對500 kV斷路器膜紙絕緣均壓電容介質(zhì)損耗試驗(yàn)探討

文 劍

(四川省電力公司超(特)高壓運(yùn)行檢修公司成都中心，四川樂山 614000)

對于運(yùn)行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗(yàn)，采用常規(guī)加壓10 kV，正接法試驗(yàn)。經(jīng)常出現(xiàn)介損值超過國家《規(guī)程》規(guī)定(《規(guī)程》規(guī)定膜紙復(fù)合絕緣電容量不超過0.2%，現(xiàn)在高壓斷路器均壓電容大都采用膜紙復(fù)合絕緣)而電容量變化不明顯的現(xiàn)象。而其他絕緣試驗(yàn)結(jié)果均都符合規(guī)程規(guī)定，繼續(xù)投入運(yùn)行后仍無異常。這對試驗(yàn)人員對試驗(yàn)結(jié)果的分析和判斷帶來很大的影響。

1 電容器介質(zhì)損耗試驗(yàn)分析

目前，在電氣試驗(yàn)中主要都是通過10 kV下的介損試驗(yàn)測量(tanδ)的大小來發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷?？墒?，10 kV的試驗(yàn)電壓遠(yuǎn)低于設(shè)備的運(yùn)行電壓，不能真實(shí)反映設(shè)備運(yùn)行時(shí)的狀況。良好的絕緣在允許的電壓范圍內(nèi)，無論電壓上升或下降，其介損值均無明顯變化。但現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，不同絕緣介質(zhì)設(shè)備的介質(zhì)損耗(tanδ)值會隨著電壓的升高而變大或變小。所以在設(shè)備運(yùn)行電壓下做介質(zhì)損耗測試才能真實(shí)反映設(shè)備的絕緣情況。

如進(jìn)口500 kV開關(guān)均壓電容，在10 kV下測量的介損值通常都比額定電壓下要大，經(jīng)調(diào)查研究確定介損試驗(yàn)受Garton效應(yīng)影響出現(xiàn)超標(biāo)情況。Garton效應(yīng)是M.Garton教授發(fā)現(xiàn)在含有紙的絕緣介質(zhì)(或塑料以及油的混合介質(zhì))中，在較低電壓下介質(zhì)損耗正切值的變化可以比較高電壓下的值高1～10倍。

1.1 膜紙復(fù)合絕緣介質(zhì)電容器特性

聚丙烯粗化膜就是采用超高純度電工級聚丙烯樹脂為原料，經(jīng)平膜法雙向拉伸而成。具有厚薄均勻性好，耐壓強(qiáng)度高、介質(zhì)損耗小、易卷制等優(yōu)異的物理及電氣性能。且與多種電容器浸漬油相溶性好，經(jīng)國家電力電容器檢測中心檢定，符合作為電力電容器絕緣介質(zhì)的各項(xiàng)性能。

1)應(yīng)用范圍:主要用于以鋁箔為電極，膜紙復(fù)合為介質(zhì)或全膜介質(zhì)油浸式電力、電熱及其他相關(guān)高壓電容器。

2)技術(shù)特性(典型值)見表1。

表1 電容器技術(shù)特性

1.2 膜紙復(fù)合絕緣電容低電壓下介質(zhì)損耗情況

膜紙復(fù)合絕緣電容器用聚丙烯薄膜與電容器紙復(fù)合浸漬有機(jī)合成絕緣油介質(zhì)取代電容器紙浸礦物質(zhì)油介質(zhì)，有功損耗較低，約為油紙絕緣電容器的1/4，介質(zhì)損耗因數(shù)小于0.1%，因?yàn)槠渲芯郾┐只る娙萜鞯慕橘|(zhì)損耗因數(shù)只有0.01%，損耗為電容器紙的1/10，有機(jī)合成浸漬劑的介質(zhì)損耗因數(shù)也只有0.03%。現(xiàn)場試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)膜紙復(fù)合絕緣電容器介質(zhì)損耗因數(shù)大大超過0.1%，甚至超標(biāo)。有兩種可能性:①是制造上的原因，如引線端子焊接不良，引線片與鋁箔接觸不良，有毛刺，容易引起放電，鋁箔或膜不平整，浸漬不良等，均會引起介質(zhì)損耗因數(shù)增大。②是試驗(yàn)過程或儀器方面的，如果介質(zhì)損耗因數(shù)的出廠試驗(yàn)值比較小而現(xiàn)場試驗(yàn)值較大，則應(yīng)考慮現(xiàn)場試驗(yàn)的復(fù)雜情況。

