电力变压器油纸绝缘总体状态现场检测的新方法

1、.26No.372Jun.2000HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol现场经验电力变压器油纸绝缘总体状态现场检测的新方法ANewMethodforFieldDetectionofGeneralStatusofOil2paperInsulationSysteminPowerTransformer浙江省电力试验研究所(杭州310014)王财胜周志芳陈金法摘要介绍了一种利用绝缘介质极化特性在现场检测油纸绝缘总体状态的新方法。通过对油纸绝缘充放电试验得到返回电压与充电时间的关系曲线。AbstractAnewmethodisintroducedinthispaperforfielddete

2、ctionofthegeneralstatusofoil2paperinsulationsystem.Inorderbyusingdielectricpolarizationspectrumanalysistogetthereturnvoltage(RV)oftheinsulationsystem,aseriesoftestsofcharginganddischargingwerecarriedout.ByanalyzingtherelationshipwithdifferenttimeconstantsbetweentheRVandchargingtime,thegeneralstatuso

3、foil2paperinsulatingsysteminpowertransformercanbeas2sessed.关键词电力变压器介质极化返回电压Keywordspowertransformerdielectricpolarizationre2turnvoltage中图分类号TM411文献标识码B0概述近20年来,虽然在电力变压器的诊断试验方面取得了很大的进展(如变压器油中溶解气体色谱分析等),但现场对变压器的绝缘状态作出评估的电气试验方法很少提出。为此,本文利用绝缘介质的极化特性,对油纸绝缘的一系列充放电试验得到返回电压与充电时间的关系曲线,通过该曲线可以对变压器油纸绝缘的整体状态作出评

4、估12。1测试原理111变压器油纸绝缘的介质极化当绝缘因老化等原因引起绝缘介质内带电粒子及夹层特性改变时,介质的极化特性随之发生变化。虽然极化特性只是介质特性中的一种,但通过它可以对绝缘的整体状况作出判断。图1给出了一典型的反映极化特性的曲线,图中1为新投产变压器;2为服役一定年限的变压器;为极化系数1。极化时间t10-1s时属于夹层和空间电荷极化,对介质的老化与受潮的反应非常敏感。虽然图1中的曲线可以对绝缘状态作出评估,但现场测量较困难,一般通过其它方法(如低频或直流试验)来测试绝缘介质的极化特性,再对绝缘老化程度作出鉴定。RVM5461自动返回电压测试仪通过一系列充放电试验来得到介质极化特

5、性。112返回电压Ur的测量13绝缘介质可用等值电路图2来表示,其中C0为介质的几何电容;R为绝缘电阻。Rpi-Cpi为等效不同极化时间常数的各基本极化过程。绝缘介质在电场作用下将产生电导和极化现象。这两种现象和介质的老化、劣化及受潮有着十分密切的联系。介质的电导可通过绝缘电阻反映,但介质的极化现象却要复杂得多。图2绝缘介质等值电路图图1浸油绝缘纸的极化特性曲线通过对该介质作一系列不同充放电时间常数的充放电试验可得反映介质极化特性的参量。为了便于比较,一般取tc td为常数(tc为充电时间,td为放电时间,且tctd)。试验步骤为:1)图3开始充电之前,开关Kc和Kd处于断开状态,Cx放电。然

6、后合上Kc对绝缘介质Cx以预先设定好的电压Uc进行充电。2)经过tc时间的充电后,将Kc打开,同时将Kd合上,对Cx进行放电。 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.2000年6月高电压技术第26卷第3期73图3充放电试验示意图压器的老化、劣化现象不可避免。油纸绝缘老化鉴定的传统方法是对绝缘纸进行聚合度测试,但这种方法费时费力,不便于实施。测量绝缘介质的极化谱图反映绝缘老化状况的新思路12,通过变压器模型可得不同状态下的Ur-tc曲线,见图5。图中的5条曲线分别对应于不同老化程度,表现为介质

7、的含水量不同。由图可见,曲线的峰值对应的时间越小,相应的含水量越高,则老化程度也越严重。3)再经过td的放电时间后,将Kd打开,测量Cx两端的返回电压。绝缘介质Cx两端的电压波形见图4。返回电压的形成可解释为:以tc充电时,图2电路中,C0立即被充电,所有时间常数tpitc(tpi=RpiCpi)的极化过程将被激发。在放电时间td内,C0上的电荷立即被放掉,tpitd的极化过程所产生的极化电荷也被放掉,但tdtpitc的极化过程将保持激发状态。当开关Kd打开后,剩余的极化电荷对C0充电,形成返回电压Ur。Ur升至最大值后,逐渐衰减到0。可以证明,Ur与有确定的比例关系,可通过Ur来表征介质的极

