一种用于CVT及容性套管介质缺陷诊断技术优化的思考

一种用于CVT及容性套管介质缺陷诊断技术优化的思考
发布时间：2022-09-26T03:43:24.562Z 来源：《中国电业与能源》2022年10期作者：罗传胜朱时阳李春雷唐小峰[导读] 文本根据经验总结了目前电容式电压互感器（CVT）及容性套管介质缺陷诊断的相关技术
罗传胜朱时阳李春雷唐小峰
广西电网有限责任公司南宁供电局
摘要：
文本根据经验总结了目前电容式电压互感器（CVT）及容性套管介质缺陷诊断的相关技术，浅析了介质响应技术现状存在的一些不足，探讨了基于温度量变化的试验和监测方法，提出基于温变试验条件下的常规电容量，介质损耗测量数据波动量分析的介质缺陷评价手段。

关键词：介质缺陷CVT 容性套管温变
1引言
电容式电压互感器（CVT）的高低压电容、变压器套管等是常见的变电检修设备，发生故障时不论从温度、电容量、介质损耗上都能直观反映出来，但在故障早期这些参量往往存在灵敏度不够，或受环境影响的因素，导致这些缺陷在常规巡检或试验难以被发现。

介质响应测试技术近年来倍受关注，已经在变压器主绝缘、套管上开展了应用并取得了一定效果，但不论从理论模型还是测试量程方面还无法用于电容量偏大的CVT的高低压电容。

此外目前的介质响应测试还面临测试时间过长，模型算法公开度不够，模拟装置缺乏导致验证其准确度相对困难等问题。

2介质缺陷的电容等效性
根据不同的电极结构，电容量有不同的算法，但主要包括电极的面积S，距离d，绝缘材料的介电常数ε。

从理论分析，介质响应是对复介电常数ε的虚部和实部的比例表征介质损耗和含水量。

因此电容测量和介质响应测量是密切相关的，两者在测量时都不可忽略一个关键环境因素：温度、湿度。

通常情况下环境温湿度是相对稳定的，而被测设备是停电一段时间后开展测试也可以认为内部温度和环境湿度也是相对稳定的，因此可以通过一定算法进行补偿，修正介质损耗值。

由于介质响应测试多个频率点，测试时间长，因此补偿算法也相对复杂。

电容量则不同，测试方法简单快速，通常并没有进行温度补偿计算。

3电容量用于评估介质缺陷
电容量是评估容性设备介质缺陷的一个重要的显著指标，但由于灵敏度的问题，对于油纸绝缘容性设备，由于受潮状态下油中水通常低于油纸中的含水，因此电容量仅能获得一个综合指标，无法反映油纸的具体情况，而油纸含水又被广泛认为是反映变压器老化、影响变压器寿命的一个重要指标，因此有必要将电容量与油纸中含水量进行关联。

因此在给定一个预设环境下，电容量如能反映油纸含水情况，那么就可以解决介质响应速度慢、算法封闭、成本高、只能用于低量值电容、模型适应性差等一系列问题。

本文提出的预设条件如下：
（1）给定温度环境，使得被测 CVT电容或套管处于非稳定温度过程。

（2）观察非稳定温度过程中的电容量。

（3）计算最大非稳定温度条件下的电容量变化量。

该预设的合理性和支撑点在于：已经被证实的研究：当温度升温到某个临界点Tk，油纸中的水会向油中渗透迁移，升温大于Tk某个阈值Tk+Tx后进行降温，并且当温度下降过程中并低于临界点Tk，油中水又会向油纸中反向渗透。

在该过程中，介电常数的实部和虚部的比例发生变化，也会产生自然损耗，电容量由于受到了介质成分比例的变化，也会发生变化，因此捕捉适当温度变化情况下电容量的变化能够反映出油-纸含水双向迁移的量值，从而建立了电容量和含水量的变化。

4 解决的关键问题
如何给被测设备提供温升和温降条件是本文提出方案的关键点。

根据现场条件，可以有几个思路开展测试：（1）被测设备刚好停电并进行放电完毕，确认在该环境温度情况下被测设备仍旧处于降温阶段，开展电容量的跟踪测试，最好是电容时间曲线的测量。

（2）给被测设备加热，然后自然降温或加速降温。

目前给设备加热可采取变压器绕组直流加热方式，但该方式主要针对主绝缘，如用于套管，最好给变压器施加电流，并给套管连接负载电阻，使其电流制热。

如CVT由于本身不通过大电流，很难直接施加负载加热，因此可采取外部套接加热环、加热硅胶等外部加热方式。

近年来有针对疑似受潮的高压设备开展快速加热的方式如射频法加热，基于高频的肌肤效应，利用高频信号穿透主绝缘并延伸到设备表面实现对容性主绝缘层的加热，起到有针对性的加热水分子，而避免通过加热中心导体的热传导方式带来的效率低，加热设备笨重的问题。

5讨论
电容测量技术简单、直观、易掌握、易分析，属于常规检测技术，有很好的技术支撑环境，能适应各种容量和绝缘结构的容性设备。

借助电容量测试和温变试验具备评价容性设备尤其是多层复合介质的含水受潮的科学性，通过采集样本和对比可根据电容量波动阈值评价被测设备健康状态，如可粗略采用目前电容量测试中普遍要求的-5%-10%的标准。

但具体的受潮量化指标还有待进一步应用总结。

加热技术中射频加热或射频与工频联合加热法能有效降低设备体积，有较好的技术前景，值得深入研究和应用。

由于在温变过程中的电容量跟踪测试非常重要，因此电容时间曲线的仪器或软件有一定的发展空间。

5小结
本文讨论了电容测量法和温变法用于评价CVT分压电容、变压器套管受潮老化的可行性并提出了分析思路和测试所需要的温变条件。

提出了自然降温跟踪测试和加热法，并推荐了射频加热和射频与工频联合加热的方法。

6 参考文献
[1]王文焕,程锦,刘有为. 油浸变压器绝缘受潮的介质响应诊断技术研究[J]. 中国电力,2014,47(9):88-93,106.
[2]窦体权,李晔. 电力变压器主绝缘老化状态的介质响应无损评估方法[J]. 电力系统装备,2020(3):41-42.
[3] 基于温漂电参数的容性设备介质含水量与老化评估方法 ,发明专利申请号：2022102921231。