DLT 1980—2019 变压器绝缘纸(板)平均含水量测定 法频域介电谱法

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2024年5月11日发(作者：)

DL / T 1980 — 2019

变压器绝缘纸（板）平均含水量测定法 频域介电谱法

1 范围

本标准规定了用频域介电谱法测定油浸变压器、电抗器和套管等设备绝缘纸（板）平均含水量的方

法概要、所用仪器及材料、测量方法等。

本标准适用于油浸变压器、电抗器和套管等设备绝缘纸（板）平均含水量的测定，包括取样获得的

绝缘纸（板）、新纸（板）样品检测和不取样现场设备整体检测。

2 规范性引用文件

下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。

凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。

GB/T 1410 固体绝缘材料体积电阻率和表面电阻率试验方法

DL/T 449 油浸纤维质绝缘材料含水量测定法

DL/T 474.3 现场绝缘试验实施导则 介质损耗因数tanδ试验

DL/T 596 电力设备预防性试验规程

IEC 60814 绝缘液-油浸纸和纸板的水分含量测定法（卡尔费休法） Insulating liquids -

Oil-impregnated paper and pressboard - Determination of water by automatic coulometric Karl Fischer

titration

3 方法概述

对油浸变压器、电抗器和套管等设备的绝缘纸（板）、新纸（板）样品和现场设备进行频域介电谱

测量，将测量曲线与标准曲线数据库对比，得到被测样品或设备内绝缘纸（板）的平均含水量。

4 术语和定义

下列术语和定义适应于本标准。

4.1 介电响应 dielectric response

电介质在外施电压下电气性能参数随时间和频率变化的响应特性，分别称为时域介电响应和频域介

电响应。

4.2 频域介电谱 frequency domain dielectric spectroscopy

电介质的介电系数和介质损耗因数等介电参数随频率变化的响应曲线。

4.3 XY模型 XY model

按油浸变压器和电抗器中油隙、撑条及纸板之间尺寸关系的等比例简化模型，X表示绝缘系统中所

有纸板厚度之和与所有撑条厚度之和的比值，Y表示绝缘系统中所有撑条宽度之和与所有纸板宽度之和

的比值。

5 仪器及材料

1

DL / T 1980 — 2019

5.1 频域介电谱测试仪

包含低压宽频信号源、高压宽频放大器和微电流检测模块等。在仪器运行稳定后，应达到以下指标：

a) 频率测量范围0.1mHz~5kHz；

b) 介损测量范围0~10；

c) 电容量测量范围10pF~100μF；

d) 电流测量最大值及分辨率20mA/10pA；

e) 支持变压器绝缘纸（板）含水量评估功能。

5.2 测量电极

测量电极（在实验室测量使用）为三电极结构，包括高压电极、被保护电极和保护电极，电极如图

1所示，典型尺寸如表1所示。测量电极应保持洁净、干燥，保存在干燥器中。

高压电极

d

1

d

2

d

3

保护电极

被保护电极

d

3

d

2

d

1

图1 测量电极示意图

表1 测量电极典型尺寸

序号

1

2

3

5.2 试验条件

宜在环境温度不低于-5℃、空气相对湿度不大于

80%的条件下进行。

5.3 试剂

石油醚：分析纯，沸程60℃~90℃。

2

d

1

（mm）

25

50

76

d

2

（mm）

38

60

88

d

3

（mm）

50

80

100

DL / T 1980 — 2019

无水乙醇：分析纯。

6 测量方法

6.1 取样检测

6.1.1 样品准备

对于从油浸设备中采取的纸（板）样品（含油）和新纸（板）样品，可用预先干燥过的锐利金属工

具（剃须刀片或剪刀）割取，样品尺寸应大于高压电极的外径，然后将样品放入清洁的有自封功能的塑

料密封袋中，排出空气后密封，装入密封瓶中保存。样品采集后应尽快测试，建议存放时间不超过7天。

6.1.2 测量步骤

6.1.2.1 从干燥器中取出测量电极，用镊子将被测样品放入测量电极中，使样品与高压电极、被保护电

极和保护电极充分接触，确保无气隙，然后将测量电极置于金属屏蔽盒中。样品应完全覆盖保护电极，

且不与屏蔽盒内壁接触。

6.1.2.2 将三电极中的被保护电极与测试仪测量端相连，高压电极与测试仪高压端相连，保护电极与屏

蔽盒及测试仪屏蔽端相连，测试连接线均采用同轴屏蔽线。

6.1.2.3 记录环境温度，开启测试仪，稳定运行5min后开始测量，得到被测样品的频域介电谱曲线，依

据仪器所配带的标准曲线数据库计算得到被测样品的含水量。

6.1.2.4 测试完成后，关闭测试仪器电源，并将测量电极用石油醚清洗干净，烘干后置于干燥器中保存。

