测试方法
FDS( 频域谱) 测试法是在在测量油纸绝缘样品两端的电压和内部流过电流的基础上,结合样品的尺寸、温度等因素,计算得到频域谱对应的各个参数随频率的关系,通过研究各个参数和样品老化状态之间的密切关系来推断出油纸绝缘状态。FDS测试原理图如图1 所示。
对于均匀油纸绝缘样品,给样品两端施加一正弦交变电场,此时流过样品的电流为
式( 1) 中U*( ω) : 样品两端的电压。
由复电容C*( ω) 定义式
式( 2) 中C0为样品的几何电容; ε'( ω) 、ε″( ω) 为样品复介电常数的实部、虚部; 可得,电流可以表示为
频域中,介损可以表达为:
2 油纸绝缘水分实验
2. 1 实验材料及仪器
绝缘油: 克拉玛依25#新油。
绝缘纸:厚度为0.3 mm的魏德曼新纸。
测量仪器: DIRANA ( FDS-PDC介质响应分析仪) 。
2. 2 实验装置
实验设计的测量装置是一个三电极长方体金属装置,三个电极中有两个是测量电极,另一个是保护电极,半径分别是50 mm、50 mm和60 mm［5］; 测量时,样品夹持在高压和测量两个电极之间,保护电极通过金属箱接地起安全保障作用; 测量时装置中充入变压器油,通过引出线与仪器连接,进行测量。设计的测试系统模型如图2 所示。
2. 3 实验步骤
( 1) 将相同条件下出厂的新魏德曼绝缘纸剪成40 张半径为65 mm的圆形纸片,去除纸片边角的毛刺,放入温度设定为30 ℃ 的干燥试验箱中除去水分,时间设定为3 h;
( 2) 将新出厂变压器油经去湿除气后平均放入事先干燥过的40 个磨口玻璃瓶中,之后将磨口瓶放到另一个干燥箱里面静置;
( 3) 从干燥箱中取出20 张绝缘纸,放在温度适当的实验室内吸收水分,4 个不同时间段后取回,测定纸中的含水量,以获得不同含水量的纸样品; 取部分油样经过相同处理,得到4 份不同含水量的油样品;
( 4) 把不同含水量的纸样品依次夹持在测试装置中,然后将干燥过但未经吸水处理的剩下的那部分油样按照20∶ 1的比例分别注入测试装置中,获得A、B、C、D四个样品,由于该部分绝缘油中水分很小,对结果几乎不产生影响,因此对该油纸系统进行测量可得出纸样品中不同含水量对结果的影响;
( 5) 把剩下的未吸水纸样品夹持在测试装置中,将不同含水量油样品按照相同比例分别注入装置中,得到E、F、G、H四个样品,对该油纸系统进行测量可得到油样品中不同含水量对结果的影响;
( 6) 测试装置事先经过干燥除水去气处理; 每组油纸系统放入装置之后均需静置,以保证绝缘纸被充分浸透;
( 7) 把测量装置放入恒温箱中开展试验,温度需设置到30 ℃; 恒温箱壁上有两个引出线,外部和仪器连接,进行测量;
3 测量结果及分析
3. 1 纸中水分对频域参数的影响
采用卡氏滴定法对纸样品进行含水量测试,分别得到A、B、C、D,4 组样品中绝缘纸含水量为:1. 312% 、2. 293% 、3. 615% 和4. 241% ; 对4 组样品中每组的5 个样品分别进行测试,计算平均值绘制纸中含水量对频域参数的影响曲线如图3 和图4所示。
图 3 纸中水分对 ε 的影响Fig. 3 Influence between paper moisture and ε
图 4 纸中水分对 tanδ 的影响Fig. 4 Influence between paper moisture and tanδ
图3 中,在频率不断增加情况下,ε 由大逐渐变小,最终趋于稳定; 随纸中水分的加大,曲线幅值变大; 图4 中介质损耗因数tanδ 在低频区下降缓慢,随着频率的增加,下降速度慢慢加快,曲线尾部有稍稍翘起;
老化初期,绝缘纸内部纤维素等大分子在水分作用下刚开始发生裂解反应,生成小分子,同时也有部分水分生成; 该阶段反应缓慢,介质内部发生极化反应的分子数目较少,分子束缚电荷的能力较弱,损耗也较小,故图3 和4 中曲线在初期变化缓慢; 随着反应的进行,介质内部出现的小分子数目激增,极化过程加剧,极化损耗和电导损耗也相应增加; 随着极化过程的结束,分子束缚电荷数目减少,损耗也有所下降,造成曲线尾部值较低。
3. 2 油中水分对频域参数的影响
对吸收水分前后的油样分别称重计算差值,得出4 组样品水分含量分别为: 2. 704 mg /kg、6. 018mg / kg、10. 809 mg / kg和16. 845 mg / kg; 经过测量,以频率对数为横坐标,得出油中水分对频域参数的影响曲线如图5 和图6 所示。
