變壓器套管介質損耗因數(shù)超標原因分析

李 良，王朝陽，王春宇,劉忠順

( 國網(wǎng)河北省電力公司滄州供電分公司，河北滄州061001)

1 套管介質損耗因數(shù)超標概況

某地區(qū)雙樓變電站1號SFSZ10-180000/220主變壓器容量為180 000 kVA，2008年3月出廠，2008年10月投運，220 kV側中性點套管型號為COT 550-800，電容312 pF，2007年12月出廠，2008年10月投運。2010年1月6日，使用AI-6000E儀器對雙樓站變電1號主變壓器進行例行試驗，當天天氣晴，現(xiàn)場環(huán)境溫度6 ℃、濕度37%，在對高壓側(220 kV側)中性點套管介質損耗因數(shù)(tanδ))測試時，測試數(shù)據(jù)超過規(guī)程要求值，而且與歷史數(shù)據(jù)比較變化較大。在對套管表面進行干燥、擦拭后，重新測試該套管介質損耗因數(shù)，測試數(shù)據(jù)沒有明顯變化，見表1。

表1 220 kV側套管介質損耗因數(shù)測試數(shù)據(jù)

相別tanδCx/pFC0/pFΔC/%U0.0028386.7383.70.78V0.00277386.73811.5W0.00298389.1383.71.4N(解體后)0.00288313312.10.35N(解體前)0.02380313.6312.10.48

注：ΔC=(Cx-C0)/C0×100%。

2 介質損耗因數(shù)超標原因分析

2.1 介質損耗因數(shù)增大原理

介質損耗因數(shù)測試所用儀器AI-6000E原理為QS1型平衡電橋原理。QS1型電橋接線原理及電橋平衡時向量圖，見圖1、圖2。

圖1 QS1型電橋接線原理

圖2 QS1電橋平衡時向量圖

電橋平衡時，介質損耗因數(shù)及電容量計算公式如下：

CX=(R4/R3)CN

(1)

tanδ=ωC4R4

(2)

式中：CN為高壓標準電容器，R4為無感固定電阻，ω為角頻率，以上3個量均為定量；R3為無感可調電阻，C4為可調電容器，以上2個量為變量。

電橋平衡過程是通過調節(jié)R3和C4，從而分別改變橋臂電壓的大小和相位來實現(xiàn)的。調節(jié)R3可以改變UVD的幅值，使之與UUD的大小相等，調節(jié)C4時，由于δ很小，所以C4的數(shù)值不大，對Z4的幅值影響很小，也就是對UVD的幅值影響很小，只是影響Z4阻抗角的變化，換言之，決定CX、tanδ變化的直接量分別為R3和C4[1]。只要分析出當RX增大時C4如何變化即可得出結論。

式(1)中由于CX沒有變化，R3沒有變化，接線原理ZX支路中UWD不變，RX增大，回路電流IX減小，R3沒有變化，UUD減小。電橋平衡時，由于UVD=UUD，因此UVD也要減小。在CN支路中，除C4外其他量均為定量，要想使UVD減小，只能調節(jié)C4使之增大，使電橋達到平衡，由于前面分析C4的變化決定介質損耗的變化，從而介質損耗因數(shù)tanδ增大。

2.2 直流電阻試驗分析

使用BZC3391型直流電阻測試儀，采用三通道的測試方式對三相直流電阻同時進行測試。對有中性點引出的星形接線進行測試時，測試原理見圖3，測試結果見表2。

圖3 直流電阻測試原理

表2 220 kV側直流電阻數(shù)據(jù)

分接位置RUN/mΩRVN/mΩRWN/mΩΔR/%1313.4313.8314.70.412308.6309.9310.30.553303.2304.9304.70.564298.5298.7300.10.535293.3295.1294.50.616288.6289.3290.00.487283.2285.6284.50.848278.4280.0279.80.579272.3272.0272.60.2210277.8278.6278.60.2911283.1283.8284.40.46

注：ΔR為RUN、RVN、RWN三者間最大互差與最小者的比值。

從表2可以看出，直流電阻測試數(shù)據(jù)在合格范圍內，三相互差未超出規(guī)程規(guī)定值2%。通常情況下，如果套管介質損耗因數(shù)超標是由一次回路接觸不良導致的，會從直流電阻測試數(shù)據(jù)上反應出來，但該只套管介質損耗因數(shù)超標卻未反應到直流電阻測試數(shù)據(jù)上，主要原因需從試驗儀器的測試原理進行分析。

從圖3及其計算公式可以看出： BZC3391型直流電阻測試儀的測試原理為電流電壓法，在變壓器直流電阻測試過程中電流只在三相繞組中流過，電流回路不經(jīng)過中性點，在變壓器中性點只是取一個電壓信號，中性點套管一次導電桿接觸不良增加的阻值相對于電壓表的內阻來說很小，對取得電壓信號基本沒有影響，同時電流值是不變的，經(jīng)儀器計算后得出的直流電阻試驗數(shù)據(jù)基本不變。因此，該套管介質損耗因數(shù)超標未能通過直流電阻測試數(shù)據(jù)反應出主要原因。

