浅析电容式套管末屏对地介损

刘敏

摘要：无论是油纸电容式套管还是干式套管，末屏对地的介质损耗角正切tanδ（以下简称介损）及电容量数值，在一定程度上可以反映出套管的绝缘状况。日常维护过程中,出现末屏对地的介损或电容量异常，需对套管电气性能及绝缘性能进行检测，进一步确定测量值异常的原因，确保设备安全运行。对此，本文简单分析一些影响电容式套管末屏对地介损的因素，希望能够为末屏对地介损检测异常进行初步判断时提供参考，及时发现、解决问题。

关键词：电容式管套；末屏对地介损；影响因素分析；改进措施

前言：一般情况下，大多数高压套管都是电容式结构，主要金属部件包括外绝缘、法兰、主绝缘、导电杆、电容芯子、测量端子等。外绝缘分为瓷外套和复合外套，主绝缘方式有油纸绝缘和干式绝缘，主要由多层同心圆柱电容屏串联构成，导电杆为零屏或以邻近导电杆的电容屏为零屏，最外层电容屏为套管末屏。运行状态下，末屏应有效接地，防止末屏虚接产生悬浮电位产生放电，出现异常产气、绝缘老化等问题；套管电气性能试验时，应揭开末屏保护罩，由末屏将信号引出，对套管介损和电容量进行测量，可以发现末屏与套管的电容屏间短路或是开路以及绝缘油劣化等缺陷^[1]。然而套管运行现场受环境、场地、设备等各方面因素影响，末屏对地介损的测量更容易操作，可以用于初步查看和分析套管的绝缘状况，从而进一步判断套管是否存在密封异常等问题。

1 影响末屏对地介损的因素

1.1 绝缘介质类型

介质损耗角正切tanδ是电流有功分量与无功分量之比，而电流的有功分量引起介质中能量的损耗，所以 tanδ的值能反映介质损耗的大小，而tanδ仅取决于材料特性，其值可以直接由实验测定^[2]。

根据主绝缘介质类型分类，在运行套管主要有油纸电容式套管、环氧树脂浸纸干式套管、胶浸纤维干式套管等。绝缘介质不同，材料特性不同，套管末屏对地的介损也有所区别。

图1 各类套管末屏对地绝缘介质示意图

如图1所示，三类套管末屏对地绝缘介质各不相同，油纸电容式套管由油浸纸和变压器油两部分组成，环氧树脂浸纸干式套管由环氧树脂浸纸和环氧树脂两部分组成，胶浸纤维干式套管由环氧树脂浸玻璃纤维和环氧树脂两部分组成。查表易知，各类绝缘介质之间的性能差异。表1为2021年某套管厂家126kV变压器套管末屏对地介损情况，胶浸纸套管末屏对地介损主要分布在0-2区间内，胶浸纤维套管末屏对地介损主要分布在1-3区间内，油纸电容式套管末屏对地介损主要分布在0-1区间。参考该套管厂家制造经验，可以看出各绝缘介质之间确实存在差异。仅根据介损很难分辨，建议判断时结合末屏对地电阻、电容量等多方面进行考量。

表1 2021年某套管厂家126kV变压器套管末屏对地介损情况

末屏对地介质损耗角正切tanδ（%）	末屏对地介损占比
	环氧树脂浸纸	胶浸纤维	油纸电容式
0-1	21.42%	15.58%	98.72%
1-2	64.29%	40.70%	1.28%
2-3	9.52%	26.13%	-
3-4	2.38%	14.07%	-
4-5	2.38%	3.52%	-
总计	100.00%	100.00%	100.00%

1.2 测量方式

有大量研究表明，测量套管末屏对地介损时，采用不同型号的介损测试仪或西林电桥等检测设备、使用正接法或反接法等不同的接线方式，甚至套管表面附着物均对测量结果存在影响。

测量时，需要对所有部件接触面进行清洁处理，提高接触效果；试验时，远离或通过操作切除干扰源，采用屏蔽法消除电场干扰和表面泄漏的影响，用倒相法、移相法等减少测量误差^[3]。

