某水电厂变压器绝缘介电频率响应试验及绝缘老化评估

任章鳌，李晓江，郝剑波，闫迎，晏桂林

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖北省电力公司荆门供电公司，湖北荆门448000)

某水电厂变压器绝缘介电频率响应试验及绝缘老化评估

任章鳌1，李晓江2，郝剑波1，闫迎1，晏桂林1

(1.国网湖南省电力公司电力科学研究院，湖南长沙410007；2.国网湖北省电力公司荆门供电公司，湖北荆门448000)

通过将介电频率响应技术 (DFR)应用于某水电厂的变压器的含水量诊断试验，对比该变压器的电气绝缘试验和油化试验结果，有效地验证了该变压器的绝缘性能。同时对该变压器的绝缘老化进行评估，其评估结果成功指导了电厂对该变压器的检修维护。

介电频率响应技术 (DFR)；含水量诊断；油化试验；绝缘老化评估

随着社会的发展，电网容量的扩大以及变压器智能化项目的大力推广，电力系统安全运行的要求也越来越高，一些运行的变压器存在着潜在的运行风险。而对于那些运行年代较久的变压器，由于当时生产工艺及设计上存在的缺陷以及材料品质的局限性，在网运行存在风险。变压器故障概率与变压器役龄、运行工况、维护状况相关。变压器出现故障所造成的经济损失和社会影响是巨大的。

变压器的状态及风险评估是制定变压器最佳维护方案的关键，确保其稳定性和可靠性，从而在减少变压器运行成本的基础上延长其使用寿命。目前对变压器状态和风险评估基本的诊断方式有外观检查、常规油样测试 (SOT)和油中溶解气体检查(DGA)，而较为高级的诊断方法有频谱响应分析(FRA)、有载调压开关震动诊断、绝缘频率响应(DFR)和局放分析等。

绝缘介质频率响应技术是检测油纸绝缘含水量的一种无损诊断技术，该技术是通过油纸绝缘的介电响应规律判断其含水量。油浸变压器，传统的检测绝缘件中的水份的方式有萃取法:是产品排油后，手工取出绝缘件样品，送化验室用微水仪分析，难度大。平衡曲线法:需长时间连续监测温度和油中微水，推断绝缘件的含水量，误差大。露点法:产品排油后注入氮气，测量气体的露点推算绝缘件含水量，间接法，误差较大。知道变压器油纸绝缘中的含水量就能正确指导其大修维护方案。

通过在500 kV变压器上应用绝缘介质频率响应技术，成功指导了该台变压器的检修处理过程。

1 变压器的绝缘介质频率响应试验诊断

1.1 绝缘介质频率响应试验

绝缘材料的老化 (裂解，水)将改变其绝缘特性 (PF，tanδ)。传统的检测方法是在直流或工频电压下进行。

绝缘介质频率响试验是从绝缘体的一端施加一个从1 mHz～1 kHz的扫频信号，在另一端接收其电容及介损在不同频率下的响应曲线，可获得被试品在绝缘特性方面的更多信息，包括绝缘老化后的水份对响应曲线的影响。它可以诊断出绝缘件的含水量、因老化和过热而升高的油的电导率、线圈内的污染情况以及铁芯对地的问题等。

基于经验，可以开发专门针对变压器介质频响应的频域图谱数据库，用于诊断老化绝缘的缺陷。

1.2 变压器信息

变压器基本参数见表1，最近一次检修试验数据见表2。

表1 变压器参数

表2 变压器试验数据

1.3 DFR试验诊断

1.3.1 高压绕组对铁芯及地

测试接线图如图1所示，50 Hz折算后的试验数据见表3，DFR诊断分析如图2。

图1 DFR试验高压绕组对铁芯及地接线

表3 高压绕组对铁芯及地试验数据

图2 高压绕组对铁芯及地DFR分析

变压器高压为GIS套管，测量时GIS开关侧短接高压绕组，并用绝缘导线与高压零线短接。由于开关和高压零线较远，短接的绝缘导线无法与地悬浮，在测试高压绕组对铁芯及地时，频率响应特性改变较大，无法正确反映高压绕组对铁芯及地绝缘的真实情况。

1)高压绕组与铁芯及地之间绝缘件含水率为2.02%；

2)14℃变压器油的电导率为1.26×10－14S/m；体积电阻率7.94×1013Ω·m；

3)尽管该曲线给出了绝缘件含水率较高及受到污染的可能，但结合现场测试条件及其他测试结果的综合分析，可能是受到外部短接的绝缘导线与地之间的影响，并非绕组真实的状态。