2.3 介質損耗試驗數(shù)據(jù)分析

高壓側中性點套管測試采用正接線方式，高壓側短封接高壓線，中、低壓側短封接地，套管末屏取信號。第1次介質損耗因數(shù)試驗數(shù)據(jù)為0.028，超過規(guī)程要求，且與歷史數(shù)據(jù)比較相差很大，由于主變壓器周圍無帶電設備，且現(xiàn)場采用正接線方式，基本不存在外界電場干擾。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)結合現(xiàn)場實際情況及該主變壓器周圍設備運行情況，經(jīng)現(xiàn)場初步分析，導致介質損耗因數(shù)偏大的原因可能為：試驗接線一次回路接觸不良(將軍帽松動、導電桿松動或套管末屏接觸不良)；套管內部受潮、擊穿，表面潮濕、臟污；高壓引線與套管夾角太小存在雜散電容。結合電容量綜合分析，由于電容量近似相等，相差不大，可排除套管內部受潮、擊穿的可能。介質損耗因數(shù)與電容量、一次回路等效電阻關系式：

tanδ=P/Q=ωCXRX

(3)

由公式(3)可以看出，CX沒有變化，ω為定量，所以導致介質損耗因數(shù)增大的量為RX，因此推斷套管一次接觸不良，可能的位置在一次導電桿或套管末屏處。

隨后對套管進行末屏介質損耗試驗，測試數(shù)據(jù)正常，排除了末屏接觸不良的可能，確定導致介質損耗因數(shù)超標的原因為套管一次導電桿處連接松動。

2.4 原因確定

綜合以上直流電阻和介質損耗數(shù)據(jù)分析可以看出，由于直流電阻測試過程中電流

回路不經(jīng)過中性點套管，直流電阻試驗數(shù)據(jù)變化不明顯；處理前后2次試驗的介質損耗因數(shù)數(shù)據(jù)變化明顯，電容量沒有變化。由此可見，套管一次導電桿接觸不良是導致其介質損耗因數(shù)值超標的根本原因。

對套管一次導電桿螺桿進行解體，在拆除過程中發(fā)現(xiàn)一次連接松動。將外部螺帽拆除后直接將短封線接于內螺桿處進行測試，tanδ為0.0035，數(shù)據(jù)正常。通過對套管一次處理前后的介質損耗因數(shù)試驗數(shù)據(jù)分析可知，tanδ由最初的0.028變?yōu)?.0035，處理前由于一次將軍帽導電桿處接觸不良，相當于在被試品回路中串入一個電阻，導致有功分量增大，無功分量保持不變，介質損耗角增大。

3 防范及判定套管介質損耗因數(shù)超標的建議

套管介質損耗因數(shù)和電容量測量是判斷套管絕緣狀況的一項重要手段。由于套管體積較小，電容量較小(幾百pF)，因此測量其介質損耗可以較靈敏地反映套管劣化受潮及某些局部缺陷。測量其電容量也可以發(fā)現(xiàn)套管電容芯層局部擊穿、嚴重漏油、小套管斷線及接觸不良等缺陷[2]。

鑒于以上分析認為，套管一次導電桿接觸不良是導致其介質損耗因數(shù)值超標的根本原因。如果簡單的從介質損耗因數(shù)數(shù)據(jù)超出規(guī)程要求值就判斷套管不合格的話，很容易出現(xiàn)將合格的套管更換掉，耗費大量的人力、物力。因此，在今后的變壓器套管選型及其介質損耗因數(shù)測試方面提出以下建議。

a. 在變壓器套管的選型上，訂貨應綜合考慮各方面的因素，選用適合現(xiàn)場檢修維護的、結構合理的產(chǎn)品。

b. 在對設備的交接驗收過程中，各專業(yè)工作人員一定要嚴把質量關，尤其是檢修人員要注意細節(jié)。

c. 現(xiàn)場試驗過程中，試驗人員要熟知設備結構，認真檢查各個試驗環(huán)節(jié)，結合相關試驗數(shù)據(jù)綜合分析，得出正確的試驗結論，避免對被試品進行誤判、錯判。

d. 現(xiàn)場主變壓器直流電阻測試中，當采用三相同時測試時，需將測試數(shù)據(jù)與初值進行比較，發(fā)現(xiàn)異常，可采用相間或單相測試的方法來判斷是否為中性點引線故障，以便進一步對數(shù)據(jù)做出正確的判斷。

e. 現(xiàn)場測量變壓器套管介質損耗因數(shù)時，應將變壓器繞組連同中性點短接后接高壓引線，以避免變壓器繞組電感、變壓器本體電容對套管介質損耗和電容量的影響。

f． 測量時應盡量使套管附近無梯子、構架等雜物，試驗人員遠離被試套管，以提高測量準確度。

g． 現(xiàn)場測量變壓器套管介質損耗因數(shù)時，如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應先排除末屏小套管表面臟污、內部斷線、接觸不良等因素導致的變壓器套管介質損耗因數(shù)超標現(xiàn)象，避免誤判。

參考文獻：

[1] 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，2001.

[2] 陳天翔，王寅仲.電氣試驗[M].北京：中國電力出版社，2005.