電氣設(shè)備的介質(zhì)損失角正切值試驗

1、電氣設(shè)備的介質(zhì)損失角正切值試驗電介質(zhì)就是絕緣材料。當研究絕緣物質(zhì)在電場作用下所發(fā)生的物理現(xiàn)象時， 把絕緣物質(zhì)稱為電介質(zhì)；而從材料的使用觀點出發(fā)，在工程上把絕緣物質(zhì)稱為 絕緣材料。既然絕緣材料不導電，怎么會有損失呢？我們確實總希望絕緣材料 的絕緣電阻愈高愈好，即泄漏電流愈小愈好，但是，世界上絕對不導電的物質(zhì) 是沒有的。任何絕緣材料在電壓作用下，總會流過一定的電流，所以都有能量 損耗。把在電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果電介質(zhì)損耗很大，會使電介質(zhì)溫度升高，促使材料發(fā)生老化(發(fā)脆、 分解等)，如果介質(zhì)溫度不斷上升，甚至會把電介質(zhì)熔化、燒焦，喪失絕緣能力， 導致熱擊穿，因此

2、電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項重要指標。在外加交流電壓作用下，絕緣介質(zhì)就流過電流，電流在介質(zhì)中產(chǎn)生能量損 耗，這種損耗成為介質(zhì)損耗。介質(zhì)損耗很大時，就會使介質(zhì)溫度升高而老化， 甚至導致熱擊穿。因此，介質(zhì)損耗的大小就反映了介質(zhì)的優(yōu)劣狀況。當絕緣物上加交流電壓時，可以把介質(zhì)看成為一個電阻和電容并聯(lián)組成的等值電路，如圖1-15 (a)所示。根據(jù)等值電路可以作出電流和電壓的相量圖， 如圖1-15 (b)所示。11二IR'° 1piIC -UTC _C R Ir0T 1邛Uo -(a)(b)圖1-15在絕緣物上加交流電壓時的等值電路及相量圖(a)介質(zhì)等值電路(b)等值電路電

3、流、電壓相量由相量圖可知，介質(zhì)損耗由 幅產(chǎn)生，夾角6大時，&R就越大，故稱6為介質(zhì)損失角，其正切值為tg/二9Ic U/ C CF(1-8)介質(zhì)損耗P=UR=U28 Ctg6(1-9)由上式可見，當U、C 一定時，P正比于tgd,所以用tg6來表征介質(zhì) 損耗。測量tg6 (cos中)的靈敏度較高，可以發(fā)現(xiàn)絕緣的整體受潮、劣化、變質(zhì) 及小體積設(shè)備的局部缺陷。、介質(zhì)損失角正切值的測量原理介質(zhì)損失角正切的測量方法很多，從原理上來分，可分為平衡測量法和角 差測量法兩類。傳統(tǒng)的測量方法為平衡測量法，即高壓西林電橋法。由于技術(shù) 的發(fā)展和檢測手段的不斷完善，角差測量法使用的越來越普遍。(一)用高壓西

4、林電橋法測量tg 6當絕緣受潮、老化時，有功電流|R將增大，tg6也增大。通過測tg6可以反映出絕緣的分布性缺陷。如果缺陷是集中性的，有時測 tg6就不靈敏，這是因 為集中性缺陷為局部的，可以把介質(zhì)分為缺陷和無缺陷的兩部分；無缺陷的部 分為R1和C1的并聯(lián)；有缺陷部分為R2和C2 的并聯(lián)。則：P = P1 P2(1-10)CU2tg、. = C1U2tg、1C2U2tg、2(1-11)tg =旦限 1 tg：2 g C C(1-12)當有缺陷部分占的比例很小時，Qtg顯就很小，所以測整體的tg6時就不易發(fā)現(xiàn)局部缺陷。在電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程中對電機、電纜等絕緣，因為缺陷的集中性及體積較大，通常

