某水電廠變壓器絕緣介電頻率響應試驗及絕緣老化評估

任章鰲，李曉江，郝劍波，閆迎，晏桂林

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖北省電力公司荊門供電公司，湖北荊門448000)

某水電廠變壓器絕緣介電頻率響應試驗及絕緣老化評估

任章鰲1，李曉江2，郝劍波1，閆迎1，晏桂林1

(1.國網湖南省電力公司電力科學研究院，湖南長沙410007；2.國網湖北省電力公司荊門供電公司，湖北荊門448000)

通過將介電頻率響應技術 (DFR)應用于某水電廠的變壓器的含水量診斷試驗，對比該變壓器的電氣絕緣試驗和油化試驗結果，有效地驗證了該變壓器的絕緣性能。同時對該變壓器的絕緣老化進行評估，其評估結果成功指導了電廠對該變壓器的檢修維護。

介電頻率響應技術 (DFR)；含水量診斷；油化試驗；絕緣老化評估

隨著社會的發展，電網容量的擴大以及變壓器智能化項目的大力推廣，電力系統安全運行的要求也越來越高，一些運行的變壓器存在著潛在的運行風險。而對于那些運行年代較久的變壓器，由于當時生產工藝及設計上存在的缺陷以及材料品質的局限性，在網運行存在風險。變壓器故障概率與變壓器役齡、運行工況、維護狀況相關。變壓器出現故障所造成的經濟損失和社會影響是巨大的。

變壓器的狀態及風險評估是制定變壓器最佳維護方案的關鍵，確保其穩定性和可靠性，從而在減少變壓器運行成本的基礎上延長其使用壽命。目前對變壓器狀態和風險評估基本的診斷方式有外觀檢查、常規油樣測試 (SOT)和油中溶解氣體檢查(DGA)，而較為高級的診斷方法有頻譜響應分析(FRA)、有載調壓開關震動診斷、絕緣頻率響應(DFR)和局放分析等。

絕緣介質頻率響應技術是檢測油紙絕緣含水量的一種無損診斷技術，該技術是通過油紙絕緣的介電響應規律判斷其含水量。油浸變壓器，傳統的檢測絕緣件中的水份的方式有萃取法:是產品排油后，手工取出絕緣件樣品，送化驗室用微水儀分析，難度大。平衡曲線法:需長時間連續監測溫度和油中微水，推斷絕緣件的含水量，誤差大。露點法:產品排油后注入氮氣，測量氣體的露點推算絕緣件含水量，間接法，誤差較大。知道變壓器油紙絕緣中的含水量就能正確指導其大修維護方案。

通過在500 kV變壓器上應用絕緣介質頻率響應技術，成功指導了該臺變壓器的檢修處理過程。

1 變壓器的絕緣介質頻率響應試驗診斷

1.1 絕緣介質頻率響應試驗

絕緣材料的老化 (裂解，水)將改變其絕緣特性 (PF，tanδ)。傳統的檢測方法是在直流或工頻電壓下進行。

絕緣介質頻率響試驗是從絕緣體的一端施加一個從1 mHz～1 kHz的掃頻信號，在另一端接收其電容及介損在不同頻率下的響應曲線，可獲得被試品在絕緣特性方面的更多信息，包括絕緣老化后的水份對響應曲線的影響。它可以診斷出絕緣件的含水量、因老化和過熱而升高的油的電導率、線圈內的污染情況以及鐵芯對地的問題等。

基于經驗，可以開發專門針對變壓器介質頻響應的頻域圖譜數據庫，用于診斷老化絕緣的缺陷。

1.2 變壓器信息

變壓器基本參數見表1，最近一次檢修試驗數據見表2。

表1 變壓器參數

表2 變壓器試驗數據

1.3 DFR試驗診斷

1.3.1 高壓繞組對鐵芯及地

測試接線圖如圖1所示，50 Hz折算后的試驗數據見表3，DFR診斷分析如圖2。

圖1 DFR試驗高壓繞組對鐵芯及地接線

表3 高壓繞組對鐵芯及地試驗數據

圖2 高壓繞組對鐵芯及地DFR分析

變壓器高壓為GIS套管，測量時GIS開關側短接高壓繞組，并用絕緣導線與高壓零線短接。由于開關和高壓零線較遠，短接的絕緣導線無法與地懸浮，在測試高壓繞組對鐵芯及地時，頻率響應特性改變較大，無法正確反映高壓繞組對鐵芯及地絕緣的真實情況。

1)高壓繞組與鐵芯及地之間絕緣件含水率為2.02%；

2)14℃變壓器油的電導率為1.26×10－14S/m；體積電阻率7.94×1013Ω·m；

3)盡管該曲線給出了絕緣件含水率較高及受到污染的可能，但結合現場測試條件及其他測試結果的綜合分析，可能是受到外部短接的絕緣導線與地之間的影響，并非繞組真實的狀態。

