一種在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)中變壓器套管在線監(jiān)測領(lǐng)域，設(shè)及一種套管受潮缺陷測量的 新方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電容式套管是目前變壓器套管中最常用的型式，在導(dǎo)桿和法蘭之間的電容屯、子作 為內(nèi)絕緣，電容屯、子中有多層金屬極板，W強(qiáng)迫控制套管內(nèi)部和表面的電場使其均勻化；金 屬極板之間填充絕緣材料。電容套管的絕緣性能主要取決于電容屯、子。根據(jù)電容屯、子絕緣 材料的不同，電容式套管分為膠紙絕緣套管和油紙絕緣套管。目前l(fā)iokv及W上變壓器套 管通常采用電容式油紙絕緣套管。
[0003] 套管絕緣狀況的好壞決定了套管的運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。套管的絕緣材 料在運(yùn)行中受到電、磁、外力和環(huán)境等的綜合作用，會(huì)逐漸老化，其絕緣性能會(huì)逐漸降低，嚴(yán) 重時(shí)甚至喪失絕緣的功能。其中絕緣受潮是一種常見的套管絕緣缺陷，其會(huì)使套管絕緣電 阻降低，容易發(fā)生閃絡(luò)，造成跳閩，同時(shí)閃絡(luò)也會(huì)損壞套管表面；受潮還會(huì)導(dǎo)致泄漏電流增 大，使套管發(fā)熱并造成瓷質(zhì)損壞甚至擊穿。所W在線監(jiān)測套管絕緣是否受潮具有重要的安 全意義和經(jīng)濟(jì)效益。
[0004] 目前在線監(jiān)測電容式變壓器套管是否受潮主要通過測量工頻50化下介質(zhì)損耗因 數(shù)tanδ來判斷。其基本的原理為：首先由電流傳感器從變壓器套管的末屏獲取泄露電 流信號(hào)，從母線電壓互感器ΡΤ電壓的二次側(cè)獲取電壓信號(hào)，然后利用前端處理單元對信號(hào) 整形、濾波、放大后送入A/D進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，得到數(shù)字化的電壓、電流信號(hào)，然后將運(yùn)兩路電 壓、電流信號(hào)同時(shí)送入主控單元進(jìn)行傅里葉變換，經(jīng)過變換后就得到了套管上電壓和末屏 泄露電流的基波傅里葉系數(shù)，從而可W根據(jù)諧波分析法的相應(yīng)公式求出電壓、電流的基波 相位差，最后就得到了我們所求的變壓器套管介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ。
[0005] 但是，在變電站實(shí)際在線測量套管介質(zhì)損耗因數(shù)時(shí)存在W下問題，1)Ξ相套管一 般是成一條直線排列布置的。相與相之間存在電容禪合，相間的禪合電流會(huì)對被測套管的 介質(zhì)損耗因數(shù)產(chǎn)生影響。2)電力系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中其電壓信號(hào)的頻率并不是固定的。電壓 的頻率是W50化為中屯、上下波動(dòng)。運(yùn)就意味著如果W固定頻率對被測信號(hào)進(jìn)行采樣就會(huì) 因?yàn)闁艡谛?yīng)和頻譜泄漏而給測量結(jié)果帶來較大的波動(dòng)和誤差。3)變壓器套管末屏電流很 小，只有毫安級(jí)，為了將微弱的電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)就必須引入放大電路，W提高信號(hào) 的信噪比。但是引入放大環(huán)節(jié)后就可能會(huì)對信號(hào)產(chǎn)生延遲并由此引入角差。4)送至監(jiān)測裝 置預(yù)處理電路的電壓信號(hào)取自變電站電壓互感器的二次側(cè)，電壓互感器一、二次電壓間的 角差會(huì)影響監(jiān)測裝置輸出的介損值。W上幾個(gè)問題嚴(yán)重制約變壓器套管絕緣在線監(jiān)測的穩(wěn) 定性和準(zhǔn)確性，急需一種不受或可W濾除外界影響的套管受潮監(jiān)測方法。
[0006] 頻域介電譜法是在被測品上施加電壓，通過改變交流激勵(lì)電壓的頻率，并測量復(fù) 電容，介質(zhì)損耗參數(shù)隨頻率的變化情況，用該參數(shù)的變化情況來評(píng)估絕緣材料或絕緣設(shè)備 的絕緣狀況。測得的復(fù)電容、相對介電常數(shù)隨頻率變化的曲線的不同部分包含著絕緣油和 絕緣紙的不同信息，通過分析不同條件下曲線各段的變化情況，確定各段與油紙絕緣系統(tǒng) 狀態(tài)信息的關(guān)系，就可W對變壓器油紙絕緣狀態(tài)進(jìn)行診斷。與其他絕緣檢測法相比，頻域介 電譜法具有測量頻帶寬，抗干擾能力強(qiáng)，所需電源電壓低，攜帶信息豐富等優(yōu)點(diǎn)
