油纸绝缘电力设备绝缘纸中含水量估算方法、频域介电谱测试案例

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附录 F
（资料性附录）
油纸设备频域介电谱测试案例
F.1 500kV 油纸电容式变压器套管频域介电谱（FDS）法测试案例
收集中国南方地区 2015~2019 年 500kV 油纸电容式变压器套管部分介电谱分析案例，对不同套管
故障类型和频域介电谱特征进行说明。表 F.1 为异常套管基本情况及油色谱试验数据：
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附录 E
（资料性附录）
设备绝缘纸中含水量估算方法
E.1 油-纸绝缘介质损耗因数随频率的关系曲线 电容型油纸绝缘设备油-纸绝缘系统的介质损耗因数 tanδ 与频率 f 之间呈典型的“S”形曲线，如
图 E.1 所示。水分影响低频区域和高频区域。曲线的中间，斜率比较陡的部分体现了油的传导性。绝 缘材料的几何形状确定了斜率较陡的左侧“突起”。
(E.2)
测量绝缘纸（板）含水量常采用曲线比对的方法，具体流程如图 E.3 所示，主要包括四个步骤：
（1）制备不同含水量的绝缘纸（板），测量各绝缘纸（板）不同温度下的复介电常数，建立不同
含水量绝缘纸（板）在各温度时的复介电常数数据库。
（2）测量待测试设备的 tanδ-f 曲线，记录测量时的温度 T，并根据绝缘纸（板）与油道的尺寸估 算体积分数 X 和 Y；
电抗器、电磁式电压互感器、电流互感器、电容式套管绝缘结构的等效模型与变压器的相似，只
需要根据绝缘结构调整 X、Y 即可获得。
测量的tanδ-f曲线
数据库
温度T
变压器油 电导率
变压器油 复介电常数
油浸纸板 复介电常数
XY等效模型 复介电常数
比较
计算的tanδ-f曲线
固体绝缘含水量
图 E.3 设备绝缘纸含水量估算流程
- 水分 + - 水分 +
1
பைடு நூலகம்
介 质
损 0.1
耗 因 数
0.01
- 油导电率 + - 温度 +
0.001
0.001
0.01
1
100
1000
频率/Hz
图 E.1 介质损耗因数与频率的关系曲线
E.2 设备绝缘纸含水量估算方法
电容型油纸绝缘设备内部绝缘由不同比例的绝缘油和绝缘纸（板）组成。以变压器为例，其内部 油-纸绝缘结构由隔板、垫块、撑条、压板、匝间绝缘、层间绝缘、线段间绝缘、变压器油等构成。图 E.2 所示为双绕组变压器主绝缘结构，可简化成只有一个油隙、一个隔板和一个撑条所组成的 XY 等 效模型。
#1~#6 号套管的频域介电谱测试结果如下图所示。
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图 F.1 #1~#6 套管频域介电谱测试结果 （1）#1 套管为新生产套管，未投入运行；#2 套管未开展解体检查。 （2）#3 套管返厂试验和解体情况： 对套管施加交流电压，从套管末屏获取局放信号，背景局放为 2pC。试验电压从 10kV 开始逐渐 缓慢升压，试验电压升高至 238.5kV 时，套管出现明显局放信号，局放量大于 400pC，套管局放起始 电压为 238.5kV。试验电压继续上升至 476kV，局放量未见明显增长，每周期内出现局放信号的范围 增大。试验电压从 476kV 逐渐缓慢下降至 170kV 时，局放信号消失，套管局放熄灭电压为 170kV。 开展高压介损试验，试验电压从 10kV 升高到 333kV（1.05Um/√3）再下降，试验结果数据如下表：
（3）从数据库中依次提取 T 温度下不同含水量绝缘纸（板）的复介电常数，并将油的电导率和 绝缘纸（板）的复介电常数带入式(E.2)、(E.1)，计算得到油-纸绝缘的 tanδ-f 介质响应曲线；
（4）将计算得到的曲线序列与设备实测曲线进行对比，确定相似度最高的计算曲线，该计算曲线 对应的绝缘纸（板）的含水量即为待测试设备绝缘纸的含水量。步骤（3）中油的电导率可测量或估算 获得，如估算获得，需根据对比结果修正后再次进行计算对比。
1675/1300
2500 无
1675/1175
2500 油色谱中乙炔含量 1.3μL/L，油
微水：11μL/L；解体无异常。
1675/1300 1675/1300 1675/1300 1675/1300
2500 2500 2500 2500
油色谱氢气、总烃含量异常， tanδ：0.59%；解体发现内层绝 缘纸有大量蜡状物。 油色谱氢气、总烃含量异常， tanδ：0.57%；解体发现内层绝 缘纸有黑点和少量蜡状物。 油色谱氢气、总烃含量异常， tanδ：0.58%；解体发现内层绝 缘纸有大量蜡状物。 油色谱乙炔严重超标，油中含 水量 23μL/L；套管顶部密封不 良，解体发现绝缘纸存在受潮 和放电痕迹。
油色谱数据（μL/L）
无 H2：15.7，CH4：9.4，C2H2： 1.3，C2H4：1.4，C2H6：1.5， CO：321，CO2：335 H2：13785.7，CH4：3041.1， C2H2：2.10，C2H4：1.9，C2H6： 527.0，CO：38.1，CO2：176.1 H2 ： 11798 ， CH4 ： 2081.0 ， C2H2：3.4，C2H4：3.3，C2H6： 442.7，CO：91.3，CO2：330.4 H2：13045.2，CH4：490.0， C2H2：3.4，C2H4：3.9，C2H6： 847.1，CO：105.6，CO2：358.1 H2：104.8，CH4：247.1，C2H2： 725.8，C2H4：759.5，C2H6： 302.7，CO：122.2，CO2：8249.6
(,T )
Y
1 X
撑条
X
隔板
1Y
1-X
油
X
撑条
=Y
纸板
+
1Y
1-X
油
X
纸板
(E.1)
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变压器油的复介电常数 ε*油计算公式如(E.2)所示。式中，σ(T)为温度 T 时变压器油的电导率，ε0 为 真空的绝对介电常数。
油(,T
)=2.2
i
(T ) 0
表 F.1 #1~#6 套管基本情况及油色谱试验数据
套管 编号 #1 #2
#3
#4
#5
#6
运行 年限 0年 10 年
1年
5年
4年
7年
安装位置
新出厂 某换流变 网侧
某站用变 500kV 侧
某换流变 网侧
某主变 500kV 侧
某主变 500kV 侧
绝缘水平（kV） 额定电 异常现象
（BIL/SIL） 流（A）
高压绕组
Y
隔板
低压绕组
撑条
撑条
油隙
隔板
X
（a）双绕组变压器主绝缘结构
（b）等效模型
图 E.2 双绕组变压器主绝缘结构及其等效模型 X—油道中所有隔板所占的比例，即所有隔板厚度总和除以油道的总宽度；Y—所有撑条宽度总和除以
油道的周长。
XY 等效模型的复介电常数 ε*计算式如(E.1)所示。式中，T 为模型的温度，ε*撑条、ε*隔板、ε*油分别表 示撑条、隔板和变压器油的复介电常数，其中，ε*撑条、ε*隔板近似等于绝缘纸（板）的复介电常数 ε*纸板。