5、不做此項試驗；而對套管、電力變壓器、互感器、電容器 等則做此項試驗。我國目前使用的測tg6試驗裝置有西林電橋（圖1-16給出了 QSi西林電橋 的三種試驗接線）M型介質(zhì)試驗器，還有P5026M型交流電橋、GWS-1型光 導微機介質(zhì)損耗測試儀等，具體的使用方法可參見制造廠說明。本節(jié)主要介紹 西林電橋法測量tgd。西林電橋的兩個高壓橋臂，分別由試品 Zn及無損耗（tg6之0）的標準電容 器Cn組成；兩個低壓橋臂，分別由無感電阻 R3及無感電阻R4與電容C4并聯(lián)組成，如圖1-16所示。各橋臂的導納為YxCxYn = j，Cn(1-13)(1-14)(1-15)Cx =CnR3(1-16)高壓西林電橋

6、是用于工頻高壓，于是R4取空C ,也是固定的，這時冗=2兀=100冗是固定的；同時電橋中的Y3 = Y4 = j C4R3R4調(diào)節(jié)R3、C4使電橋達到平衡時，應滿足YxY4 = Y3YN即A j -Cx-1 j . C4 A j .CnRxR4R3解此方程，實部、虛部分別相等，可得.1tg、二二 C4R4Cx RxCx = R4 Cn R31 tg 、當tg <0.1,誤差允許不大于1%時，式（1-15）可改寫為（1-17）tg 6 =g4C4=KC4X106式中C4的單位是F，若C4以pF計則上式可寫為tg6=KC（1-18）式中K=F-1。于是C4就可以直接讀為tg占在西林電橋上tg

7、混直讀的。Cx是按R3的讀 數(shù)，通過式（1.15）計算彳出。cn一般都用100pF，個別也有用50pF或 1000pF,但都是固定已知值。高壓西林電橋的高壓橋臂的阻抗比對應的低壓臂阻抗大得多，所以電橋上 施加的電壓絕大部分都降落在高壓橋臂上，只要把試品和標準電容器放在高壓保護區(qū)，用屏蔽線從其低壓端連接到低壓橋臂上，則在低壓橋臂上調(diào)節(jié)R3和C4就很安全，而且測量準確度較高，但這種方法要求被試品高低壓端均對地絕(c)圖1-16 QS1型西林電橋原理接線（a）正接線 （b）反接線（c）對角線接線Zx一被測絕緣阻抗；Cn標準電容；R3可變電阻；C4可變電容；G檢流計圖1-16 (a)正接線用于兩極對地

8、絕緣的設(shè)備，用于試驗室或繞組間測 tg6 圖1-16 (b)反接線用于現(xiàn)場被試設(shè)備為一極接地的設(shè)備，要求電橋有足夠的絕 緣。由于R3和C4處于高電位，為保證操作的安全應采取一定的措施。一個辦 法是將電橋本體和操作者一起放在絕緣臺上或放在一個叫法拉第籠的金屬籠里 對地絕緣起來，使操作者與R3、C4處于等電位。另一種辦法是人通過絕緣連桿 去調(diào)節(jié)R3和C4o現(xiàn)場試驗通常采用反接線試驗方法。圖 1-16(C)對角線接線 用于被試設(shè)備為一極接地的設(shè)備且電橋沒有足夠的絕緣。電橋測試中的注意事項：在電橋測試中，有些問題往往容易被忽視，使測量數(shù)據(jù)不能反映被試設(shè)備 的真實情況，常被忽視的問題有：(1)外界電場干

9、擾的影響。在電壓等級較低(例如 35kV電壓等級)的電 氣設(shè)備tgd測試中，容易忽視電場干擾的影響。(2)高壓標準電容器的影響?，F(xiàn)場經(jīng)常使用的 BR-16型標準電容器，電容 量為50pF,要求tg、：<0.1%。由于標準電容器經(jīng)過一段時間存放、應用和運輸 后，本身的質(zhì)量在不斷變化，會受潮、生銹，如忽視了這些質(zhì)量問題，同樣會 影響測試的數(shù)據(jù)。(3)試品電容量變化的影響。在用 QS1型西林電橋測量電氣設(shè)備絕緣狀況 時，往往重視9$值，而容易忽視試品電容量的變化，由此而產(chǎn)生一些事故。(4)消除表面泄漏的方法。當測量電氣設(shè)備絕緣的tg6時，空氣相對濕度 對其測量結(jié)果影響很大，當絕緣表面臟污，且又

