变压器绝缘材料残余含水量测量研究.pdf

第 4 5卷 第 3期 2 0 0 8年 3月 变 压 7 V o 1 4 5 NO 3 Ma r c h 2 o o 8 变压器绝缘材料残余含水量测量研究 郭振岩 大连理工大学 辽宁 大连 1 1 6 0 2 4 摘要 分析了绝缘材料中残余含水量对变压器的影响 提出了一种变压器器身干燥处理过程中绝缘材料残余含水 量 的 在 线测 量方 法 关键词 变压 器 绝缘材 料 含 水量 中图分类号 T M4 0 6 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 1 8 4 2 5 2 0 0 8 0 3 0 0 5 2 0 4 Re s e ar c h o n Re s i d u a l W a t e r Co n t e n t Me a s u r e me n t o f Tr a n s f o r me r l n s u l a t ion Ma t e r i a l GU O Zh e n y a n Da l i a n Un i v e r s it y o f Te c h n o l o g y Da l i a n 1 1 6 0 2 4 Ch i n a A b s t r a c t Th e i n f l u e n c e o f r e s i du a l wa t e r c o n t e n t i n i n s u l a t i o n ma t e r i a l t o t r a n s f o r me r i s a n a l y z e d Th e o n l i n e me a s u r e me n t me t h o d f or r e s idu a l wa t e r c o n t e n t i n i n s u l a t i o n ma t e r i a l du r i n g d r y i n g p r o c e s s o f t r a n s f o r me r a c t i v e p a r t i s pr e s e n t e d K e y wo r d s T r a n s f o r me r I n s u l a t i o n ma t e r i a l Wa t e r c on t e n t 1绝缘材料残余含水量对变压器的影响 由变压器 的结构 可 知 变压器 的器身 除 J 铁心 和导线外 大部分足绝缘材料 例如 绕组的匝绝缘 撑 条 垫块 端 绝缘 纸 板 筒 角环 和 引线 支 架等 基 本上 是 由纤维 质 的绝 缘 材料构 成 一这些 纤维 质 的绝 缘 材料 通常 含 有 6 8 的 水分 在 器 身 装配 过 程 中 绝 缘材料 还会 进一 步受潮或 浸混 绝 缘 材料 的含 水量严重影响介质的电气强度 变压器的可靠性和 使用寿命 因此 国家标准对不同电压等级和容量的 变压 器 中绝 缘材 料的含 水节做 了 明确规定 纤维 绝 缘 材料 的含水率一 般 为 6 8 干燥结 束后 要达 到 的标准平均含水牢为 0 5 0 1 一 变压器绝缘材料处理足变压器生产过程中重要 的环 节 之一 绝 缘 材料 的处 理水 平 直接 影 响到 油一 纸绝缘 的可靠性和使用寿命 尤其是随着趟高压大 型变 压器 的相继 出现 埘绝缘 材料 的 电气绝缘性 能 及机 械性能 的要求 口趋 格 一 台设 计 良好 制造 艺 完 善的变 压器 如果 绝缘材料 T燥处 理 不好 将 接影响变压器运行的安伞性和可靠性 图 1为 5 ra m 层 纸板 的闪络 j 水 的 父系曲线 陶 2为 6 0 5 0 4 0 毒 3 0 2 0 l O 0 一 一 2 0 L 一 一 5 0 7 0 9 0 l 2 4 5 6 7 含水量 图 1 闪络电压与含水量 的关系曲线 Fi g 1 Cur ve s of flas ho ve r v ot ag e a nd wa t e r c o nt e nt 5 ra m 层 压纸板 的介 质损 失 角与 含水 量 的关 系 曲线 笔 者通过 l和图 2中的 曲线 分 析 了绝缘 材料 的 含 水量对 介 质电气 性能 的影 响 存在于绝缘件中的残余水分 在变压器运行过 程 中 埘绝 缘件产 生 降解作用 降解 出来 的水分加 剧 维普资讯 第 3 期 郭振岩 变压器绝缘材料残余含水量测量研究 2 略 0 I 7 f 0 2 5 0 1 0 0 5 0 01 含水量 图 2介质损失角与含水量 的关 系曲线 F i g 2 Cu r v e o f d i s s i p a t i o n f a c t o r a n d wa t e r c o n t e n t 了绝缘材料的老化 使绝缘材料 的机械性 能和 电气 性能下降 因此 从根本上减少 由于绝缘材料 中存 在水分而带来的老化现象是急需解决的问题 