变压器固体绝缘水分含量方法讨论

变压器固体绝缘水分含量方法讨论
变压器运行寿命主要是由固体绝缘寿命所决定的。

变压器固体绝缘具有不可逆的老化特征。

固体绝缘老化会产生大量的水，通过固体绝缘中的水含量，能够判断出固体绝缘的老化程度。

但是传统的方法不能准确的测试出变压器固体绝缘中的水含量。

标签：变压器；固体绝缘；水含量
1.变压器中的水分来源与分布
变压器中的水分主要来自于以下的三个方面：
内部残留的水分，变压器的制造和安装过程中，油中剩余水分一般控制在10-15μL/L，纸中残留水分一般为0.2%-0.5%。

外部侵入的水分，既有在变压器的安装与维修过程中吸收的水分，也有变压器密封不严所吸收的潮气。

老化产生的水分，变压器的绝缘纸/纸板的老化过程中，其纤维分子链降解反应所产生的水分。

变压器内由于老化所产生的水分正常情况下以每年0.1-0.2%增加。

在变压器内的油-纸绝缘系统中，由于纤维对水有很强的亲和力，因此，变压器中的水绝大多数都存在于固体绝缘纸/纸板之中。

以一台220KV的变压器为例，变压器油的重量为100吨，假定60°C时的水含量为40ppm，则油中水的总量为4kg；变压器绝缘纸/纸板的重量约为13吨，假定60°C时的水含量为4%，则绝缘纸/纸板中的水的总量为520kg。

因此，变压器中的水主要是在绝缘纸/纸板中。

纸中的含水量占变压器总水含量达到99%.
2.水的危害
变压器绝缘纸/纸板中的水分将带来三个方面的影响：降低绝缘性能，介质的耐压水平将下降；加速纤维老化；在高温下，将在变压器油中产生水泡。

3.测试方法
绝缘老化诊断技术已使用许多年，例如色谱分析法（DGA）、聚合度（DP）测定、纤维纸及纸板的拉伸强度、卡尔一费希尔滴定法、糠醛测试等等。

但是，有的方法经过多年的实际证明，并不能准确的测试出变压器固体绝缘的老化程度。

比如：糠醛是由变压器内部绝缘纸在热老化中产生的物质，它存在也油中。

一台变压器的油中糠醛含量，应随运行时间的增加而增加，测量结果用
单位体积油中糠醛的毫克量表示：对大量变压器运行情况的统计分析表明，变压器运行年限与糠醛含量的对数之间表现为一线性区域。

但变压器没隔几年就会对油进行过滤。

变压器油经过过滤后，油中的糠醛就会减少，但变压器还在继续运行着，这就不能准确的放映出变压器真实老化程度了。

在欧洲糠醛测试已经不再作为判断变压器的老化的依据。

有的又特别复杂，并对绝缘有伤害，如拉伸强度试验。

它需要将变压器吊罩，并要取变压器内部的固体绝缘材料才能够进行测试。

上世纪九十年代末，介质响应的方式开始得到应用，此方式从绝缘的介质特性中推导出绝缘纸/纸板的水含量。

时域的极化电流/去极化电流方式（PDC方式）和频域频谱测试方式（FDS方式）均为常用的测试方式。

PDC方式和FDS方式都是无损诊断方法，不需要吊罩就可以测量出固体绝缘中的水分含量。

但是两种介质响应测试的测试时间是现场测试的一个制约因素，虽然通过减少测试频率范围能够缩短测试时间，但是缩短测试频率范围是不科学的，因为，相关研究表明，只有湿度特别大的固体绝缘才能在高的频率范围有所反映，固体绝缘中的水份含量只有在低频下才能真正准确测试出来，只有频率降低到0.1mHZ时才能精确的测试出变压器固体绝缘中的水分含量。

测试频率如果达不到0.1mHz时得到的测试结果是不能精确得到固体绝缘水分含量，更是无法能够让专业的用户信服的。

所以通过缩短测试频率来达到缩短测试时间的目的是不可取的。

目前，FDC方式完成从（1 kHz 降到0.1 mHz）频率范围的介损测试，需要6-11h。

PDC方式完成从（1 Hz到0.1 mHz）频率范围的介损测试，需要5.5h。

由于时域的PDC方式与频域的FDS方式的测试时间均在6个h以上，这给现场应用带来了很大的不便，限制了介质响应方式的应用。

采用单一PDC或FDS方式测试，时间较长。

那如果采用PDC和FDS结合的方式，是否可以达到既能保证测试精度、又能缩短测试时间呢？
答案是能。

时域PDC的介损曲线测试限制在低频（最高到0.1Hz），这样便可以大幅减少PDC的测试时间，而对于高于0.1Hz部分的介损曲线，则采用频域FDS方式进行测试，由于避免了<0.1Hz的低频测试，FDS的测试时间也被大幅缩减了。

对于（1kHz 降到0，1 mHz）频段的介损曲线测试，测试时间将降到3h以内。

如果再结合两个通道同时对变压器的高、中、低压进行测试，则整个变压器固体绝缘水分测试时间将是采用单一测试方式测试时间的1/4，已经达到了变电站现场测试所接受。

通过采用PDC和FDS方式结合的方式，在具体应用中，不同的绝缘特性是需要不同的测试时间的。

对于较为干燥的绝缘纸，或是在较低的温度下进行测试，则需要更低的测试频率，这就需要更长的时间接近3个小时；而对于水含量较高的绝缘纸，或是在较高的温度下进行，测试时间越短，最快的只需10多分钟就可以完成测试。

4.总结
PDC极化/去极化电流方式与FDS频域介损曲线方式是目前比较成熟的介质响应检测水含量的方式，将这两种方式结合在一起，可以明显减少测试时间，使现场检测变压器绝缘纸/纸板水含量成为可能。

同时，较短的测试时间减少了测试过程中的温度变化，使之对测试结果的影响降低到更小的程度。

参考文献
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