對500 kV斷路器膜紙絕緣均壓電容介質損耗試驗探討

文 劍

(四川省電力公司超(特)高壓運行檢修公司成都中心，四川樂山 614000)

對于運行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗，采用常規加壓10 kV，正接法試驗。經常出現介損值超過國家《規程》規定(《規程》規定膜紙復合絕緣電容量不超過0.2%，現在高壓斷路器均壓電容大都采用膜紙復合絕緣)而電容量變化不明顯的現象。而其他絕緣試驗結果均都符合規程規定，繼續投入運行后仍無異常。這對試驗人員對試驗結果的分析和判斷帶來很大的影響。

1 電容器介質損耗試驗分析

目前，在電氣試驗中主要都是通過10 kV下的介損試驗測量(tanδ)的大小來發現設備的缺陷?？墒?，10 kV的試驗電壓遠低于設備的運行電壓，不能真實反映設備運行時的狀況。良好的絕緣在允許的電壓范圍內，無論電壓上升或下降，其介損值均無明顯變化。但現場試驗數據顯示，不同絕緣介質設備的介質損耗(tanδ)值會隨著電壓的升高而變大或變小。所以在設備運行電壓下做介質損耗測試才能真實反映設備的絕緣情況。

如進口500 kV開關均壓電容，在10 kV下測量的介損值通常都比額定電壓下要大，經調查研究確定介損試驗受Garton效應影響出現超標情況。Garton效應是M.Garton教授發現在含有紙的絕緣介質(或塑料以及油的混合介質)中，在較低電壓下介質損耗正切值的變化可以比較高電壓下的值高1～10倍。

1.1 膜紙復合絕緣介質電容器特性

聚丙烯粗化膜就是采用超高純度電工級聚丙烯樹脂為原料，經平膜法雙向拉伸而成。具有厚薄均勻性好，耐壓強度高、介質損耗小、易卷制等優異的物理及電氣性能。且與多種電容器浸漬油相溶性好，經國家電力電容器檢測中心檢定，符合作為電力電容器絕緣介質的各項性能。

1)應用范圍:主要用于以鋁箔為電極，膜紙復合為介質或全膜介質油浸式電力、電熱及其他相關高壓電容器。

2)技術特性(典型值)見表1。

表1 電容器技術特性

1.2 膜紙復合絕緣電容低電壓下介質損耗情況

膜紙復合絕緣電容器用聚丙烯薄膜與電容器紙復合浸漬有機合成絕緣油介質取代電容器紙浸礦物質油介質，有功損耗較低，約為油紙絕緣電容器的1/4，介質損耗因數小于0.1%，因為其中聚丙烯粗化膜電容器的介質損耗因數只有0.01%，損耗為電容器紙的1/10，有機合成浸漬劑的介質損耗因數也只有0.03%。現場試驗發現膜紙復合絕緣電容器介質損耗因數大大超過0.1%，甚至超標。有兩種可能性:①是制造上的原因，如引線端子焊接不良，引線片與鋁箔接觸不良，有毛刺，容易引起放電，鋁箔或膜不平整，浸漬不良等，均會引起介質損耗因數增大。②是試驗過程或儀器方面的，如果介質損耗因數的出廠試驗值比較小而現場試驗值較大，則應考慮現場試驗的復雜情況。

用AI－6000F自動抗干擾電橋對斷路器均壓電容進行10 kV正接法測量，大多數介質損耗因數為0.2% ～0.1%，但也有部分為0.2% ～0.3%。雖然有少部分介質損耗因數超過0.2%，但也不能認為不能運行。

以500 kV藍天變電站對500 kV開關均壓電容(面向主變壓器左邊為1)在投運時間為1年后首次檢修時(全站停電檢修無電場干擾)進行10 kV介質損耗試驗的數據，試驗數據見表2。

表2 10 kV介質損耗試驗數據

從上面的數據看，在10 kV電壓下對均壓電容器進行介質損耗試驗電容量及絕緣電阻測試的值與出廠值和交接數據變化不大，但介質損耗值tgδ%變化明顯，普遍偏大。用泛華AI－6000D自動抗干擾電橋的數據最大達到0.67%，即使用測試單位:上海電容器具檢測所的高精度2801電橋試驗結果也大大超過《電力設備預防性試驗規程》0.2%的要求。

所以對低電壓下(10 kV)進行正接法測試介質損耗因數偏大的原因除了儀器自身精度影響外，主要有兩個原因。

1)天氣潮濕，設備表面泄漏影響較大。濕度較大時介質損耗因數顯著偏大，甚至嚴重超標。曾經有一清早即進行試驗，介質損耗因數達到0.4%，無論怎么也降不下來，中午天氣晴朗后，再次試驗，采用同樣的儀器和方法，試驗結果降到0.2%以下。

