電容式電壓互感器介質(zhì)損耗試驗(yàn)分析

　　摘要：本文介紹了電容式電壓互感器介質(zhì)損耗的原理，首先介紹了電容式電壓互感器的結(jié)構(gòu)，再從介質(zhì)損耗分類和高壓介損儀工作原理兩個(gè)方面來介紹介質(zhì)損耗的原理，最后舉例說明高壓介損儀監(jiān)測絕緣的缺陷。
　　關(guān)鍵詞：電容式電壓互感器 介質(zhì)損耗 高壓介損儀
　　
　　電介質(zhì)（絕緣材料）在有外加電壓作用下，會(huì)使部分電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽闺娊橘|(zhì)發(fā)熱。電介質(zhì)損耗的電能被稱為介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗過大會(huì)造成絕緣溫度上升，且損耗愈大，溫度就愈高，如果介質(zhì)溫度高得能使絕緣體燒焦、熔化，那么絕緣體就會(huì)失去絕緣性能而被熱擊穿，甚至產(chǎn)生爆炸。電流互感器的爆炸事故主要是由于絕緣局部放電或是受潮，聚集大量能量形成熱擊穿，使設(shè)備內(nèi)部壓力不斷增加，以致超過外瓷套的強(qiáng)度造成的。
　　介質(zhì)損耗的測量可以發(fā)現(xiàn)電力設(shè)備絕緣劣化變質(zhì)、整體受潮以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷，在電力設(shè)備交接、電工制造及預(yù)防性試驗(yàn)中得到了廣泛應(yīng)用。
　　
　　一、電容式電壓互感器結(jié)構(gòu)
　　
　　 用于繼電保護(hù)、電壓測量、載波通訊的電容式電壓互感器，簡稱CVT，已取代電磁式電壓互感器，在35~500kV變電站的母線和線路上都獲得了廣泛應(yīng)用。由于設(shè)備處于高電壓運(yùn)行環(huán)境，其絕緣狀態(tài)會(huì)受到外部潮氣和污穢侵蝕的影響，會(huì)遭到系統(tǒng)操作或雷電等過電壓的侵害，于是需要人們對(duì)CVT進(jìn)行常規(guī)預(yù)防性試驗(yàn)，測量其絕緣的介質(zhì)損失角正切，診斷其運(yùn)行狀態(tài)，以保證其安全、準(zhǔn)確、可靠地運(yùn)行，這成為電力行業(yè)的一項(xiàng)重要任務(wù)。
　　 CVT可以分成兩個(gè)主要部件：一是電容分壓器，由高壓電容器C1及中壓電容器C2組成，110kV CVT的C1(C11、C12、C13)、C2共裝于一個(gè)瓷套內(nèi)， 110kV以上產(chǎn)品為C，分別裝于多個(gè)瓷套，并且一部分C1與C2裝于一個(gè)瓷套內(nèi)；二是電磁單元，外形是一個(gè)鐵殼箱體，內(nèi)部有中間變壓器、補(bǔ)償電抗器、阻尼器及補(bǔ)償電抗器兩端的限壓器，靠電磁感應(yīng)原理給出二次電壓輸出，達(dá)到測量母線或線路電壓的目的。由于C2上的電壓會(huì)隨負(fù)荷發(fā)生變化，為此在分壓回路中串接一個(gè)電感L，使之與電容(C1十C2)產(chǎn)生串聯(lián)諧振，借以補(bǔ)償負(fù)荷電流流過電容所產(chǎn)生的電壓降，使電容分壓器輸出電壓穩(wěn)定，不受負(fù)荷電流變化的影響。因?yàn)樵诙坞妷夯芈分须妷狠^低，電流較大，如果僅用電容分壓，要得到57.7V的低壓，一則C2電容量須很大，二則因電流大，所以阻抗電壓降將影響到互感器的準(zhǔn)確度，故電容分壓器的輸出端不能直接與測量儀表相接，而要經(jīng)過一個(gè)電磁式電壓互感器降壓后再接儀表。國產(chǎn)CVT大部分采用電壓為13kV的電容器C2(也即分壓變壓器的一次電壓)，與電壓比為13kV/(57V～100V)的電磁式電壓互感器結(jié)合起來。電磁式電壓互感器的一次側(cè)并接在C2兩端，具有供調(diào)整比差用的可調(diào)整線圈，二次側(cè)有多個(gè)繞組，分別是主繞組(al，x1)、(a2，x2)等，其額定電壓為100V，用于測量或保護(hù)；另一個(gè)為輔助二次繞組(af，Xf)，其額定電壓為100V，用于監(jiān)視三相電壓平衡度。
　　
　　二、介質(zhì)損耗原理分析
　　
　　1.介質(zhì)損耗分類
　　按絕緣材料介質(zhì)損耗的物理性質(zhì)，可以分為以下幾種基本形式：
