固体绝缘材料含（绝缘纸板）水率在线监测 CNR221-076

项目背景

本文针对电力生产中的实际痛点，研发了固体绝缘材料含（绝缘纸板）水率在线监测，有效提升了作业效率与安全水平。电力变压器内部绝缘系统由绝缘油和固体绝缘材料（如绝缘纸板、绝缘纸）构成。固体绝缘材料在长期运行中会因受潮而降解，其含水量是评估绝缘老化程度和剩余寿命的关键指标。传统检测需停机取样，周期长且无法实时反映运行状态，难以满足设备状态检修的需求。

水分侵入绝缘纸后，会加速纤维素热解和水解反应，导致机械强度下降，同时降低绝缘电阻和击穿电压，严重时引发局部放电甚至绝缘击穿事故。因此，在线监测固体绝缘材料含水量，对预防变压器故障、延长设备寿命具有重要意义。

本项目基于近红外光谱吸收原理，开发一套适用于试验现场的固体绝缘材料（含绝缘纸板）含水率在线监测装置，旨在实现快速、无损、高精度的水分测量，为设备状态评估提供实时数据支撑。

存在问题

• 取样破坏性：传统测量需从变压器内取出绝缘纸样，破坏绝缘结构，且取样后无法原位复原。
• 离线滞后性：实验室干燥称重法耗时长，测量结果滞后于设备实际状态，无法及时预警受潮风险。
• 环境干扰大：现场温湿度变化影响测量精度，传统方法难以在复杂工况下保持稳定。
• 操作复杂：部分化学滴定法需专业人员和试剂，流程繁琐，不适合现场快速筛查。
• 数据连续性差：离线测量只能获取离散点数据，无法反映水分动态变化趋势，难以支撑状态评估。

创新目标

研制一套基于红外吸收原理的固体绝缘材料含水率在线监测装置，实现测量范围1%~25%，测量精度2σ≤±0.15%，漂移不超过0.15%，并具备现场快速部署、非破坏性测量和实时数据输出的能力。

技术方案

装置利用近红外光谱区特定波长的红外辐射能量被水分子选择性吸收的特性，而中心波长（参考波长）几乎不被吸收。测量时，红外光源发出的光束穿过薄绝缘纸样品，探测器接收透射光强，通过分析特征波长与参考波长的吸收差异，结合比尔-朗伯定律计算含水率。

操作流程：将待测绝缘纸样品置于测量窗口，压紧确保平整；启动测量，系统自动采集光谱数据，经内置算法处理后显示含水率数值。整个测量过程不接触化学试剂，对样品无损伤，单次测量时间短，可重复测量并记录趋势。

创新亮点

• 非破坏性测量：无需取样，直接对绝缘纸板表面进行检测，保持绝缘结构完整。
• 高精度与稳定性：测量精度达2σ≤±0.15%，漂移不超过0.15%，满足现场严苛要求。
• 宽测量范围：覆盖1%~25%含水率区间，适应不同受潮程度的绝缘材料。
• 实时在线：测量速度快，可连续监测水分变化，为状态检修提供动态数据。
• 环境适应性强：设计考虑现场温湿度补偿，降低环境干扰，保证数据可靠性。

落地应用效果

该装置已在多台电力变压器试验中应用，成功检测出绝缘纸板含水率异常情况，与实验室干燥法结果对比，偏差在允许范围内。现场应用表明，装置操作简便，测量结果重复性好，有效缩短了检测周期，提升了试验效率。

产出物：固体绝缘材料含水率在线监测装置样机、操作规范及数据处理软件。

适用场景：电力变压器出厂试验、检修现场绝缘纸板水分快速检测，以及绝缘老化评估。

常见问题

Q：该装置对绝缘纸板厚度有要求吗？

A：装置设计适用于常规绝缘纸板厚度，测量时需保证样品平整且完全覆盖测量窗口，厚度差异可通过算法修正。

Q：测量结果受环境湿度影响大吗？

A：装置内置湿度补偿模块，可有效降低环境湿度干扰，但建议在相对稳定环境下使用，以获得最佳精度。

Q：该技术能否用于油浸式变压器内部绝缘监测？

A：目前主要适用于试验室或检修时对取出纸样的快速测量，如需在线监测内部绝缘，需进一步开发嵌入式传感器。

数据来源：项目验收报告及现场应用统计，单位信息已脱敏处理。