摘 要：本文为寻求一种有效评估互感器整体含水量的无损诊断方法并获取相应特征量，对4支不同绝缘状态的电流互感器进行频率响应试验，试验电压为200V，电压频率为1 mHz～1 kHz。试验结果表明：含水量高的电流互感 器频谱曲线整体呈现凸函数特性，且随着含水量增加，幅值大幅抬升但曲线形状基本不变；含水量较低的电流互感器频谱曲线整体呈现凸函数特性，且随着含水量增加，幅值增加较小；频率小于1Hz时，复电容实部随频率的降低而增大且含水量越高增幅越大；频率大于1Hz时，复电容实部基本不随含水量和频率变化；复电容虚部随电场频率降低而大幅增加，随含水量增加而变大。

    0 引言
    在长期的运行中，受潮和老化会使互感器内部油纸绝缘含水量增加，从而降低绝缘强度、加速绝缘老化因此正确诊断油纸绝缘的含水量对有效评XX油纸绝缘的绝缘状态和老化程度具有重要意义。绝缘电阻、局放、介质损耗等传统电气诊断方法对互感器油纸绝缘状态的反映是有限的；油中溶解气体、聚合度、糠醛等传统化学诊断方法又需取油样纸样进行测试，在现场工作中存在一定局限性。为了更加有效地评估互感器内绝缘状态，获取油纸绝缘系统包含的丰富信息，有必要寻找一种新的现场诊断方法。
    电介质在外加电场的作用下会产生电导和极化现象，油纸绝缘在受潮、老化等因素作用下产生的微水、细小杂质颗粒等都会影响其内部的电导和极化过程。基于此原理的介质响应法作为检测油纸绝缘含水量的无损诊断方法越来越受到广大学者的重视。介质响应法主要包括频率响应法（FDS）、恢复电压法（RVM）和极化去极化电流法（PDC），其中频率响应法有滤噪性能强、携带信息丰富、试验电压低和终端设备灵活的优点，具有广阔的应用前景。国外很多学者对介质响应法都有研究，P. K. Poovam-ma等研究了不同含水量、老化程度、温度等因素对FDS的影响；EKanayake等用介质响应法对105台变压器进行试验，发现频率谱和其它化学分析方法有较好的一致性。国内对FDS的研究起步较晚，在现场对油纸绝缘设备进行介质响应试验研究较少。本文使用进口IDAX-300型绝缘诊断分析仪对某变电站内4支不同绝缘程度的110kV油纸绝缘电流互感器进行介质频率响应试验，通过响应频谱曲线诊断出4支电流互感器的整体含水量，对现场实际工作具有一定参考价值。

    1 测量原理
    1.1复介电常数与复电容
    介电常数是介质内部粒子微观介电行为的宏观反映，介质内部若发生劣化，则其内部粒子的介电行为必然发生变化。在真空环境下，平行平板式电极电容器有：
    D=ε0E（1）
式中，D为平均电位移强度矢量，C/m2 ; E为平均电场强度矢量，V/m2 ; ε0为真空介电常数，取8. 854×10-12 F/m。此时D与E方向相同。
    当平行平板式电极电容器间放人介电常数为。r的介质时，有：
    D=ε0εrE（2）
    如果放入的介质在外加电场的作用下内部只存在电导损耗，那么D与E方向仍相同。而油纸绝缘系统在电场作用下不仅存在电导损耗还存在各种复杂的极化损耗（如夹层极化），这时D与E不再同向，而是滞后E一个角度δ。在E* =E me的交变电场作用下，有：

    式中，D*、E*分别为D与E的复数矢量；ε为复介电常数的模；ε＇为εr*的实部，即通常的介电常数。εr; ε＂为εr*的虚部，亦称为损耗因素。
    交变电场下，电容器的复电容可表示为：
    因此，复电容和复介电常数能充分反映介质内部的绝缘信息，包括有功损耗、无功损耗等。通过研究不同电压频率下绝缘介质的复电容和介质损耗角正切值的变化规律并提取相应特征量，可正确评估绝缘介质的绝缘状态。
   1.2试验方法
    油浸式电流互感器具有油一纸一屏的复合绝缘结构。在绝缘受潮早期，电容屏间会存在一定的导电杂质，主要包括外部浸人或内部产生的微水以及绝缘材料老化过程中材料分子链断裂而形成的导电微粒，这些绝缘层间的导电杂质在电场的作用下发生夹层极化和偶极子松弛极化。随着激励电场频率的不同，层间各种极化进程也就不一致，最终反映为复电容和介质损耗角正切值的变化。由于单一工频频率的激励电场只能得到绝缘介质的部分信息，对无法在一个工频周期内完成的夹层极化等缓慢极化过程不能灵敏反应，然而缓慢极化过程往往对绝缘介质受潮和老化现象反应灵敏，因此研究在不同频率的激励电场下绝缘介质的复电容和介质损耗角正切值的变化规律能获得更丰富的绝缘信息。
    试验接线如图1所示，在电流互感器一次侧施加交流电压，从二次末屏尾端取电流信号，在电流互感器瓷套中下部放置屏蔽环降低干扰，仪器内部通过扫频方式连续输出0. 001～1000Hz的幅值恒定的200V交流电压。通过采集电压、电流信号的幅值和相位，进一步计算出各种频率下的复电容、介损等信息，从而得到频谱曲线，然后将所得的频谱曲线经温度换算后，再与数据库中的频谱曲线进行拟合比较，得到被试电流互感器的绝缘状态。

[1] [2] [3]  下一页