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(shè)備絕緣介質(zhì)損耗測(cè)試是絕緣試驗(yàn)中的主要項(xiàng)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(shè)備絕緣缺陷。隨著變電所高壓電氣設(shè)備電壓等級(jí)的不斷提高，現(xiàn)場(chǎng)大量試驗(yàn)結(jié)果表明，如果不能正確的進(jìn)行介質(zhì)損耗測(cè)量和試驗(yàn)結(jié)果的分析，很容易造成誤判斷，進(jìn)而危及高壓電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，或造成不必要的檢修與更換。通過對(duì)影響電氣設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)測(cè)量值的分析，給出正確的分析方法，能增加判斷的準(zhǔn)確性，從而提高了試驗(yàn)工作的效率和質(zhì)量。

1 介質(zhì)損耗tanδ測(cè)量的意義及原理

介質(zhì)損耗角正切值tanδ的測(cè)量，是一種使用較多，且對(duì)于判斷電氣設(shè)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(xí)慣上也有稱tanδ為介質(zhì)損耗角的。

通過測(cè)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(shè)備絕緣受潮和有缺陷時(shí)，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(guān)。同時(shí)，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(shè)備交接和預(yù)防性試驗(yàn)都得到了廣泛應(yīng)用。

2 溫度的影響

溫度對(duì)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。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備溫度是變化的，為便于比較，應(yīng)將不同溫度下測(cè)得的tanδ換算至20℃時(shí)的值。

有些絕緣材料在溫度低于某一臨界值時(shí)，其tanδ可能隨溫度的降低而上升；而潮濕的材料在0℃以下時(shí)水分凍結(jié)，tanδ值就會(huì)降低。所以，過低溫度下測(cè)得的tanδ不能反映真實(shí)的絕緣狀況，容易導(dǎo)致錯(cuò)誤的結(jié)論，因此，測(cè)量tanδ應(yīng)在不低于5℃時(shí)進(jìn)行。

當(dāng)絕緣中殘存較多水分和雜質(zhì)時(shí)，tanδ就隨溫度升高而明顯增加。例如兩臺(tái)220kV電流互感器通入50%額定電流，加溫9h，測(cè)取通入電流前后的tanδ的變化。tanδ初始值為0.35%的一臺(tái)無變化，tanδ初始值為0.8%的一臺(tái)則上升為1.1%。實(shí)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(dāng)常溫下測(cè)得的tanδ較大，在高溫下tanδ又明顯增加時(shí)，則應(yīng)認(rèn)為絕緣存在缺陷。

3 標(biāo)準(zhǔn)電容受潮

標(biāo)準(zhǔn)電容器受潮時(shí)的tanδ大于試品tanδ。用戶一般在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試電容的介質(zhì)損耗值都采用QS1電橋及配套的標(biāo)準(zhǔn)電容器Cn，其工作電壓為10kV，電容量為（50±1）pF。測(cè)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(biāo)準(zhǔn)無損電容器，其測(cè)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(dāng)標(biāo)準(zhǔn)電容器長(zhǎng)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(biāo)準(zhǔn)電容器受潮或生銹，標(biāo)準(zhǔn)電容器介損增大，便導(dǎo)致了合格電容套管的（tanδ<0.17%）介損偏小，對(duì)于介損較小，電容量較小的套管更容易出現(xiàn)負(fù)值，一旦標(biāo)準(zhǔn)電容器的tanδ大于被測(cè)套管的tanδ，那么被測(cè)套管的tanδ就全部變成了負(fù)值。對(duì)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(shí)要定期校驗(yàn)Cn的tanδ，以免引起誤判斷。

4 試驗(yàn)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(shí)，tanδ值可能略有增加），且當(dāng)電壓上升或下降時(shí)測(cè)得的tanδ值是接近一致的，不會(huì)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(dāng)所加試驗(yàn)電壓尚不足以使絕緣中的氣泡或氣隙游離時(shí)，其tanδ值與良好絕緣無明顯差別；當(dāng)試驗(yàn)電壓足以使絕緣中的空氣游離、電暈或局部放電時(shí)，則其tanδ將隨試驗(yàn)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(guān)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(shí)才略有增加。

曲線2為絕緣老化時(shí)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(diǎn)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(yàn)電壓未達(dá)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(dāng)逐步降壓后測(cè)量時(shí)，由于氣體放電可能已隨時(shí)間和電壓的增加而增強(qiáng)，故tanδ高于升壓時(shí)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(shí)，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(shí)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(guān)系很大。介質(zhì)吸濕后，電導(dǎo)的損耗增大，還會(huì)出現(xiàn)夾層極化，因而tanδ將大為增加。這對(duì)于多孔的纖維性材料、如紙等，以及對(duì)于極性電介質(zhì)，效果特別顯著。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)tanδ的測(cè)量發(fā)現(xiàn)的缺陷主要是：設(shè)備普遍受潮，絕緣油或固體有機(jī)絕緣材料的普遍老化；對(duì)小電容量設(shè)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(biāo)準(zhǔn)電容是否受潮、缺陷部分體積大小等有關(guān)，必要時(shí)，應(yīng)作出tanδ與電壓的關(guān)系曲線，以便分析絕緣中是否夾雜較多氣隙。對(duì)tanδ值進(jìn)行判斷的基本方法除應(yīng)與有關(guān)“標(biāo)準(zhǔn)”值比較外，還應(yīng)與歷年試驗(yàn)值比較，觀察其發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)設(shè)備的具體情況，有時(shí)即使數(shù)值仍低于標(biāo)準(zhǔn)，但增長(zhǎng)迅速，也應(yīng)該引起充分注意。此外，還應(yīng)與同類設(shè)備比較，看是否有明顯差異。在比較時(shí)，除tanδ值外，還應(yīng)注意Cx值的變化情況。如發(fā)生明顯變化，可配合其他試驗(yàn)方法，如絕緣油的分析，直流泄流試驗(yàn)或提高測(cè)量tanδ值的試驗(yàn)電壓等進(jìn)行綜合判斷。

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