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1、 电力系统变压器介质损测量方法的研究 摘要：介质损耗分析是变压器故障诊断的重要方法，现有方法大多只能在工频情况下分析变压器介质损耗情况。文中提出了一种变频介质损耗分析方法，能够在全频率范围内测量变压器介质损耗，得到介质-频率曲线。为分析变压器故障提供更加可靠有效的依据。关键词：介质损耗变压器变频测量引言在电力系统中，变压器的作用是无法替代的，而为了有效排查变压器的故障，通常采用介损测量方法。而目前，测量介质损耗时应用比较广泛的方法受限于50Hz单一频率1，得到的介损曲线误差较大，因而影响故障位置的确定。还有一种测量介损的方法为过零比较法2，该方法操作简单，运行成本较低，但是容易受其他因素影响，
2、如工频干扰，计算得到的介损角分辨率较低，计算误差同样较大。而文献3提出一种变频测量思路，在工频附近任意选取两个频率点来测量介损值，然后在用两次测量的结果进行拟合，得到工频介损值，降低了工频干扰，但是该方法并不能准确反映出此样本在全频率段的介损值。本文提出的变频介损测量的方法，能够在0.001-1000Hz频率范围内测量样品介损值，得到样品的介损-频率曲线，通过对该曲线进行分析，从而对样品中老化及污染等情况进行判断。1影响变压器介质损耗的主要因素及测试方法1.1主要影响因素（1）湿度造成化学纤维素快速降解的主要原因之一就是水分的存在，而化学纤维素的降解产物为CO和CO2，因此，CO和CO2的多少
3、与纤维素材料中含水量是成正比的。当湿度恒定不变时，含水量越高，降解产生的CO和CO2越多，反之，则越少。影响设备绝缘性能的最主要的因素就是存在于变压器内部绝缘油中的微量水分。由于微量水分的存在，严重危害了绝缘介质的化学性能及电气性能，会降低绝缘油的火花放电电压，从而使介损因数升高，使绝缘油的性能恶化，使用寿命大大缩短。（2）绝缘油保护方式的影响变压器内部绝缘油中存在空气，绝缘材料会与空气中的氧发生化学反应，而绝缘油的保护方式决定了混进氧气的多少。此外，绝缘油中也存在着CO和CO2，不同的保护方式决定了CO和CO2在油中不同的溶解速度。1.2变压器介质损耗测试方法（1）色谱分析方法由于变压器在工
4、作时会产生局部放电以及局部过热，就会导致变压器内的绝缘材料出现破裂的现象。在绝缘材料破裂的过程中，材料的油和固体会分解成低分子化合物，而这些化合物都是能溶于油的气态分子。绝缘材料分解出的气体会均匀的扩散到变压器油箱中，根据这一特点，当变压器在工作时产生局部放电以及局部过热时就可以利用色谱分析技术来检测变压器设备故障。（2）局部放电检测方法局部放电检测法就是通过监测设备的放电量，由于试验电压对设备的作用会使不同介质的放电量的大小不同。通过测定分析设备的放电量的结果，就可以判断变压器绝缘材料的性能。通过使用局部放电法，可以监测到变压器绝缘介质中的杂质等可以影响到变压器运行的潜在故障。介质损耗分析法
5、就是局部放电检测方法的一种有效方法。可以通过测定tg来反映局部放电能量大小，当介质有损坏的时候tg会变大，从而判断出绝缘介质是否有损坏的情况。（3）频响法和短路阻抗检测方法变压器在无异常状态运行时，其各个绕组的频率响应也是正常的，此时可以绘制出该变压器绕组的正常频率特性曲线。当变压器绕组发生变形时，将此时的绕组频率特性曲线与正常时的对比，就可以找出变压器绕组变形故障。2测量原理测量变压器的介损时，是把电容的上下极板分别用变压器的高压线圈和低压线圈来代替，作为等效电容，测量该电容的容抗和阻抗，从而求出介损角。本文将从该等效电容的串联模型和并联模型出发，分别就测量原理进行分析。串联模型并联模型图1
6、介损角计算的两种模型图2电容介损角测量方法两种模型的计算公式如下，其中：RC为电容内阻值；CX电容值；。串接模型阻抗：；并联模型阻抗：；Z的阻抗角就是所求的介损角，介损值等于Z的实部除以虚部。串联模型的介损值：；并联模型的介损值：。理想模型忽略了许多因素的影响，而在进行实际测量时，往往要复杂很多。将样本电阻串联在测量回路中，会改变原有的介损角，需要通过以下计算，来消除采样电阻对计算结果的影响。假设采样电阻的阻值分别为R1与R2，且R2R1，测试得到的介损值分别为tg1与tg2，根据并联模型，串联阻值为R1时：同理可以知道串联阻值为R2时：当频率与电压相同时，RC与CX为定值，所以tg1与tg2