10、處于濕度較大的環(huán)境中時，表 面泄漏電流增加，對其測量結(jié)果影響更大。采取其有效的方法，如電熱風法、瓷套表面瓷群涂擦法、化學去濕法等。(5)測試電源的選擇。在現(xiàn)場測試中，有時會遇到試驗電壓與干擾電源不 同步，用移相等方法也難以使電橋平衡的情況。(6)電橋引線的影響：1)引線長度的影響。分析研究表明，在一般情況下，Cx引線長度約為510m,其電容約為15003000pF;而CN引線約為11.5m,其電容約為 300500pF。當R4=3184歐和R3較小時，對測量結(jié)果影響很小，但若進行小容Commenttr1: 一次設(shè)備和二次設(shè)備,通用簡稱量試品測試時，就會產(chǎn)生偏大的測量誤差。2）高壓引線與試品夾角

11、的影響。測量小容量試品時，高壓引線與試品的雜 散電容對測量的影響不可忽視。3）引線電暈的影響。高壓引線的直徑較細時，當試驗電壓超過一定數(shù)時，就可能產(chǎn)生電暈。例如若用一般的導線做高壓引線，當電壓超過50kV后，就會出現(xiàn)電暈現(xiàn)象。電暈損耗通過雜散電容將被計入被試品的 tg6內(nèi)。嚴重影響 測量結(jié)果，并可能導致誤判斷。4）引線接觸不良的影響。當 QS1電橋高壓線或測量引出線與被試品接觸不 良時，相當于被試支路串聯(lián)一個附加電阻。該電子在交流電壓作用下會產(chǎn)生有 功損耗并與被試品自身有功損耗疊加，使測量的介質(zhì)損耗因數(shù)超過規(guī)定的限值， 導致誤判斷。（7）接線的影響。小電容（小于 500pF）試品主要有電容型套

12、管、3110kV電容式電流互感器等。對這些試品采用QS1型電橋的正、反接線進行測量時，其介質(zhì)損耗因數(shù)的測量結(jié)果是不同的。按正接線測量一次對二次或一次對二次及外殼（墊絕緣）的介質(zhì)損耗因數(shù)， 測量結(jié)果是實際被試品一次對二次及外殼絕緣的介質(zhì)損耗因數(shù)。而一次和頂部 周圍接地部分的電容和介質(zhì)損耗因數(shù)均被屏蔽掉（電橋正接線測量時，接地點 是電橋的屏蔽點）o由于正接地具有良好的抗電場干擾，測量誤差較小的特點，一般應以正接 線測量結(jié)果作為分析判斷絕緣狀況的依據(jù)。（二）角差測量法測量tg S由于介質(zhì)損耗角很小，如果直接測量其角差很困難，因此，傳統(tǒng)的測量方 法均采用平衡測量法。隨著技術(shù)的進步及元器件的發(fā)展，可以通

13、過直接測量電 壓和電流的角差來測量tg S ,即角差法測量tg S o這種方法免去了平衡測量法 中需要調(diào)節(jié)平衡的繁瑣，大大減少了試驗的工作量。角差法測量方法很多，如 圖1-17所示為角差法典型的測量原理接線圖，其工作原理如下：由圖1-17所示，測量tg做際上就是測量流過試品容性電流與全電流的相 角差，在試驗時同時測量流過標準電容器電流（其相角與流過試品的容性電流 的相角一致）和流過試品的電流（全電流），這樣可測得到二者之間的相角差,從而可以計算tg柏勺數(shù)值。采樣電阻是無感精密電阻。測量回路將電流信號變 為數(shù)字信號，通過傅立葉變換能精確穩(wěn)定地測量畸變波形的相位差。但測量精 度完全由高速高精度器件