用AI－6000F自動抗干擾電橋?qū)嗦菲骶鶋弘娙葸M(jìn)行10 kV正接法測量，大多數(shù)介質(zhì)損耗因數(shù)為0.2% ～0.1%，但也有部分為0.2% ～0.3%。雖然有少部分介質(zhì)損耗因數(shù)超過0.2%，但也不能認(rèn)為不能運(yùn)行。

以500 kV藍(lán)天變電站對500 kV開關(guān)均壓電容(面向主變壓器左邊為1)在投運(yùn)時(shí)間為1年后首次檢修時(shí)(全站停電檢修無電場干擾)進(jìn)行10 kV介質(zhì)損耗試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 10 kV介質(zhì)損耗試驗(yàn)數(shù)據(jù)

從上面的數(shù)據(jù)看，在10 kV電壓下對均壓電容器進(jìn)行介質(zhì)損耗試驗(yàn)電容量及絕緣電阻測試的值與出廠值和交接數(shù)據(jù)變化不大，但介質(zhì)損耗值tgδ%變化明顯，普遍偏大。用泛華AI－6000D自動抗干擾電橋的數(shù)據(jù)最大達(dá)到0.67%，即使用測試單位:上海電容器具檢測所的高精度2801電橋試驗(yàn)結(jié)果也大大超過《電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程》0.2%的要求。

所以對低電壓下(10 kV)進(jìn)行正接法測試介質(zhì)損耗因數(shù)偏大的原因除了儀器自身精度影響外，主要有兩個(gè)原因。

1)天氣潮濕，設(shè)備表面泄漏影響較大。濕度較大時(shí)介質(zhì)損耗因數(shù)顯著偏大，甚至嚴(yán)重超標(biāo)。曾經(jīng)有一清早即進(jìn)行試驗(yàn)，介質(zhì)損耗因數(shù)達(dá)到0.4%，無論怎么也降不下來，中午天氣晴朗后，再次試驗(yàn)，采用同樣的儀器和方法，試驗(yàn)結(jié)果降到0.2%以下。

2)高壓引線和設(shè)備接觸不良現(xiàn)場試驗(yàn)的設(shè)備剛投運(yùn)時(shí)，表面有漆膜，如果不刮去，接觸電阻就相當(dāng)大，在設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間后，還會產(chǎn)生氧化層。對500 kV斷路器均壓電容器試驗(yàn)時(shí)，通常采用絕緣桿掛接線，設(shè)備表面的這些電阻層不易破除，相當(dāng)于試品中串接了一個(gè)接觸電阻Rj。由串聯(lián)電容試品等值電路，得試品的介質(zhì)損耗因數(shù)為tgδ=ωCx(Rx+Rj)。式中，ω為角頻率;Cx為試品等值串聯(lián)電容;Rx為試品等值串聯(lián)電阻。

介質(zhì)損耗因數(shù)增量△tgδ為

如果高壓引線接觸電阻為500 Ω，對0.01μF的試品，有△tgδ=0.157%。該增量對油紙絕緣電容試品的介質(zhì)損耗因數(shù)不會造成誤判，因?yàn)槠浣橘|(zhì)損耗因數(shù)標(biāo)準(zhǔn)較為寬松，一般要求不大于0.5%，故0.157%影響不大。但對于膜紙復(fù)合絕緣的試品則很關(guān)鍵，因?yàn)?，出廠值一般在0.1% ～0.2%，交接和預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程要求小于0.2%。在發(fā)現(xiàn)高壓引線接觸電阻影響后，一般采用高空作業(yè)車，用強(qiáng)力試驗(yàn)鉗夾緊試品以消除接觸電阻影響。

