介质损耗试验的原理及应用

李楠张磊

摘要：论述变电站介质损耗试验的概念及意义，引出介质损耗因数tgδ的定义，介绍介质损耗因数试验原理，测量方法及影响试验结果的因素和解决方法，结合工作实际简述现场试验应注意事项。

关键词：介质损耗因数；影响因素；注意事项

引言

近年来随着电力用户用电量大幅度增高，新型能源供电的加入，特高压交流、直流输电线路建成并投用，将变电站在电网中的地位提升到新的高度，各种电压等级的变电站兴建，变电站内电气一次设备种类的增多。使电气一次设备高压试验显得尤为重要，在众多的电气设备高压试验项目中，介质损耗试验是必不可少的一环。

1.介质损耗因数的概念及意义

在电场作用下，电气设备在输电过程中有一部分能量转变为其他形式的能量，通常为热能。排除电气设备之间导线连接不紧密、铜铝接触无过渡、输电量过大、户外温度过高等因素，设备发热是由介质损耗引起，所谓介质损耗就是指在电场作用下电介质内部，如果损耗很大，会使电气设备温度升高，导致电气设备绝缘材料发热老化，如果介质温度不断上升，严重时会使电气设备绝缘部分融化、烧焦，丧失绝缘能力，造成击穿，影响变电站正常运行。因此，介质损耗的大小是衡量绝缘性能的一项重要指标。

但不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来衡量对比设备的绝缘性能好坏。因此引入了介质损耗因数tgδ（又称介质损失角正切值）的概念。介质损耗因数的定义为：

介质损耗因数tgδ=（P/Q））*100％

通过tgδ的定义可以看出tgδ只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，这样以来便于不同设备之间进行比较。测量介质损耗因数tgδ是判断电气设备的绝缘状况得一种传统且十分有效的方法。

2.介质损耗因数试验的原理

测量介质损耗因数的原理分为三种：

1）西林电桥是80年代以前广泛使用的现场介损测试仪器。试验时需配备外部标准电容器，以及10kV升压器及电源控制箱。需要调节平衡，是由：交流阻抗器、转换开关、检流计、高压标准电容器组成。调节R3、C4使电桥平衡，此时a、b两点电压幅值相位相等，R3、C4两端电压相等。由于R4是固定的，频率是50Hz、C4单位为μF时，tgδ=C4，Cn已知因此可以在C4刻度盘上直接读出介损值，通过R3、R4、Cn可以计算Cx与Rx。计算公式为：Rx=（C4/Cn）*R3、Cx=（R4/R3）*Cn

2）电流比较仪电桥：电流比较仪电桥的工作原理是采用安匝平衡的原理。由于它测量精度高适合实验室使用，所以这种测量方法在现场不常用。

3）数字型高压介损测试：它具有接线简单、自动换算数值，数据可靠、抗干扰能力强等优点，是现在变电站内常用的测试方法。数字式介损测试基本测量原理是基于传统西林电桥的原理上，测量系统通过标准侧R4和被试侧R3分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高速同步采样，经模数（A/D）转换电路测量得到两组信号波形数据，再经计算处理中心分析，分别得出标准侧和被试侧正弦信号的幅值、相位关系，从而计算出被试品的电容量及介损值。

3.介质损耗因数试验的方法

利用数字型高压介损测量方法，现场使用时主要有三种方法：

正接线法、反接线法、自激法。

1）正接法：这种方法对未安装的耦合电容器、小容量电容器比较适用，测量原理是试品不接地，桥体E端接地，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。

2）反接线法：反接线法多用在容量比较大的设备上，比如变压器、。它的测量原理是试品接地，桥体U端接地，E端为高压端，在需要屏蔽的场合，E端也可用于屏蔽。此时桥体处于高电位，R3、C4需通过绝缘杆调节。由于变电站运行后设备是接地的，所以只能选用反接线法，如套管，虽然套管容量不大但是在运行时末屏接地为了在变电站投运后复测时得到可参照的数据，在套管安装前建议也使用反接线方法测试。

3）自激法：这种测量方式多用在电容式电压互感器，由于电容式电压互感器的分压单元，由于C1和C2连接处是封闭的，不能直接采用正接线测试，如果测量C1和C2的串联值。由于与中间变压器对地电容跟C1和C2形成“T形网络”，如果中间变压器介损较大，可能出现负值。因此应采用自激磁法进行测试。