图 5 油中含水量和 ε 的关系Fig. 5 The relation between oil moisture and ε
图 6 油中含水量和 tanδ 的关系Fig. 6 The relation between oil moisture and tanδ
从图5 和图6 中可以看出,油中含水量对 ε 和tanδ 的影响类似,曲线幅值均是随着水分含量的增加而增加,曲线的变化趋势随频率的增加而减小; 不同的是介质损耗因数在油中含水量较小时曲线有微小波动,且水分对tanδ 的幅值影响变化不均匀,从含水量为2. 704 mg /kg的曲线可以看出。
油中水分的增加促使油介质中单位体积参与极化反应的分子数目增加,分子束缚电荷的数目相应增加,能力也有所上升,极化损耗和电导损耗相应较大; 随着反应的进行,分子束缚电荷数目下降,各项损耗也变小; 在油中水分含量较少时,绝缘纸可能会吸收一部分水分,造成油中水分含量偏离测量值较多,误差加大,导致含水量较低时曲线有所波动。
4 特征量提取
油纸组成的复合介质是油浸式变压器主要的绝缘屏障,在水分等因素影响下其绝缘能力逐渐下降［6］,严重威胁了它的运行安全性,因此准确区分含水量对油和纸带来的影响［7］,及时采取处理措施,对延长变压器的工作年限有重要意义。
通过在水分对油纸样品复介电常数的影响曲线中提取特征量来对绝缘纸和绝缘油的影响情况进行区分。观察测量结果可得,水分对tanδ 的影响不稳定,曲线的变化趋势不易准确地反应样品老化状态,故选取变化较为稳定的 ε 作为目标参量。在水分作用下,纸的 ε 在频率对数- 3 ~ 2 范围内均能清楚且稳定的看到变化情况,油的 ε 在频率对数为- 3 ~- 1能看出其变化情况。为准确区分油和纸中水分的影响情况,选取特征频率对数为- 3、- 2 时的 ε值作为油中含水量对频域参数作用的特征参量,选取特征频率对数为- 1、0 和1 时的 ε 值作为纸中含水量作用的特征参量。特征参量的选取情况见表1。
分别在图3 和图5 中选取油中水分和纸中水分作用下特征频率对应的 ε 值,分别作出油和纸各自的水分与 ε 的作用图线分别如图7 和图8 所示,对曲线进行拟合得到各自的函数关系如表2 所示。
从表2 中可以看出,油中水分和纸中水分对 ε的影响函数关系分别为指数和二次函数关系,且拟合度较高,两个函数关系分别为
图 7 油中含水量和 ε 的作用图线Fig. 7 Diagram of oil moisture and ε
图 8 纸中水分和 ε 的作用图线Fig. 8 Diagram of paper moisture and ε
从式( 5) 和式( 6) 可知,对样品开展含水量测量时,可通过使用仪器测得样品在特征频率点处的复介电常数值,带入以上两式中即可分别得出绝缘纸中和绝缘油中各自的含水量,并借此来对油和纸各自的含水量进行区分。
5 结论
在FDS测量方法基础上,制备不同含水量的油样品和纸样品开展频域测试; 通过提出不同特征参量,来区分研究油样品和纸样品中的含水量; 得出如下结论:
( 1) ε 幅值随纸中含水量的增加而增加,且在频率对数- 3 ~ 1 范围内随频率的增加而逐渐减小,而后保持稳定; tanδ 随频率的增加,初期下降较慢而后在高频区的下降速度变大;
( 2) 油中含水量对 ε 的影响主要集中在频率对数- 3 ~ - 1 范围内,随频率的增加而下降; tanδ 曲线在油的含水量较小时有微小波动,且其幅值随水分影响变化不均匀;
( 3) 选取不同 ε 值作为区分油和纸各自水分的特征参量,拟合曲线得出水分对绝缘油和绝缘纸的频域 ε 值影响分别呈指数和二次函数关系;
( 4) 拓展了FDS测量方法在油纸绝缘检测方面的应用,为研究水分对变压器绝缘系统产生的影响迈出了重要一步。对以后判断内绝缘含水情况有大的实用价值。
摘要：水分会给油纸的绝缘能力和电气特性带来严重破坏,研究其对油纸系统绝缘状况影响有很大价值。通过在实验室制备不同含水量的油样品和纸样品,开展频域测试;提出不同特征频率点处的ε值作为特征参量,对油样品和纸样品中的含水量进行区分;结果表明:纸中含水量和油中含水量对ε的影响分别集中在频率对数-3~1和-3~-1范围内,且在该范围内影响较稳定;取频率对数为-3、-2和-1、0、1时的ε值作为区分油中水分和纸中水分影响的特征参量,对曲线进行拟合,得出函数关系;对进一步研究油纸绝缘含水量提供新方法。