14、和計算處理的精度決定?？紤]到正、反接線及高低壓 隔離問題，數(shù)據(jù)傳輸可以通過光纖傳輸或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為紅外光并發(fā)送到接收器 來進行隔離。升壓變壓器圖1 17角差法(非平衡法)測量tg戰(zhàn)線示意圖、tg6測量中的抗干擾措施在現(xiàn)場進行測量時，試品和橋體往往處于周圍帶電部分的電場作用范圍之 內(nèi)，雖然電橋本體及聯(lián)接線采用了屏蔽措施，但試品無法做到全屏蔽。這時干 擾就會通過試品高壓極的雜散電容產(chǎn)生干擾，影響測量結(jié)果。為了消除或減少 由電場干擾引起的誤差，采用平衡法測量時可以采用如下措施：(1)加設(shè)屏蔽 當試品體積不大時，可用金屬屏蔽罩或網(wǎng)將試品與干擾源 隔開，可以減少測量誤差。(2)采用移相電源 由于干擾源的相

15、位一般是無法改變的，因此，可以通 過改變電源的相位，使得電源的相位和干擾的相位同相或反相，來達到消除 或減少同頻率干擾的目的。(3)倒相法 測量時將電源正接和倒相各測量一次，測得兩組結(jié)果tg a C1和tg 2> C2,然后通過式1 19和式120計算求得tg肝口 C：Citgci C 2tg、2tg 每二 (1-19)C1 C2C - C1 +C2(1-20)采用非平衡法測量時，可采用如下措施：(1)采用異頻電源。由于干擾的頻率一般為工頻或工頻的諧波，因此，可 將輸入電源整流成直流后通過開關(guān)逆變電路逆變?yōu)楫愑诠ゎl的正弦波，避開干 擾的頻率范圍，這樣可大大提高測量精度。這種方法在非平衡法

16、測量中使用較 多，而且抗干擾的效果較好。(2)補償法。通過計算機數(shù)據(jù)處理，將測量數(shù)據(jù)進行補償，使得測量波形 為不畸變的正弦波形后，計算得到tg6和C。三、影響測試的主要因素及分析判斷(一)影響因素(1)溫度的影響。tg6值受溫度影響而變化，為了比較試驗結(jié)果，對同一 設(shè)備在不同溫度下的變化必須將結(jié)果歸算到一個鞏固的基準溫度，一般歸算到200C。(2)濕度的影響。在不同的濕度下測得的值也是有差別的，應在空氣相對 濕度小于80%下進行試驗。(3)絕緣的清潔度和表面泄漏電流的影響。這可以用清潔和干燥表面來將損 失減到最小，也可采用涂硅油等辦法來消除這種影響。(二)分析(1)和電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程的要

17、求值作比較。(2)對逐年的試驗結(jié)果應進行比較，在兩個試驗間隔之間的試驗測量值不 應該有顯著的增加或降低。(3)當tg6值未超過規(guī)定值時，可以補充電容量來分析，電容量不應該有 明顯的變化。(4)應充分考慮溫度等的影響，并進行修正。(5)通過測tgS=f (U)的曲線，觀察tgS是否隨電壓而上升，來判斷絕緣 內(nèi)部是否有分層、裂紋等缺陷。(三)綜合判斷由上述可知，每一項預防性試驗項目對反映不同絕緣介質(zhì)的各種缺陷的特 點及靈敏度各不相同，因此對各項預防性試驗結(jié)果不能孤立地、單獨地對絕緣介質(zhì)做出試驗結(jié)論，而必須將各項試驗結(jié)果全面地聯(lián)系起來，進行系統(tǒng)地、全 面地分析、比較，并結(jié)合各種試驗方法的有效性及設(shè)備

