CN108593714B - 一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，包括：介电响应探头、介电响应测量模块和温度测量模块；所述介电响应探头安装于待测变压器中；所述介电响应测量模块包括电源、电压表和电流表；所述电源用于向介电响应探头提供交流电压；所述电压表和电流表分别用于测量介电响应探头两端的电压和流过的电流；温度测量模块用于测量介电响应探头所处位置的油温。本发明实现了对变压器内水分的不取样在线连续测量，测量过程安全便捷，测量结果准确可靠；测得的介电响应信息还可作为变压器状态评估的补充信息。
Description
技术领域
本发明涉及属于变压器监测、状态评估领域，具体涉及一种变压器内水分含量测量系统。
背景技术
电力变压器的可靠性对于电力系统的稳定运行至关重要。变压器故障的一些主要原因与其电气绝缘有关。这些故障通常会导致基础设施损坏、电力供应中断，造成巨大的经济损失。
水分是变压器油纸绝缘中最具破坏性的成分之一。其存在增加了绝缘的老化速率，改变了了介电强度并降低了局部放电起始电压。这些现象增加了出现意外故障的可能性，因此能够准确可靠地测量出变压器中的含水量，尤其是变压器油纸绝缘中纸的含水量，对于电力系统中的相关操作、维护以及预测潜在故障是非常有利的。
已有很多不同的方法来确定变压器油纸绝缘中，纸中的含水量。其中一些方法基于油纸水分平衡曲线：如果已知油的温度和含水量，则可以估算固体绝缘体的含水量。然而，IEEE标准C57.106.2006不鼓励使用这种直接的计算，因为油纸水分平衡曲线只在平衡条件下才有效，这种平衡取决于变压器的工作条件，而变压器内部的温度时刻都在变化，此外，整个变压器绕组的温度分布不均匀，纸与油之间的水迁移时间常数要比变压器内部的热循环长得多,一般认为纸张表面的水主要参与水分交换。在变压器正常运行期间，纸和油之间的水分平衡几乎永远不会达到。这种基于油纸水分平衡曲线的方法可能导致高达200％的误差。
变压器油纸绝缘中，不同位置的纸温度不同，老化程度也不同，水分的分布也不同。目前大部分油纸绝缘水分测试手段都无法获得位于内部的纸的信息，测得的水分为整体平均值，水分的分布情况无法获得。水分整体平均值较低时，有可能局部含水量已经很高，使得变压器评估的准确性受到较大影响。
综上所述，还没有一种变压器水分测量系统可以在不取样的情况下测得变压器油纸绝缘的含水量以及水分在纸中的分布情况。亟需一种新的变压器水分测量系统，可以在线测量变压器内水分含量及分布情况，提高测量过程的便捷性及测量结果的准确性。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，以解决上述技术问题。本发明可在变压器运行过程中在线测量变压器内部尤其是纸中的含水量及水分在其中的分布情况，测量结果可靠准确。
为了实现上上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，包括：介电响应探头、介电响应测量模块和温度测量模块；所述介电响应探头安装于待测变压器中；所述介电响应测量模块包括电源、电压表和电流表；所述电源用于向介电响应探头提供交流电压；所述电压表和电流表分别用于测量介电响应探头两端的电压和流过的电流；温度测量模块用于测量介电响应探头所处位置的油温。
进一步的，电源能够为介电响应探头提供不同频率下的交流电压，电压幅值50V。
进一步的，介电响应探头由油纸绝缘试样和电极构成，探头主体为油纸绝缘试样，油纸绝缘试样中绝缘纸的型号与待测变压器油纸绝缘用纸相同；介电响应探头整体为圆柱体，高压电极为圆柱体状，绝缘纸一层一层地包裹在高压电极圆柱体侧面形成油纸绝缘试样；地电极为网状结构，包裹在油纸绝缘试样外侧。
进一步的，油纸绝缘试样的几何布置与待测变压器中绕组处油纸绝缘的布置方式相同。
进一步的，介电响应探头安装在待测变压器油箱中靠近绕组处，并插入待测变压器热油流中。
进一步的，电压表、电流表分别测量介电响应探头两端的电压和流过的电流；计算得介电响应探头中油纸绝缘试样的介质损耗；电源施加不同频率的电压，计算得介电响应探头中油纸绝缘试样在不同频率下的介质损耗；最终得介电响应探头中油纸绝缘试样的频域介电谱；结合水分及其分布对频域介电谱的影响判断出介电响应探头中的油纸绝缘试样水分含量及其分布情况。
进一步的，利用介电响应探头绝缘纸中的水分含量平均值、油中温度，结合油纸水分平衡曲线，得到待测变压器的油中含水量。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1、介电响应探头安装在变压器油箱内，可实现不取样在线连续测量，测量过程安全便捷。
2、介电响应探头运行环境即为变压器内部环境，介电响应探头受到接近于变压器中油纸绝缘实际情况的的温度分布，水扩散的时间常数和所表征的样本的平衡条件将类似于变压器绕组，探头中油纸绝缘试样受到的电、热作用与变压器中油纸绝缘十分相似，探头随变压器一起投运，因此其中的绝缘纸的老化情况等各种理化特性都同变压器油纸绝缘中的绝缘纸十分相近，测量中以介电响应探头等效模拟变压器油纸绝缘中的纸，测量结果更为准确。
3、结合油纸绝缘的介电响应特性，可得出变压器中油纸绝缘中的水分分布情况，确定水分分布是否均匀。
4、测出的介电响应信息可作为变压器状态评估的补充信息。
附图说明
图1为本发明主体电路图；
图2为本发明介电响应探头示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明作以详细的描述：