1.3 环境因素

空气湿度、温度等环境因素对套管绝缘也将产生一定影响。从表2中套管末屏对地介损的分布和占比，可直观看出湿度对套管对地介损的影响。

对表中数据进行分析，一年中不论环境湿度处于30%-59%还是60%-89%，油纸电容式套管末屏对地介损基本分布在1%以下。

环氧树脂浸纸干式套管在环境湿度处于30%-59%时，末屏对地介损基本分布在2%以下。然而，当环境湿度达到60%-89%时，末屏对地介损基本分布在2%-3%，并且3%-4%的末屏对地介损占比有所提高，出现了4%-5%的情况，

胶浸纤维干式套管在环境湿度处于30%-59%时，末屏对地介损基本分布在2%以下。然而，当环境湿度达到60%-89%时，末屏对地介损基本分布在1%-3%范围内，并且2%-3%的末屏对地介损占比有所提高，出现了3%-5%的情况。

表 2 2021年某套管厂家各类126kV变压器套管末屏对地介损受湿度影响

套管 占比 类型 末屏 对地介质 tanδ（%）	环氧树脂浸纸		胶浸纤维		油纸电容式
	湿度（%）		湿度（%）		湿度（%）
	30-59	60-89	30-59	60-89	30-59	60-89
0-1	28.85%	10.27%	30.00%	-	99.26%	98.27%
1-2	44.23%	39.73%	66.67%	58.33%	0.74%	1.73%
2-3	19.23%	28.77%	3.33%	25.00%	-	-
3-4	7.69%	16.44%	-	8.33%	-	-
4-5	-	4.79%	-	8.33%	-	-
总计	100%	100%	100%	100%	100%	100%

1.4 套管密封结构

末屏对地介损的测量，主要用于判断套管主绝缘是否受潮、老化等。如果说套管绝缘类型、所处环境、测量方式都是影响末屏对地介损的可供参考的因素，那么套管密封结构则是影响末屏对地介损乃至主绝缘介损的主要原因。

油纸电容式套管由上下瓷套及金属部件包裹住电容芯子，如同密封容器，主绝缘介损与末屏对地介损之间相互关联，末屏对地介损可直接反应主绝缘的情况。任何一个部位密封不良，都会引起套管进水、主绝缘受潮，出现游离放电以及芯子的沿面放电。

由图1可见，环氧树脂浸纸干式套管和胶浸纤维干式套管的末屏对地介损由主绝缘和环氧树脂两部分组成，这两部分均为固体结构，相互之间的影响有限。其中，主绝缘部分可以反映套管绝缘情况，而环氧树脂部分受潮会影响末屏对地介损，却不能作为判断套管主绝缘受潮的主要依据，应对套管末屏对地电阻、电容量及主体介损进行进一步测量。

综上，油纸电容式套管、环氧树脂浸纸干式套管、胶浸纤维干式套管这三类套管密封结构存在差异，需要具体分析各种情况。

2 改进措施

套管密封结构是影响套管绝缘性能的主要原因，套管设计时应合理考虑各密封部位密封圈的材质和设计值，将密封圈压缩量控制在30%左右，提高密封效果、延长密封年限。

对于油纸套管，末屏对地介损基本反映套管绝缘情况，保证电容芯子的卷制、压浸工艺，套管的运输安装严格按照说明执行，当末屏对地介损现异常时可以结合油色谱进一步判断。对于环氧树脂浸纸或胶浸纤维干式套管，当末屏对地介损出现异常，可采取措施先对末屏测量端子进行检查和处理，处理后复测，若测量结果依然异常，建议对套管进行电气性能测验。

结语：介质损耗因数tgδ往往受气候条件或环境因素的影响,若忽视这些影响将会使测量结果出现偏差,从而造成误判断。本文结合套管制造情况,重点分析了绝缘介质、环境因素、测量方式、密封结构等对末屏对地介损测量结果的影响。单一指标有时很难反映问题，需综合考虑各方面因素。采用初步判断和进一步检验相结合的方式进行分析得到较为准确地套管绝缘信息,提高判断的准确性。

参考文献：

[1]穆海宝,赵浩翔,张大宁,张璐,张冠军,韩彦华.变压器油纸绝缘套管多参量智能感知技术研究[J].高电压技术,2020,46(06):1903-1912.

[2]曹晓珑, 钟力生,等.电气绝缘技术基础.机械工业出版社, 2009(12):33-34.

[3]张小娟，黄永清，贺胜强.110 kV变压器套管介损试验方法.国外电子元器,2008(10):87-88.