6.2 不取样现场设备整体检测

6.2.1 试验准备

试验前，拆除与被测设备套管端部相连的所有引线，清除设备周围的杂物，并将设备充分放电，必

要时对设备外绝缘表面进行清洁或干燥处理。

6.2.2 测量步骤

6.2.2.1 对被测设备进行接线。双绕组、三绕组和自耦变压器、电抗器以及套管的接线方法依照规范性

附录A。

6.2.2.2 开启测试仪，稳定运行5min后，测量得到被测设备的频域介电谱曲线，同时记录被测设备的顶

层油温数据。

6.2.2.3 当频域介电谱曲线出现负值或明显波动时，应检查排除接线是否连接可靠、接地是否良好、套

管表面是否脏污受潮等干扰因素后，重新测量。

6.2.2.4 将被测设备的频域介电谱曲线换算到标准温度（25℃），依据被测设备绝缘结构的X、Y参数，

拟合得到被测设备绝缘纸（板）的含水量。

6.2.2.5 测试完成后，关闭测试仪器，将被测设备充分放电后拆除所有测试接线。

7 精密度

本标准两次测定结果之差应不大于平均值的10%。

8 报告

对于油浸变压器、电抗器和套管等设备的绝缘纸（板）样品取两次测试结果的平均值，对于变压器、

电抗器和套管等设备取单次测试结果。

3

DL / T 1980 — 2019

附录A

（规范性附录）

变压器、电抗器及套管的测量接线方法

A.1 单相双绕组变压器

对于单相双绕组变压器高、低压绕组间绝缘的介电响应试验，高压绕组及中性点短接连接至介电响

应测试仪的高压端，低压绕组短接并连接至介电响应测试仪的测量端，屏蔽线接变压器外壳。试验接线

分别如图A.1所示。

介电响应测试仪

高压端

A

A

N

ax

V

A

测量端

C

HL

变压器

图A.1 单相双绕组变压器试验接线图（虚线为屏蔽线）

C

HL

—高压绕组与低压绕组间绝缘的等值电容；a、x—低压绕组端子；A、A

N

—高压绕组及中性点端子。

A.2 单相三绕组变压器

对于单相三绕组变压器高、中、低压绕组间绝缘的介电响应试验，中压绕组及中性点短接连接至介

电响应测试仪的高压端，低压绕组短接并连接至介电响应测试仪的测量端1，高压绕组及中性点短接并

连接至介电响应测试仪的测量端2，屏蔽线接变压器外壳。试验接线分别如图A.2所示。

介电响应测试仪

高压端

a

A

m

x

A

m0

A

A

N

V

A

A

测量端1

测量端2

C

LM

C

HM

三绕组

变压器

图A.2 单相三绕组变压器试验接线图（虚线为屏蔽线）

C

HT

—高压绕组与中压绕组间绝缘的等值电容；C

LT

—低压绕组与中压绕组间绝缘的等值电容；a、x—

低

压绕组端子；

A

m

、A

m0

—中压绕组端子；A、A

N

—高压绕组及中性点端子。

4

DL / T 1980 — 2019

A.3 单相自耦变压器

对于自耦变压器绝缘的介电响应试验，高压绕组、低压绕组及中性点短接连接至介电响应测试仪的

测量端，变压器外壳连接至介电响应测试仪的高压端，屏蔽线悬空。试验接线分别如图A.3所示。

A

介电响应测试仪

高压端

a

x

X

V

测量端

A

自耦变

压器

C

HL

图A.3 自耦变压器试验接线图（虚线为屏蔽线）

A.4 三相变压器

对于三相双绕组变压器、三相三绕组变压器、三相自耦变压器，需将A、B、C三相各相中绕组短

接在一起。

A.5 电抗器

对于油浸电抗器的介电响应测试接线如图A.4所示。共地端（高压端）连接至外壳，绕组短接并连

接至测量端，测量线的屏蔽线悬空。

介电响应测试仪

共地端

A

A

N

V

A

测量端

反接法

电

抗

器

C

L

图A.4 电抗器试验接线图（虚线为同轴屏蔽线）

A、A

N

—绕组端子；C

L

—绕组对地绝缘的等值电容

A.6 套管

对于油浸套管的介电响应测试接线如图A.5所示。

高压端连接至套管导电杆，末屏引线连接至测量

端，测量线的屏蔽线接地。

5

DL / T 1980 — 2019

6

介电响应测试仪

高压端

A

套

套

管

管

V

末

屏

A

测量端

反接法

图A.5 套管试验接线图（虚线为同轴屏蔽线）

DL / T 1980 — 2019

附录B

（资料性附录）

不同含水量的油浸绝缘纸（板）的频域介电谱数据库

温度25℃下含水量0.5%-6%绝缘纸（板）的频域介电谱标准曲线如图B.1、B.2及B.3所示。其中

图中含水量的标定由称重法和卡尔费休水分测定法所得。

图B.1 不同含水量绝缘纸（板）的

ε

′-f 曲线

图B.2 不同含水量绝缘纸（板）的

ε

″-f 曲线

7

DL / T 1980 — 2019

8

图B.3 不同含水量绝缘纸（板）的tanδ-f 曲线

DL / T 1980 — 2019

附录C

（资料性附录）

XY模型评估变压器、电抗器和套管等设备内绝缘纸（板）含水量方法

对变压器、电抗器绝缘进行简化等效，以对其含水量进行评估。变压器、电抗器的绝缘通常由同轴

