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        對500 kV斷路器膜紙絕緣均壓電容介質(zhì)損耗試驗探討

        2012-12-05 03:23:38
        四川電力技術(shù) 2012年1期

        文 劍

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

        對于運行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗,采用常規(guī)加壓10 kV,正接法試驗。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。而其他絕緣試驗結(jié)果均都符合規(guī)程規(guī)定,繼續(xù)投入運行后仍無異常。這對試驗人員對試驗結(jié)果的分析和判斷帶來很大的影響。

        1 電容器介質(zhì)損耗試驗分析

        目前,在電氣試驗中主要都是通過10 kV下的介損試驗測量(tanδ)的大小來發(fā)現(xiàn)設(shè)備的缺陷??墒?,10 kV的試驗電壓遠(yuǎn)低于設(shè)備的運行電壓,不能真實反映設(shè)備運行時的狀況。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)備運行電壓下做介質(zhì)損耗測試才能真實反映設(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%,因為其中聚丙烯粗化膜電容器的介質(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%?,F(xiàn)場試驗發(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是試驗過程或儀器方面的,如果介質(zhì)損耗因數(shù)的出廠試驗值比較小而現(xiàn)場試驗值較大,則應(yīng)考慮現(xiàn)場試驗的復(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)在投運時間為1年后首次檢修時(全站停電檢修無電場干擾)進(jìn)行10 kV介質(zhì)損耗試驗的數(shù)據(jù),試驗數(shù)據(jù)見表2。

        表2 10 kV介質(zhì)損耗試驗數(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電橋試驗結(jié)果也大大超過《電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(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,主要有兩個原因。

        1)天氣潮濕,設(shè)備表面泄漏影響較大。濕度較大時介質(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,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,采用同樣的儀器和方法,試驗結(jié)果降到0.2%以下。

        2)高壓引線和設(shè)備接觸不良現(xiàn)場試驗的設(shè)備剛投運時,表面有漆膜,如果不刮去,接觸電阻就相當(dāng)大,在設(shè)備運行一段時間后,還會產(chǎn)生氧化層。對500 kV斷路器均壓電容器試驗時,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,因為其介質(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,因為,出廠值一般在0.1% ~0.2%,交接和預(yù)防性試驗規(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)損耗試驗探討

        所以高電壓介損試驗越來越受到重視,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)檢修試驗規(guī)程》中也要求對主變壓器套管、互感器、斷路器等運行設(shè)備開展額定電壓的介損試驗。

        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)損耗試驗方法。

        1)均壓電容采用正接線,試驗接線為一側(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,因試品容量一般小于2 000 pF,所以用AI-6000M直接帶試驗變壓器升壓,組件最少,接線最簡單。只需 AI-6000M主機(jī)、試驗變壓器和高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器三大件即可,試驗接線如圖1。

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

        圖1 介損試驗接線圖

        表3 介損超標(biāo)高電壓試驗結(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)試驗電壓下介質(zhì)損耗tgδ高達(dá)0.57%,隨著試驗電壓升高其介質(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)試驗電壓升高到60 kV時,介質(zhì)損耗tgδ最低,但是當(dāng)試驗電壓繼續(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)試驗結(jié)果圖形

        試驗采用AI-6000M電質(zhì)損耗試驗儀:

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

        圖2 試驗結(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,但試驗值的變化趨勢基本相同。

        3 結(jié)論

        對于運行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗,采用常規(guī)加壓10 kV,正接法試驗。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方法的影響不符合規(guī)程要求(大于0.2%時),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)投入運行。

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