1.3.2 低压绕组对铁芯及地

测试接线图如图3所示，50 Hz折算后的试验数据见表4，DFR诊断分析如图4。

图3 DFR试验低压绕组对铁芯及地接线图

表4 低压绕组对铁芯及地试验数据

图4 低压绕组对铁芯及地DFR分析

1)低压绕组与铁芯及地之间绝缘件含水率为小于0.5%；

2)14℃变压器油的电导率为1.26×10－14S/m；

3)通过分析该曲线，未发现有线圈内部污染或铁芯异常等情况，绝缘状态良好。

DFR测试结果判断依据:IEEE Std 62－1995，见表5。

表5 绝缘低于重含水率指导原则说明

2 变压器初步绝缘老化评估与处理

2.1 变压器运行历史

1)主变运行负荷:5个月左右的高峰(100%)期，平时负荷40%左右；

2)本体油位正常，附件无明显缺陷；

3)主变最高运行温度:绕组 93℃、油顶层67℃；

4)主变定期维护，运行无缺陷。

2.2 变压器电气试验报告和油化验数据分析

根据客户提供的该台变压器电气试验数据与出厂值、交接试验值对比分析，无明显变化，未发现异常状况。根据客户提供的油色谱数据和油样检测报告，使用油色谱分析软件 (ADGA)分析，油样检测结果合格、色谱数据正常。

2.3 变压器绝缘老化评估

1)基于运行历史、平均负荷及运行温度等信息，变压器绝缘老化评估软件给出的结果为:该变压器当前绕组热点处绝缘材料聚合度值DP＝691。2)依据绝缘老化评估软件中给出的判据及电力行业标准DL/T984—2005《油浸式变压器绝缘老化判断导则》综合评判，该变压器当前绝缘老化程度为 “良好”状态。

2.4 变压器干燥处理

为了避免外界因素对该台变压器高压绕组对铁芯及地的DFR诊断影响，决定对该台变压器进行低频干燥处理 (LFH)。用低频加热和喷油操作来干燥器身，用低频电流去除线圈湿气 (特别是变压器内部线圈及绝缘件)，相对传统的干燥方法(热油循环及抽真空，热油喷淋)，减少一半的干燥时间，相对于热油循环和真空干燥提高了干燥效果，减少残留的湿气。

3 结论

通过对本次DFR测试数据的分析，该变压器的高－低压间固体绝缘介质含水量小于0.5%，为干燥的绝缘，未受污染；折算到20℃时变压器油的电导率为1.87×10－14S/m、 电阻率5.34×1013Ω·m、油介损3.06×10－6，油品正常；通过对DFR曲线分析，未发现线圈内部有污染或铁芯异常等情况；主变当前绕组热点处绝缘材料聚合度值DP＝691，绝缘老化程度为良好状态。DFR试验结果跟该变压器的电气绝缘试验和油化试验结果进行比较，验证了该变压器的绝缘性能，成功地指导其检修维护。

〔1〕廖瑞金，郝建，杨丽君，等.变压器油纸绝缘频域介电谱特性的仿真与实验研究 〔J〕.中国电机工程学报，2010，30(22):113-119.

〔2〕郝建，廖瑞金，杨丽君，等.应用频域介电谱法的变压器油纸绝缘老化状态评估 〔J〕.电网技术，2011，7(35):187-193.

〔3〕许渊，刘有为，王文焕，等.大型电力变压器油纸绝缘含水量的介质响应诊断技术 〔J〕.中国电机工程学报，2012，32(33):133-140.

Insulation Dielectric Frequency Response Test and Insulation Aging Evaluation of Transformer in a Hydropower Plant

REN Zhang′ao1， LI Xiaojiang2， HAO Jianbo1， YAN Ying1， YAN Guilin1
(1.State Grid Hunan Electric Power Corporation Research Institute， Changsha 410007， China；2.State Grid Hubei Electric Power Corporation Jingmen Power Supply Company， Jingmen 448000， China)

In this paper，the dielectric frequency response technique(DFR)is applied to the water quality diagnosis test of a transformer in a hydropower plant，and the test results are compared with the electrical insulation test and the oil test results of the transformer.It effectively verify the insulation performance of the transformer.Meanwhile，the operation status of the transformer is evaluated，and the evaluation results have successfully guided the maintenance and maintenance of the transformer.

dielectric frequency response technology(DFR)； water content diagnosis； oil test； insulation aging evaluation

TM855

B

1008-0198(2017)05-0033-03

10.3969/j.issn.1008-0198.2017.05.008

2017-03-01 改回日期:2017-04-25

任章鳌(1985)，男，工学博士，工程师，从事高压设备检修、试验和相关科研项目研究工作。