Garton效應(yīng)對高壓介質(zhì)損耗現(xiàn)場試驗的影響及對策

肖英偉，任慶帥，王世興

（國網(wǎng)山東省電力公司檢修公司，山東 濟南 250021）

0 引言

如今電網(wǎng)的發(fā)展迅速，特高壓的推廣對一次設(shè)備的安全性和可靠性提出了更高的要求，而介質(zhì)損耗（介損）預(yù)試是保障高壓設(shè)備安全穩(wěn)定運行的重要手段。根據(jù)DL/T596—1996《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程》的規(guī)定，10 kV試驗電壓下要求tanδ應(yīng)小于0.25%［1-6］。該試驗電壓對于220 kV及以下電壓等級設(shè)備已經(jīng)足夠反映設(shè)備運行狀況，但在500 kV變電設(shè)備預(yù)試中，會經(jīng)常出現(xiàn)設(shè)備運行正常但介損超標的現(xiàn)象。

通過對大量500 kV設(shè)備預(yù)試發(fā)現(xiàn)，造成tanδ超標的原因是Garton效應(yīng)對膜紙復(fù)合絕緣電容的影響。Garton效應(yīng)指若絕緣介質(zhì)中含有紙（或塑料和油的混合介質(zhì)），其tanδ在低電壓下可能是高電壓下的1～10 倍［7-10］，如圖 1 所示。

本文針對高壓介損現(xiàn)場試驗中經(jīng)常出現(xiàn)的介損超標的現(xiàn)象，采用取樣、分組實驗的方法探索克服Garton效應(yīng)的方法，結(jié)果表明所用方法可以有效克服Garton效應(yīng)對電容介損測量的影響，對于提高電網(wǎng)經(jīng)濟效益、保障電網(wǎng)安全具有現(xiàn)實意義。

圖1 不同電壓下Garton效應(yīng)對介損的影響

1 Garton效應(yīng)的產(chǎn)生機理

Garton效應(yīng)對高壓介損的影響的原理。膜紙復(fù)合絕緣電容中的紙纖維對油中膠體帶電粒子的運動有阻礙作用，而在低電壓下，雜質(zhì)均勻分布在絕緣介質(zhì)中，極化損耗可能非常大，造成介損超標，如圖2（a）所示；在高電壓下，絕緣介質(zhì)中的雜質(zhì)在強電場的作用下集中在兩極，對帶電粒子的阻礙較小，如圖2（b）所示。因此，油紙絕緣的電容器的tanδ值隨電場強度增加會減小得多［11-14］。而對于非油紙絕緣的電容器，Garton效應(yīng)影響不明顯，因此tanδ值隨電場強度變化較小。

2 現(xiàn)場實例及分析

2.1 試驗對比

為了進一步探索該類預(yù)試的改進方法，隨機抽取了6臺因介損超標而退出運行的500 kV斷路器均壓電容進行試驗。試驗分兩組，每組各3臺，第一組進行外加高壓介損試驗，第二組先進行60 kV耐壓試驗，再進行10 kV介損試驗。

圖2 不同電壓下雜質(zhì)的分布情況

第一組進行外加電壓介損試驗，具體試驗結(jié)果如表1所示。

表1 外加電壓介損試驗結(jié)果

第二組先進行60 kV耐壓試驗，再進行10 kV介損試驗，具體試驗結(jié)果如表2所示。

表2 耐壓試驗后介損測量結(jié)果

同時，對兩組均壓電容的電容變化率進行了分析計算，第一組分別為0.56%、0.68%、1.00%，第二組分別為0.78%、1.33%、0.93%，可見不同的試驗電壓對電容值的影響還是比較小的。

2.2 數(shù)據(jù)分析

把兩組的試驗數(shù)據(jù)分別整理成散點圖，如圖3、圖4所示。

圖3 外加電壓介損試驗結(jié)果散點圖

圖4 耐壓試驗后介損測量結(jié)果散點

從試驗結(jié)果可以看出，所有介損超標的電容器在試驗電壓升高或進行耐壓試驗之后，tanδ值均大幅降低至合格范圍內(nèi)。

因此，在對容性設(shè)備進行介損試驗時，若出現(xiàn)低電壓下tanδ值超過規(guī)程規(guī)定的標準值時，不宜輕易判定設(shè)備為不合格，要考慮到可能存在的Garton效應(yīng)，對設(shè)備狀態(tài)進行綜合判斷。

3 對策

在生產(chǎn)實踐中，大量的高壓斷路器均壓電容由于介損超標而更換，造成了人力物力的極大浪費，同時還延誤了送電時間、降低了電網(wǎng)運行可靠性。因此，必須采取措施盡量克服Garton效應(yīng)的影響，對于介損超標的電容，必須判斷是否發(fā)生Garton效應(yīng)。