　?。?）漏電導(dǎo)損耗：任何電介質(zhì)總有一定的導(dǎo)電能力。所以，在電壓作用下電介質(zhì)中流過泄漏（電導(dǎo)）電流，造成能量損耗。這種損耗在交、直流電壓作用下都存在。
　　（2）極化損耗：電介質(zhì)在交流電壓作用下，發(fā)生周期性的極化。此時(shí)介質(zhì)中的帶電質(zhì)點(diǎn)（主要是離子）在交變電場作用下，做往復(fù)有限位移并重新排列，這種損耗稱為極化損耗。如果電源頻率增加，質(zhì)點(diǎn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的頻率也增加，極化損耗增大。在交流電壓作用下，電介質(zhì)（指不均勻的）的夾層極化反復(fù)引起電荷重新分布（吸收電流），這個(gè)過程也要消耗能量。
　　（3）局部放電損耗：常用的固體絕緣材料中總有氣隙（或油隙）。絕緣材料各層的電場強(qiáng)度幾乎與該層材料的相對(duì)電容率（介電系數(shù)）ε成反比。氣體的介電系數(shù)較固體絕緣材料低得多，所以氣隙部分的電場強(qiáng)度較大。但是，氣隙的耐壓強(qiáng)度卻遠(yuǎn)低于固體絕緣材料。
　　2.高壓介損儀工作原理
　　通過一個(gè)可程控的調(diào)頻調(diào)幅變頻電源，產(chǎn)生40～70Hz可調(diào)的正弦波，經(jīng)過激磁變壓器，驅(qū)動(dòng)諧振回路工作，最終輸出試驗(yàn)要求的電壓，加到被試電流互感器上。經(jīng)過電流互感器的三相被試回路的電流信號(hào)，以及標(biāo)準(zhǔn)回路的電流信號(hào)，通過高壓介損測量板高精度實(shí)時(shí)高速采樣，并經(jīng)單片機(jī)分析計(jì)算，從而得出被試品的電容量及介損值。
　　
　　三、高壓介損檢測絕緣缺陷實(shí)例
　　
　　某單位1臺(tái)LCWB2-220W 電流互感器在預(yù)試中被發(fā)現(xiàn)tanδ較上一次試驗(yàn)值有較大增長，但在合格范圍內(nèi)，且電容量無變化。為準(zhǔn)確判斷互感器絕緣水平，進(jìn)行了高電壓下的介損測量。
　　從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，該只電流互感器在10kV時(shí)介損試驗(yàn)合格，但電壓升至運(yùn)行電壓 127kV后，介損tanδ變化值為 0.8％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》要求的±0.3％范圍，應(yīng)退出運(yùn)行。用油色譜分析氣體組分明顯發(fā)生變化。
　　通過tanδ－U曲線和油色譜數(shù)據(jù)分析，該互感器存在嚴(yán)重絕緣缺陷，tanδ－U曲線與局部放電缺陷的曲線形狀大體一致，解體檢查無缺油現(xiàn)象和受潮痕跡，外觀上未見異常。因此判斷互感器局部放電缺陷，油中由于存在放電而產(chǎn)生了大量氣體，如繼續(xù)運(yùn)行有可能在運(yùn)行中造成絕緣損壞，后經(jīng)互感器局部放電測量驗(yàn)證，互感器存在局部放電絕緣缺陷。由本例可見高壓介損試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷的有效性，該電流互感器10kV介損合格，若不進(jìn)行高電壓下介損試驗(yàn)，很難發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，繼續(xù)投入運(yùn)行勢必會(huì)給電網(wǎng)安全造成隱患。有許多這樣的例子，試驗(yàn)結(jié)果合格的電流互感器運(yùn)行中卻發(fā)生故障，甚至引起爆炸，這主要是因?yàn)?0kV下的介損測量很難發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)部潛在的缺陷和高電壓下的局部放電性的缺陷?？梢?，進(jìn)行高電壓下的介損試驗(yàn)對(duì)進(jìn)一步分析判斷絕緣的性質(zhì)是十分關(guān)鍵的。
　　
　　四、結(jié)論
　　從上述高壓介損監(jiān)測絕緣缺陷試驗(yàn)可以看出，合格的電流互感器運(yùn)行中經(jīng)常發(fā)生故障，需要在高電壓下做介損試驗(yàn)，判斷絕緣的性質(zhì)。
　　
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　　 （作者單位：江西科晨高新技術(shù)發(fā)展有限公司）