1.3.2 低壓繞組對鐵芯及地

測試接線圖如圖3所示，50 Hz折算后的試驗數據見表4，DFR診斷分析如圖4。

圖3 DFR試驗低壓繞組對鐵芯及地接線圖

表4 低壓繞組對鐵芯及地試驗數據

圖4 低壓繞組對鐵芯及地DFR分析

1)低壓繞組與鐵芯及地之間絕緣件含水率為小于0.5%；

2)14℃變壓器油的電導率為1.26×10－14S/m；

3)通過分析該曲線，未發現有線圈內部污染或鐵芯異常等情況，絕緣狀態良好。

DFR測試結果判斷依據:IEEE Std 62－1995，見表5。

表5 絕緣低于重含水率指導原則說明

2 變壓器初步絕緣老化評估與處理

2.1 變壓器運行歷史

1)主變運行負荷:5個月左右的高峰(100%)期，平時負荷40%左右；

2)本體油位正常，附件無明顯缺陷；

3)主變最高運行溫度:繞組 93℃、油頂層67℃；

4)主變定期維護，運行無缺陷。

2.2 變壓器電氣試驗報告和油化驗數據分析

根據客戶提供的該臺變壓器電氣試驗數據與出廠值、交接試驗值對比分析，無明顯變化，未發現異常狀況。根據客戶提供的油色譜數據和油樣檢測報告，使用油色譜分析軟件 (ADGA)分析，油樣檢測結果合格、色譜數據正常。

2.3 變壓器絕緣老化評估

1)基于運行歷史、平均負荷及運行溫度等信息，變壓器絕緣老化評估軟件給出的結果為:該變壓器當前繞組熱點處絕緣材料聚合度值DP＝691。2)依據絕緣老化評估軟件中給出的判據及電力行業標準DL/T984—2005《油浸式變壓器絕緣老化判斷導則》綜合評判，該變壓器當前絕緣老化程度為 “良好”狀態。

2.4 變壓器干燥處理

為了避免外界因素對該臺變壓器高壓繞組對鐵芯及地的DFR診斷影響，決定對該臺變壓器進行低頻干燥處理 (LFH)。用低頻加熱和噴油操作來干燥器身，用低頻電流去除線圈濕氣 (特別是變壓器內部線圈及絕緣件)，相對傳統的干燥方法(熱油循環及抽真空，熱油噴淋)，減少一半的干燥時間，相對于熱油循環和真空干燥提高了干燥效果，減少殘留的濕氣。

3 結論

通過對本次DFR測試數據的分析，該變壓器的高－低壓間固體絕緣介質含水量小于0.5%，為干燥的絕緣，未受污染；折算到20℃時變壓器油的電導率為1.87×10－14S/m、 電阻率5.34×1013Ω·m、油介損3.06×10－6，油品正常；通過對DFR曲線分析，未發現線圈內部有污染或鐵芯異常等情況；主變當前繞組熱點處絕緣材料聚合度值DP＝691，絕緣老化程度為良好狀態。DFR試驗結果跟該變壓器的電氣絕緣試驗和油化試驗結果進行比較，驗證了該變壓器的絕緣性能，成功地指導其檢修維護。

〔1〕廖瑞金，郝建，楊麗君，等.變壓器油紙絕緣頻域介電譜特性的仿真與實驗研究 〔J〕.中國電機工程學報，2010，30(22):113-119.

〔2〕郝建，廖瑞金，楊麗君，等.應用頻域介電譜法的變壓器油紙絕緣老化狀態評估 〔J〕.電網技術，2011，7(35):187-193.

〔3〕許淵，劉有為，王文煥，等.大型電力變壓器油紙絕緣含水量的介質響應診斷技術 〔J〕.中國電機工程學報，2012，32(33):133-140.

Insulation Dielectric Frequency Response Test and Insulation Aging Evaluation of Transformer in a Hydropower Plant

REN Zhang′ao1， LI Xiaojiang2， HAO Jianbo1， YAN Ying1， YAN Guilin1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China；2.State Grid Hubei Electric Power Corporation Jingmen Power Supply Company， Jingmen 448000， China)

In this paper，the dielectric frequency response technique(DFR)is applied to the water quality diagnosis test of a transformer in a hydropower plant，and the test results are compared with the electrical insulation test and the oil test results of the transformer.It effectively verify the insulation performance of the transformer.Meanwhile，the operation status of the transformer is evaluated，and the evaluation results have successfully guided the maintenance and maintenance of the transformer.

dielectric frequency response technology(DFR)； water content diagnosis； oil test； insulation aging evaluation

TM855

B

1008-0198(2017)05-0033-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.008

2017-03-01 改回日期:2017-04-25

任章鰲(1985)，男，工學博士，工程師，從事高壓設備檢修、試驗和相關科研項目研究工作。