介質(zhì)損耗測量值影響因素的分析及應用

張 祺

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 常州 213000）

變電站高壓電氣設備絕緣介質(zhì)損耗測試是絕緣試驗中的主要項目之一，根據(jù)介質(zhì)損耗正切值tanδ（又稱介質(zhì)損耗因數(shù)）的大小，電容量的變化能有效的發(fā)現(xiàn)設備絕緣缺陷。隨著變電所高壓電氣設備電壓等級的不斷提高，現(xiàn)場大量試驗結(jié)果表明，如果不能正確的進行介質(zhì)損耗測量和試驗結(jié)果的分析，很容易造成誤判斷，進而危及高壓電氣設備的安全運行，或造成不必要的檢修與更換。通過對影響電氣設備介質(zhì)損耗因數(shù)測量值的分析，給出正確的分析方法，能增加判斷的準確性，從而提高了試驗工作的效率和質(zhì)量。

1 介質(zhì)損耗tanδ測量的意義及原理

介質(zhì)損耗角正切值tanδ的測量，是一種使用較多，且對于判斷電氣設備的絕緣狀況是比較靈敏有效的方法。

tanδ為介質(zhì)損失角的正切值（或稱介質(zhì)損失因數(shù)），即為在交流電壓作用下，電介質(zhì)中的電流有功分量和無功分量的比值。一般均比較小。習慣上也有稱tanδ為介質(zhì)損耗角的。

通過測量tanδ，可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、油或浸漬物臟污或劣化變質(zhì)、絕緣中有氣隙發(fā)生放電等。在電氣設備絕緣受潮和有缺陷時，泄露電流要增加，流過絕緣的電流中的有功電流分量增加，在絕緣中有大量氣泡，雜質(zhì)和受潮的情況，將使夾層極化加劇，極化損耗要增加（即tanδ值要增加），這樣介質(zhì)損耗角正切值tanδ的大小就直接與絕緣的好壞狀況有關。同時，介質(zhì)損耗引起的絕緣內(nèi)部發(fā)熱，溫度升高，這促使泄露電流增大，有損極化加劇，介質(zhì)損耗增大使絕緣內(nèi)部更熱，如此循環(huán)，可能在絕緣弱的地方引起擊穿，故介質(zhì)損耗值既反映了絕緣本身的狀態(tài)，又可反映絕緣由良好狀況向劣質(zhì)狀況轉(zhuǎn)化的過程，因此在電力設備交接和預防性試驗都得到了廣泛應用。

2 溫度的影響

溫度對tanδ有直接影響，影響的程度隨材料，結(jié)構(gòu)的不同而異。一般情況下，tanδ是隨溫度的上升而增加的?，F(xiàn)場試驗時，設備溫度是變化的，為便于比較，應將不同溫度下測得的tanδ換算至20℃時的值。

有些絕緣材料在溫度低于某一臨界值時，其tanδ可能隨溫度的降低而上升；而潮濕的材料在0℃以下時水分凍結(jié)，tanδ值就會降低。所以，過低溫度下測得的tanδ不能反映真實的絕緣狀況，容易導致錯誤的結(jié)論，因此，測量tanδ應在不低于5℃時進行。

當絕緣中殘存較多水分和雜質(zhì)時，tanδ就隨溫度升高而明顯增加。例如兩臺220kV電流互感器通入50%額定電流，加溫9h，測取通入電流前后的tanδ的變化。tanδ初始值為0.35%的一臺無變化，tanδ初始值為0.8%的一臺則上升為1.1%。實際上初始值為0.8%的已屬非良好絕緣，故tanδ隨溫度上升而增加。說明當常溫下測得的tanδ較大，在高溫下tanδ又明顯增加時，則應認為絕緣存在缺陷。

3 標準電容受潮

標準電容器受潮時的tanδ大于試品tanδ。用戶一般在現(xiàn)場測試電容的介質(zhì)損耗值都采用QS1電橋及配套的標準電容器Cn，其工作電壓為10kV，電容量為（50±1）pF。測試線路如圖3所示，Cn內(nèi)部為真空電容器，真空電容器的玻璃泡子上的高、低引出線之間無屏蔽，正常情況下，Cn為標準無損電容器，其測試矢量圖見圖4。In為流經(jīng)Cn的電流（忽略Z4上的壓降，則 In=UCnω），它超前 U角度 90°，Ix為流經(jīng)試品的電流，它超前U的角度小于90°，Ix與In間的夾角即為損失角δ。當標準電容器長期使用，殼內(nèi)空氣受潮，產(chǎn)品生銹，表面泄漏電流劇增，使得Cn變?yōu)橛袚p耗電容器，