变压器油纸绝缘 第4篇
电力变压器是电力系统中最关键的电气设备之一,其运行状态的好坏将直接关系到整个电网能否安全、可靠运行。尤其是大型电力变压器,其本身造价昂贵,从经济的角度上来说,也不允许我们随意对其进行更换,所以电力变压器绝缘老化的评估己经成为一个越来越受到重视的问题[1,2]。固体绝缘和液体绝缘中水分含量过多不仅会导致绝缘油击穿电压降低、介质损耗因数值增大和绝缘油老化加速, 而且,更主要的影响是使纸绝缘遭到永久性的破坏,发生绝缘故障。这不仅影响供电的可靠性,而且将会导致变压器寿命终止,造成巨大的经济损失。
由于变压器油样比绝缘纸样更容易获取,目前,评估变压器绝缘纸板中水分含量常用的方法是通过定期测量绝缘油中的微水含量,并根据油纸水分平衡曲线去推测绝缘纸板中的含水量。然而,为了更好地确定绝缘纸的受潮程度,油和纸绝缘的水分含量必须处于理想的均匀状态,当水分侵入局部绝缘或系统干燥不彻底时,油纸绝缘变压器中的水分难以均匀分布;而且变压器绝缘油中的水分含量很大程度上依赖于温度,在运行负荷变化的情况下,油纸绝缘系统也很难处于均匀的状态[3]。由此可见,对于绝大多数变压器是不可能运行在理想的均匀状态,因此,简单的依赖于测定绝缘油中的微水含量来评估绝缘纸板的受潮程度是很不全面的。由于这些问题的存在,在一定程度上影响该方法的有效性,一些研究者不断寻求评估变压器绝缘纸板水分含量的新方法。基于检测新的电气特征量的介质响应诊断方法可以更加直接地确定绝缘纸中的水分含量。回复电压方法(RVM) 就是其中一种有效的介质响应诊断方法,它能够现场检测绝缘材料介电特性的变化,进而确定电力变压器绝缘纸板的水分含量,评估其绝缘的总体状态[4,5,6]。
2 回复电压测量原理
2.1 测试过程和极化谱
回复电压测量技术是一种研究绝缘介质缓慢极化过程的电气方法,该方法是基于分析最大回复电压和充电时间之间的关系曲线,即所谓的极化谱,来分析绝缘介质的水分含量,进而评估绝缘系统总体运行状态。图1为回复电压测试电路示意图,其中U为直流电压源,S为开关。
回复电压的测量过程如下:首先将开关S闭合到位置1,直流电压源U对试品进行充电,在充电期间,绝缘介质将被极化,表面出现束缚电荷, 内部偶极子按电场方向呈定向排列。充电一段时间后,将开关S闭合到位置2,试品被短路一段时间(一般为充电时间的一半),绝缘介质去极化,部分电容电荷被释放。放电结束后,自由电荷将全部被释放,打开开关S,残余极化仍然存在,电介质去极化过程继续,剩余极化电荷将在电极上形成一个电压响应,被称为回复电压Ur,将S闭合到位置3,测试仪器将记录回复电压最大值、时间常数和其初始斜率等相应特征参数[3,4,5,6]。逐步改变充电时间(一般在20毫秒到10000秒范围内),进行一系列的回复电压测量,提取回复电压最大值,通过拟合获得每个循环回复电压最大值随充电时间变化的曲线,即回复电压极化谱[7],一个典型的变压器的极化谱如图2所示,图中纵坐标Ur为回复电压值,而横坐标tc为对应的充电时间常数。
2.2 极化谱和含水量、温度之间的关系
水分含量高的绝缘系统其极化响应迅速,当对其施加直流电压,短时间内就可将其彻底极化,获得回复电压最大值。相反,水分含量低的绝缘系统其极化响应相对缓慢,在短时间的充电下绝缘介质难以被彻底极化,只有在较长时间的充电下,才能将其彻底极化,获得回复电压最大值[3]。由此可见,绝缘系统的受潮程度和回复电压极化谱最大值对应的时间常数有确定关系,这个时间常数被称为主时间常数,它能够直接反映油纸绝缘系统的湿度含量和变压器的总体绝缘状态[7,8,9]。图3中的5 条极化谱曲线分别对应于5种不同的含水量绝缘系统。由图3可见,随着绝缘系统含水量的增高,回复电压最大值将向左移动,对应的主时间常数变小。
同时,温度也对回复电压极化谱有很大的影响,如主时间常数等特征量随温度升高呈指数式下降,因此,温度越高,回复电压最大值就会越早出现,根据这一规律可以将不同温度下测量的结果折算至20℃进行分析。
由此可见,回复电压极化谱的时间常数是温度和水分含量的函数,因此根据给定温度下极化谱主时间常数的差别就可判断出变压器油纸绝缘系统的平均等值含水量,评估绝缘系统总体状态[8,9]。
3 现场试验研究及结果
本文利用回复电压测量技术研究了三台变压器的试验结果。其中两台大型电力变压器的详细信息列于表1.