18、的歷史情況，才能對被 試設(shè)備的絕緣狀態(tài)和缺陷性質(zhì)做出科學的結(jié)論。例如，當利用兆歐表和電橋分 別對變壓器絕緣進行測量時，如果tgS值不高，其絕緣電阻、吸收比較低，則 往往表示絕緣中有集中性缺陷；如果tg6值也高，則往往說明絕緣整體受潮。一般地說，如果電氣設(shè)備各項預防性試驗結(jié)果(也包括破壞性試驗)能全 部符合規(guī)定，則認為該設(shè)備絕緣狀況良好，能投入運行。但是對非破壞性試驗 而言，有些項目往往不作具體規(guī)定，有的雖有規(guī)定，然而，試驗結(jié)果卻又在合 格范圍內(nèi)出現(xiàn) 異?！?，即測量結(jié)果合格，增長率很快。對這些情況如何作出正 確判斷，則是每個試驗人員非常關(guān)心的問題。根據(jù)現(xiàn)場試驗經(jīng)驗，現(xiàn)將電氣設(shè) 備絕緣預防性試驗結(jié)

19、果的綜合分析判斷概括為比較法。它包括下列內(nèi)容：(1)與設(shè)備歷年(次)試驗結(jié)果相互比較，因為一般的電氣設(shè)備都應定期 地進行預防性試驗，如果設(shè)備絕緣在運行過程中沒有什么變化，則歷次的試驗 結(jié)果都應當比較接近。如果有明顯的差異，則說明絕緣可能有缺陷。(2)與同類型設(shè)備試驗結(jié)果相互比較。因為對同一類型的設(shè)備而言，其絕 緣結(jié)構(gòu)相同，在相同的運行和氣候條件下，具測試結(jié)果應大致相同。若懸殊很 大，則說明絕緣可能有缺陷。(3)同一設(shè)備相間的試驗結(jié)果相互比較。因為同一設(shè)備，各相的絕緣情況 應當基本一樣，如果三相試驗結(jié)果相互比較差異明顯，則說明有異常的絕緣可 能有缺陷。(4)與電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程規(guī)定的“允許值

20、”相互比較。對有些 試驗項目，電力設(shè)備預防性試驗規(guī)程規(guī)定了 “允許值”，若測量值超過“允許值”，應認真分析，查找原因，或在結(jié)合其他試驗項目來查找缺陷?？傊?，應當堅持科學態(tài)度，對試驗結(jié)果必須全面地、歷史地綜合分析，掌 握設(shè)備性能變化的規(guī)律和趨勢，這是多年來試驗工作者總結(jié)出來的一條綜合分 析判斷試驗結(jié)構(gòu)的重要原則，并以此來正確判斷設(shè)備絕緣狀況，為檢修提供依 據(jù)。表1-1列出了非破壞性試驗基本方法的比較，在試驗中應充分利用它們的 特點去發(fā)掘絕緣缺陷表1-1非破壞性試驗基本方法的比較試驗方法能發(fā)現(xiàn)的缺陷不能發(fā)現(xiàn)的缺陷評價測量絕緣電阻貫通的集中性缺 陷，整體受潮或 府貫通性的受潮 部分未貫通的集中性 缺

21、陷，絕緣整體 老化及游離基本方法之一測量吸收比受潮，貫通的集 中性缺陷未貫通的集中性 缺陷，絕緣整體 老化應用于判斷受潮測量泄漏電流同絕緣電阻測量， 但較靈敏同絕緣電阻測量基本方法之一測量tg6整體受潮、劣化， 小體積被試品的 貫通及未貫通缺 陷大體積被試品的集中性缺陷基本方法之一第四節(jié)絕緣油試驗電力系統(tǒng)中用油作介質(zhì)的設(shè)備包括變壓器、帶繞組的互感器等，其中變壓 器屬于電力系統(tǒng)中最重要的和最昂貴的 設(shè)備之一，也是導致電力系統(tǒng)事故最多 的設(shè)備之一。變壓器在發(fā)生突發(fā)性事故之前，絕緣的劣化及潛伏性故障在運行 電壓下將產(chǎn)生光、電、聲、熱、化學變化等一系列效應及信息。對于大型電力 變壓器，目前幾乎是用油來

