一种在线监测变压器套管受潮缺陷的方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种在线监测变压器套管绝缘受潮缺陷的新方法，利用套管上出现的暂态电压波u(t)和电流波i(t)，反推套管油纸绝缘介电常数εr随频率的变化特性以达到诊断套管是否受潮的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统中变压器套管在线监测领域，设及一种套管受潮缺陷测量的 新方法。
技术介绍
电容式套管是目前变压器套管中最常用的型式，在导杆和法兰之间的电容屯、子作 为内绝缘，电容屯、子中有多层金属极板，W强迫控制套管内部和表面的电场使其均匀化；金 属极板之间填充绝缘材料。电容套管的绝缘性能主要取决于电容屯、子。根据电容屯、子绝缘 材料的不同，电容式套管分为胶纸绝缘套管和油纸绝缘套管。目前liokv及W上变压器套 管通常采用电容式油纸绝缘套管。 套管绝缘状况的好坏决定了套管的运行稳定性、可靠性和经济性。套管的绝缘材 料在运行中受到电、磁、外力和环境等的综合作用，会逐渐老化，其绝缘性能会逐渐降低，严 重时甚至丧失绝缘的功能。其中绝缘受潮是一种常见的套管绝缘缺陷，其会使套管绝缘电 阻降低，容易发生闪络，造成跳闽，同时闪络也会损坏套管表面；受潮还会导致泄漏电流增 大，使套管发热并造成瓷质损坏甚至击穿。所W在线监测套管绝缘是否受潮具有重要的安 全意义和经济效益。 目前在线监测电容式变压器套管是否受潮主要通过测量工频50化下介质损耗因 数tanδ来判断。其基本的原理为：首先由电流传感器从变压器套管的末屏获取泄露电 流信号，从母线电压互感器ΡΤ电压的二次侧获取电压信号，然后利用前端处理单元对信号 整形、滤波、放大后送入A/D进行模数转换，得到数字化的电压、电流信号，然后将运两路电 压、电流信号同时送入主控单元进行傅里叶变换，经过变换后就得到了套管上电压和末屏 泄露电流的基波傅里叶系数，从而可W根据谐波分析法的相应公式求出电压、电流的基波 相位差，最后就得到了我们所求的变压器套管介质损耗因数tanδ。 但是，在变电站实际在线测量套管介质损耗因数时存在W下问题，1)Ξ相套管一 般是成一条直线排列布置的。相与相之间存在电容禪合，相间的禪合电流会对被测套管的 介质损耗因数产生影响。2)电力系统在实际运行中其电压信号的频率并不是固定的。电压 的频率是W50化为中屯、上下波动。运就意味着如果W固定频率对被测信号进行采样就会 因为栅栏效应和频谱泄漏而给测量结果带来较大的波动和误差。3)变压器套管末屏电流很 小，只有毫安级，为了将微弱的电流信号转变为电压信号就必须引入放大电路，W提高信号 的信噪比。但是引入放大环节后就可能会对信号产生延迟并由此引入角差。4)送至监测装 置预处理电路的电压信号取自变电站电压互感器的二次侧，电压互感器一、二次电压间的 角差会影响监测装置输出的介损值。W上几个问题严重制约变压器套管绝缘在线监测的稳 定性和准确性，急需一种不受或可W滤除外界影响的套管受潮监测方法。 频域介电谱法是在被测品上施加电压，通过改变交流激励电压的频率，并测量复 电容，介质损耗参数随频率的变化情况，用该参数的变化情况来评估绝缘材料或绝缘设备 的绝缘状况。测得的复电容、相对介电常数随频率变化的曲线的不同部分包含着绝缘油和 绝缘纸的不同信息，通过分析不同条件下曲线各段的变化情况，确定各段与油纸绝缘系统 状态信息的关系，就可W对变压器油纸绝缘状态进行诊断。与其他绝缘检测法相比，频域介 电谱法具有测量频带宽，抗干扰能力强，所需电源电压低，携带信息丰富等优点 目前频域介电谱法主要集中在变压器本体油纸绝缘状态的诊断上，并且频域介电 谱法只用于变压器的离线监测中，专口外加频率可调的交流电压，来检测不同频率下的相 对介电常数。 由于处于在线运行的变压器上，难W施加频率可调的交流电压，因而还未见到应 用于变压器套管油纸绝缘在线监测的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在线监测变压器套管绝缘受潮缺陷的新方法，利用套 管上出现的暂态电压波U(t)和电流波i(t)，反推套管油纸绝缘介电常数εt随频率的变化 特性W达到诊断套管是否受潮的目的（未做特别说明时，本专利技术中相对介电常数简称为介 电常数）。