4.影响因素及解决方法

影响该项试验结果的原因有多种，在现场常见有电压、频率、温度、磁场干扰四个方面的原因。

1）电压的影响

现场试验时会发现随着试验仪器外加电压的上升、下降。会有测量数据变化的现象。其实外加电压的升高，与tgδ无直接的关系，只是电压上升到某一数值时，介质的局部放电，造成tgδ增大。因为设备中存在杂质、气泡高电压时会放电，产生附加损耗，使tgδ随着电压的变化而变化。

2）频率的影响

现场试验时会发现一定的频率范围内，tgδ随着频率的增加而增加。由于电气设备正常运行时均处于50Hz的工作频率下，所以现场试验时一般选用工频输出，而不采用变频输出。

3）温度影响

在夏季与冬季试验时会发现tgδ有明显的不同，随着温度的升高介质损耗会增大。所以现场采用具有温度折算功能的仪器试验前设定好温度进行近似估算。

4）磁场影响

在远离变电站运行区域对设备进行未安装前试验时会发现测试数据与出厂数据非常接近但当组装到位后再做该项试验会发现数据偏大，此时现场选用反接线法复测，将设备通过地刀与变电站地网相连接，反向接线，常见的设备有耦合电容器。

5.现场试验注意事项

现场试验条件比较简陋所以在试验时碰到的问题较多且多样，主要的要注意十点：

1）试验电源应符合要求。在做试验前应检查试验电源符合试验仪器标准以免烧坏仪器。

2）被试设备表面应清洁。在做介损试验前应将被试品表面清洁。尤其是套管、耦合电容器、电容式电压互感器等，表面有污秽会影响试验结果。

3）测试时对二次接线应有相应防护措施。测量电流、电压互感器时应将已接好的二次线打开。并将电流互感器二次接线盒端子短接接地防止开路造成设备损坏。

4）试验仪器防潮防晒。为了避免不必要的仪器损坏在试验时或者仪器保存过程中应防止仪器暴晒或浸水。

5）采用自激法时应注意输出电压的选取。由于自激法多用于电容式电压互感器，其二次绕组容量及电容尾端绝缘水平有限，施加电压不能超过3000V。一般采用2500V测量。

6）测试容量偏大。由于测试夹对地附加电容、以及测试线对地电容会带来测量误差，现场应采全屏蔽的测试线，试验时最好将测试线展开并悬空。

7）介损值不稳定：现场试验若对一个试品进行多次测试，会发现每次的测试值都不太一致。要么偏大、要么偏小，除了变电站电磁干扰以外主要是由测试夹子与被试品接触不良或者与测试夹子角度有关，应改变测试夹子的测试角度。

8）试验仪器出现接地错误。在现场试验时会发生仪器升压缓慢且仪器显示接地错误的信息。此时应检查仪器接地线是否良好，若接地线良好应更改接地点，接地时应将接地桩上的油漆擦干净，若使用自激法或者反接法也应用同样的方法检查设备接地线，使设备接地与仪器接地在同一地网，若条件允许最好两者在同一点接地。

9）仪器不能升压。在现场试验时会发生仪器不能升压现象，此时应检查被试品与高压测试线直接是否有接地，若有应断开。是否存在高压测试夹有接地现象，若有应做绝缘处理。

10）仪器的保护。仪器在不使用时除了注意防潮防晒，还要注意测试线不能挤压，运输中尽量做到不颠簸、磕碰，不在仪器上附加重物，人为踩踏。

6.结束语

电气试验是电气设备在出厂前、安装后、运行时必不可少的工作内容，通过各项试验判断电气设备的完好性是为了电气设备的正常运行，从而提高系统运行质量。

参考文献：

[1]《电力设备预防性试验方法及诊断技术》作者：陈华钢

[2]《高压电气试验》作者：贵州电网公司

作者简介：

李楠（1982－）男，宁夏中卫人，甘肃送变电工程公司工程师，从事电力试验和继电保护等方面的工作和研究。

张磊（1986－）男，甘肃陇西人，甘肃送变电工程公司工程师，从事电力试验和继电保护等方面的工作和研究。