但仍然有部分介質(zhì)損耗因數(shù)不符合規(guī)程要求(小于0.2%)。

2 高電壓下膜紙復(fù)合絕緣電容器介質(zhì)損耗試驗(yàn)探討

所以高電壓介損試驗(yàn)越來越受到重視，國家電網(wǎng)公司在國家電網(wǎng)生〔2009〕819號(關(guān)于印發(fā)《預(yù)防油浸式電流互感器、套管設(shè)備事故補(bǔ)充措施》的通知)上也提出了對110 kV以上電流互感器、套管等開展高電壓試驗(yàn)的要求。另外國家電網(wǎng)公司新頒布的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q/GDW 168－2008《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》中也要求對主變壓器套管、互感器、斷路器等運(yùn)行設(shè)備開展額定電壓的介損試驗(yàn)。

以下介紹高電壓下500 kV開關(guān)膜紙復(fù)合絕緣均壓電容高電壓下介質(zhì)損耗試驗(yàn)方法。

1)均壓電容采用正接線，試驗(yàn)接線為一側(cè)接地，先做一側(cè)，另一側(cè)接地。

2)斷路器均壓電容高電壓介損試驗(yàn)，因試品容量一般小于2 000 pF，所以用AI－6000M直接帶試驗(yàn)變壓器升壓，組件最少，接線最簡單。只需 AI－6000M主機(jī)、試驗(yàn)變壓器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器三大件即可，試驗(yàn)接線如圖1。

3)500 kV藍(lán)天變電站對500kV開關(guān)其中1只在10 kV試驗(yàn)時(shí)介質(zhì)損耗超標(biāo)的均壓電容進(jìn)行高電壓試驗(yàn)結(jié)果見表3。

圖1 介損試驗(yàn)接線圖

表3 介損超標(biāo)高電壓試驗(yàn)結(jié)果

從上面數(shù)據(jù)可以看到電容量與電壓變化的關(guān)系不大，但是隨著電壓的升高其介質(zhì)損耗呈現(xiàn)明顯的下降趨勢，原來在低電壓(10 kV)試驗(yàn)電壓下介質(zhì)損耗tgδ高達(dá)0.57%，隨著試驗(yàn)電壓升高其介質(zhì)損耗下降明顯，當(dāng)電壓升高到50 kV及以上后tgδ下降到合格范圍，當(dāng)試驗(yàn)電壓升高到60 kV時(shí)，介質(zhì)損耗tgδ最低，但是當(dāng)試驗(yàn)電壓繼續(xù)升高后其介質(zhì)損耗也約有上升，但變化幅度不大，其值也在《規(guī)程》范圍內(nèi)。4)試驗(yàn)結(jié)果圖形

試驗(yàn)采用AI－6000M電質(zhì)損耗試驗(yàn)儀:

AI－6000H 2010/10/20 10:40 50±1Hz 22℃，試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 試驗(yàn)結(jié)果圖

5)數(shù)據(jù)分析

從電壓上升曲線上看，電壓從10 kV到50 kV，介損從0.587%急劇下降到0.183%，這是均壓電容內(nèi)部絕緣材料的Garton效應(yīng)引起的介損劇烈變化，當(dāng)極性分子達(dá)到平衡，介質(zhì)損耗趨于穩(wěn)定，隨著電壓的繼續(xù)升高，介損略有增大，這是由于表面泄漏引起的介損增大。

下降曲線是上升曲線的逆過程，但兩條曲線一般不會完全重合，但試驗(yàn)值的變化趨勢基本相同。

3 結(jié)論

對于運(yùn)行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗(yàn)，采用常規(guī)加壓10 kV，正接法試驗(yàn)。由于Garton效應(yīng)的影響，經(jīng)常出現(xiàn)介損值超過國家《規(guī)程》規(guī)定(膜紙復(fù)合絕緣電容量不超過0.2%)的現(xiàn)象，當(dāng)?shù)碗妷合聇gδ在除了儀器自身精度影響和試驗(yàn)方法的影響不符合規(guī)程要求(大于0.2%時(shí))，此種情況下可進(jìn)行額定電壓下的復(fù)測，復(fù)測值如符合10 kV的要求，可繼續(xù)投入運(yùn)行。