7、中的R与C数值相同。从上述的公式推导可知，当采取两个不同的样本电阻时，得到两个介损值，样本电阻造成的误差可通过公式计算来消除。3数据处理方法当进行实际测量的时候，被测样本与取样电阻为串联连接，此时，通过被测样本与取样电阻的电流相同，因此，阻抗比值等于两端电压的比值。用AD采样芯片分别对Ua和Ub进行波形数据的采集，采样精度与采样点数成正比，而采样精度越高，介损测量结果越准确。一般情况下，要求每周波至少采样1000点，AD分辨率达16位。收集采样数据后，为了提高计算精度，采用傅里叶分析方法进行计算。假设电压Ua采样序列为x(n)，可以用x(n)分析出各频率成分的幅值和相角。其中，X(0)为直流成
8、分，X(1)为基波成分，X(2)为二次谐波成分，以此类推。通过傅里叶变换得到实部和虚部后，虚部除以实部就是阻抗角的tan值。在提取频率成分时，采样不同步将会导致频谱泄露现象，而当用AD采样芯片进行时间采样时，样本与基波信号不可能完全同步。因此，在实际处理时，为降低频谱泄露影响，采用加窗傅里叶变换。加窗傅里叶公式如下：加窗之后，由于采样不同步造成的误差被进一步减小，同时可以过滤掉相当一部分采样干扰，数据的可靠性大大提升。4测量验证与数据对比4.1测量方法（一）合理摆放介损仪，并将接地端可靠接地，按照对应的试验方法进行接线，并分别测量以下数据：（1）分别确定高、中、低压绕组以及套管的tg；（2）确
9、定电容套管的tg电容量；（3）当电容型套管末屏绝缘电阻小于1000M时，应确定末屏对地tg（二）为确保测量数据的可靠性，用正接法测量电容套管的tg、电容量以及主变套管的介质损耗，用反接法测量绕组以及套管的tg。（三）确保接线正确，同时保证高压引线长度合适，布局合理，并有足够的绝缘距离；（四）启动介损仪，选择正确的试验电压，开始测量，读数并记录；（五）停止试验，并断开介损仪的电源开关。（注意将被测样品短路并接地，进行彻底放电，确保人身及设备安全。4.2介损测量时常见问题（1）介损仪不能进行升压操作。出现这种现象，需要下端接地是否打开，若打开，则检查中间变压器的尾部是否接地。（2）轻载或者过载。介
10、损仪出现轻载或过载时，需要检查并测试高压侧连接线是否被击穿，芯线与屏蔽之间的是否发生短路现象。4.3预防措施只有排除各种无法忽略因素的干扰，才能准确确定变压器介质损耗值。（1）实验时，变压器周围环境温度是不断变化的，为了便于数据对比，通常将不同温度下获得的介损值统一换算为20摄氏度时的数值。建议选择空气湿度小于80%且气温高于5摄氏度时进行试验。（2）在进行介损值测试时，得到的数据通常会收到外磁场的干扰，因此在试验时，不仅要远离较大的干扰源（如母线、旋转电机、电抗器等），还要调整好电桥的位置。（3）当被测样品表面发生泄漏时，同样会影响测量数据的可靠性。因此，在测试前，应将被测样本表面处理干净，
11、若条件许可，可以使用电吹风将表面吹干或者将被测样品放置在阳光下晒干后再进行测量。4.4数据对比为验证本文方法的有效性，将用本文模型进行计算得到的结果与测量得到的实验结果进行对比，结果如下表：从对比结果可以得知，本文的计算模型能够准确测定被测样品在不同频率下的电容值和介损值，计算误差最大为0.07%，同时，随着频率的不断降低，介损值平稳增加，负荷被测样品的性质。5结语传统的定频测量介损的方法受限于工频干扰问题，而本文提出的变频测量方法能够从一定程度上改良此问题，该计算模型能够在全频率范围内对介损进行分析，并获取频率-介损曲线，能够有效分析变压器故障。参考文献:1王楠,陈志业,律方成.电容型设备绝
12、缘在线监测与诊断技术综述J.电网技术,2013(8):72-76.2蔡国雄,甄为红,杨晓洪,等.测量介质损耗的数字化过零点电压比较法J.电网技术,2012(7):15-18.3文康珍,黎文安,程念陵.介质损耗变频测量装置的研制J.测控技术,2002(10):17-18.4严玉婷,文习山,陈巧勇,等.双极性过零比较法在线监测绝缘介质损耗角J.高电压技术,2004(2):34-365刘敏,王克英.基于加窗双峰谱线插值的高精度FFT谐波分析J.电测与仪表.2006(3):20-23.6Algorithmsofdielectriclossfactorforconditionmonitoringofhigh-voltagepowerequipmentwithharmonicsemphasisJ.Generation,TransmissionandDistribution,2005,152(3):309-312 -全文完-