变压 器 干燥不 良或在运行 中吸潮 进水 会给变压 器寿 命 带来 较严 重 的后果 2绝缘材料残余含水量测量的现状 直接精确测量绝缘材料 中残余含 水量 的方法 首推卡尔费休法 这是一种经典的微水测量方法 使用得当可 以获得较高的精度 但是 对于变压器 生产工艺过程来说 并不是理想的测量方法 因为 它要先从绝缘材料上取少量样品 经 甲醇萃取后才 可以测定 变压器在干燥 处理 的过程 中 被置于密 封 的 真 空 罐 中 显 然 无 法 取 样 一 般 只在 处 理 完 毕 时进行一次取样测量 这种测量方法对变压器 的实 际生 产过 程意 义不 大 基于介 电常数测量原理 的含水量测试仪器 由 于稳定性和准确度等 因素 未能应用到变压器的实 际生产 中 由于缺少方便实用的测试仪器 变压器生产厂 很少直接对变压器上的绝缘件进 行残余含水量 的 测量 而是采取其他间接方法对干燥处理终点进行 判 断 对变压器生产厂来讲 比较有实际意义的就是 对干燥处理过程 中的绝缘材料的含水量进行实 时 监测 这对产品质量 的控制 和干燥处理周期 的优化 都有很多的好处 因此 笔者对变压器 干燥处理绝 缘含水量的在线 监测进行 了研究 3变压器干燥处理绝缘含水量在线监测装置 的研究 3 1 基本 原理 干燥处理真空罐内残余气体的水分压 反应 了 器身周围空间未饱和气体中所含水蒸气 的多少 在 一 定温度下 当罐内空间气体接近平衡状态时 如果 能求得绝缘材料残余含水量和水蒸气分压值之间的 确定关系 便可以通过测量出的水蒸气分压给出绝 缘材料的残余含水量 3 2 真 空罐 内水蒸 气分 压 的测量 对于试验研究的应用可采用类似于麦氏真空计 的玻璃仪器来测量水蒸气分压 如图 3所示 将被测 气体导入成真空状态的真空计器 并用水银将其封 闭 提高水银瓶的高度 使被封闭的气体进一步受 压 直至相对湿度达到 1 0 0 玻璃计器 内剩下纯空 气为止 继续提高汞瓶 的高度 根据玻璃计器内汞面 的位置和气体引入管内汞面的位置 便可以计算 出 纯空气的压力 P l 被测气体的原始压力 P 0 也是压缩 比和汞 面高 度差 的 函数 这 样 即可测 出 水蒸气分压 P 0 一 P l 汞 瓶 体 软 通 连 维普资讯 第4 5卷 D MT 2 4 2具 有较 好的 长期稳 定性 和精度 而 且 程 宽 响 应 速 度 快 D M T 2 4 2采 用 该 公 司 的 D R Y C A P 高分子薄膜传感器并配以 自动校准软 件 其传感器比较适合干燥环境下的湿度测量 该 传感器具有抗冷凝 抗灰尘影响和抗油污等优点 露点是指在一定的气体压力下 当温度一直 下降到气体饱和状态 水蒸气丌始凝结的一瞬间 的温 度 结露 温度 与环境 气氛的水 蒸气 分压有关 经研 究发现 其关系 是一一 对应 关系 即 每一 个结 露温度 露点 温度 对 应环境 气 氛的一 个水 蒸气 分 压值 由此可见 露点温度是度量气体中水蒸气分 压的一种单位制 采用专用计算软件得到的露点 温度 与水蒸 气分压 的对应关 系如 表 1 所 示 先由露点仪测 出当前气体的露点温度 再 换算出水蒸气分压值 实际应用时 露点的分度要提 高 到 0 I C 以提 高水 蒸 气 分压 值 测繁 结 果 的精 确 度 3 3 绝缘材料残余含水量与水蒸气分压的关系 水蒸气 分 压的测量 并不是最 终 的 目的 关 键在 于如何通过水蒸气分压值来获得绝缘材料的残余含 水 将残余 含水 定义为R M值 通过大请的 研究试 验 总结 出如下公式 R 1 2 2 6 P P 式 中 一水 蒸气分 压 P 1 卜真 空罐 内气体温 度 表 2为 R M 值的计算值与实测值 的刘 比结果一 由表 2可 以看 出 算 结 果与实测 值 比较 接近 表 2 RM 值 的 计 算 值 与 实测 值 的对 比 Tab l e 2 Co m p a ri s on be t we e n c a l c ul at e d a nd me a s ur e d va l u e s o f RM 测链值 罐 内气体 R M 计算值 R M 实测值 产 品 型 号 P a 温度P C OS F P Z一 3 6 o 0 O O 5 0 0 7 3 8 6 1 O 5 O 5 3 O 5 7 DF PS 一 2 5 O 0 H0 0 5 o 0 8 1 3 3 1 O 5 O 5 5 O 5 6 1 F PS 一 2 4 O O 0 o 5 O 0 6 6 6 6 1 O 5 O 5 2 O 6 8 S F P3 1 2 OO 0 o 2 2 0 4 2 6 6 1 O 5 0 4 5 0 4 0 S F I 4一l 2 O O 0 o 22 0 51 9 9 1 O 5 O 4 8 0 4 4 S F P一 6 3 O 0 0 2 2 0 4 2 6 6 l O 5 0 4 5 0 4 0 S F P S 一1 8 肼 0 2 2 0 1 8 6 6 5 1 0 5 O 7 O O 8 