3.1 极化电压对极化谱的影响
本文首先利用回复电压测试仪器RVM 5461研究了不同的极化电压对极化谱的影响,并验证了试验结果的重复性。作者在某变压器厂对一台65kVA的配电变压器分别施压2000V和1000V的测试电压进行试验研究,测试时,试品的温度均为25℃,在不同电压下获得的极化谱如图4所示。
从图4中的两条极化谱曲线可见,随着施加电压的升高,其极化需要消耗较大的能量,所以其回复电压最大值明显增加。特别值得注意的是,在2000V的电压测试时,其主时间常数比在1000V电压测试时有明显增加,回复电压最大值出现得较迟。这表明夹层极化在绝缘介质极化过程中起主导作用,夹层极化的存在使自由离子随电压增加而改变极化的强度和松弛频率,同时也影响了直流电导的大小[10,11]。所以不同极化电压会导致了主时间常数和回复电压最大值发生变化。由此可见,不同的极化电压对绝缘水分含量的评估有很大影响,测试结果难以进行比较。因此,为便于比较,在后期测试过程中,测试电压保持统一,均为2000V。表2给出了不同极化电压测试获得的结果,其中V1000代表极化电压为1000V,V2000代表极化电压为2000V。
而且,第一次试验后的24小时后,在同样的测试温度下,施加2000V直流电压对这台变压器进行了重复试验,实验室内的试验结果表明,虽然各个充电时间下的回复电压会有波动,但其出现回复电压峰值的时间是一致,而且其初始斜率几乎重合,这也表明了回复电压测量方法具有良好的重复性。
3.2 受潮变压器的试验结果
2006 年6月,使用RVM 5461测试仪器,现场测试了某供电局110 kV主变T1, 虽然该变压器在变电站仅运行了5年,但常规测试电压(10kV)下的介质损耗已经超标;由于其绝缘介质损耗过大,检修期间进行了换油处理。换油后,静置了一段时间,使用回复电压测量方法进行了测试,试验时环境温度为37℃。以低压侧为例,测得的极化谱如图5所示,图中曲线1为37℃的极化谱,曲线2为37℃的测试数据折算至20℃对应的极化谱。
比较图5中的极化谱曲线1和曲线2可以看出,虽然两条极化谱曲线形状一致,但是,随着温度的降低,折算后的极化谱向右偏移,其主时间常数从高温折算到低温后明显偏大, 37℃的主时间常数为216.10s,折算至20℃的主时间常数为999.52s,这表明温度对分析测试结果有很大影响,主时间常数随温度的降低而显著增大。由此可见,不同温度下的回复电压分析结果是不能直接进行比较的,因此,将测试结果折算到20℃,有利于比较分析结果。而且,测试期间准确地记录绝缘介质和环境的温度以及其变化状况也是十分必要的。
此外,该图中的两条极化谱曲线都没有局部峰值点,只有唯一一个峰值点,这表明了换油后,绝缘介质内部的水分含量分布均匀。通过20℃极化谱主时间常数与绝缘纸板中含水量之间的关系进一步分析,可以确定其等值含水量为1.0%,这表明该变压器目前的总体绝缘状态良好,这和换油后绝缘介质损耗测试的结果具有很好的一致性。
3.3 新变压器的试验结果
2007年5月,现场测试了某供电局一台110 kV主变T2, 该变压器是新投运的变压器, 在安装调试完毕后,使用回复电压测量方法进行了测试, 测试时环境温度为27℃。将测试获得回复电压数据折算至20℃的极化谱如图6所示。
从试验结果可看出, 图6中变压器T2极化谱的主时间常数在1000s充电过程中还没出现,但可以肯定,主时间常数不会小于最后一个测量点对应的时间常数值。以这个时间常数进行水分含量折算,获得的等值水分含量为0.8%,这表明了该变压器绝缘状况良好,安装调试后符合投运标准。由于该变压器为新变压器,因此,这些回复电压测试数据可以作为以后变压器湿度含量评估和绝缘总体状态监测的基准和参考数据,对提高诊断的可靠性具有重要的参考价值。
3.4 试验结果的比较
表3给出了两台110kV变压器应用回复电压诊断方法的分析结果。