22、絕緣和散熱，變壓器油與油中的固體有機絕緣材料（紙和紙板等）在運行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐 漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體；變壓器內(nèi)部存在的潛伏性過熱或放電故障又會加 快產(chǎn)氣的速率。隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出來的氣體形成氣泡在油中經(jīng)過對 流、擴散作用，就會不斷地溶解在油中。同一類性質(zhì)的故障，其產(chǎn)生的氣體的 組分和含量在一定程度上反映出變壓器絕緣老化或故障的程度，可以作為反映 電氣設(shè)備異常的特征量。 本節(jié)只講述絕緣油的電氣性能試驗，關(guān)于油中溶解氣體的氣相色譜分析將在第二章詳細說明 一、電氣強度試驗電氣性能試驗的意義：絕緣油的電氣性能試驗有兩項，即電氣強度試驗和測量 tg6值。影響

23、絕緣 油電氣強度的主要因素，是油中所含的水分和雜質(zhì)。電氣強度不合格的絕緣油 不能注入電氣設(shè)備。但經(jīng)過過濾處理除去其中所含的水分和雜質(zhì)后仍會變成好油。油的tg6值反應油質(zhì)好壞的重要指標之一。絕緣油老化后，將生成大量的 極性基和極性物質(zhì)，這也使油的電導和松弛極化加劇。因此，測定絕緣油的tg6 ,無論對新油或運行中的油，都是十分必要的。試驗方法：電氣強度試驗，即測量絕緣油的瞬時擊穿電壓值。試驗接線與交流耐壓試 驗相同，即在絕緣油中放上一定形狀的標準試驗電極，電極間加上工頻電壓， 并以一定的速率逐漸升壓，直至電極間的油隙擊穿為止。該電壓即絕緣油的擊 穿電壓（KV）,或換算為擊穿強度KV/cm ）0試驗

24、電極，根據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，用黃銅或不銹鋼制成，直徑為 25毫米，厚 4毫米，倒角半徑R為2毫米。安置電極的油杯的容量按規(guī)定應為 200毫升， 油杯是用瓷或玻璃制成，具幾何尺寸應能保證；從電極到杯壁和杯底的距離 應不小于15厘米；電極至上層油面的距離應不小于電極至杯底的距離。電極 面應垂直，兩電極必須平行。試驗步驟及注意事項1、清洗油杯試驗前電極和油杯應先用汽油、苯或四氯化碳洗凈烘干，洗滌時用潔凈的 絲絹，不可用布和棉紗。電極表面有燒傷痕跡的不可再用。調(diào)整好電極間距離， 使其保持2.5毫米。油杯上要加玻璃蓋或玻璃罩。試驗在室溫 1535C,濕度不 高于75%的條件下進行。2、油樣處理試油樣送到試驗室后，必須在不破壞原有儲藏密封的狀態(tài)下放置相當時間, 直至油樣接近室溫。在油倒出前，應將儲油容器顛倒數(shù)次，使油均勻混合，并盡可能不產(chǎn)生氣泡。然后用被試油杯和電極沖洗兩、三次。再將被試油沿杯壁 徐徐注入油杯中。蓋上玻璃蓋或玻璃罩，靜置 10分鐘。3、加壓試驗調(diào)節(jié)調(diào)壓器使電壓從零升起，升壓速度約 3千伏/秒，直至油隙擊穿，并記 錄擊穿電壓值。這樣重復試驗5次，取平均值。4、擊穿時的電流限制為了減少油擊穿后產(chǎn)生的碳粒，應將擊穿時的電流限制在5毫安左右。在每次擊穿后要對電極間的油進行充分攪拌，并靜置 5分鐘后再重復試驗。二、