请参阅图1及图2所示，本发明一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，包括：介电响应探头4、介电响应测量模块和温度测量模块。
请参阅图1所示，本例中，主体电路包括介电响应探头4和介电响应测量模块，介电响应测量模块由电源1、电压表2和电流表3构成。
电源1可为介电响应探头4提供不同频率下的交流电压，电压幅值50V。电压表2、电流表3分别测量介电响应探头4两端的电压和流过的电流。计算可得探头中油纸绝缘试样的介质损耗。电源1施加不同频率的电压，计算可得介电响应探头4中油纸绝缘试样在不同频率下的介质损耗。最终可得介电响应探头4中油纸绝缘试样的频域介电谱，即FDS（frequency domain spectroscopy）。水分含量的高低、水分在绝缘纸中分布是否均匀，都会影响频域介电谱的具体形状，结合水分及其分布对频域介电谱的影响即可判断出介电响应探头4中的油纸绝缘试样水分含量及其分布情况。
频域介电谱的一大特性是包含的信息十分丰富，电源提供较低电压的情况下所得到的频域介电谱已足够做出水分含量的判断，在较低电压下，本发明系统的运行并不影响变压器的正常工作，因此，本系统可实现对变压器内水分的不取样在线连续测量。
请参阅图2所示，本发明中，介电响应探头4由油纸绝缘试样43和电极构成，探头主体为油纸绝缘试样43，油纸绝缘试样43中绝缘纸的型号与变压器油纸绝缘用纸相同。介电响应探头4整体为圆柱体，高压电极41为一半径更小的圆柱体，绝缘纸一层一层地包裹在高压电极41圆柱体侧面形成油纸绝缘试样43，地电极42为网状结构，包裹在油纸绝缘试样43外侧，网状的地电极42避免了电极对绝缘纸与油之间水分迁移的影响。油纸绝缘试样43的几何布置类似于变压器中绕组处油纸绝缘的布置方式。介电响应探头4安装在变压器油箱中，尽可能靠近绕组，插入热油流中。
介电响应探头4运行环境即为变压器内部环境，介电响应探头4受到接近于油纸绝缘实际情况的温度分布，水扩散的时间常数和所表征的样本的平衡条件将类似于变压器绕组，介电响应探头4中油纸绝缘试样43受到的电、热作用与变压器中油纸绝缘十分相似，探头随变压器一起投运，因此其中的绝缘纸的老化情况等各项理化特性都同变压器油纸绝缘中的绝缘纸十分相近，测量中以介电响应探头4等效模拟变压器油纸绝缘中的纸，对其中含水量及其分布的评估即可作为变压器中绝缘纸水分评估。
温度测量模块实时测量介电响应探头4附近的油温，电路上独立于介电响应测量模块和介电响应探头。利用介电响应探头4绝缘纸中的水分含量平均值、油中温度，结合油纸水分平衡曲线，能够得到油中含水量。
本发明将探头中的油纸绝缘试样置于变压器油箱中，为其提供与变压器内油纸绝缘十分相近的布置方式与环境条件，在水分测量过程中等效模拟变压器中的油纸绝缘，利用油纸绝缘试样的介电响应特性得出油纸绝缘试样中绝缘纸的水分含量及水分分布是否均匀，从而得出变压器内水分含量及水分分布是否均匀，实现了对变压器内水分的不取样在线连续测量，测量过程安全便捷，测量结果准确可靠。测得的介电响应信息还可作为变压器状态评估的补充信息。
Claims (6)
1.一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，包括：介电响应探头（4）、介电响应测量模块和温度测量模块；
所述介电响应探头（4）安装于待测变压器中；
所述介电响应测量模块包括电源（1）、电压表（2）和电流表（3）；所述电源用于向介电响应探头（4）提供交流电压；所述电压表（2）和电流表（3）分别用于测量介电响应探头（4）两端的电压和流过的电流；
温度测量模块用于测量介电响应探头（4）所处位置的油温；
介电响应探头（4）由油纸绝缘试样（43）和电极构成，探头主体为油纸绝缘试样（43），油纸绝缘试样（43）中绝缘纸的型号与待测变压器油纸绝缘用纸相同；介电响应探头（4）整体为圆柱体，高压电极（41）为圆柱体状，绝缘纸一层一层地包裹在高压电极（41）圆柱体侧面形成油纸绝缘试样（43）；地电极（42）为网状结构，包裹在油纸绝缘试样（43）外侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，电源（1）能够为介电响应探头（4）提供不同频率下的交流电压，电压幅值50V。
3.根据权利要求1所述的一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，油纸绝缘试样（43）的几何布置与待测变压器中绕组处油纸绝缘的布置方式相同。
4.根据权利要求1所述的一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，介电响应探头（4）安装在待测变压器油箱中靠近绕组处，并插入待测变压器热油流中。
5.根据权利要求1所述的一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，电压表（2）、电流表（3）分别测量介电响应探头（4）两端的电压和流过的电流；计算得介电响应探头（4）中油纸绝缘试样的介质损耗；电源（1）施加不同频率的电压，计算得介电响应探头（4）中油纸绝缘试样在不同频率下的介质损耗；最终得介电响应探头（4）中油纸绝缘试样的频域介电谱；结合水分及其分布对频域介电谱的影响判断出介电响应探头（4）中的油纸绝缘试样水分含量及其分布情况。
6.根据权利要求5所述的一种基于变压器内置油纸绝缘试样介电响应特性的变压器内水分测量系统，其特征在于，利用介电响应探头（4）绝缘纸中的水分含量平均值、油中温度，结合油纸水分平衡曲线，得到待测变压器的油中含水量。
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