柱筒状纸板围屏与轴向支撑间隔组成，可将其等比例简化等效为XY模型，如图C.1所示。其中，X表

Y表示绝缘系统中所有撑条的宽度之和示绝缘系统中所有纸板的厚度之和与所有撑条厚度之和的比值；

与所有纸板宽度之和的比值；对于套管，不考虑撑条。

高压绕组

纸板

Y

铁心

撑条

油隙

低压绕组

撑条

纸板

油隙

1-X

X

1-Y

图C.1 油浸变压器和电抗器绝缘结构示意图与XY模型

设绝缘油、纸板和撑条的复介电常数分别为ε

oil

、ε

paper

和ε

spacer

，三者都是频率ω和温度T的函数，

如式(C.1)所示：

*

ε

=

(

ω

,T)

ε

′

(

ω

,T)

−

j

ε

′′

(

ω

,T)

(C.1)

则对XY模型如式(C.2)：

ε

*

(

ω

,

T

)

=

1

−

X

*

ε

spacer

Y

+

X

+

ε

*

paper

1

−

Y

1

−

XX

+

**

(C.2)

ε

oil

ε

paper

由于绝缘油是弱极性分子，在电场下的极化损耗很小，其复介电常数的实部通常取为2.2，其虚部

由电导率主导，如式(C.3)所示：

σ

oil

*

(C.3)

2.2

−

j

ε

=

oil

ε

0

ω

式中：

σ

oil

——油电导率，S/m；

ε

0

——真空介电常数，8.854187817×10

-12

F/ m。

对被测设备绝缘纸（板）平均含水量采用XY模型评估方法，具体流程如图C.2所示，主要包括两

个步骤：

（1）根据设备的结构估算出纸板、撑条以及油隙之间比例得到X、Y参数。将设备绝缘的频域介

电响应结果利用Arrhenius模型转换到参考温度，即式(C.4)：

E

11

α

T

=

ln(

f

)

−

ln(

f

0

)

=

a

(

−

)

(C.4)

k

T

0

T

式中：

9

DL / T 1980 — 2019

E

a

—— 油浸纸（板）的活化能，通常为0.9eV~1.4eV；

k —— 玻尔兹曼常数，1.3806505×10

-23

J/K；

f —— 曲线平移前对应点所在的频率值，Hz；

f

0

—— 曲线平移至参考温度下对应点所在的频率值，Hz；

T—— 曲线实测温度，K；

T

0

—— 参考温度，K。

（2）通过数值拟合或实测得到油的电导率，将结构参数X、Y以及不同含水量纸板的复介电常数

代入式(C.2)，通过最小二乘法拟合得到与实测曲线误差最小的曲线。从而确定被测设备绝缘纸（板）

的平均含水量。

C*(f)的测量结果

不同含水量的

ε

*( f )的数据库

温度T

校正

*

2.2

−

j

ε

=

oil

σ

oil

ε

0

ω

温度T时纸板的 *( f )的

ε

特性曲线

=

ε

*

(

ω

,

T

)

1

−

X

*

ε

spacer

Y

+

X

+

ε

*

paper

1

−

Y

X

1

−

X

+

**

ε

oil

ε

paper

频域介电谱

实测曲线

比较

频域介电谱

建模曲线

图C.2 XY模型评估被测设备绝缘纸（板）含水量的流程图

绝缘纸(板)含水量

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附录D

（资料性附录）

绝缘纸（板）含水量测试报告

测试对象信息

编号

设备名称/样品厂家

设备制造时间

运行地点（省份）

测量仪器信息

测量仪器

试验电压（峰峰值）

测试结果

环境温度

样品温度

油电导率

℃

℃

S/m

相对湿度

顶层油温

X-Y参数

%

℃

软件版本

频率范围

测试时间（年/月/日）

设备电压等级

设备运行年限

冷却方式

介质损耗因数及复介电系数结果

频率（Hz）

0.0001

0.000215

0.000464

0.001

0.00215

0.00464

0.01

0.0215

0.0464

0.1

0.215

0.464

1

2.15

4.64

10

20

40

70

110

215

464

1000

2150

11

介质损耗因数 复介电系数实部 复介电系数虚部

DL / T 1980 — 2019

4640

5000

绝缘纸（板）中含水量 %

试验人员:

12

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附录E

（资料性附录）

油浸变压器和电抗器绝缘的含水量判据

油浸变压器和电抗器绝缘纸（板）含水量的判断参见表D.1。

表D.1 绝缘纸（板）含水量注意值

测试项目 电压等级 注意值

500kV 1%

绝缘纸（板）含水量

330kV 2%

220kV 3%

110kV 3%

13

本文标签： 设备测量变压器绕组电极