變壓器介質(zhì)損耗講義

1、變壓器繞組連同套管介質(zhì)損耗試驗一、介質(zhì)損耗的定義及意義電介質(zhì)就是絕緣材料。當(dāng)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(dǎo)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(dǎo)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?xí)央娊橘|(zhì)熔化、燒焦，喪失絕緣能

2、力，導(dǎo)致熱擊穿，因此電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項重要指標(biāo)。然而不同設(shè)備由于運(yùn)行電壓、 結(jié)構(gòu)尺寸等不同， 不能通過介質(zhì)損耗的大小來衡量對比設(shè)備好壞。 因此引入了介質(zhì)損耗因數(shù) tg（又稱介質(zhì)損失角正切值） 的概念。介質(zhì)損耗因數(shù)的定義是：被試品的有功功率比上被試品的無功功率所得數(shù)值。介質(zhì)損耗因數(shù) tg只與材料特性有關(guān)， 與材料的尺寸、 體積無關(guān)，便于不同設(shè)備之間進(jìn)行比較。當(dāng)對一絕緣介質(zhì)施加交流電壓時，介質(zhì)上將流過電容電流 I1、吸收電流 I2 和電導(dǎo)電流 I3，如圖所示。其中反映吸收過程的吸收電流， 又可分解為有功分量和無功分量兩部分。 電容電流和反映吸收過程的無功分量是不消耗能量的，

3、 只有電導(dǎo)電流和吸收電流中的有功分量才消耗能量。為了討論問題方便，可進(jìn)一步將等值電路簡化為由純電容和純電阻組成的并聯(lián)和串聯(lián)電路。我們就采用它的并聯(lián)電路來分析。當(dāng)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 21（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2（b）所示。IIIRII CUICCRIRU(a)(b)圖 2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）等值電路電流、電壓相量由相量圖可知，介質(zhì)損耗由& 產(chǎn)生，夾角大時，&就越大，故稱為介質(zhì)損失角，其正切值為I RI Rtg= IRU/R1ICU/CCR介質(zhì)

4、損耗為2U 2CtgP= UR由上式可見，當(dāng) U、f 、C 一定時， P 正比于 tg，所以用 tg來表征介質(zhì)損耗。測量的 tg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。二、變壓器介質(zhì)損耗的目的測量變壓器繞組連同套管的介質(zhì)損耗角正切 tg時，主要用于更進(jìn)一步檢查變壓器整體是否受潮、 絕緣油及紙是否劣化等嚴(yán)重的局部缺陷， 以及繞組上是否附著油泥等雜質(zhì)。三、變壓器介質(zhì)損耗的測量方法常用的方法有 QS1 西林電橋測量法、數(shù)字式介質(zhì)損耗測試儀等。1. QS1 西林電橋法西林電橋的兩個高壓橋臂，分別由試品ZN 及無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容器CN 組成；兩個低壓橋臂，分別由無感電阻 R3

5、 及無感電阻 R4 與電容 C4 并聯(lián)組成，如圖 2 所示。圖中 Cx，Rx 為被測試樣的等效并聯(lián)電容與電阻， R3、 R4 表示電阻比例臂， CN 為平衡試樣電容Cx 的標(biāo)準(zhǔn)， C4 為平衡損耗角正切的可變電容。圖 3西林電橋測量原理圖各橋臂的導(dǎo)納為1YNjCNYXjCxRx1Y31Y4j C4R4R3調(diào)節(jié) R3、C4 使電橋達(dá)到平衡時，應(yīng)滿足YX Y4Y3YN即1C x1j C41jR4j C NRxR3由上式可得：1注： A+jB=0tgC4 R4Cx RxCxR4CN 11Rtg 23為了讀取方便，可令 R4104則 tanxR4C 4100104106C4 C4若C 4以F計，則 C

6、4的讀數(shù)就為 tan x 的值。R4當(dāng) tanx0.1 時，試樣電容可近似地按下式計算：C xC NR3因此，當(dāng)橋臂電阻R3，R4 和電容 CN，C4 已知時就可以求得試樣電容和損耗角正切。2.數(shù)字式介質(zhì)損耗測試儀數(shù)字式介損測試儀基本測量原理是基于傳統(tǒng)西林電橋的原理基礎(chǔ)上，測量系統(tǒng)通過標(biāo)準(zhǔn)側(cè) R4和被試側(cè) R3分別將流過標(biāo)準(zhǔn)電容器和被試品的電流信號進(jìn)行高速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換裝置測量得到兩組信號波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計算處理中心分析， 分別得出標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和被試側(cè)正弦信號的幅值、 相位關(guān)系，從而計算出被試品的電容量及介損值 。智能型電橋的測量回路還是一個橋體，如下圖所示。圖 4智能型電橋原理圖R