l S F PS l 2 OO 0 o 2 2 O 7 3 33 l O 5 O 5 3 0 5 7 S FP S F 3 一l 2 o 0 0 0 2 2 O l 2 5 3 2 l O 5 O 6 2 O 7 O 可 以满 足实 际生 产的需要 3 4变 压器 干 燥处 理绝 缘 含 水量 在 线监 测 装置 的 实现 计算机技术的飞速发展和成本的降低 给工业 应用提供了便利的条件 用计算机技术实现绝缘含 水量 测试 比较方便 并可 以实现 全 自动测量 无需 人 工的操作 其JT作流程如图 4所示 露点仪用于变压 器干燥处理水分压的测量 已经集成到某厂的气相 干燥设备上 并已经运行一年多 运行状况 良好 露 点仪安装位置示意图如图 5所示 实物安装照片如 图 6所 示 3 5存在的问题及解决办法 1 变压器干燥设备的前级泵一般采用含泵油 表 1 露 点温 度 与 水 蒸气 分 压 的 对 应 关 系 Ta bl e 1 Re l a t i on be t we e n de w po i nt t e mpe r a t ur e a nd vo l t ag e d i v i s i on o f wa t e r v a ur 露点温度 水分r l l 露点温度 o 水分压 P 嚣点温度 水分J P a 露点 温度 水分雁 P a 露点温度PC 水分压 P a 0 6 0 9 7 4 一l 6 l 5 1 3l 一 3 2 3 0 7 5 4 8 5 0 2 6 4 O 6 2 一 l 5 61 3l l 7 l 3 6 9l 一 3 3 2 7 6 5 4 9 4 4 4 6 5 0 5 4 2 5l 6 4 6 一l 8 l 2 4 6 2 3 4 2 4 8 4 5 0 3 9 3 6 6 0 4 7 3 4 7 4 9l l 9 I l 3 3 4 3 5 2 2 3 0 5l 3 4 7 6 7 O 4l 4 4 3 6 4 2 2 0 1 0 3 0l 3 6 2 0 o o 5 2 3 O 6 6 8 O 3 5 5 4 0 0 7 9 2 1 9 3 5 5 3 7 l 7 9 2 5 3 2 7 0 6 9 O 3 O 6 3 6 7 8 4 2 2 8 4 8 9 3 8 l 6 0 4 5 4 2 3 8 7 0 O 2 6 7 3 3 7 38 2 3 7 6 9 7 3 9 l 4 3 4 5 5 2 O 9 7l O 2 2 8 3 0 9 2 3 2 4 6 9 7 4 4 0 1 2 81 5 6 1 8 4 7 2 O 1 9 9 28 3 2 5 2 5 6 3 l 4 4l l 4 4 5 7 1 61 7 3 O 1 7 1 O 2 5 9 2 7 2 6 5 7 1 l 4 2 l 0 2 O 5 8 1 41 7 4 0 1 4 一 l l 2 3 7 1 7 2 7 51 6 2 4 3 9 O 9 5 9 1 2 3 7 5 O 1 2 1 2 2l 6 8 O 2 8 4 6 6 2 4 4 8 O 9 6 0 1 O 8 7 6 O 1 O l 3 l 9 8 04 2 9 4 2 O 6 4 5 7 1 9 6l 0 9 4 7 7 0 0 8 9 r 1 4 1 8 O 7 8 3 0 3 7 9 2 4 6 6 3 8 6 2 O 8 2 78 0 0 7 6 一 l 5 l 6 4 9 0 3l 3 4 1 6 4 7 5 6 6 6 3 O 7 2 7 9 O O 6 4 维普资讯 第 3期 郭振岩 变压器绝缘材料残余含水量测量研究 图 4绝缘 含水量测试工作流程图 Fi g 4 Fl o w d i ag r am of wa t e r c o nt e nt of i ns ul a t i o n 的旋片泵或滑阀泵 如果泵油严重污染 含较多的水 分 那么泵温升高后将会导致水分向真空系统中反 流 严 重影 响 测量 值 一 台状 态 良好 的真 空 泵 可 以 轻松将露点降到 6 0 而一台泵油受污染 的真空泵 要把露点降到 3 0 c I 都比较困难 解决办法是加强真 空泵的维护管理 使真空泵保持 良好的工况 另外 可以在泵入 口增加冷凝器来避免水分的反流 2 处理变压器返 修品时 器身带有大量 的变 压器油 这些油一部分在高温下挥发 而另一部分 在真空管道中凝结后会滴到露点探头的过滤罩上 妨碍了传感器感知气体的湿度 解决办法是可以在 露点探头上加个防护盖 防止油滴落到露点仪探头 的过滤 网上 4结束语 I 口 H I 真 空 罐 图 5露点仪安装位置示意图 Fi g 5 I ns t al l at i on d i ag r a m o f de w poi nt m e t e r 图 6露 点 仪 实 物 安 装 照 片 Fi g 6 I ns tal l a t i o n p h o t o g r a p h o f d e w p o i n t me t e r 变 压器 生产 厂迫