高壓斷路器均壓電容高壓介質損耗分析研究

呂永紅，何 杰，王四保

（長治供電分公司，山西 長治 046000）

高壓斷路器均壓電容高壓介質損耗分析研究

呂永紅，何 杰，王四保

（長治供電分公司，山西 長治 046000）

針對高壓斷路器均壓電容在10 kV試驗電壓下的介損試驗值超標現象，對其特性進行了分析。由于均壓電容器存在Garton效應，加上現場高電壓、強磁場的干擾，10 kV的試驗電壓遠低于額定電壓，不能真實反映均壓電容器的絕緣情況，而升高試驗壓或額定電壓下的介損試驗可以消除Garton效應的影響，真實地反映均壓電容器在運行狀況下的介質損耗情況，該方法對于高壓斷路器均壓電容的現場試驗和絕緣分析有較大的參考價值。

均壓電容器；介質損耗；Garton效應；絕緣狀況

0 引言

介質損耗（以下簡稱“介損”）因數是反映高壓斷路器端口并聯均壓電容器絕緣性能的一項重要指標，是目前檢測高電壓等級的變壓器套管、電容式電壓互感器、電容式電流互感器、耦合電容器、高壓斷路器均壓電容等高壓電氣設備絕緣缺陷的主要手段。在進行試驗電壓為10 kV以下的介損試驗時，通過測量介損值的大小，來發現絕緣整體受潮、油或浸漬物臟污、劣化變質等缺陷[1-3]。但是10 kV試驗電壓遠低于設備運行電壓，高壓設備的介質損耗隨試驗電壓的變化有復雜的變化，再加上試驗現場的高電壓、強磁場的干擾[4，5]，以及一些進口高壓設備使用材質的差異，設備本身存在Garton效應[6]，使得10 kV電壓下的介質損耗試驗很難發現一些內部潛在的導電性雜質等缺陷，不能真實反映設備運行時的狀況，一些本來合格的設備在10 kV的試驗電壓下出現介損超標現象，或者原本判斷合格的的高壓設備在運行一段時間后發生故障，甚至引起爆炸。

因此開展高壓設備運行電壓下的高電壓介損試驗，現場開展tanδ-U曲線測試工作，能準確反映設備在運行狀態下的絕緣狀況，對準確判斷高壓一次設備的工作狀態有重要意義。國家電網公司針對上述狀況提出了一些列措施：“25項反措”要求現場應進行高電壓介損試驗；中華人民共和國電力行業標準《電力設備預防性試驗規程》對耦合電容器和電容式電壓互感器的電容分壓器介質損耗試驗項目中明確規定：當10 kV下的tanδ值不符合要求時，可在額定電壓下復測，復測值如符合10 kV下的要求，可繼續投運；中華人民共和國國家標準《GB/T 4787-1996》（以下簡稱“國標”）對斷路器電容器的損耗角正切規定：電容器在額定電壓和額定頻率下，20℃時的損耗角正切不大于0.002。

從我公司近年來的預試工作情況來看，多次出現高壓斷路器并聯電容器在10 kV試驗電壓下介損值超標的案例，如果就此判定設備絕緣狀況不良而返廠或進行更換，將會造成設備的浪費或造成很大的經濟負擔[7]。為保障電容器在安全的前提下經濟可靠地運行，根據500 kV均壓電容器的歷史試驗數據多次進行了技術分析，發現在10 kV電壓下試驗的介損值和在接近工作電壓下試驗的介損值有所不同，在接近工作電壓下試驗的介損值較10 kV試驗電壓的介損值小。所以開展了提高試驗電壓下的介質損耗試驗，以及開展tanδ-U曲線測試工作，以便正確地綜合分析、判斷電容器的絕緣狀況。

1 Garton效應的試驗分析

1.1 Garton效應

1940年，M.Garton先生發現一種現象：在含有紙的絕緣介質（或塑料及油的混合介質） 中，在較低電壓下，介質損耗角的正切值變化比在較高電壓下的值高1～10倍。Garton效應的形成原因是由于油中膠體型帶電粒子在交流工作電場作用下的運動受到紙纖維阻攔，而這種阻攔有隨電場強度增加而減小的規律。介質損耗因數是反映高壓斷路器端口并聯均壓電容器絕緣性能的—項重要指標，在絕緣監督工作中，往往依靠它來判斷電容器的絕緣狀況。

1.2 40 kV均壓電容器高壓介損試驗

為了進一步分析高壓均壓電容器中Garton效應對高壓設備介質損耗值的影響，選用了一支預試工作中在10 kV試驗下介損值超標的均壓電容器，在實驗室做了高壓介損試驗，試驗現場沒有高電壓、強磁場的干擾，并根據試驗結果繪制了tanδ-U曲線。試驗電路如圖1所示。試驗中，采用了“AI-6000介損電橋外接高壓標準電容器法”。均壓電容器的試驗電壓采用外接調壓器進行調壓，通過升壓變壓器升高了試驗電壓，采用外接高電壓等級的標準電容器的方案[8，9]。介損電橋的主要功能是通過標準電容器采集試驗電壓和試驗頻率，并計算試品電容的介損值和電容量，隨著試驗電壓的升高，電容器的介損值逐漸降低，電容值基本恒定不變。在試驗電壓升高至一定數值（接近額定電壓）時，試驗的介損值變化較大，從表1的試驗數據和圖2的tanδ-U曲線可以看出，該電容器在運行狀態下的介損值比10 kV試驗電壓下的介損值小。