3.1 降低Garton效應(yīng)發(fā)生率

加強出廠監(jiān)造。造成Garton效應(yīng)的原因是雜質(zhì)的極化損耗，因此，生產(chǎn)廠家必須從源頭杜絕產(chǎn)品的隱患，同時，運維部門必須加強出廠監(jiān)造，保證設(shè)備生產(chǎn)工藝。

出廠設(shè)備盡快投運。根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，設(shè)備在出廠試驗合格后，如果長時間靜置未投入運行，會增大發(fā)生Garton效應(yīng)的概率。因此，在工程允許范圍內(nèi)，盡快將可能發(fā)生Garton效應(yīng)的設(shè)備投運，統(tǒng)籌安排，減少其靜置時間。

停電后優(yōu)先進行介損試驗。投運時間較長的電容器發(fā)生Garton效應(yīng)的可能性更大，但在設(shè)備停電數(shù)小時內(nèi)，其介損尚處于合格范圍內(nèi)。因此，在安排例行性試驗時，應(yīng)充分考慮這種情況，盡量把預(yù)防性介損試驗安排在設(shè)備停電數(shù)小時內(nèi)，減少工作量。

3.2 發(fā)生Garton效應(yīng)的判定方法

對于介損超標的電容器，需要判斷其是否發(fā)生Garton效應(yīng)，可以通過以下兩種方法：現(xiàn)場條件允許時，可先對被試品施加高電壓（比如耐壓試驗），然后再做低電壓介損試驗，此時的介損值若低于規(guī)程規(guī)定值，則可認為發(fā)生了Garton效應(yīng)；也可以做高壓下的介損試驗，如果tanδ下降至合格范圍內(nèi)，則可認為設(shè)備發(fā)生了Garton效應(yīng)。

3.3 發(fā)生Garton效應(yīng)的電容器的處理

根據(jù)以往的運行經(jīng)驗，發(fā)生Garton效應(yīng)的電容器重新投運后，至今運行正常。為確保設(shè)備和電網(wǎng)的運行可靠性，可以適當縮短例行檢修的周期。

4 結(jié)語

電氣試驗表明，大量的電容設(shè)備因介損超標而更換，造成了國家財產(chǎn)的極大浪費，同時影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。

本文研究了Garton效應(yīng)對介損試驗的影響及原因，并用兩組試驗研究了外加電壓和耐壓試驗對介損測量的改進效果。結(jié)果表明，兩種方法均可克服Garton效應(yīng)對電容介損測量的影響。

［1］ SRINIVAS M B，SUZUOKI Y，NAGAO M，et al.Dielectric loss behavior of liquid nitrogein uniform fields millimeter gap ［J］.IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2000，7（2）：296-302.

［2］ TOKORO T，NAGAO M，KOSAKIM.High-fielddielectric property and AC dissipation current waveform of polyethylene film［C］.Proceedings of the 3rd International Conference on Properties and Applications of Dielectric Materials.Tokyo：IEEE，1991：1072-1075.

［3］ TAKAHASHIT，NAKAJIMA T，NAKADE M，etal.Dielectric characteristics of oil filled cable insulation impregnated by extremely bad tanδ oil ［J］.IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation，2006，7（2）：258-261.

［4］ DL/T596—1996 電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程［S］.

［5］ 戴昌彬，王祖林，洪貞賢.膜紙復(fù)合絕緣電容器介損標準的討論［J］.絕緣材料，2001，34（5）：38-41.

［6］ 朱德恒，嚴璋.高電壓絕緣［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1992.

［7］ 陳化鋼.電力設(shè)備預(yù)防性試驗方法［M］.北京：水利電力出版社，1994.

［8］ Garton G G.Dielectric Loss in Thin Films of Insulating Liquids［J］.Journal of IEE，1947，88（23）：23-40.

［9］ Bartnikas R.Dielectric Loss in Insulating Liquids［J］.IEEE Trans，Electrical Insulation，1967，2（1）：33-54.

［10］張嘉.主變500 kV環(huán)氧樹脂浸紙?zhí)坠芙閾p異常原因研究［J］.華東電力，2006，34（1）：12-16.

［11］左文啟，汪倩，謝勵耘，等.Garton效應(yīng)對膜紙復(fù)合絕緣電容器介損測得值的影響及對策［J］.絕緣材料，2010，43（1）：71-74.

［12］孫鵬舉，呂洪明.高壓斷路器斷口均壓電容器介質(zhì)損失角增大原因分析及解決措施［J］.高壓電器，2009，45（2）：97-98.

［13］徐亮，馮玉柱，馮新巖，等.克服Garton效應(yīng)的高壓介損現(xiàn)場試驗方法［J］.高壓電器，2012，48（2）：66-69.

［14］黃敏如，李順堯.油紙電容式套管介損測試誤差原因分析與處理［J］.高壓電器，2008，44（5）：483-485.