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摘要：变压器套管作为电网核心设备变压器的关键组件，在运行过程中，会受到高压、电磁、温度等运行环境的作用，其绝缘会发生劣化，绝缘性能下降，甚至会完全失去绝缘作用，导致电力变压器发生故障。套管的事故不仅会导致自身及变压器的损坏，还会导致电网电力供应的中断，给社会和国家造成巨大的经济损失。对高压变压器套管的绝缘检测与评估，对电网安全运行具有重要意义。
关键词：套管；Debye；频域介电谱法
套管绝缘状态评估作为电力设备稳定运行经济性评价体系的一项重要内容，通过其评估，可以熟知设备的经济运行状况，针对影响设备经济性的因素有的放矢地增加人财物的投入，保证了设备长期稳定运行，提高电力企业的检修经济效率。
一、国内外研究现状
目前国内外对频域介电谱法在绝缘状态监测领域刚刚起步的研究与应用。加拿大的I.Fofana、Yazid Hadjadj等學者应用研究表明，变压器绝缘油纸的频域介电谱能够反映绝缘油纸结构的含水量，以及不同温度环境对测量绝缘油纸的频域介电谱曲线影响，为频域介电谱法在变压器绝缘受潮受潮的检测奠定了理论基础；
在当今电网运行的高压套管中，在72.5kV及以上的高压套管多采用电容式油纸绝缘结构，被称为电容式油纸套管。在绝缘油纸的绝缘状态检测中，绝缘纸聚合度（DP）是绝缘纸绝缘状态的重要特征参量之一。但是对高压套管绝缘纸进行聚合度检测时，要求对套管进行拆装取样，将影响套管及电网的运行，甚至对套管造成二次损坏。如何能够更好的对高压套管进行可靠的绝缘状态检测仍然是有待解决的问题。
频域介电谱法是基于介质响应理论的绝缘检测有效手段之一。由于其抗干扰能力强、频域谱线携带信息多及无损检测等优点，频域介电谱法在绝缘油纸的绝缘状态检测评估中得到广泛的研究。研究表明，频域介电谱法在油纸绝缘结构受潮、老化、温度等方面有很好的检测与绝缘状态区分。但频域介电谱法在油纸绝缘高压套管上的研究少有报道。因此，开展介电频域谱法以及其与聚合度联合评估绝缘油纸高压套管的绝缘状态检测与评估的研究，可以为实际电力变压器高压套管的绝缘状态进行评估与检测提供一种新的有效方法。
重庆大学廖瑞金老师课题组对介电频谱法在变压器油纸绝缘的应用有所的研究，研究表明绝缘油纸的频谱曲线与其老化、受潮等老化状态都呈现一定的规律性；大连理工大学李国锋老师课题组研究频域介电谱法可以应用到橡胶电缆的绝缘状态评估。目前尚未有应用介电频谱法对电容式高压套管的油纸绝缘进行状态评估研究，对应用频域介电谱法对高压套管绝缘状态进行量化评估的研究更是鲜有报道。
二、高压套管绝缘状态评估方法研究
目前对高压套管的状态监测主要根据国家DL/T 596-1996标准《电力设备预防性试验规程》及国家电网公司的Q/GDW 1168-2014《输变电设备状态检修试验规程》规定，高压电容式套管的状态监测主要监测高压套管绝缘电阻、介质损耗因数（tanδ）与电容量（C）。在工频状态下tanδ对发现如套管均匀受潮等整体劣化较为灵敏，而不容易发现对局部缺陷。且当套管的体积增大时，其敏感度会随之下降，不容易发现其绝缘故障。同样在工频状态下，套管的电容量C能够给出套管电容芯子油纸绝缘结构变化而引起的绝缘极化过程改变的信息和严重的局部缺陷信息，但是电容量C所给信息发现缺陷的灵敏度也同绝缘损坏部分与绝缘完好部分的体积之比有关。因此提出要对特高压变压器关键组件套管的绝缘状态进行检测与评估。
套管油纸绝缘结构为复合电介质，即由绝缘油和绝缘纸两种电介质复合而成。为研究复合绝缘结构介质极化，设有两种不同的电介质的介电常数为ε、γ组成复合电介质时，在直流电压长时间作用下，两种介质层间的界面上会引起电荷电荷的缓慢积聚、即发生空间电荷极化；在交流电压下，会有松弛色散和吸收现象，亦称为马克思韦尔-瓦格夹层极化和损耗。
研究复合电介质的极化和损耗，首先设有双层串联复合电介质电容器及其等效电路图，如下图所示：
对于容性复合绝缘结构的电力设备，可以通过测量设备的电容量和介质损耗因数来表征绝缘结构的极化，及表征绝缘结构的绝缘状态。电介质在交流电场下的极化理论和油纸复合绝缘的复合电介质的极化理论进行了分析。
根据上述原理建立绝缘油纸极化的Debye等效模型，即高压套管油纸绝缘结构的介电频域相应仿真模型，研究不同老化程度的套管被试品的电容量C及介质损耗因数tanδ频域谱线与绝缘老化时间及绝缘老化状态的关系，为FDS在电容式绝缘油纸高压套管绝缘状态监测与评估提供理论参考。
经过现场实验表明，运用该评估手段，实现一类设备故障率降低35%，提高电力企业的检修经济效率40%以上。
三、结论
本研究主要通过频域介电响应理论与技术、电容式高压油纸绝缘结构老化机理的研究，提出基于频域介电谱法的高压套管绝缘状态评估方法，实现对高压套管绝缘状态快速、准确的无损评估目标，为实现坚强智能绿色电网的发展目标提供技术和方法支撑。
