極化去極化電流法在變壓器絕緣診斷中的應(yīng)用

趙威，張國(guó)志，楊進(jìn)，方有，周濤

（云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明供電局，昆明 650200）

0 前言

目前判斷變壓器絕緣狀態(tài)的常規(guī)方法主要有絕緣電阻、吸收比、介質(zhì)損耗、油色譜分析、工頻或倍頻耐壓等。這些方法并不足以對(duì)變壓器絕緣狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估，因此，有必要繼續(xù)開(kāi)展新的有效的測(cè)試方法研究。

近年來(lái)，開(kāi)發(fā)出一些新的絕緣診斷方法，比如：頻域法 (FDS）、時(shí)域恢復(fù)電壓法(稱(chēng)RVM)和極化-去極化電流法（PDC)[1-4]。極化去極化法是測(cè)量不同頻率尤其是低頻和超低頻下的介質(zhì)損耗tan(ω)，能反映界面極化和空間電荷極化等松弛時(shí)間較長(zhǎng)的極化過(guò)程，對(duì)于反映絕緣受潮、整體老化等狀態(tài)較為敏感[5-8]。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于PDC法的研究大多停留在理論和模型分析階段，尚無(wú)明確的應(yīng)用研究，包括現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試方法、測(cè)試流程、特征參數(shù)、判斷方法、結(jié)果分析等。針對(duì)這些問(wèn)題，本文利用PDC法對(duì)變壓器開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析研究，對(duì)該方法的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用前景進(jìn)行了探索。

1 變壓器PDC測(cè)試原理和判斷方法

1.1 測(cè)試原理

對(duì)絕緣介質(zhì)施加直流電壓，介質(zhì)會(huì)發(fā)生多種極化過(guò)程（如電子式極化、偶極子極化、夾層界面極化等），極化過(guò)程伴隨著電荷的移動(dòng)，在絕緣外回路形成電流，這一電流稱(chēng)為極化電流；電源移去后將絕緣兩端短接進(jìn)入去極化過(guò)程，形成的電流稱(chēng)為去極化電流[4-7]。絕緣介質(zhì)老化、存在雜質(zhì)、間隙、水分或水樹(shù)時(shí)，極化過(guò)程發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為極化和去極化電流、極化時(shí)間和能量損耗的變化。通過(guò)對(duì)極化過(guò)程及各特征量的分析，就能對(duì)絕緣狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。極化原理和變壓器的PDC測(cè)試接線(xiàn)分別如圖1和圖2所示。

圖1 極化去極化原理圖

圖2 變壓器PDC測(cè)試接線(xiàn)圖

1.2 判斷方法

變壓器的PDC法測(cè)試主要是通過(guò)獲取極化—去極化電流后提取三種特征參量：直流電導(dǎo)率、含水量和0.1 Hz介損，來(lái)綜合判斷變壓器絕緣狀態(tài)，如表1和表2所示。

表1 變壓器油紙絕緣結(jié)構(gòu)的綜合直流電導(dǎo)率和油的直流電導(dǎo)率參考范圍

表2 變壓器介損的參考范圍

2 實(shí)例分析

2.1 PDC測(cè)試

對(duì)某變電站運(yùn)行超過(guò)20年的110 kV1號(hào)和2號(hào)主變進(jìn)行PDC測(cè)試，測(cè)試電壓為1 kV，測(cè)試時(shí)間360 s，提取直流電導(dǎo)率、含水量和0.1 Hz介損三個(gè)特征量，測(cè)試結(jié)果如表3所示。測(cè)試結(jié)果表明1號(hào)和2號(hào)變壓器各繞組的油紙絕緣結(jié)構(gòu)的綜合電導(dǎo)率和絕緣油的直流電導(dǎo)率都在良好的范圍內(nèi)，初步判斷變壓器絕緣狀態(tài)良好。兩臺(tái)變壓器絕緣油的含水量分別為11.7 ppm和17.5 ppm，小于35 ppm的標(biāo)準(zhǔn)值，說(shuō)明該變壓器油未受潮，但是1號(hào)主變的電導(dǎo)率要比2號(hào)低，說(shuō)明1號(hào)主變絕緣電阻高于2號(hào)主變。