从表3中我们可以看到,新投运的变压器T2具有较高的主时间常数,和变压器T2相比,变压器T1的主时间常数较低,这表明变压器T1经过换油后,虽然水分含量降低为1.0%,但固体绝缘介质的介电性能有一定程度的下降,所以水分含量比新变压器T2的0.8%仍略高一些。综合分析表明变压器T1绝缘状态比变压器T2较差。两台变压器的实测结果表明回复电压测量方法可以用来评估检修过程的质量和换油后的效果。
4 结论
两台不同受潮程度的变压器的回复电压试验结果表明,回复电压测量是一种现场评估绝缘纸板的水分含量的有效方法。绝缘受潮将会严重影响其极化谱的特征,因此,通过回复电压方法获得的极化谱及其特征参量可以评估变压器的绝缘总体受潮状况,其中主时间常数对绝缘系统纸板受潮最为敏感,它是目前应用回复电压诊断方法评估变压器绝缘纸板水分含量最常用的特征参数。
摘要：油纸绝缘电力变压器受潮会加速固体绝缘材料老化,严重影响其运行寿命,因此评估变压器的绝缘纸板中的水分含量对确保其安全可靠运行具有重要意义。变压器绝缘纸板中的水分含量是评估其是否受潮和老化的重要指标之一,然而传统的化学分析方法需要在实验室环境下进行,有些甚至需要获取变压器内部纸样。基于回复电压的极化谱方法是一种无损的绝缘诊断方法,已经被用来评估变压器的绝缘状态,特别是绝缘纸板的水分含量。本文研究了回复电压极化谱评估变压器纸绝缘的受潮的有效性,提出了评估的判断方法。试验结果表明利用极化谱的主时间常数评估其水分含量是有效的。
关键词：回复电压,绝缘评估,绝缘纸,水分含量,介电特性
参考文献
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变压器油纸绝缘 第5篇
油纸绝缘变压器在电力系统中是非常重要的枢纽设备,其安全运行直接关系到整个电力系统正常稳定工作,而根据报告指出,引起变压器故障的主要原因为其绝缘老化或受潮,所以能够对变压器绝缘状态进行准确评估具有重要意义。回复电压测量法( Return Voltage Measurement,RVM) 是近些年对变压器绝缘状态诊断的一种新兴方法,其基于介质响应理论研究油纸绝缘系统的极化过程,有效追踪介质极化特性的变化情况。当绝缘老化或受潮时,回复电压响应特征参数与极化谱也将发生相应的变化,因此,通过监测这些参数的变化可反向有效地对绝缘状态进行评估。此外,基于介质响应的变压器绝缘状态新 型检测法 还有极化 去极化电 流法( PDC)[1]和频域谱法( FDS)[2,3]等。RVM易于进行现场实施,且具有较好的抗干扰能力; 相对于传统的测量方法,回复电压法可实现在线无损对变压器进行绝缘检测,因此该方法具有很好的应用前景[4,5]。
目前,国内外很多学者都对基于回复电压的变压器绝缘系统状态诊断法作了大量研究,如T K Saha等人对大量的回复电压测试数据进行分析和研究,结果表明绝缘系统的老化状态与中心时间常数有很好的相关性[6]; 刘刚等研究了温度对绝缘系统回复电压特征参数的影响,并在文献[7]中指出绝缘系统的温度与中心时间常数呈指数关系; 文献[8]中廖瑞金等通过实验室加速老化实验,研究了不同老化程度与回复电压特征参数之间的规律,研究表明回复电压各特征参数和老化存在线性关系,同时指出水分对该线性关系的影响; 本课题组现场测试大量回复电压数据,并与糠醛含量分析法测试结果相比较,结果显示两种方法的诊断结果具有较好的一致性,验证了基于回复电压的油纸绝缘系统诊断法的有效性,同时在用智能算法对变压器模型参数有效辨识方面也取得了一定成果[9]。虽然一些学者对变压器模型建立进行了研究[10,11,12],但对基于扩展德拜模型中等值电路支路数的选取上并未深入讨论,其分析时的模型支路数一般都为根据经验而取定。而支路数多取一条时,参数求解的难度将增大很多; 若少取,则模型可能就不够准确。所以本文从油纸绝缘变压器的扩展德拜模型出发,分别仿真分析模型支路时间常数和支路数对回复电压特征参数与极化谱的影响,为以后获取最优模型参数的工作打下基础。
2 回复电压测量法与绝缘模型
2. 1 回复电压法
在绝缘介质两端施加一直流高压时,介质将呈现极化反应,在介质两端束缚大量电荷。当去除外施电压并短接介质后,介质则又将处于去极化过程,原两极束缚电荷被释放为自由电荷。停止短接后,若去极化过程还在继续,剩余的自由电荷将在两极形成回复电压[13]。