[0007] 目前頻域介電譜法主要集中在變壓器本體油紙絕緣狀態(tài)的診斷上，并且頻域介電 譜法只用于變壓器的離線監(jiān)測中，?？谕饧宇l率可調(diào)的交流電壓，來檢測不同頻率下的相 對介電常數(shù)。
[0008] 由于處于在線運(yùn)行的變壓器上，難W施加頻率可調(diào)的交流電壓，因而還未見到應(yīng) 用于變壓器套管油紙絕緣在線監(jiān)測的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種在線監(jiān)測變壓器套管絕緣受潮缺陷的新方法，利用套 管上出現(xiàn)的暫態(tài)電壓波U(t)和電流波i(t)，反推套管油紙絕緣介電常數(shù)εt隨頻率的變化 特性W達(dá)到診斷套管是否受潮的目的（未做特別說明時(shí)，本發(fā)明中相對介電常數(shù)簡稱為介 電常數(shù)）。變壓器在運(yùn)行中，經(jīng)常會(huì)遇到操作過電壓波、雷電過電壓波，當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生短路事故 時(shí)，變壓器還會(huì)承受暫態(tài)電壓波，運(yùn)些電壓波包含了豐富的高頻分量和低頻分量，可W用來 獲取套管絕緣的介電譜（介電常數(shù)隨外加電壓頻率的變化曲線）。因此，本發(fā)明所述的暫態(tài) 電壓波U(t)是指施加在套管高壓導(dǎo)桿和變壓器外殼之間的暫態(tài)電壓波，包括操作過電壓 波、雷電過電壓波和故障引起的暫態(tài)電壓波；暫態(tài)電流波是暫態(tài)電壓波所引起的流過套管 油紙絕緣的電流波。
[0010] 判斷套管是否受潮的分析計(jì)算步驟如下：
[0011] 1)首先計(jì)算暫態(tài)電壓波和電流波的傅里葉變換，獲得各頻率分量下暫態(tài)電壓和電 流的幅值和相角：
[0014] 2)其次，計(jì)算各頻率下的套管絕緣導(dǎo)納：
[0015] Υ(ω) =I(eiuT)/U(eJuT) (3)
[0016] 如再次，計(jì)算各頻率下的套管絕緣的介電常數(shù)：
[0017] εr(co) = ^co)/jc〇C〇 W化](4)
[0019] 其中C。是套管的真空電容。
[0020] 4)最后按照下列規(guī)則判斷套管絕緣是否受潮：
[0021] 若0,lHz、lHz、10化下的相對介電常數(shù)絕對值均大于參考值2. 6,則套管絕緣受 潮。
[0022] 現(xiàn)有研究表明，在0.001-mz范圍內(nèi)，復(fù)相對介電常數(shù)實(shí)部隨水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大 而增大，而超過100化復(fù)相對介電常數(shù)實(shí)部差別很小。水為極性分子，水分含量增加將導(dǎo)致 油浸絕緣紙中單位體積內(nèi)參與極化的分子目增多，油紙絕緣極化程度增加，故其復(fù)相對介 電常數(shù)在低頻區(qū)隨水分含量增加而增大。本發(fā)明選用0.lHz、lHz、10化作為表征油浸絕緣 紙水分含量的復(fù)相對介電常數(shù)特征頻率。上述特征頻率下復(fù)相對介電常數(shù)的絕對幅值選取 參考值2. 6,若復(fù)相對介電常數(shù)εt在運(yùn)Ξ個(gè)頻率上均大于參考值，那么可W判斷油紙絕緣 受潮。
[0023] 此外，暫態(tài)電壓波形從套管次屏獲取。套管的次屏與套管高壓導(dǎo)桿、套管末屏之間 均存在電容，形成了電容分壓。利用運(yùn)種電容分壓獲取套管上的暫態(tài)高電壓波形，克服了W 往利用電壓互感器測量電壓波形的缺點(diǎn)：電壓互感器不但遠(yuǎn)離變壓器，導(dǎo)致互感器上的暫 態(tài)電壓波形與變壓器套管上的暫態(tài)電壓波形差異很大；而且電壓互感器僅僅在50化附近 性能良好，在小于IHz的低頻和高于IkHz的高頻范圍內(nèi)的性能較差，對暫態(tài)電壓波形崎變 很大。同時(shí)，套管的次屏與套管高壓導(dǎo)桿、套管末屏之間的電容，絕緣材料及環(huán)境溫度等影 響因素一致，因此能夠在各種環(huán)境條件下獲得穩(wěn)定的分壓比，也是其優(yōu)于其它暫態(tài)電壓測 量方式的地方。
[0024] 暫態(tài)電流波從套管末屏接地線，可W采用50串聯(lián)電阻來獲取電流波形，也可W采 用測量頻帶可達(dá)0.mz~lOOHz的羅果夫斯基線圈型電流傳感器。