介質(zhì)損耗頻譜如圖3所示，相比于中頻段，低頻和超低頻段介質(zhì)損耗因數(shù)能更有效反應(yīng)變壓器油的整體老化情況，尤其對(duì)絕緣油受潮特別靈敏。1號(hào)和2號(hào)主變繞組間0.1 Hz下的介質(zhì)損耗達(dá)到判據(jù)需要注意的范圍內(nèi)（2%～8%），說(shuō)明變壓器絕緣紙板或絕緣油存在整體老化或受潮，且1號(hào)主表老化或受潮程度比2號(hào)更嚴(yán)重。

圖3 變壓器PDC測(cè)試介損變化圖

2.2 PDC測(cè)試結(jié)論

通過(guò)綜合直流電導(dǎo)率、0.1 Hz低頻介損、油電導(dǎo)率以及油中含水量四個(gè)特征量判斷表明，1號(hào)和2號(hào)主變絕緣油直流電導(dǎo)率、綜合電導(dǎo)率和含水量都在良好的范圍內(nèi)，變壓器油紙結(jié)構(gòu)的整體絕緣狀態(tài)良好。1號(hào)主變電導(dǎo)率比2號(hào)主變低，說(shuō)明1號(hào)主變絕緣電阻高于2號(hào)主變，另外， 1號(hào)和2號(hào)主變繞組間介質(zhì)損耗在需要注意的范圍內(nèi)（2%～8%之間），并且1號(hào)主變介損比2號(hào)主變介損高，1號(hào)主變介損是2號(hào)主變介損的1.66倍，說(shuō)明1號(hào)和2號(hào)變壓器絕緣紙板或絕緣油存在整體輕微老化或受潮，并且1號(hào)比2號(hào)主變相對(duì)更嚴(yán)重。

2.3 常規(guī)性試驗(yàn)

在PDC測(cè)試完成后，為了驗(yàn)證PDC測(cè)試的準(zhǔn)確性，對(duì)1、2號(hào)主變做了常規(guī)測(cè)試，

兩臺(tái)主變的絕緣電阻和吸收比滿(mǎn)足要求，油色譜分析結(jié)果在合格范圍內(nèi)，試驗(yàn)合格。1號(hào)主變絕緣電阻高于2號(hào)主變，但是1號(hào)主變繞組及套管的介損為0.282%， 2號(hào)主變繞組及套管的介損為0.236%；1號(hào)主變繞組間的介損為0.226%，2號(hào)主變繞組間的介損為0.132%，1號(hào)主變繞組間的介損是2號(hào)繞組間介損的1.71倍，說(shuō)明1號(hào)整體絕緣狀態(tài)比2號(hào)主變差。

2.4 綜合測(cè)試結(jié)論

PDC測(cè)試和常規(guī)測(cè)試都表明1號(hào)和2號(hào)主變絕緣狀況在合格范圍內(nèi)。

3 結(jié)束語(yǔ)

極化和去極化電流包含變壓器的絕緣狀態(tài)信息，基于極化和去極化電流得到的綜合電導(dǎo)率、油電導(dǎo)率、含水量和0.1hZ低頻介損等特征量能夠?qū)ψ儔浩鞯慕^緣狀態(tài)進(jìn)行綜合評(píng)估。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試表明，極化去極化電流法能夠準(zhǔn)確反應(yīng)變壓器絕緣狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)變壓器存在的絕緣老化和受潮等問(wèn)題。該方法為變壓器絕緣狀態(tài)評(píng)估提供了一種新的測(cè)試手段，通過(guò)與其他常規(guī)測(cè)試手段相配合能夠更加有效、準(zhǔn)確得對(duì)變壓器絕緣狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估。