基于頻域介電譜分析的高壓套管絕緣狀態(tài)評(píng)估

摘 要：現(xiàn)階段，關(guān)于高壓套管的事故層出不窮，在處理高壓套管存在的相關(guān)問題時(shí)，由于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)比較低，致使診斷結(jié)果存在較低的準(zhǔn)確性，在評(píng)估高壓套管的受潮狀態(tài)和絕緣老化問題時(shí)，急需采用新型無損檢測(cè)方法，進(jìn)而提高高壓套管運(yùn)行的安全性和可靠性。文章在頻域介電譜分析原理的基礎(chǔ)上，對(duì)高壓套管絕緣狀態(tài)的評(píng)估給予探討。

關(guān)鍵詞：頻域介電譜；高壓套管；絕緣狀態(tài)；絕緣檢測(cè)

前言

目前套管事故頻發(fā)、且事故的后果極為嚴(yán)重，因此對(duì)高壓套管絕緣狀態(tài)的評(píng)估顯得尤為重要。針對(duì)目前油紙絕緣高壓套管檢測(cè)技術(shù)缺乏的現(xiàn)狀和迫切的技術(shù)需求，文章主要對(duì)電容式變壓器套管進(jìn)行了頻譜特性介損測(cè)試。測(cè)試的目的是為了實(shí)踐套管絕緣狀態(tài)診斷的介質(zhì)響應(yīng)理論模型的應(yīng)用，在套管絕緣狀態(tài)檢測(cè)中加強(qiáng)分析頻域介電譜法和頻率響應(yīng)分析法應(yīng)用，可以保證所提供的試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可行性和有效性。

1 頻域介電譜的分析原理

在復(fù)合電介質(zhì)中，油紙絕緣是比較典型的，油紙絕緣一旦出現(xiàn)老化問題，將會(huì)對(duì)絕緣紙和絕緣油的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，進(jìn)而對(duì)油紙絕緣的極性和導(dǎo)電性產(chǎn)生影響，改變油紙絕緣的介電特性。在頻域內(nèi)，表征電介質(zhì)材料的介電特性，可以利用復(fù)相對(duì)介電常數(shù)和復(fù)電容來實(shí)現(xiàn)，在介電特性的表征中，復(fù)電容C（ω）是一項(xiàng)極為關(guān)鍵的參數(shù)，計(jì)算公式為：

C（？棕）=C′（？棕）-iC″（？棕）

其中，C′（？棕）表示復(fù)電容C（ω）的實(shí)部，C″（？棕）表示復(fù)電容C（ω）的需部，其介質(zhì)損耗因數(shù)可以表示為：

tan？啄（？棕）=■

通過此公式可以對(duì)在不同頻率下設(shè)備的介質(zhì)損耗因數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。在油紙絕緣高壓套管中，套管的介質(zhì)響應(yīng)函數(shù)對(duì)介質(zhì)響應(yīng)具有決定性作用，老化產(chǎn)物和水分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)對(duì)該函數(shù)產(chǎn)生極大地影響。在試驗(yàn)中，如果各個(gè)介質(zhì)的響應(yīng)函數(shù)和幾何尺寸都是已知的，就可以對(duì)組合絕緣系統(tǒng)的電介質(zhì)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算。在不同介質(zhì)下，液體絕緣和固體絕緣的極化特性可以通過介損頻率曲線來體現(xiàn)。影響介質(zhì)響應(yīng)曲線的因素有很多，比如設(shè)備紙絕緣的含水量、溫度、絕緣結(jié)合結(jié)構(gòu)及油電導(dǎo)率等。

在頻域介電譜下，通過對(duì)油紙絕緣的初步研究，可以獲得油紙絕緣狀態(tài)和介損頻率之間的初步關(guān)系，如圖1所示。由圖可知，曲線的整體方向會(huì)隨著溫度的升高不斷移向高頻方向，反之，則移向低頻方向；在油電導(dǎo)率的頻段內(nèi)，隨者油電導(dǎo)率的升高，曲線不斷移向高頻方向，反之，移向低頻方向。如果絕緣老化現(xiàn)象加重和絕緣含水量不斷增加，高、低頻段會(huì)同時(shí)向上移動(dòng)，反之，曲線下移；此外，曲線的形狀也會(huì)受到絕緣幾何結(jié)構(gòu)改變的影響。頻段的劃分，應(yīng)該以特定油紙的絕緣模型為依據(jù)，此種劃分并不具有嚴(yán)格性，在FDS測(cè)試的基礎(chǔ)上，對(duì)介損頻率曲線進(jìn)行獲得和對(duì)高壓設(shè)備的絕緣狀態(tài)進(jìn)行診斷，還缺乏有效的依據(jù)。