8、化特性。图5油纸绝缘在不同状态下的极化谱图图6为实测1例。曲线1对应765 420kV新投产变压器,曲线2对应投产15年的120 20kV变压器。从图中可看出,曲线1绝缘状况良好,曲线2呈现一定程度的老化现象。图6不同老化程度的变压器绝缘极化谱图图4绝缘介质两端的电压通过一系列不同时间常数的充放电试验,得到Ur与tc的关系,即Ur-tc曲线。2应用分析211进行变压器老化检测的判据在制造变压器时可以采用各种先进的工艺和材料以及新的试验方法,但因绝缘中含有有机材料,变212丽水局古市变110kV#2主变实际测试情况1999年4月,使用RVM5461现场测试丽水局古市变110kV#2主变,主变型号

9、为SFSZ-15000 110,额定容量15000kVA,运行30多年。该仪器自动测出各侧极化谱图,利用其自带的数据分析软件分析出纸绝缘的含水量,并给出变压器运行时顶层油温不应超过的温度值,即临界温度值3。以高压侧为例,其测试曲线见图7,各侧的试验分析结果见图7(a)高压侧Ur-tc曲线图7(b)折算到20的高压侧Ur-tc曲线(下转第76页) 1995-2003 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.26No.376Jun.2000HIGHVOLTAGEENGINEERINGVol的落雷数N=016h。取h=

10、15m(以110kV线路为(100km40雷电日)。例),N=9次对平均50雷电日,3200套a安装线路型消雷器的线路,等效线路长度为3200013=960kma。其中013为档距,km。这些线路如不装消雷器,一年遭受雷击次数的理论值N0=916N5040=109次。取击杆率为1 31 4,则将有2736次雷击发生在杆塔上。按新颁布的DL 交流电气装置的T620-1997过电压保护和绝缘配合给出的计算方法,对Td=40的地区地面落雷密度值为0107。则其每100式中b为两km每年的雷击次数NL=0128(b+4h)。根避雷线之间的距离,m;h为避雷线或导线平均高(100度。为严格起见,取b=0

11、,则有NL=1618次km40雷电日)。估算N0=201次,取击杆率为1 31 4,那么将有5067次雷击击在杆塔上。对于实际运行中的3200套a消雷器来说,尽管发生了遭受雷击的事件,从调查的情况看,其总数为11基次,比不安装消雷器的线路所遭受的雷击次数明显减少。3结论a1导体伞型消雷器(XL2S)经过1238套a(上接第73页)(66310套雷电日)的运行考验,目前还未出现过消雷器及被保护物遭直击雷事故,在消雷器保护范围内也没有发生直击雷雷害,该伞型消雷器作为防直击雷防护装置是有效的。b1线路型导体消雷器(XL2Z、XL2G)经过了3200套a(16300套雷电日)的运行考验,其中XL2Z型

12、导体消雷器及其线路仅遭受直击雷11台次,这一数据满足设计要求,而改进后的XL2G型导体消雷器1992年至今未出现事故。c1伞型消雷器明显优于避雷针,线路型消雷器也起到了减少雷击事故的效果。d1很多雷害事故均发生在二次部分,因感应过电压及侵入波造成电子设备及电源的损坏,所以,在安装消雷器的同时,不要忽略有关防雷规程中对二次部分和对接地的防雷要求。参考文献1解广润1电力系统过电压1北京:水利电力出版社,1985(收稿日期2000201215)杜忠东1960年生,硕士,高级工程师,从事防雷研究。做些工作,为变压器的状态检修积累更多的经验。参考文献临界温度 867777表1,试验时环境温度为36。表1

13、试验结果(折算到20)参数高压侧中压侧低压侧tc sUrmax V含水量 %2102152151141846156441861981018810166131BogerAetal.Diagnosistestsofhighvoltageoil2paperinsulationsystems(inparticulartransformerinsulation)33-08,1990usingDCdielectrometrics,CIGRE,152CsepesGetal.ADCexpertsystem(RVM)forcheck2ingtherefurbishmentefficiencyofthehighv

14、oltageoil2paperinsulatingsystemusingpolarizationspectrumanalysisinrangeoflong2timeconstants,CIGRE,122206,19943Instructionmanualforautomaticrecoveryvoltagemeter(RVM)type5461,HaefelyTrenchAG,TettexInstru2mentsDivision,19984DL T572-951电力变压器运行规程1(收稿日期2000202222)王财胜1973年11月生,工程师,硕士,从事电力设备状态检修及故障诊断工作。电话:(0571)80743242547。周志芳1964年生,高级工程师,从事电力试验及监督管理工作。电话:(0571)80743242517。陈金法1976年生,工程师,从事电力试验及调试工作。电话:(0571)80743242515。从试验结果可看出,该变压器目前的老化状况比较良好。考虑到国内66220kV变压器的固体绝缘含水量控制在315%410%以内,该主变可以继续运行。需要注意的是,该变压器的负荷不要加得太重,运行时的顶层油温不要超过临