介質損耗因數試驗中正接線和反接線的比較分析

趙揚帆

摘 要：在電壓的作用下，電介質產生一定的能量損耗，這部分損耗稱為介質損耗或介質損失。產生介質損耗的原因主要是電介質的電導、極化和局部放電。反映介質損耗大小可以通過介質損耗因數tanδ來衡量，通過測量tanδ能夠發現一系列絕緣缺陷，如絕緣整體受潮、老化，絕緣氣隙放電等。影響介質損耗因數tanδ測量的因素很多，如溫度的影響，電壓的影響，頻率的影響，局部缺陷的影響，絕緣表面的影響等。本文主要探討在實踐中接線方式的不同對試驗結果的影響。

關鍵詞：介質損耗因數；正接線；反接線

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.07.155

1 介質損耗和介質損耗因數tanδ

當對電介質施加交流電壓時，在交變電場作用下，如果電介質中沒有能量損耗，那么彈性極化所引起的純電容電流IC，且IC超前電壓90°。但實際上無損的電介質是不存在的，任何電介質或多或少都存在著一定的損耗，所以在交流電壓作用下，電介質都會因為電導、游離和松弛極化而引起一定的電導電流IR。IR就是總電流的有功分量，即損耗電流。如果把電介質看做一個由電阻R與理想的無損電容C并聯而成的等值電路，如圖1（a）所示，相應的向量圖如圖1（b）所示。

由圖1（b）可以看出由于IR存在，實際流過介質的電流I是一個小于90°的角度φ。這個角度的余角就是介質損耗角，記為δ。根據圖（b）可得，

此即介質損耗因數，而介質損耗，由此可見，當電介質一定時，外加電壓和頻率已知，介質損耗P與tanδ成正比。因此可以用tanδ來表示介質損耗的大小。同類試品的絕緣優劣，可直接通過tanδ的大小來判斷，而從同一試品tanδ的歷次數據分析，可以掌握設備絕緣性能的發展趨勢。工程實踐證明，測量tanδ對發現電力設備絕緣整體受潮、劣化變質以及小體積被試設備的貫通及未貫通的局部缺陷靈敏度很高，而對體積較大、由多種電介質組成的被試品，測量tanδ不易檢測出絕緣的局部缺陷，但對嚴重的局部受潮、絕緣老化和整體缺陷還是能夠比較靈敏的檢測出來。

2 正接法和反接法

介質損耗因數tanδ的測量可以通過西林電橋或新型數字式精密介質損耗測量儀進行測量。西林電橋的原理圖如圖2所示，由四個橋臂組成。分別為試品支路，無損耗標準電容Cn支路、可調無感電阻R3支路、無感電阻R4和可調電容C4并聯支路。可采用正接法和反接法來測量電介質的tanδ。

根據電橋平衡原理，當檢流計指示為0 時，滿足，式中，，，分別為西林電橋四個橋臂的阻抗值，帶入電阻和電容可以解得試品的介質損耗因數，因此當橋臂電阻，和電容，已知時，就可以求得試品電容和損耗角正切值。

通常被試品阻抗要比和大得多，所以工作電壓主要作用在試品上，因此它們被稱為高壓臂，而和為低壓臂，其作用電壓往往只有數伏。故圖2（a）被稱為正接線。由于大多數電氣設備采用保護接地，即設備的金屬外殼直接放在接地底座上，被試品一端往往是固定接地的，這時就不能采用正接線，而應該采用圖2（b）所示的反接線來測量。

所以，正接線用于測量不接地的試品如110kV及以上SF6電流互感器的主絕緣，測量時介損儀測量回路處于低電位而試品處于高電位；反接線用于測量接地試品，測量時介損儀測量回路處于高電位而試品處于低電位。由此可見，從理論上來講，正反接線并沒有本質的區別。

3 比較

根據華北電網有限公司電力設備交接和預防性試驗規程（2008版）的規定，必須開展介質損耗因數試驗的設備及部位有：35kV及以上油浸式變壓器、電抗器的繞組；消弧線圈的繞組；SF6氣體變壓器的繞組連同套管；電流互感器的主絕緣及絕緣油；20kV及以上油浸式電壓互感器的繞組絕緣及絕緣油；少油斷路器滅弧室的并聯電容器的電容量及tanδ；套管的主絕緣及電容型套管末屏對地的tanδ與電容量；耦合電容器的tanδ；斷路器斷口并聯電容器的tanδ；同步發電機和調相機整相繞組及單根線棒的tanδ增量等。

基于現有設備及試驗條件，作者在教學實踐中常常采用小體積電容型套管作為被試品，利用SM6000D型精密介質損耗測量儀，分別對套管做正反兩種接線試驗，試驗結果通常出現反接線試驗數據較正接線試驗數據大的情況。這是由于正接線測量時測量了套管主電容層的tanδ和電容量，雜散電容影響小；而反接線測量tanδ時不僅測量了主電容層的tanδ，而且也測量瓷套管內外壁、套管下部表面的絕緣狀況，雜散電容的影響較大，測量值精確性較差。

試驗研究證明，對于絕緣良好的試品，在均可采用正接線和反接線的情況下，測量結果相差不大，而對于內部受潮的套管，則正、反接線的tanδ測量值差異明顯。運行經驗表明，套管事故往往是從套管內壁受潮開始的，但正接線對瓷質套管的內壁受潮及套管下部油泥臟污等情況反映不靈敏。因此，究竟采用何種接線方式，須根據各地和試品具體情況設計最優接線方案，有時為了準確反映絕緣狀況，還必須結合其他試驗項目，綜合分析判斷。

4 結論

（1）一般情況下，正接線測得的tanδ值比反接法測量值偏小或接近。

（2）正接線可以有效減少試品表面對地的雜散電容對介質損耗因數測量值的影響。在試品對地絕緣良好的情況下，現場試驗應盡可能采用正接線的測量方式。

（3）若試品在正反兩種接線方式下測量值均超過《規程》規定值，或與歷年測量值相比均明顯增大，還必須結合其他試驗項目綜合分析判斷。

參考文獻：

[1]陳天翔，王寅仲，海世杰編著.電氣試驗第二版[M].中國電力出版社，2008（11）.

[2]山西省電力公司組編.電氣試驗[M].中國電力出版社，2012（02）.

[3]李建明，朱康主編.高壓電氣設備試驗方法第二版[M].中國電力出版社，2001（08）.

[4]陳陽，馮超，張影.大電機定子線棒介質損耗因數正接法、反接法測試的比較分析[J].大電機技術，2012（01）.

[5]張漢杰.討論變壓器介損試驗中接線方式對缺陷檢出率的影響[J].電力訊息，2014（02）.