（广东电网有限责任公司东莞供电局广东东莞523000）
摘要：套管作为电力变压器的关键组成部分，起着支撑、载流和绝缘的作用，其运行状态是否良好关系到整个电网的安全运行。目前，对套管绝缘的试验内容主要是10kV工频介损及绝缘电阻测量，且介损的测试是在单一频率下检测，对套管受潮和老化缺陷反映不够灵敏且不能反映设备的全面状态。频域谱（FDS）方法是一种能够对设备介损进行宽频检测的无损方法，对水分检测较为灵敏。本文采用DIRANA介电响应分析仪对某变电站500kVGOE套管进行检测，试验结果表明，FDS具有良好的实用性，可作为现场设备状态分析的一个有效手段。
关键词：套管；介损；介电响应；水分检测；频域谱（FDS）
引言
变压器套管作为电力变压器的关键组成部分，一旦发生故障就会导致变压器的停运，影响供电的可靠性。水分是影响油纸电容式套管绝缘性能的重要因素之一，不仅会加速绝缘纸的老化，造成不可逆转的绝缘损伤[1]，同时水分会增加油纸绝缘套管的介质损耗，使得套管温度升高，引起套管热老化，此外，油纸绝缘间隙中水分受热会转化为气泡，导致局部放电的发生，从而使得套管发生电晕腐蚀或者贯穿性击穿[2-3]。
FDS方法[4-5]是一种能够对设备介损进行宽频检测的无损方法，利用介质在交流电压下的极化特性，通过施加正弦电压，测量流过试品的电流与相位，从而得到相对介电常数、介质损耗角正切值、复电容（率）等与频率有关的参数的变化情况并通过与库中标准曲线对比获得设备含水量等信息。相比于传统介损测试能获得更多设备信息。
1、电介质频域响应原理
介质损耗是指电介质在交流或直流电场作用下由电能转换成热能的那部分能量，介质损耗根据形成机理可分为电导损耗、游离损耗、极化损耗。
在直流电压下，由于介质中没有周期性的极化过程，因此当外施电压低于发生局部放电的电压时，介质中的能量损耗仅由电导引起。在交变电压下，除了电导损耗外，还有由于周期性的极化而引起的能量损耗。即当交变电场E改变其大小和方向时，电介质极化的大小和方向随着改变。电介质为极性分子组成或含有弱束缚离子，转动速度滞后于电场变化速率，使一部分电能损耗用于克服介质的内粘滞阻力上，这部分损耗就是电介质弛豫损耗[6]。
2、电容型套管的介质响应模型
电容型套管由电容芯子、瓷套、连接套筒及其他固定附件构成[8-9]。其内绝缘为一圆柱型电容芯子，外绝缘主要为陶瓷外壳，起到电气绝缘和机械支撑作用。其内绝缘系统等效模型如图2所示。X=绝缘纸总厚度/（绝缘纸总厚度+油隙总厚度）。根据油纸绝缘系统的X模型，建立起R-C分布的介电响应模型，该模型由串联和并联的电阻和电容组成，代表了绝缘中的极化损耗和导电损耗。对于任何一个特定的绝缘系统，其介电响应都是一个独特的特性。其中，为油纸绝缘组合物理等效电阻、为油纸绝缘组合物理等效电容。
2019年5月测得#4主变500kV套管FDS响应曲线如下图4，油纸绝缘系统中99%的水分集中在绝缘纸中[6]，因此绝缘纸板的介质损耗的变化主要反映了绝缘纸中的水含量，根据油、纸和水的极化特性，测得的曲线含义解释如下：
（1）频率范围为10mHz至1Hz的区域：绝缘纸的转向极化未能建立，介质损耗主要由电导损耗引起，反映油及水的电导率及导电性的老化副产物的产生情况。由于与油的电导率成正相关，随着油纸的老化，导电的老化副产物的产生将增大油和纸的电导损耗，使得曲线上移。对于同一油电导率，其与频率呈负相关，因此随着频率增加曲线呈下降趋势。
（2）在高于1Hz的区域：曲线出现拐点，这是由于随着频率的增高，转向极化开始出现，并随着频率的增加而增大。该区域也反映纸板的含水特性及老化情况，但相对低频段不敏感。
从图中可以看出，三相套管的FDS曲线基本重合，绝缘性能一致。在50Hz处介损值约为0.4%，绝缘性能良好。
4、结束语
本文针对电容型套管等油纸绝缘系统的水分含量检测，介绍了FDS检测方法，该方法相对传统的介损测试对设备信息采集更加全面，对水分检测更为灵敏。
对相隔半年的某500kV变电站#4主变变高套管进行了两次FDS检测，两次试验结果表明#4主变变高套管介损、电容量及水分含量均满足现场运行要求。此外，为验证DIRANA仪器的可靠性，将FDS检测结果与传统介损仪检测结果进行比较，结果表明：相同测试环境下，两种仪器在工频处测得的介损及电容量数据具有良好一致性。FDS检测作为一种无损测试方法，可为油纸绝缘设备提供更丰富的信息。
参考文献：
[1]王昌长，李福祺，高胜友电力设备的在线监测与故障诊断[M].清华大学出版社，2006.
[2]GaoJ，YangL，WangY，etal.Conditiondiagnosisoftransformeroil-paperinsulationusingdielectricresponsefingerprintcharacteristics[J].IEEETransactionsonDielectrics&ElectricalInsulation，2016，23（2）：1207-1218.
[3]DuttaS，BaralA，PradhanAK，etal.Effectofmeasurementtemperatureonpowertransformerinsulationdiagnosisusingfrequency-domainspectroscopy[J].IetScienceMeasurement&Technology，2017，11（6）：773-779.
[4]袁泉，变压器油纸绝缘老化的频域介质响应试验及仿真研究［D］，重庆，重庆大学，2010
[5]王世强，魏建林杨，双锁等，油纸绝缘加速热老化的频域介电谱特性[J]，中国电机工程学报，2010，Vol.30，No.34
[6]邓宏，近代电介质理论[讲义]，电子科技大学，2007
[7]金维芳电介质物理学，机械工业出版社，1997
[8]张强，基于介电响应法的高压套管绝缘状态研究［D］，重庆，大连理工大学，2015
[9]周悦，高压油纸套管的频率响应测量与分析[J]，高电压技术，2006，11，Vol.32，No.11
[10]肖文章，高压绝缘诊断的介电响应技术［D］，哈尔滨：哈尔滨工业大学，2011
作者简介：
张雅洁（1991—），工学硕士，研究方向为电工绝缘技术。
戴喜良（1989—），工学硕士，研究方向为电能质量治理、高电压试验技术。
刘珂（1978-），工学学士，研究方向为高电压试验技术。