[00巧]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：利用暫態(tài)過電壓的豐富頻譜，實(shí)現(xiàn)了套管絕緣的在線監(jiān)測； 并且利用介電譜進(jìn)行診斷，克服了單一使用50化下介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ來判斷變壓器套管 是否受潮所遇到的誤差大的缺點(diǎn)，降低了外界環(huán)境對測量穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性的影響且抗干擾 能力強(qiáng)。
【附圖說明】 陽0%] 圖1為發(fā)明具體實(shí)施例的現(xiàn)場應(yīng)用示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0027] 附圖1為發(fā)明具體實(shí)施例的現(xiàn)場應(yīng)用示意圖，1為變壓器套管次屏5電壓測量模 塊，2為變壓器套管末屏6的接地線電流測量模塊，運(yùn)兩個(gè)模塊將電壓和電流信號(hào)輸出到信 號(hào)采集模塊3,信號(hào)采集模塊3經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換之后，傳輸至計(jì)算機(jī)4,由計(jì)算機(jī)4計(jì)算變壓器套 管油紙絕緣的介電譜，進(jìn)而判斷套管是否受潮。7為50歐姆電阻，串聯(lián)在末屏6的接地線 中，用于感應(yīng)電流信號(hào)，并將輸出傳送給電流測量模塊2。電壓測量模塊1和電流測量模塊 2包含常規(guī)的過電壓保護(hù)電路、放大器和電平轉(zhuǎn)換器。
[002引所監(jiān)測到的暫態(tài)電壓波形u(t)和電流波形i(t)經(jīng)過下列數(shù)學(xué)處理獲得套管的介 電譜
[0033] 其中C。是套管的真空電容（可W通過查閱套管結(jié)構(gòu)尺寸，利用常規(guī)計(jì)算公式獲 得）。
[0034] 最后，若0.lHz、lHz、10化下的相對介電常數(shù)εf的絕對值均大于參考2. 6,則套管 絕緣受潮。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法。其特征在于，利用套管上出現(xiàn)的暫態(tài)電 壓波u(t)和電流波i(t)，反推套管油紙絕緣相對介電常數(shù)ejl頻率的變化特性以達(dá)到診 斷套管是否受潮的目的。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法，其特征在于，暫態(tài)電 壓波u (t)是指施加在套管高壓導(dǎo)桿和變壓器外殼之間的暫態(tài)電壓波，包括操作過電壓波、 雷電過電壓波和故障引起的暫態(tài)電壓波；暫態(tài)電流波是暫態(tài)電壓波所引起的流過套管油紙 絕緣的電流波。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法，其特征在于，判斷套 管是否受潮的分析計(jì)算步驟如下： 1) 首先計(jì)算暫態(tài)電壓波和電流波的傅里葉變換：2) 其次，計(jì)算各頻率下的套管絕緣導(dǎo)納： Υ(ω) = I(eJMT)/U(eJMT) (3) 3) 再次，計(jì)算各頻率下的套管絕緣的相對介電常數(shù)： ε r ( ω ) = γ ( ω ) / j ω C〇 (4) 其中C。是套管的真空電容。 4) 最后按照下列規(guī)則判斷套管絕緣是否受潮： 若0. 1Ηz、1Ηz、10Ηζ下的相對介電常數(shù)絕對幅值均大于參考值2. 6,則套管絕緣受潮。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法，其特征在于，暫態(tài)電 壓波形從套管次屏獲取。5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測變壓器套管受潮缺陷的方法，其特征在于，暫態(tài)電 流波從套管末屏接地線上獲取。
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種在線監(jiān)測變壓器套管絕緣受潮缺陷的新方法，利用套管上出現(xiàn)的暫態(tài)電壓波u(t)和電流波i(t)，反推套管油紙絕緣介電常數(shù)εr隨頻率的變化特性以達(dá)到診斷套管是否受潮的目的。
【IPC分類】G01R31/12
【公開號(hào)】CN105277857
【申請?zhí)枴緾N201410553819
【發(fā)明人】程養(yǎng)春, 蔡巍, 王廣真, 龍凱華, 李志剛
【申請人】華北電力大學(xué), 國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)冀北電力有限公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2014年10月16日