2)高壓引線和設備接觸不良現場試驗的設備剛投運時，表面有漆膜，如果不刮去，接觸電阻就相當大，在設備運行一段時間后，還會產生氧化層。對500 kV斷路器均壓電容器試驗時，通常采用絕緣桿掛接線，設備表面的這些電阻層不易破除，相當于試品中串接了一個接觸電阻Rj。由串聯電容試品等值電路，得試品的介質損耗因數為tgδ=ωCx(Rx+Rj)。式中，ω為角頻率;Cx為試品等值串聯電容;Rx為試品等值串聯電阻。

介質損耗因數增量△tgδ為

如果高壓引線接觸電阻為500 Ω，對0.01μF的試品，有△tgδ=0.157%。該增量對油紙絕緣電容試品的介質損耗因數不會造成誤判，因為其介質損耗因數標準較為寬松，一般要求不大于0.5%，故0.157%影響不大。但對于膜紙復合絕緣的試品則很關鍵，因為，出廠值一般在0.1% ～0.2%，交接和預防性試驗規程要求小于0.2%。在發現高壓引線接觸電阻影響后，一般采用高空作業車，用強力試驗鉗夾緊試品以消除接觸電阻影響。

但仍然有部分介質損耗因數不符合規程要求(小于0.2%)。

2 高電壓下膜紙復合絕緣電容器介質損耗試驗探討

所以高電壓介損試驗越來越受到重視，國家電網公司在國家電網生〔2009〕819號(關于印發《預防油浸式電流互感器、套管設備事故補充措施》的通知)上也提出了對110 kV以上電流互感器、套管等開展高電壓試驗的要求。另外國家電網公司新頒布的企業標準Q/GDW 168－2008《輸變電設備狀態檢修試驗規程》中也要求對主變壓器套管、互感器、斷路器等運行設備開展額定電壓的介損試驗。

以下介紹高電壓下500 kV開關膜紙復合絕緣均壓電容高電壓下介質損耗試驗方法。

1)均壓電容采用正接線，試驗接線為一側接地，先做一側，另一側接地。

2)斷路器均壓電容高電壓介損試驗，因試品容量一般小于2 000 pF，所以用AI－6000M直接帶試驗變壓器升壓，組件最少，接線最簡單。只需 AI－6000M主機、試驗變壓器和高壓標準電容器三大件即可，試驗接線如圖1。

3)500 kV藍天變電站對500kV開關其中1只在10 kV試驗時介質損耗超標的均壓電容進行高電壓試驗結果見表3。

圖1 介損試驗接線圖

表3 介損超標高電壓試驗結果

從上面數據可以看到電容量與電壓變化的關系不大，但是隨著電壓的升高其介質損耗呈現明顯的下降趨勢，原來在低電壓(10 kV)試驗電壓下介質損耗tgδ高達0.57%，隨著試驗電壓升高其介質損耗下降明顯，當電壓升高到50 kV及以上后tgδ下降到合格范圍，當試驗電壓升高到60 kV時，介質損耗tgδ最低，但是當試驗電壓繼續升高后其介質損耗也約有上升，但變化幅度不大，其值也在《規程》范圍內。4)試驗結果圖形

試驗采用AI－6000M電質損耗試驗儀:

AI－6000H 2010/10/20 10:40 50±1Hz 22℃，試驗結果見圖2。

圖2 試驗結果圖

5)數據分析

從電壓上升曲線上看，電壓從10 kV到50 kV，介損從0.587%急劇下降到0.183%，這是均壓電容內部絕緣材料的Garton效應引起的介損劇烈變化，當極性分子達到平衡，介質損耗趨于穩定，隨著電壓的繼續升高，介損略有增大，這是由于表面泄漏引起的介損增大。

下降曲線是上升曲線的逆過程，但兩條曲線一般不會完全重合，但試驗值的變化趨勢基本相同。

3 結論

對于運行中的500 kV及以上斷路器均壓介損試驗，采用常規加壓10 kV，正接法試驗。由于Garton效應的影響，經常出現介損值超過國家《規程》規定(膜紙復合絕緣電容量不超過0.2%)的現象，當低電壓下tgδ在除了儀器自身精度影響和試驗方法的影響不符合規程要求(大于0.2%時)，此種情況下可進行額定電壓下的復測，復測值如符合10 kV的要求，可繼續投入運行。