变压器油纸绝缘水分的回复电压分析法

变压器油纸绝缘水分的回复电压分析法

李庆威

李庆威（辽宁省鞍山供电公司，辽宁鞍山114001）

摘要：本文通过详细分析变压器油纸绝缘中的水分极化特性，验证了回复电压方法判定固体绝缘水分的质量分数的原理；还试着研究了变压器油纸绝缘水分质量分数与回复电压特征量及极化谱之间的联系。

关键词：变压器；油纸绝缘；回复电压方法

1水分对绝缘老化的影响

变压器油纸绝缘材料中水分过多不但会使得绝缘油击穿电压降低、介质损耗因数变大，还会导致绝缘油纸加速老化，这样就不仅会影响了供电的可靠性，还会导致变压器遭到彻底损坏，造成巨大的经济损失。有研究表明，因为在运行温度下纤维素材料有水解的作用，所以绝缘老化速率便会跟着固体绝缘内水分质量分数的增加而增大。

如果绝缘纸的水分质量分数从0．3％加到1％，老化速率便会增加6倍；增到2％时，老化速率就会增加10倍。所以，同时投运的同类变压器即使运行条件相同，也会因水分质量分数不同而导致不同的老化程度。在油纸绝缘系统的水分中，只有少部分是由于制而残留的水分，有很大部分都是因为大气中的水分、绝缘油和纸板老化分解产物带来的。而绝缘纸板有非常强的吸湿特性，在变压器本体总水分质量分数中，有高达99％的水分都存在于固体绝缘中心，所以评估油浸电力变压器固体中的水分质量分数，并采取相应维修措施，可有效地使电力变压器的绝缘老化得以延缓。

在绝缘受潮之后，绝缘纸板的极化特性也会随着发生改变，水分子是强极性分子，因为绝缘介质中有水分子，所以一旦外电场的作用，就会造成损耗增大，此过程中界面极化有很大的影响。可以看出，利用绝缘介质的极化特性能有效诊断变压器固体绝缘的水分质量分数，进而诊断变压器的绝缘老化。

2极化谱测量方法

如图1，U表示直流电压源，K是开关，极化谱测量过程如下：

（1）将开关K闭合到位置1，电源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。

（2）充电一段时间后，将开关K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。

（3）放电结束后，自由电荷将全部被释放，打开开关K，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U，将K闭合到位置3，测试仪器将记录回复电压最大值L，主时间常数r和其初始斜率等相应特征参数。

（4）完成测试阶段后，把试品接地足够长的时间，彻底释放绝缘系统内部残余电荷，为下个测试循环做准备。自动回复电压测试仪RVM5461能够自动执行全部过程。测试获得典型极化谱如图2所示。

图2中纵坐标表示回复电压U，横坐标表示时间t。最大回复电压U一。对应的时间称为主时间常数r，该值与绝缘材料的特性密切相关。

在回复电压的测量过程中，因为绝缘介质被加上了直流电压，所以变压器的油纸绝缘介质都会发生极化现象。当回复电压充电完成进行短路放电时，弱极性分子去极化的过程比较快速，在短路一段时间后，绝缘油的极化就能很快恢复。但在短路完成后，仍然会有一个电压，就是极化后表面电荷转变成自由电荷，通过了静电计测试的回复电压。在回复电压的测量过程中，驰豫时间包含到达最大回复电压的时间以及极化完全建立所需要的时间，主时间常数r有效的表现了弛豫时间的特性。这些特征量与绝缘特性也是密切相关的，是绝缘材料极化下的结果，同时也是绝缘老化特性的指标之一。所以，利用回复电压特征量可以较准确的诊断变压器固体绝缘的水分质量分数。

图1回复电压测试电路示意图

图2典型变压器油纸绝缘的极化谱

3实验研究结果

两台变压器回复电压试验折算至20℃时的结果如表1所示。

该变压器的回复电压试验折算至20℃时的结果如表2所示。

表1两台变压器T1和T2的回复电压试验结果

名称主时间常数/s最大回复电压/V水质量分数/%

T119.62160.23.0

T2245.36132.41.6

表2变压器的回复电压试验结果

名称主时间常数/s最大回复电压/V水质量分数/%

低压2257.94115.50.6

高压2706.59110.70.5

结束语：与以往的电气测量方法相比，回复电压测量的方法具有较多的优势：获得更加详细的内部绝缘信息，方不用取样，不易受外界干扰，适合现场测量等。但是，回复电压去测量法仍需要进一步进行研究，以获得更多的利用回复电压方法诊断变压器绝缘状态的结论和经验。

参考文献

[1]江修波，黄彦婕，张涛，等.变压器油纸绝缘水分的回复电压分析法[J].高电压技术，2010，36（12）:2984-2989.

[2]廖瑞金，孙会刚，袁泉，等.采用回复电压法分析油纸绝缘老化特征量[J].高电压技术，2011，37（1）:136-142.

[3]应用极化谱分析油纸变压器绝缘纸板水分含量的研究[J].电工电能新技术，2009，28（4）:46-49，80.

[4]张涛，蔡金锭.油纸绝缘变压器介质响应电路参数辨识的研究[J].电工电能新技术，2010，29（4）:35-39.

[5]张涛，蔡金锭.油纸绝缘变压器介质响应电路参数辨识的研究[C]//第十八届输配电技术研讨会暨华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术研讨会论文集，2010:1-6.