圖1 油紙絕緣狀態(tài)和介損頻率曲線之間的關(guān)系

2 套管絕緣裝太的評(píng)估試驗(yàn)

在本次試驗(yàn)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)主要來源于江門供電局的套管運(yùn)行和套管制造中的頻率介電譜試驗(yàn)。

2.1 油紙絕緣高壓套管的FDS試驗(yàn)

本次試驗(yàn)中，采用的試驗(yàn)儀器為IDAX300，進(jìn)行測(cè)試的套管來自于變壓器，在FDS進(jìn)行測(cè)試時(shí)，變壓器中的所有線圈應(yīng)該處于短路狀態(tài)，盡可能降低線圈電感帶來的影響，對(duì)于不與套管相連的線圈應(yīng)該做短接和接地處理。在試驗(yàn)過程中，儀器的輸出信號(hào)端應(yīng)該與套管的高壓端相連，儀器的輸入信號(hào)端連接套管末屏端子，同時(shí)儀器和套管法蘭應(yīng)該做好相應(yīng)的接地處理。在此連接方式的基礎(chǔ)上，檢測(cè)套管主電容的絕緣狀況如圖2所示，測(cè)試套管的狀態(tài)如表1所示。

表1 被試套管的狀態(tài)

圖2 四只套管的FDS測(cè)試結(jié)果

表2 四只套管的測(cè)試數(shù)據(jù)

2.2 試驗(yàn)結(jié)果的相關(guān)分析

根據(jù)套管制造廠和相關(guān)試驗(yàn)規(guī)程的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以了解到新套管紙絕緣的含水量一般不超過0.5%；如果套管的狀態(tài)良好，紙絕緣的含水量一般低于1%；如果套管處于受潮狀態(tài)，其含水量的范圍為1.3-2.0%；如果套管處于嚴(yán)重受潮狀態(tài)，其含水量將會(huì)超過2.0%。

從表2可以看出，四只套管的工頻介損量tanδ值均低于0.5%，與現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)相比，四只套管的tanδ值均處于正常范圍內(nèi)。但是，測(cè)試評(píng)估結(jié)果顯示，1號(hào)套管的紙絕緣含水量已經(jīng)達(dá)到2.3%，由此可見，該套管狀態(tài)并不是嚴(yán)重受潮導(dǎo)致的，如果繼續(xù)處于正常工作狀態(tài)，可能存在較大的安全隱患。所選的2號(hào)和3號(hào)套管都是檢驗(yàn)合格的新套管，經(jīng)過評(píng)估后，含水量均低于1%。3號(hào)套管的電壓等級(jí)為1100kV，與2號(hào)套管相比，其工藝控制標(biāo)準(zhǔn)和絕緣參數(shù)均更加嚴(yán)格，符合FDS測(cè)試曲線。在整個(gè)測(cè)量頻段（0.01-1000Hz）內(nèi)，3號(hào)套管的介質(zhì)損耗值均比較低，即使在低頻段下，介質(zhì)損耗值也不會(huì)呈現(xiàn)明顯的增加趨勢(shì)，只是對(duì)水分具有較高的敏感性，通過FDS測(cè)試曲線分析，與2號(hào)套管相比，3號(hào)套管的內(nèi)部絕緣狀態(tài)更好。從圖2可以看出，經(jīng)過對(duì)低頻段介損頻率進(jìn)行驗(yàn)證，套管內(nèi)部對(duì)水分具有較高的敏感性。在50Hz下，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)套管的介損值均比較低，但是在0.01Hz下，2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)套管之間的介損值存在較大差異。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，套管FDS試驗(yàn)研究，可以得到如下結(jié)論：（1）與傳統(tǒng)工頻介質(zhì)損耗的測(cè)量相比，頻域介電譜試驗(yàn)在放映套管絕緣介質(zhì)受潮狀態(tài)和介質(zhì)老化方面，具有更高的靈敏性和全面性，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)為現(xiàn)場(chǎng)易于實(shí)施、非破壞性等；（2）在頻段0.01-1000Hz下，經(jīng)過FDS試驗(yàn)，可以對(duì)不同套管FDS測(cè)量參考曲線進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)套管絕緣的受潮狀態(tài)和老化狀態(tài)進(jìn)行定性分析；（3）在10kV下，雖然套管的介質(zhì)損耗值超過了5%，對(duì)于沒有達(dá)到注意值的套管，可以使用頻域介電譜試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行輔助診斷。總之，在FDS評(píng)估下，可以作為套管絕緣狀態(tài)和含水量的主要依據(jù)，經(jīng)過完善和修正后，為今后的研究和應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

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