高壓電氣設備試驗時介質損耗因數異常分析與處理措施

國網江蘇省電力有限公司揚州供電分公司 林 毅 馬嘉樹 周照宇

1 引言

高壓電氣設備運行情況直接影響到電力系統的安全穩定。當前，針對高壓電氣設備運行狀態診斷方法有兩種，包括在線式和離線式[1]。其中，在線式診斷方式應當對電氣設備運行參數進行全面收集，使用計算機軟件對其運行狀態判斷，不會受到診斷時間、運行環境等限制，這種方法操作簡單，但是缺乏抗干擾能力，技術還不夠完善，測試數據需要全面分析；離線式診斷方式更多從電氣設備構造部分和使用原理出發，對電氣設備核心參數進行測試，這種方法得到測試結果精確，也有國家及行業標準，但是對測試環境有著非常高的要求[2]。

本文對于某變電站高壓電氣設備試驗中存在的異常情況，分析了介質損耗因數不大，甚至為負數的情況，提出科學合理的解決措施，以此保障供電系統安全穩定運行。

2 系統情況

本文在研究中，選取了某個鐵路牽引供電系統作為研究對象，并且其由牽引變電站和接觸網兩個部分組成。其中，牽引變電站主要發揮出電能配置的功能，是整個供電系統的核心部分；接觸網主要發揮輸送電能的功能，為其他用電設備提供電能。并且，機車也是從接觸網中獲取電能。為確保機車運行安全，全部電氣設備都需要在正常參數下運行，這就需要對各類電氣設備檢測和維護。為保障鐵路運行有序運行，檢測和維護都應當在使用間隔時間開展，一般情況下稱為天窗期。在該時期中，整個電氣設備運行環境非常復雜，往往可以提供給檢測和維護的時間很短，且避免影響程度增強，電氣設備檢修都需要按照“最小限制”原則落實。

3 異常情況

高壓電氣設備在檢修和試驗過程中，二者間不存在什么聯系，但是卻有相互輔助的作用。檢修更多注重修的環節，可以使電氣設備保持穩定的運行狀態，從而盡可能延長使用壽命，確保供電過程安全穩定。試驗更多注重試驗環節，使用專業性檢測儀器，對高壓電氣設備各類參數指標進行檢測，明確其后續變化情況，對使用狀態評價，以此為檢修工作提供基礎數據支撐。

一般情況下，高壓電氣設備試驗內容是非常多的，主要是對絕緣情況和基本物理屬性進行檢測[3]。絕緣情況分析，應當從耐受電壓水平、絕緣數值、tanδ 變化趨勢等；基本物理屬性分析，應當從斷路器接觸電阻、分合閘效率、電流互感器等。tanδ 是按照國家現有標準實施檢測，這是35kV 以上高壓電氣設備的必測內容。

試驗人員通過對部分變電站電氣設備試驗中，發現某個高壓電氣設備tanδ 和以往數據資料差異很大，甚至產生了負值。電氣設備tanδ 數據詳見表1。

表1 電氣設備tanδ 數據

一般情況下，介質損耗產生是介質導電特性和介質極化的滯后效應，從而出現了部分能量損耗。但是，整個變電站所使用的電氣設備種類繁雜，不同設備的使用環境和參數指標不同，往往監測過程得到的介質損耗是無法對高壓設備運行情況判斷，這就需要使用tanδ。tanδ 是通過對需要試驗的電氣設備增強電壓后，其有功功率和無功功率間的比值[4]。這種比值大小與高壓電氣設備構成材料的物理特點有著直接關系，從而能夠對不同種類電氣設備的運行情況進行判斷。tanδ 相量如圖1所示，圖中δ1和δ2屬于介質損耗形成tan，也是電流和電壓的功率因素角。另外，δ2是受到外界影響形成的負角度，本身不具有任何價值。

圖1 tanδ 相量

在試驗過程中，采用介質損耗儀對tan 測試。在測試儀器使用中，可以選擇正接法、CVT 法等開展測試工作。正接法從具體層面分析，需要對電氣設備接地情況進行判斷，如果接地可以取下，就可以使用該方法，一旦無法取下，應當使用反接法。

反接法很容易受到回路電流干擾，導致測量結果準確性不如正接法。CVT 法主要針對電壓互感器進行測試，可以有效得到tanδ 數值。通過對預防性試驗和交接性試驗分析后，二者所需要的試驗環境是相同的，所不同的是前者不會對高壓電氣設備的連接線路拆除，后者需要將所有電氣設備處于獨立運行環境下。在具體試驗中，通過采取預防性試驗方法，對牽引變壓器進行介質損耗因數測試，斷路器和變壓器都處于檢測回路中；針對電流互感器介質損耗因素測試中，斷路器和隔離開關處于檢測回路上；針對電壓互感器介質損耗因素測試中，隔離開關、避雷器處于檢測回路上。

4 原因分析和計算

如果高壓電氣設備處于正常運行狀態中，絕緣性能會逐步降低，tanδ 數值會逐步上升。在后續預防性試驗中，tanδ 數值也會出現反復波動，產生了負數或者持續下降的情況，如果不對運行環境考慮，應當是外界干擾因素造成的。