参考文献：
[1]杜振波，聂德鑫.基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估[J].《高压电器》，2013（11）：6-11
关键词：套管；Debye；频域介电谱法
套管绝缘状态评估作为电力设备稳定运行经济性评价体系的一项重要内容，通过其评估，可以熟知设备的经济运行状况，针对影响设备经济性的因素有的放矢地增加人财物的投入，保证了设备长期稳定运行，提高电力企业的检修经济效率。
一、国内外研究现状
目前国内外对频域介电谱法在绝缘状态监测领域刚刚起步的研究与应用。加拿大的I.Fofana、Yazid Hadjadj等學者应用研究表明，变压器绝缘油纸的频域介电谱能够反映绝缘油纸结构的含水量，以及不同温度环境对测量绝缘油纸的频域介电谱曲线影响，为频域介电谱法在变压器绝缘受潮受潮的检测奠定了理论基础；
在当今电网运行的高压套管中，在72.5kV及以上的高压套管多采用电容式油纸绝缘结构，被称为电容式油纸套管。在绝缘油纸的绝缘状态检测中，绝缘纸聚合度（DP）是绝缘纸绝缘状态的重要特征参量之一。但是对高压套管绝缘纸进行聚合度检测时，要求对套管进行拆装取样，将影响套管及电网的运行，甚至对套管造成二次损坏。如何能够更好的对高压套管进行可靠的绝缘状态检测仍然是有待解决的问题。
频域介电谱法是基于介质响应理论的绝缘检测有效手段之一。由于其抗干扰能力强、频域谱线携带信息多及无损检测等优点，频域介电谱法在绝缘油纸的绝缘状态检测评估中得到广泛的研究。研究表明，频域介电谱法在油纸绝缘结构受潮、老化、温度等方面有很好的检测与绝缘状态区分。但频域介电谱法在油纸绝缘高压套管上的研究少有报道。因此，开展介电频域谱法以及其与聚合度联合评估绝缘油纸高压套管的绝缘状态检测与评估的研究，可以为实际电力变压器高压套管的绝缘状态进行评估与检测提供一种新的有效方法。
重庆大学廖瑞金老师课题组对介电频谱法在变压器油纸绝缘的应用有所的研究，研究表明绝缘油纸的频谱曲线与其老化、受潮等老化状态都呈现一定的规律性；大连理工大学李国锋老师课题组研究频域介电谱法可以应用到橡胶电缆的绝缘状态评估。目前尚未有应用介电频谱法对电容式高压套管的油纸绝缘进行状态评估研究，对应用频域介电谱法对高压套管绝缘状态进行量化评估的研究更是鲜有报道。
二、高压套管绝缘状态评估方法研究
目前对高压套管的状态监测主要根据国家DL/T 596-1996标准《电力设备预防性试验规程》及国家电网公司的Q/GDW 1168-2014《输变电设备状态检修试验规程》规定，高压电容式套管的状态监测主要监测高压套管绝缘电阻、介质损耗因数（tanδ）与电容量（C）。在工频状态下tanδ对发现如套管均匀受潮等整体劣化较为灵敏，而不容易发现对局部缺陷。且当套管的体积增大时，其敏感度会随之下降，不容易发现其绝缘故障。同样在工频状态下，套管的电容量C能够给出套管电容芯子油纸绝缘结构变化而引起的绝缘极化过程改变的信息和严重的局部缺陷信息，但是电容量C所给信息发现缺陷的灵敏度也同绝缘损坏部分与绝缘完好部分的体积之比有关。因此提出要对特高压变压器关键组件套管的绝缘状态进行检测与评估。
套管油纸绝缘结构为复合电介质，即由绝缘油和绝缘纸两种电介质复合而成。为研究复合绝缘结构介质极化，设有两种不同的电介质的介电常数为ε、γ组成复合电介质时，在直流电压长时间作用下，两种介质层间的界面上会引起电荷电荷的缓慢积聚、即发生空间电荷极化；在交流电压下，会有松弛色散和吸收现象，亦称为马克思韦尔-瓦格夹层极化和损耗。
研究复合电介质的极化和损耗，首先设有双层串联复合电介质电容器及其等效电路图，如下图所示：
对于容性复合绝缘结构的电力设备，可以通过测量设备的电容量和介质损耗因数来表征绝缘结构的极化，及表征绝缘结构的绝缘状态。电介质在交流电场下的极化理论和油纸复合绝缘的复合电介质的极化理论进行了分析。
根据上述原理建立绝缘油纸极化的Debye等效模型，即高压套管油纸绝缘结构的介电频域相应仿真模型，研究不同老化程度的套管被试品的电容量C及介质损耗因数tanδ频域谱线与绝缘老化时间及绝缘老化状态的关系，为FDS在电容式绝缘油纸高压套管绝缘状态监测与评估提供理论参考。
经过现场实验表明，运用该评估手段，实现一类设备故障率降低35%，提高电力企业的检修经济效率40%以上。
三、结论
本研究主要通过频域介电响应理论与技术、电容式高压油纸绝缘结构老化机理的研究，提出基于频域介电谱法的高压套管绝缘状态评估方法，实现对高压套管绝缘状态快速、准确的无损评估目标，为实现坚强智能绿色电网的发展目标提供技术和方法支撑。
参考文献：
[1]杜振波，聂德鑫.基于频域介电谱分析的高压套管绝缘状态评估[J].《高压电器》，2013（11）：6-11