回复电压的测试流程由充电、放电、测量和松弛四个阶段组成,其测试周期如图1所示。一个测试周期中可获取回复电压的三个特征参数( 回复电压最大值Urmax、初始斜率Si以及中心 时间常数tpeak) ,通过调控充电时间tc,循环记录相应tc下的特征参数,并生成各次的回复电压最大值Urmax与充电时间tc之间的变化关系曲线,即回复电压极化谱。一经典油纸绝缘回复电压极化谱如图2所示。
2. 2 油纸绝缘系统模型建立
由于油纸绝缘变压器的绝缘介质主要由变压器油、隔板和撑条等组成,所以该绝缘系统存在多种不同弛豫时间下的介质响应过程。此外当绝缘状态发生变化时,原有的松弛机制也将发生变化,而均一绝缘介质响应电路无法真实反映介质实际情况。因此,本文引用扩展德拜模型作为介质响应等值电路,如图3所示。绝缘电阻Rg和几何电容Cg主要与系统的实际结构相关[14],各条RC支路表征极化过程中不同的松弛环节[15],模型中的极化电阻Rpi、极化电容Cpi与支路数N作为绝缘系统的宏观表现,且其随着绝缘系统状态的不同而发生改变。
3 油纸绝缘系统等值模型变化仿真
为了研究油纸绝缘系统等值模型与极化谱的内在关联,本文建立了一台油纸绝缘变压器T1的介质响应等值模型作为辅助分析,该变压器制造于2002年1月,型号为SZg-31500 /110,其额定容量为31. 5MVA,测试时温度为20℃ ,本文关于模型的参数辨识主要采用文献[9]所介绍的方法。下面将以此为基础,分别仿真分析该变压器介质响应模型的支路时间常数与支路数变化对极化谱的影响。
3. 1 支路时间常数对极化谱影响的仿真
保持几何参数( Rg、Cg) 以及支路数N不变,同时改变各支路中的极化电阻Rpi和极化电容Cpi,仿真分析其对变压器T1极化谱的影响。图4( a) 为各条支路的时间常数不变,Rpi和Cpi变化时所获得的极化谱情况。由图4( a) 可知,Urmax受其变化影响显著,随着Rpi的下降,Cpi的增加,Urmax则相应增大,即极化谱整体上移,反之,则Urmax降低。但由于绝缘系统的弛豫时间并未改变,达到回复电压峰值时对应的充电时间tc不变,即主时间常数不变。在保持其他参数恒定的前提下,图4( b) 和图4( c) 分别为Rpi与Cpi各自单一变化时的回复电压极化谱。随着Rpi和Cpi的增大,达到回复电压峰值时对应的充电时间tc将随着绝缘系统弛豫时间的增大而增大,即主时间常数将增大; 反之,主时间常数将减小。而且根据图4中的各极化谱亦可得,随着Rpi增大或Cpi的降低,回复电压峰值将降低; 反之,回复电压峰值将增大。
综上可知,极化电阻与极化电容的改变会对极化谱的主时间常数、回复电压峰值产生相应影响。对于同一台变压器而言,当其绝缘状态越差时,等值极化电阻会随着电导率的提高而降低,而极化电容会随着绝缘介质的介电常数增大而增大,则极化谱中的回复电压峰值有增大趋势,反之则降低; 另外,当各支路的时间常数增大,极化谱主时间常数也将随之增大,反之减小。因此,极化谱的回复电压峰值和主时间常数可作为变压器绝缘状态好坏的判据。
3. 2 支路数对极化谱影响的仿真
在变压器T1的等值电路参数保持不变的前提下,仿真分析模型支路数N变化对回复电压极化谱产生的影响,如图5所示。
从图5( a) 可见,当增加模型中大时间常数支路时,极化谱回复电压峰值明显提高,而在此所增加的支路与原有的大时间常数支路中的参数完全相同,从而弛豫时间不变,即达到回复电压峰值所对应的充电时间tc也将不变,若增加支路参数不同时,主时间常数也将发生相应变化; 而当滤除原有模型中的大时间常数支路部分后,极化谱末段发生塌陷,所以回复电压峰值与主时间常数主要由大时间常数支路支持,可知,当大时间常数支路发生变化时,极化谱的回复电压峰值与主时间常数将发生相应变化。图5( b) 和图5( c) 分别为中时间与小时间常数支路数的增减对极化谱的影响,中时间常数支路的变化主要对极化谱中段产生较大影响,而小时间常数支路的变化则主要影响极化谱的前段,且各自受影响部分对应的回复电压值随着支路数的增加而提高,随着支路数的减小而下降。此时图5( b) 与图5( c)中极化谱主时间常数并未发生变化。
