1、引言作为变电站的核心设备，变压器能够正常运作对变电站来说至关重要，而变压器中绝缘系统的寿命决定了变压器的寿命，绝缘系统又主要由变压器油和绝缘纸板组成，纤维质的绝缘纸对系统寿命最为重要，影响变压器绝
1、引言
作为变电站的核心设备，变压器能够正常运作对变电站来说至关重要，而变压器中绝缘系统的寿命决定了变压器的寿命，绝缘系统又主要由变压器油和绝缘纸板组成，纤维质的绝缘纸对系统寿命最为重要，影响变压器绝缘纸寿命的三大要素是水分、氧气和温度，其中水分的作用最明显。
变压器油中如果产生气体杂质和微量水分，不仅会导致变压器油的绝缘性能降低，致使绝缘系统老化速度加快，从而导致变压器的正常使用寿命缩短，还可能引起变压器局部放电击穿及产生气泡，情况严重时，容易发生安全事故，造成巨大的危害和损失，因此，必须在变压器投入运行之前进行微水检测。传统的变压器干燥技术采用真空干燥等方法需要对变压器进行停电及吊芯处理，投入成本较大同时会带来停电损失。变压器在线除水装置能够对变压器进行实时的在线除水，变压器无须停电。变压器在线除水装置通过高精度微水传感器对变压器油中微水含量进行监测，一旦微水含量超标能够自动启动除水流程，对变压器进行自动在线除水。
2、变压器油中微水含量检测方法
近年来，国内外都非常关注对变压器油中微水含量的检测方法的研究，现已研究出的检测方法包括射频法、卡尔费休法、红外光谱法、电容法等。
2.1 射频法
利用雷达检测技术获取被测介质对特定制式电磁波的透射或反射(或称为二次散射)传播信息来确定有关介质中水分含量大小。
这种方法适用于变压器油中含水量较多的情况，但在油中含微量水分的情况下，其测量准确度较低。
2.2 卡尔费休法
选用I2、吡啶、SO2、无水CH3OH（含水量在0.05%以下）配制成试剂，首先，测定出试剂的水当量；然后，将试剂与样品中的水进行反应。通过计算反应后，试剂的消耗量从而计算出样品中水含量。
卡尔费休法的测量精度很高，检测下限可达百万分之一，但是，缺点也很明显—检测设备比较昂贵难以普及，而且化学试剂（吡啶）气味难闻，易造成严重的污染。
2.3 红外光谱法
利用水对一些特定波长的红外光具有强烈的吸收特性，选用这些特定波长的红外光照射物料，此时，物料中所含的水就会吸收部分红外光的能量。物料中含水量越大，吸收的红外光的能量越多，反射光的能量就越少，通过测量反射光的减少量，可以计算出物料的水份。
采用这种方法，随着测试仪的工作时间增长，特性曲线会产生较大偏移，导致测量精确度降低，因此，需要不断校准。
2.4 电容法
采用聚合物薄膜电容对变压器绝缘油中微水含量进行测量。
通过对各种绝缘油中微水含量检测的方法比较，发现电容法监测绝缘油中微水含量适用于变压器在线除水的场景。
3、电容法测量微水含量的原理
聚合物薄膜吸附的水分含量受相对湿度的影响，环境相对湿度变化时，聚合物薄膜的含水量就会发生相应的变化。由于聚合物薄膜与水的介电常数差异巨大，当聚合物薄膜中含水量变化时，聚合物薄膜的介电常数也会相应的变化，从而使得电容值发生变化，实现非电量到电量的转变。
聚合物薄膜电容由三部分组成：
（1）上部电容极板具备选透作用，不让绝缘油分子通过而让水分子通过。
（2）聚合物薄膜吸收水分子，其介电常数发生改变。
（3）下部电容极板起到支撑传感器结构的作用。如图 1 所示。
聚合物薄膜电容等效为一个平板电容器，计算电容的表达式为：C=εrε0S/D
式中，S为聚合物薄膜有效面积；D为聚合物薄膜厚度；
εr为极板间聚合物薄膜相对介电常数；ε0为真空介电常数。极板间聚合物薄膜相对介电常数εr，可以通过聚合物薄膜的介电常数ε1和水的介电常数ε2来计算，公式如下：
式中，v2为聚合物薄膜吸收的水所占的体积比。
通常Dubinin公式用来描述聚合物薄膜吸收水分与变压器油的相对湿度RH之间的关系：
式中，T0，T分别为吸水前与后的绝对温度是当温度为T0时，吸收的水所占聚合物薄膜最大体积比；R为气体普氏常数；E为吸收自由能；α为极限吸附的热力学系数；n为实验确定的经验因子。
由上述三个公式联立可得：
由上式可知，只要测量出聚合物薄膜电容的电容值C，便可通过计算得到此时油的相对湿度RH。
4、微水传感器设计
微水传感器前端设计独特的水分感应探头可以实时捕捉油水混合物的电学特性变化，并通过高精度的温度探头进行温度补偿，通过算法优化获得油中水分含量。
电容式传感器会随着湿度的变化而变化，因此，通过对电容式传感器容值的变化，计算出当前油中的水分含量；温度传感器采用高精度的温度传感器，通过对温度的测量可以对计算出的油中水分进行温度补偿，从而准确地得到水中水分含量。硬件设计系统框图如图2所示。
软件运行时，先对电容传感器进行采集，计算出电容值，根据电容值推算出当前的水分含量，然后，通过温度传感器计算出当前的温度，通过温度补偿，计算出最后的水分含量。软件设计系统如图3所示。
5、微水传感器在在线除水装置中的应用
在线智能除水装置包含以下主要部件：进油阀，回油阀，节流阀，过滤罐，滤油器，排气罐，微水传感器，油流指示器，油泵，控制器。具体结构如图4。
自动运行时，除水装置的主控单元会通过传感器采集系统的水含量、温度、压力等状态参数，并根据设定的控制策略自动启动或停止除水滤油过程。具体运行操作界面如图5。
当微水含量超过定值，启动除水过程时，如果在除水罐前后的两个微水含量传感器检测到的微水含量值相差不大，说明除水罐中除水材料失效，系统报警提醒更换除水材料。
6、结语
通过对变压器油中微水含量检测方法的研究，采用电容法对变压器中油中微水含量进行监测，研发高精度微水传感器。将高精度微水传感器使用在变压器绝缘油在线除水装置中。能够对变压器油中微水含量进行实时在线监测，一旦检测到微水含量超标自动启动在线除水进程。同时，通过除水前后两个微水传感器的设置可以实现更换除水材料的自动提醒功能。