董军秀 李翰祥
天津市特变电工变压器有限公司，天津 300300
摘要：文章主要是分析了绝缘材料含水量检测的常用方法，在此基础上讲解了变压器绝缘系统微水分测量，望可以为有关人员提供到一定的参考和帮助。
关键字：介电频谱；介电响应；含水量；极化弛豫
1前言
油浸式变压器作为主变压器被广泛运用于发电厂、超高压/特高压变电系统中，变压器油作为一种液体绝缘介质，对变压器起到冷却散热、灭弧、绝缘的作用。油浸式变压器运行中会因变压器结构、气候变化、封闭母线的密封情况、微正压装置的运行情况、新补充变压器油的品质等因素，使变压器绝缘介质中的含水量增加，变压器绝缘介质含水率增加到一定值时，会增加绝缘系统的介质损耗，降低击穿电压，使设备的绝缘性能降低。水分还会参与油纸纤维的化学降解反应，促使油纸老化，加速绝缘系统劣化，水质量分数与其热老化率成正比。油浸式变压器的绝缘主要是由油和绝缘纸组合而成。变压器固体绝缘因各种原因吸收潮气而受潮，固体绝缘的含水量将增大，这会导致其介质损耗因数增大、绝缘电阻下降，局放电压与击穿电压也随之下降，同时这些水分也会加速纤维的老化，缩短变压器使用寿命。有效的统计数据表明，变压器运行时的各种故障与事故几乎都是由变压器固体绝缘的缺陷失效而引起的。因此，检测与监控变压器固体绝缘的水含量变化情况非常有必要，是对变压器实行状态检修的重要手段。
2绝缘材料含水量检测的常用方法
介电频谱法主要是研究绝缘系统的缓慢极化过程，测试介质正弦激励下的电流相位、幅值，通过测得的电容计算出设备中相对介电常数。变压器的油-纸绝缘介电常数是含水率、温度、频率的函数，它随温度、含水量的升高而增大，若电容、温度、频率已确定，可通过相关公式计算出含水率。从变压器固体绝缘取少量样品，将其供干，用真空数字精密天平称样品的重量，由此计算出样品的湿度。许多材料的湿度测量均采用该方法作为标准。然而由于物质中的水分不能被完全蒸发出来，故此方法测量误差较大，现已经逐渐被其他方法所取代。用有机溶剂提取水分比干燥更完全、彻底、温和、快速、优越。使用该方法的最大不便之处就是对于变压器整体设备的含水量测定，由于对变压器固体绝缘采取纸或纸板样品需用割取的方式，在变压器绝缘系统干燥过程中实现起来较为不便。露点法是推荐测定变压器绝缘纸板含水量的方法之一。在密封系统中，测定气体的露点是检测该气体含水量的一种简单而又准确的方法。利用这种方法来检测变压器油箱内气体的干燥程度，从而在平衡状态下，可以推断固体绝缘的含水量。其原理是当含有水分的绝缘纸板与气体接触时，水分在迁移和扩散的方式下，达到一定条件时将达到平衡状态。此时，测定变压器密封油箱内的气体水分含量，就可以推断与该气体接触的绝缘纸板的含水量。气体中的水分含量在一定的压力和温度下，会达到饱和值，水蒸汽转化为露或霜，这时的温度就是气体的露点。测定气体的露点即可得到该气体的含水量。由以上分析可知，只有在确定了真正的平衡状态时，才能保证检测的准确性。绝缘纸中的水分和气体中的水分达到平衡需要的时间与设备结构、尺寸及所处的温度有关。对很干燥的材料，由于此时物品的电阻值太高，不能用该法测量；对很湿的物品，由于材料中存在的电解质对电导率的影响太大，也不能测量。通常被测物品的密度对介电测量的影响非常大，例如，疏松的术材压紧后，其介电常数和损耗率一般将随着密度的增加而相应地成比例地增加；对介电常数影响大的还有温度、频率等。综合以上方法，因变压器油纸绝缘系统的水分测量属于微量水分、无损测量，而且绝缘系统的现场测量环境也制约了一些方法的使用，所以采用介电测量方法较为适宜。
3变压器绝缘系统微水分测量
介电频谱测量技术是一种应用广泛的测量技术。该技术把被测量材料的介电特性与相应的物理特性联系起来，研究它们之间的基本理论关系。通过测量试样的复介电常数的分布规律再转换为需要的物理特性。利用材料的物理特性也可以研究材料的介电特性。被测材料的介电特性取决于材料的几何尺寸、组织结构、温度、处理程度、水分和老化程度等物理特性。利用从试验得出的映射关系可间接无损地测量试样的水分、多孔率、密度、结构、化学成分表面粗糙度以及老化程度等。介电频谱法测量的基本流程主要有：为了准确获得变压器油纸绝缘系统中的含水量即水的质量分数，需要建立在不同受潮程度下典型材料的相应电介质性质数据库。需要指出的是，变压器绕组结构、绝缘的组合情况将会影响测量结果；为了在现场获得变压器的介损频率特性，应用相关现场测量仪器，如以进行绝缘状态的诊断与分析。该测试方法基于频域谱理论，在不同的频率下对电力变压器的油纸绝缘进行介质损耗的测量，得出其介损频率特性曲线；根据测得的频率特性曲线和典型的油纸绝缘试样，利用建模软件可以对所测曲线进行拟合分析，从而得出变压器油纸绝缘系统中的含水量，由此判断变压器绝缘的状况。分析仪测量变压器油纸绝缘含水量，它是基于瑞典技术学院及合作的研究，驱动电压采用幅值为的低电压，采样频率范围为采样频率；为完整测量一次绝缘含水量的时间是分钟。双绕组变压器的高压绕组对低压绕组间的绝缘电容；为变压器的高压绕组对地绝缘电容，为变压器的低压绕组对地绝缘电容。测量三绕组变压器时根据所测绕组的不同。
4结束语
由上可知，当前我国经济水平的发展和人们生活水平的提高，人们对电力的需求在不断增加。电力变压器是电力系统能够正常运输电的重要前提，由于电力变压器结缘结构中存在的水分会在一定程度上降低到其的介电常数，缩短其的寿命，影响到变压器的正常运用，为此在变压器的制造以及使用中检测到绝缘纸板中的为水分使其能够在合理范围有着十分重要的意义。油浸式变压器是电力系统中重要的变电设备，长时间运行会因各方面的原因诱发其绝缘水平降低，产生绝缘老化的现象，严重时会出现绝缘击穿、烧毁设备的事故。利用介电频谱测试方法，可以快速准确地测量油浸变压器油-纸绝缘中的含水量，用以判断、评估油浸式变压器的绝缘性能，合理制定变压器检修计划，实现状态检修。
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