仿真结果表明,大时间常数支路主要影响极化谱末段部分,极化谱主时间常数及回复电压峰值也主要受其影响,而中时间常数支路主要影响极化谱的中段,小时间常数支路则对极化谱前段产生较大影响。当变压器绝缘越差,绝缘系统由于各种老化产物的影响,其松弛机制将更多样,在外电场作用下,绝缘介质极化过程也更加复杂,系统的松弛环节将也随之增加[16],即RC支路增多,相应的回复电压值随着支路数增大而增大,且主时间常数也将发生相应变化。这与上文关于回复电压峰值时间越大,绝缘相对变差的仿真结果相一致。因此,支路数N的取值可侧面反映变压器绝缘状态。
4 试验研究及结果应用
为了验证本文提出的油纸绝缘变压器绝缘状态诊断方法的可行性,采用回复电压法现场对两台变压器( T2、T3) 进行了测试,其基本信息见表1。
当设定介质模型支路数为5条时,对两台变压器分别进行参数辨识,辨识结果见表2。根据获得的等值电路参数可求解出回复电压值[9],生成计算所得的回复电压极化谱,将其与实际测量的极化谱进行比较,结果如图6所示。
首先,观察图6中变压器T2、T3两条测量所得的极化谱可知,T2的主时间常数比T3的大,且T2的回复电压峰值在T3的下方,根据仿真结果可判断出T2的绝缘状态比T3的好。而实际中,变压器T2是一台新投变压器,T3则是已退出运行变压器。其次,从图中两变压器各自测量与计算的极化谱比较中可发现,虽然两者采用的支路数都一样,但由于运行年限导致绝缘状态的不同,变压器T3计算所得极化谱与实际的吻合性不如T2的好,采用7条支路重新对变压器T3进行参数辨识,图7为此时其测量与计算所得的极化谱的对比图。
从图7可以发现,采用7条支路的重合性明显优于5条支路时计算获得的极化谱,即7条支路获得的极化谱与实际测量结果更吻合。从而得出结论: 油纸绝缘变压器随着运行年限增加,绝缘状态越差,介质响应等值电路支路数应相对增多。
在以上结论基础上,根据变压器T4( 其基本信息见表3) 大修前后的现场回复电压测试数据,按本文方法对其进行参数辨识,与结果对比发现,大修前的等值电路支路为6条,而大修后的则减少为4条,且大修后的主时间常数明显增大,回复电压峰值则相对减小。此次大修的项目为将老化严重的低压绕组更换成新绕组,从而可知,变压器实际绝缘状态的改善可以减少等值电路支路数。经过反复多次测试分析,尽管所选变压器型号各有不同,但测试分析结果是相同的,由此验证了上文的结论具有一般性,即主时间常数与回复电压峰值可对油纸绝缘状态有效诊断,而等值模型的支路数随着绝缘状态的变化而变化。
5 结论
变压器油纸绝缘 第6篇
IEC60060-3标准推荐现场使用振荡型雷电冲击电压作为现场雷电冲击耐压试验波形,而且定义了振荡型雷电冲击电压的波形参数,例如波前时间、半峰值时间和振荡频率[1,2,3,4]。振荡型雷电冲击电压可以利用传统冲击电压发生器和空心电感产生,其效率能达到170%,而传统冲击电压发生器产生的雷电冲击电压,其效率低于100%。因此,在产生相同幅值的冲击电压下,振荡型雷电冲击电压发生器的体积和重量远远小于传统的冲击电压发生器。所以,振荡型雷电冲击电压发生器特别适合现场雷电冲击耐压试验。
油纸绝缘是大型电力设备使用最多的绝缘结构之一,例如电力变压器、电抗器和电力电容器等。一方面,由于制造、运输、安装、使用和其他不可预测的事故,都会在油纸绝缘结构中产生气隙绝缘缺陷;另一方面,局部放电试验被广泛用于电力设备绝缘状态监测,是一种可靠的绝缘状态评估方法。因此,在振荡型雷电冲击电压下,利用局部放电试验评估油纸绝缘的绝缘状态越来越受到国内外研究人员的关注。文献[5,6,7,8]研究了振荡型冲击电压发生器的参数设计和振荡型冲击电压局部放电测量系统。文献[9,10,11,12,13]研究了振荡型冲击电压下,GIS典型缺陷局部放电特性,得到了局部放电的典型波形,但是并没有对振荡型冲击电压下局部放电分析方法进行深入研究。