4.1 所測tanδ 數值偏小

依托某個牽引變壓器高壓電氣設備進行預防性試驗為研究對象，其中引線部分都不會拆除，設備都是處于連接狀態。結合tanδ 數值計算得到：

因tanδ 數值并不會超過1，得到：

式中：P 為高壓電氣設備的有功功率；Q 為高壓電氣設備的無功功率；C 為試驗過程中，電路產生的總電容；R 為試驗過程中，電路中存在的總電阻；U 為試驗過程中，增加的電壓大小；C1為高壓電氣設備中的電容；C2為高壓電氣設備的干擾電容。

在不考慮其他外部因素的干擾下，只對高壓電氣設備試驗，沒有對其他電氣設備的連接線路拆除的基礎上，試驗回路產生干擾回路后，結合上述兩個公式可以得到，整個試驗中，高壓電氣設備的電容量持續增大，tanδ 數值降低。此外，如果在電氣設備運行環境復雜化中，往往絕緣裝置會產生等效雜散電容，導致與并聯設備產生相同的數值。

4.2 所測tanδ 數值為負值

從高壓電氣設備試驗過程分析，tanδ 負值產生的原因是三個方面因素形成的。

一是測試接地存在問題。如果在試驗中，測試設備沒有有效接地，很容易出現過流電阻，并且會與高壓電氣設備中得到電容實現串聯，從而存在于整個測試回路中。基于這種過流電阻的出現，導致介質損耗因素數值比實際情況小。如果過流電阻持續增大，δ角度也會增大，如果δ 沒有超過0°，tanδ 是小于零，這時就會形成負值。

二是電容器介質損耗不符合測試要求。這是測試設備自身所出現的問題，造成整個測試數據產生負值。

三是現場環境干擾因素。基于高壓電氣設備試驗過程周圍環境因素的作用下，會形成一定的干擾電流，一旦干擾電流和電壓相量保持相同方向，δ就會增大，tanδ 也會增大；如果二者呈現出反方向，δ 減少，tanδ 也會降低，逐步產生負值。

5 措施和建議

為確保高壓電氣設備介質損耗試驗的有效性，應當從四個方面進行調整優化。

一是在試驗中，應該嚴格落實測試環境要求，特別是特殊環境中，更要對運行環境對電容產生的影響，從而對測試結果進行合理修正。一般情況下，測試人員需要對得到的測試結果與標準參數進行對比，判斷二者產生的差異性，并且結合當前高壓電氣設備使用環境和功能性等因素，對其進行調整優化，確保其滿足測試條件的要求，以此得到科學合理的結果。

二是一般情況下，高壓電氣設備處于使用狀態時，要對其進行介質損耗測試，應當對需要測試的高壓電氣設備進行獨立。如果沒有辦法進行獨立，應當對測試結果進行綜合分析，并且給予適當修正。從具體層面來說，大部分測試過程都是需要高壓電氣設備沒有和外部設備連接狀態下進行測試，在這種測試環境中，不容易受到外部因素的干擾，能夠將干擾因素控制在標準范圍內，也可以進一步提升測試結果的精確性，如果沒有將其與其他設備分開，很大程度上得到的測試結果是存在問題的，這就需要在得到測試結果后，應當與標準參數進行對比，判讀其產生的差異系數大小，從而將其合理調整，以此增強測試結果的合理性。

三是在試驗前，應當對需要測試的高壓電氣設備進行全面檢查，使用標準產品的運行參數對使用狀態進行分析，確保設備內部各個部件的穩定性。從具體測試過程而言，往往需要測試的高壓電氣設備都是經過很長時間使用的，這類高壓電氣設備或多或少在使用性能是存在問題的，也有部分設備本身是存在故障的，這對測試過程會產生很大影響，就需要先對高壓電氣設備使用情況進行全面判斷，確保設備維持在正常運行狀態下，才能開展測試作業。

四是在試驗中，測試設備接地方式需要合理設置，逐步將過渡電阻降低到合理范圍，避免對測試過程產生干擾。從高壓電氣設備使用過程而言，都是需要進行接地的，才能有效避免雷電天氣、過載電壓及電流等影響，這在測試過程也是需要進行高度關注的，如果接地沒有進行合理設置，基本測試結果準確性不高，直接影響到整個測試作業的合理性，甚至造成資源浪費。

6 結語

電能是我國諸多能源中應用最為普遍的，很多行業都需要電能供應才能正常運轉。而高壓電是電能供應強度最高，也是保障高壓電氣設備穩定運行的基礎。高壓電氣設備在使用過程中，很容易出現介質損耗因數偏大的問題，導致其無法正常運轉，甚至使用壽命下降。為保障高壓電氣設備的安全穩定運行，應當發揮出介質損耗因素試驗的作用，才能對設備的使用情況進行有效檢測，也可以判斷出設備運行中存在的問題，為電氣設備檢測和維護提供準確性的數據資料，以此實現供電系統穩定，更好滿足各行業的用電需求。