介質損耗測量值影響因素的分析及應用

張 祺

（江蘇省電力公司檢修分公司，江蘇 常州 213000）

變電站高壓電氣設備絕緣介質損耗測試是絕緣試驗中的主要項目之一，根據介質損耗正切值tanδ（又稱介質損耗因數）的大小，電容量的變化能有效的發現設備絕緣缺陷。隨著變電所高壓電氣設備電壓等級的不斷提高，現場大量試驗結果表明，如果不能正確的進行介質損耗測量和試驗結果的分析，很容易造成誤判斷，進而危及高壓電氣設備的安全運行，或造成不必要的檢修與更換。通過對影響電氣設備介質損耗因數測量值的分析，給出正確的分析方法，能增加判斷的準確性，從而提高了試驗工作的效率和質量。

1 介質損耗tanδ測量的意義及原理

介質損耗角正切值tanδ的測量，是一種使用較多，且對于判斷電氣設備的絕緣狀況是比較靈敏有效的方法。

tanδ為介質損失角的正切值（或稱介質損失因數），即為在交流電壓作用下，電介質中的電流有功分量和無功分量的比值。一般均比較小。習慣上也有稱tanδ為介質損耗角的。

通過測量tanδ，可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣受潮、油或浸漬物臟污或劣化變質、絕緣中有氣隙發生放電等。在電氣設備絕緣受潮和有缺陷時，泄露電流要增加，流過絕緣的電流中的有功電流分量增加，在絕緣中有大量氣泡，雜質和受潮的情況，將使夾層極化加劇，極化損耗要增加（即tanδ值要增加），這樣介質損耗角正切值tanδ的大小就直接與絕緣的好壞狀況有關。同時，介質損耗引起的絕緣內部發熱，溫度升高，這促使泄露電流增大，有損極化加劇，介質損耗增大使絕緣內部更熱，如此循環，可能在絕緣弱的地方引起擊穿，故介質損耗值既反映了絕緣本身的狀態，又可反映絕緣由良好狀況向劣質狀況轉化的過程，因此在電力設備交接和預防性試驗都得到了廣泛應用。

2 溫度的影響

溫度對tanδ有直接影響，影響的程度隨材料，結構的不同而異。一般情況下，tanδ是隨溫度的上升而增加的。現場試驗時，設備溫度是變化的，為便于比較，應將不同溫度下測得的tanδ換算至20℃時的值。

有些絕緣材料在溫度低于某一臨界值時，其tanδ可能隨溫度的降低而上升；而潮濕的材料在0℃以下時水分凍結，tanδ值就會降低。所以，過低溫度下測得的tanδ不能反映真實的絕緣狀況，容易導致錯誤的結論，因此，測量tanδ應在不低于5℃時進行。

當絕緣中殘存較多水分和雜質時，tanδ就隨溫度升高而明顯增加。例如兩臺220kV電流互感器通入50%額定電流，加溫9h，測取通入電流前后的tanδ的變化。tanδ初始值為0.35%的一臺無變化，tanδ初始值為0.8%的一臺則上升為1.1%。實際上初始值為0.8%的已屬非良好絕緣，故tanδ隨溫度上升而增加。說明當常溫下測得的tanδ較大，在高溫下tanδ又明顯增加時，則應認為絕緣存在缺陷。

3 標準電容受潮

標準電容器受潮時的tanδ大于試品tanδ。用戶一般在現場測試電容的介質損耗值都采用QS1電橋及配套的標準電容器Cn，其工作電壓為10kV，電容量為（50±1）pF。測試線路如圖3所示，Cn內部為真空電容器，真空電容器的玻璃泡子上的高、低引出線之間無屏蔽，正常情況下，Cn為標準無損電容器，其測試矢量圖見圖4。In為流經Cn的電流（忽略Z4上的壓降，則 In=UCnω），它超前 U角度 90°，Ix為流經試品的電流，它超前U的角度小于90°，Ix與In間的夾角即為損失角δ。當標準電容器長期使用，殼內空氣受潮，產品生銹，表面泄漏電流劇增，使得Cn變為有損耗電容器，

因此只要標準電容器受潮或生銹，標準電容器介損增大，便導致了合格電容套管的（tanδ<0.17%）介損偏小，對于介損較小，電容量較小的套管更容易出現負值，一旦標準電容器的tanδ大于被測套管的tanδ，那么被測套管的tanδ就全部變成了負值。對于這種情況，須更換Cn中的硅膠，以保持電容器殼內空氣干燥，同時要定期校驗Cn的tanδ，以免引起誤判斷。

4 試驗電壓的影響

一般來說，良好絕緣的tanδ不隨電壓的升高而明顯增加。在其額定電壓范圍內，tanδ值幾乎是不變的（僅在接近額定電壓時，tanδ值可能略有增加），且當電壓上升或下降時測得的tanδ值是接近一致的，不會出現閉環路狀的曲線。如果絕緣中存在氣泡、分層、脫殼等，情況就不同了。當所加試驗電壓尚不足以使絕緣中的氣泡或氣隙游離時，其tanδ值與良好絕緣無明顯差別；當試驗電壓足以使絕緣中的空氣游離、電暈或局部放電時，則其tanδ將隨試驗電壓的升高而明顯增加。如圖1所示，表明了幾種典型的情況。

圖1 tanδ與電壓的關系曲線

曲線1是絕緣良好的情況，其tanδ幾乎不隨電壓的升高而增加，僅在電壓很高時才略有增加。

曲線2為絕緣老化時的示例。在氣隙起始游離之前，tanδ比良好絕緣的低；過了起始游離點后則迅速升高，而且起始游離電壓也比良好絕緣的低。

曲線3為絕緣中存在氣隙的示例，在試驗電壓未達到氣體起始游離之前，tanδ保持穩定，但電壓增高氣隙游離后，tanδ急劇增大，曲線出現轉折。當逐步降壓后測量時，由于氣體放電可能已隨時間和電壓的增加而增強，故tanδ高于升壓時相同電壓下的值。直至氣體放電終止，曲線才又重合，因而形成閉口狀環路。

曲線4是絕緣受潮情況的情況。在較低電壓下，tanδ已經較大，隨電壓的升高tanδ繼續增大；在逐步降壓時，由于介質損失的增大已使介質發熱溫度升高，所以tanδ不能與原數值相重合，而以高于升壓時的數值下降，形成開口狀曲線。

從曲線4可明顯看到，tanδ與濕度的關系很大。介質吸濕后，電導的損耗增大，還會出現夾層極化，因而tanδ將大為增加。這對于多孔的纖維性材料、如紙等，以及對于極性電介質，效果特別顯著。

5 結語

綜上所述，通過對tanδ的測量發現的缺陷主要是：設備普遍受潮，絕緣油或固體有機絕緣材料的普遍老化；對小電容量設備，還可以發現局部缺陷。tanδ值與介質的溫度、濕度、內部有無氣泡、標準電容是否受潮、缺陷部分體積大小等有關，必要時，應作出tanδ與電壓的關系曲線，以便分析絕緣中是否夾雜較多氣隙。對tanδ值進行判斷的基本方法除應與有關“標準”值比較外，還應與歷年試驗值比較，觀察其發展趨勢。根據設備的具體情況，有時即使數值仍低于標準，但增長迅速，也應該引起充分注意。此外，還應與同類設備比較，看是否有明顯差異。在比較時，除tanδ值外，還應注意Cx值的變化情況。如發生明顯變化，可配合其他試驗方法，如絕緣油的分析，直流泄流試驗或提高測量tanδ值的試驗電壓等進行綜合判斷。

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