本文研究了在振荡型雷电冲击电压下,油纸绝缘气隙缺陷模型的局部放电特性,建立了一台振荡型雷电冲击电压发生器,利用高频电流传感器(HFCT)测量振荡型雷电冲击电压下的局部放电。针对正负极性和不同振荡频率的振荡型雷电冲击电压,研究了油纸绝缘气隙缺陷模型的局部放电特性[14,15,16,17]。
1 振荡型雷电冲击局放测量系统
振荡型雷电冲击电压发生器及局部放电测量系统如图1所示。调压器调节直流充电电压,试验变压器产生工频高电压,C0为支撑电容,倍压电路给主电容C1充正或负极性的直流电压;波头电阻R和波尾电阻Rt由无感的玻璃釉电阻器组成;调波电感La为空心电感器;C2为负载电容;C3为气隙缺陷模型的电容。利用电阻分压器测量主电容C1的充电电压,利用电容分压器测量振荡型雷电冲击电压波形。利用Techimp公司的高频电流传感器测量局部放电,其灵敏度是17 mV/mA。示波器TEK4054记录振荡型雷电冲击电压和局部放电信号。油纸绝缘气隙缺陷模型如图2所示。
2 试验结果及分析
2.1 负极性振荡型雷电冲击局部放电测量
在2种不同振荡频率的负极性振荡型雷电冲击电压下,测量油纸绝缘气隙模型的局部放电。主电容C1的充电电压逐步提高,振荡型雷电冲击电压的幅值也逐步提高,由此步骤就能得到局部放电起始电压。图3是典型负极性振荡型雷电冲击电压下,局部放电脉冲电流的波形图。
由图3可知,局部放电脉冲电流的上升时间在10～13 ns,持续时间大约200 ns。图4为负极性振荡型雷电冲击电压下,局部放电时间序列谱图。
图4中,圆点表示局部放电脉冲电流的幅值。负极性振荡型雷电冲击电压波形参数,例如波前时间、半峰值时间和振荡频率,符合IEC60060-3标准的要求。由图4可知,一方面,局部放电的幅值和个数随着振荡型雷电冲击电压幅值的提高而增加,局部放电首先出现在负极性振荡型雷电冲击电压的下降沿,随着振荡型雷电冲击电压幅值的增加,在上升沿出现了正极性的局部放电脉冲,这是气隙逆放电现象。另一方面,振荡频率对局部放电特性影响不大,振荡频率为77 kHz和105 kHz的局部放电起始电压分别为22.5 kV和19.8 kV。
2.2 正极性振荡型雷电冲击局部放电测量
把倍压电路充电电压转换为正极性,振荡型雷电冲击电压发生器就能产生对应的正极性振荡型雷电冲击电压。图5是典型正极性振荡型雷电冲击电压下,局部放电脉冲电流的波形图。
由图5可知,在正极性振荡型雷电冲击电压下,局部放电脉冲电流的上升时间在10～13 ns,持续时间为250～300 ns,正负极性局部放电脉冲电流的波形差别较大。图6为正极性振荡型雷电冲击电压下,局部放电的时间序列谱图。
在图6中,正极性振荡型雷电冲击电压波形参数与负极性相同,符合IEC60060-3标准要求。正极性振荡雷电冲击电压下,在电压幅值较高时,同样出现了气隙逆放电现象,即有负极性局部放电脉冲出现。
2.3 试验结果分析
图7为振荡型雷电冲击电压幅值与局部放电脉冲个数关系曲线。从图7可以看出,随着振荡型雷电冲击电压增加,局部放电的个数也随之增加,极性和振荡频率对局部放电个数的影响较小,振荡型雷电冲击电压幅值与局部放电个数呈正比例关系。
在正极性和负极性振荡型雷电冲击电压下,都出现了与施加极性相反的局部放电脉冲电流,即都出现了气隙逆放电现象,这一现象是油纸绝缘气隙缺陷的典型特征。
3 结语
本文研究了振荡型雷电冲击电压下,油纸绝缘气隙模型的局部放电特性。试验结果表明极性和振荡频率对局部放电特性影响较小,振荡型雷电冲击电压幅值与局部放电个数呈正比例关系。
摘要：研究了基于IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压下油纸绝缘气隙模型的局部放电特性,建立了1台符合IEC60060-3标准的振荡型雷电冲击电压发生器,它能够产生各种类型的振荡型雷电冲击电压波形,正负极性可调。利用高频电流传感器(HFCT)测量振荡型雷电冲击电压下的局部放电,结果表明,振荡型雷电冲击电压的极性和振荡频率对局部放电特性的影响很小,且其幅值与局部放电个数呈正比例关系。