7、3、R4兩端的電壓經(jīng)過A/D 采樣送到計算機(jī)，求得 :試品阻抗：進(jìn)一步計算可得 ：介損值可通過測量Ux 與 Un 之間的相位計算得出tg 值。 測量相位的方法有很多種，如過零比較法，波形分析法（FFT變換）等等，也可采用測量有功分量和無功分量的方法來求得tg 值。四、變壓器介質(zhì)損耗的接線方式用上述測量方法，常用的接線方式有正接線和反接線兩種。對于現(xiàn)場沒有末屏的電氣設(shè)備，都采用的是反接線進(jìn)行測量。所以變壓器采用反接線方式測量。如下圖所示。圖5反接線圖這是一種標(biāo)準(zhǔn)反接線接法，在試品接地，橋體U 端接地， E端為高壓端，在需要屏蔽的場合，E 端也可用于屏蔽。此時橋體處于高電位，R3、C4需通過絕緣桿

8、調(diào)節(jié)。這種方式橋體處于高電位，儀器內(nèi)部高低壓之間需要做好絕緣防護(hù)措施。同時操作者應(yīng)站在絕緣墊上進(jìn)行操作，電橋外殼必須可開接地。五、變壓器介質(zhì)損耗的影響因素介質(zhì)損耗因素不僅受到設(shè)備缺陷和電磁場干擾的影響，還受到溫度、電壓、頻率等的影響。1. 溫度的影響tg 與溫度的關(guān)系，隨著介質(zhì)的組成成分和結(jié)構(gòu)的不同而有顯著差異。一般不能將某一溫度下所測的 tg 準(zhǔn)確換算至另一溫度下的數(shù)值，因為不同絕緣介質(zhì)或不同潮濕程度， 各有不同的隨溫度變化的規(guī)律。 目前一些溫度換算方法所得的數(shù)據(jù)也只是近似的。因此， tg 測量工作最好在 10 30范圍內(nèi)并與前次測量時相近的溫度下進(jìn)行，且符合規(guī)程的規(guī)定： “進(jìn)行絕緣試驗時，

9、被試品溫度不應(yīng)低于 +5，戶外試驗應(yīng)在良好的天氣進(jìn)行，且空氣相對濕度一般不高于80%。2. 頻率的影響當(dāng)頻率為零時， tg 亦為零。在一定的頻率范圍內(nèi)，tg 隨著頻率的增加而增加。這是由于介質(zhì)極化的時間與交流半周期時間相等時，產(chǎn)生的介質(zhì)損耗最大。若頻率再增高時，則因時間太快，極化不完全（偶極子來不及排列），介質(zhì)損耗將隨著頻率的增加而減少。由于電氣設(shè)備均處在50Hz的工作頻率下，所以tg 試驗所采用的電源也應(yīng)滿足工頻范圍（通常為4565Hz）。在異頻下測量時應(yīng)考慮頻率對介損的影響。3. 電壓的影響當(dāng)外加電壓升高時， tg 與電壓無直接的關(guān)系， 只有在電壓上升到某一數(shù)值，即達(dá)到介質(zhì)的局部放電起始電

10、壓以上時， tg 才急劇增加。 因為在一定的交變電壓作用下，介質(zhì)中局部（夾雜的氣泡或雜質(zhì)）電場可能很強(qiáng)，從而首先放電，產(chǎn)生附加損耗，使tg 隨著電壓的升高而增加。也有一部分試品在電壓升至一定值時介損值出現(xiàn)下降的情況。因此在較高電壓下（設(shè)備額定工作電壓下）測量tg ，可以比較真實地反映設(shè)備的絕緣狀況，便于及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺陷。圖 6與試驗電壓的典型關(guān)系曲線1 良好的絕緣2絕緣中存在氣隙3受潮絕緣六、變壓器介質(zhì)損耗的標(biāo)準(zhǔn)及判斷1. 當(dāng)變壓器電壓等級為 35kV 及以上時，且容量在 8000kVA 及以上時，應(yīng)測量介質(zhì)損耗角正切 tg 。2.試驗電壓的選擇：變壓器繞組額定電壓為10 kV 及

11、以上者，施加電壓應(yīng)為10kV；繞組額定電壓為10 kV 以下者，施加電壓應(yīng)為繞組額定電壓。3.介質(zhì)損耗角正切 tg （交接試驗）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按如下表1 所示。4.測量的 tg 值不應(yīng)大于出廠試驗值的倍。若大于，且不符合表2 的規(guī)定，應(yīng)取絕緣油樣測量tg 值，如不合格，則更換標(biāo)準(zhǔn)油，換油后tg 值還不能達(dá)標(biāo)的，則將變壓器加溫至出廠試驗溫度并穩(wěn)定5 小時以上，重新測量，還不達(dá)標(biāo)則為不合格變壓器。5. 當(dāng)測量溫度與出廠試驗溫度不同，則按如下表2 所示換算，具體換算公式tg 20=K tg 。當(dāng)測量時的溫度差不是表2 所示時，可以按A=10 計算。6. 必要時可通過觀測 tg 與外施電壓的的關(guān)系曲線，觀測 tg 是否隨電壓上升，用以判斷絕緣內(nèi)部有無分層、裂縫等