变压器在运行中，经常会遇到操作过电压波、雷电过电压波，当电网发生短路事故 时，变压器还会承受暂态电压波，运些电压波包含了丰富的高频分量和低频分量，可W用来 获取套管绝缘的介电谱（介电常数随外加电压频率的变化曲线）。因此，本专利技术所述的暂态 电压波U(t)是指施加在套管高压导杆和变压器外壳之间的暂态电压波，包括操作过电压 波、雷电过电压波和故障引起的暂态电压波；暂态电流波是暂态电压波所引起的流过套管 油纸绝缘的电流波。 判断套管是否受潮的分析计算步骤如下： 1)首先计算暂态电压波和电流波的傅里叶变换，获得各频率分量下暂态电压和电 流的幅值和相角： 2)其次，计算各频率下的套管绝缘导纳： Υ(ω) =I(eiuT)/U(eJuT) (3) 如再次，计算各频率下的套管绝缘的介电常数： εr(co) = ^co)/jc〇C〇 W化](4) 其中C。是套管的真空电容。 4)最后按照下列规则判断套管绝缘是否受潮： 若0,lHz、lHz、10化下的相对介电常数绝对值均大于参考值2. 6,则套管绝缘受 潮。 现有研究表明，在0.001-mz范围内，复相对介电常数实部随水分质量分数增大 而增大，而超过100化复相对介电常数实部差别很小。水为极性分子，水分含量增加将导致 油浸绝缘纸中单位体积内参与极化的分子目增多，油纸绝缘极化程度增加，故其复相对介 电常数在低频区随水分含量增加而增大。本专利技术选用0.lHz、lHz、10化作为表征油浸绝缘 纸水分含量的复相对介电常数特征频率。上述特征频率下复相对介电常数的绝对幅值选取 参考值2. 6,若复相对介电常数εt在运Ξ个频率上均大于参考值，那么可W判断油纸绝缘 受潮。 此外，暂态电压波形从套管次屏获取。套管的次屏与套管高压导杆、套管末屏之间 均存在电容，形成了电容分压。利用运种电容分压获取套管上的暂态高电压波形，克服了W 往利用电压互感器测量电压波形的缺点：电压互感器不但远离变压器，导致互感器上的暂 态电压波形与变压器套管上的暂态电压波形差异很大；而且电压互感器仅仅在50化附近 性能良好，在小于IHz的低频和高于IkHz的高频范围内的性能较差，对暂态电压波形崎变 很大。同时，套管的次屏与套管高压导杆、套管末屏之间的电容，绝缘材料及环境溫度等影 响因素一致，因此能够在各种环境条件下获得稳定的分压比，也是其优于其它暂态电压测 量方式的地方。 暂态电流波从套管末屏接地线，可W采用50串联电阻来获取电流波形，也可W采 用测量频带可达0.mz~lOOHz的罗果夫斯基线圈型电流传感器。本专利技术的优点在于：利用暂态过电压的丰富频谱，实现了套管绝缘的在线监测； 并且利用介电谱进行诊断，克服了单一使用50化下介质损耗因数tanδ来判断变压器套管 是否受潮所遇到的误差大的缺点，降低了外界环境对测量稳定性和准确性的影响且抗干扰 能力强。【附图说明】 阳0%] 图1为专利技术具体实施例的现场应用示意图；【具体实施方式】 附图1为专利技术具体实施例的现场应用示意图，1为变压器套管次屏5电压测量模 块，2为变压器套管末屏6的接地线电流测量模块，运两个模块将电压和电流信号输出到信 号采集模块3,信号采集模块3经A/D转换之后，传输至计算机4,由计算机4计算变压器套 管油纸绝缘的介电谱，进而判断套管是否受潮。7为50欧姆电阻，串联在末屏6的接地线 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在线监测变压器套管受潮缺陷的方法。其特征在于，利用套管上出现的暂态电压波u(t)和电流波i(t)，反推套管油纸绝缘相对介电常数εr随频率的变化特性以达到诊断套管是否受潮的目的。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程养春，蔡巍，王广真，龙凯华，李志刚，
申请(专利权)人：华北电力大学，国家电网公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11