因此只要標準電容器受潮或生銹，標準電容器介損增大，便導致了合格電容套管的（tanδ<0.17%）介損偏小，對于介損較小，電容量較小的套管更容易出現(xiàn)負值，一旦標準電容器的tanδ大于被測套管的tanδ，那么被測套管的tanδ就全部變成了負值。對于這種情況，須更換Cn中的硅膠，以保持電容器殼內(nèi)空氣干燥，同時要定期校驗Cn的tanδ，以免引起誤判斷。

4 試驗電壓的影響

一般來說，良好絕緣的tanδ不隨電壓的升高而明顯增加。在其額定電壓范圍內(nèi)，tanδ值幾乎是不變的（僅在接近額定電壓時，tanδ值可能略有增加），且當電壓上升或下降時測得的tanδ值是接近一致的，不會出現(xiàn)閉環(huán)路狀的曲線。如果絕緣中存在氣泡、分層、脫殼等，情況就不同了。當所加試驗電壓尚不足以使絕緣中的氣泡或氣隙游離時，其tanδ值與良好絕緣無明顯差別；當試驗電壓足以使絕緣中的空氣游離、電暈或局部放電時，則其tanδ將隨試驗電壓的升高而明顯增加。如圖1所示，表明了幾種典型的情況。

圖1 tanδ與電壓的關系曲線

曲線1是絕緣良好的情況，其tanδ幾乎不隨電壓的升高而增加，僅在電壓很高時才略有增加。

曲線2為絕緣老化時的示例。在氣隙起始游離之前，tanδ比良好絕緣的低；過了起始游離點后則迅速升高，而且起始游離電壓也比良好絕緣的低。

曲線3為絕緣中存在氣隙的示例，在試驗電壓未達到氣體起始游離之前，tanδ保持穩(wěn)定，但電壓增高氣隙游離后，tanδ急劇增大，曲線出現(xiàn)轉(zhuǎn)折。當逐步降壓后測量時，由于氣體放電可能已隨時間和電壓的增加而增強，故tanδ高于升壓時相同電壓下的值。直至氣體放電終止，曲線才又重合，因而形成閉口狀環(huán)路。

曲線4是絕緣受潮情況的情況。在較低電壓下，tanδ已經(jīng)較大，隨電壓的升高tanδ繼續(xù)增大；在逐步降壓時，由于介質(zhì)損失的增大已使介質(zhì)發(fā)熱溫度升高，所以tanδ不能與原數(shù)值相重合，而以高于升壓時的數(shù)值下降，形成開口狀曲線。

從曲線4可明顯看到，tanδ與濕度的關系很大。介質(zhì)吸濕后，電導的損耗增大，還會出現(xiàn)夾層極化，因而tanδ將大為增加。這對于多孔的纖維性材料、如紙等，以及對于極性電介質(zhì)，效果特別顯著。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對tanδ的測量發(fā)現(xiàn)的缺陷主要是：設備普遍受潮，絕緣油或固體有機絕緣材料的普遍老化；對小電容量設備，還可以發(fā)現(xiàn)局部缺陷。tanδ值與介質(zhì)的溫度、濕度、內(nèi)部有無氣泡、標準電容是否受潮、缺陷部分體積大小等有關，必要時，應作出tanδ與電壓的關系曲線，以便分析絕緣中是否夾雜較多氣隙。對tanδ值進行判斷的基本方法除應與有關“標準”值比較外，還應與歷年試驗值比較，觀察其發(fā)展趨勢。根據(jù)設備的具體情況，有時即使數(shù)值仍低于標準，但增長迅速，也應該引起充分注意。此外，還應與同類設備比較，看是否有明顯差異。在比較時，除tanδ值外，還應注意Cx值的變化情況。如發(fā)生明顯變化，可配合其他試驗方法，如絕緣油的分析，直流泄流試驗或提高測量tanδ值的試驗電壓等進行綜合判斷。

[1]張一塵.高電壓技術[M].北京:中國電力出版社，2000.

[2]DL/T 59621996電力設備預防性試驗規(guī)程[S].北京:中國電力出版社，1997.

[3]李建明，朱康.高壓電氣設備試驗方法[M].北京:中國電力出版社，2004.

[4]趙沛，張源斌.介質(zhì)損耗的數(shù)字化測量方法[J].高壓電器，2004，40（1）:45247.