圖1 40 kV均壓電容器高壓介損試驗電路圖

表1 均壓電容器tanδ-U試驗數據

圖2 40 kV均壓電容器tanδ-U曲線

從以上試驗結果可以看出，在試驗電壓較低（10 kV）時，電容器的介損試驗結果遠遠大于規程標準，這樣就會判定電容器的絕緣不合格。分析認為：該試驗的現場沒有高電壓、強磁場的干擾，產生這一結果的主要原因是由于絕緣材料本身帶有導電的雜質而造成的，當試驗加壓時，這些離子性雜質在交流電壓下產生離子電導損耗，即均壓電容器產生“雜質損耗”，在較低電壓下介質中的微小雜質游離于介質空間，極化損耗比較大，造成總體介損值較大；而在逐漸升高試驗電壓時，這些微小的雜質在較強的電場作用下逐漸集中于電極兩端，介質空間的雜質相對減少，極化損耗也逐漸變小，導致總體介質損耗值減小。

通過以上Garton效應機理的解釋及現場實例的分析，發生Garton效應的電容器在低電壓的介損值明顯增大，嚴重干擾現場試驗人員對其性能的判斷，極有可能使合格的電容器退出運行，不僅延誤送電時間、降低電網運行的可靠性，而且還會造成設備的浪費、降低電網運行的經濟性。

2 500 kV斷路器均壓電容器介損試驗分析

2.1 500 kV斷路器均壓電容器高壓介損試驗

近年來，在預試工作中，先后發生了幾例500kV斷路器均壓電容器現場試驗中因Garton效應造成介質損耗測量值偏大的典型實例。選用一支現場進行10 kV試驗電壓時介損值超標的膜紙復合絕緣的均壓電容器，在實驗室做了升高試驗電壓下的介質損耗試驗，該均壓電容器的額定電壓為280 kV，由于升壓變壓器容量的限制，采取了串諧升壓的試驗模式，采用正接線方式，對均壓電容器進行了升高試驗電壓下的介質損耗試驗。試驗數據如表2所示。圖3為tanδ-U曲線，從試驗數據可以看出，該電容器在試驗電壓升高時，其介質損耗值tanδ逐漸降低，當試驗電壓達到額定電壓的一半時，其介損值基本達到穩定，可以看出，該均壓電容器在運行狀態下，其絕緣狀況仍然良好。

2.2 500 kV斷路器均壓電容器高壓介損試驗分析

根據國標中對斷路器均壓電容器介損試驗項目的規定：額定電壓下其介損值不應超過0.2%，可知該均壓電容器的的絕緣狀況良好，產生這種現象的主要原因是因為膜紙復合絕緣的電容器更容易發生Garton效應。電介質發生Garton效應時，低電壓下的介損值會顯著增大，Garton效應改變了絕緣介質中帶電雜質的分布，并未對介質整體絕緣產生影響。

根據以上試驗分析，在進行常規10 kV試驗電壓下均壓電容器介損試驗時，若出現介損值超標的現象，不應輕易判定其不合格。可考慮提高試驗電壓進行測試，以便更好分析試品的絕緣狀態，正確判斷電容器是否合格，盡量減少不必要的經濟損失。若較高試驗電壓下的介損值明顯下降且低于規程規定值，則可認為發生了Garton效應，并且可判定設備是合格的，可繼續投運；若被試品是數月未施加任何電壓的備品電容器，可先對被試品施加數小時的高電壓，然后再做常規10 kV試驗電壓下的介損試驗，此時的介損值若低于規程規定值，可認為發生了Garton效應[10]。為確保設備的安全運行，應適當縮短例檢的周期。

表2 均壓電容器tanδ-U試驗數據

圖3 500 kV斷路器均壓電容器tanδ-U曲線

3 結論

針對目前10 kV試驗電壓下高壓斷路器均壓電容出現介損值超標的現象，參考了國家相關規程和文獻，對該現象做了細致的分析研究。根據預試工作中出現的問題，對常規10 kV試驗電壓下的介損值超標的高壓斷路器均壓電容做了升高電壓下的介質損耗試驗，繪制了tanδ-U曲線并對其進行了分析，試品由于試驗條件的限制或使用材質的差異，現場的常規試驗易產生Garton效應，發生Garton效應的電容器在低試驗電壓下的介損值明顯增大，嚴重干擾現場試驗人員對其絕緣性能的判斷,極有可能使合格的電容器退出運行。而做升高試驗電壓下的介損試驗并繪制tanδ-U曲線，可更好地分析均壓電容的絕緣情況，準確地識別發生在現場試驗中的Garton效應，并對發生Garton效應的均壓電容器作出合理的處理，避免不必要的設備浪費，該試驗方法對于高壓斷路器均壓電容的現場試驗和絕緣分析有較大的參考價值。

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The Research of Dielectric Loss for The Voltage Sharing Capacitors of High Voltage Breakers

LV Yong-hong，HE Jie，WANG Si-bao
（Changzhi Power Supp ly Com pany，Changzhi，Shanxi 046000，China）

In the test of dielectric loss for the voltage sharing capacitors of high voltage breakers under the voltage of 10 kV in the substation，the testing result appears to be excessive.Based on the results，the characteristics of the voltage sharing capacitors are analyzed.Due to Garton effect in the voltage sharing capacitors，and the high voltage and magnetic interference in the test environment，the test voltage of 10 kV ismuch lower than nominal voltage，thus，it can not reflect the real insulation conditions of the voltage sharing capacitors.But Garton effect can be eliminated when the testing voltage or nominal voltage is raised，which can reflect the real condition of dielectric loss of the voltage sharing capacitors.The method proposed is helpful in the test of voltage sharing capacitors and it also provides reference for the analysis of insulation conditions.

voltage sharing capacitor；dielectric loss；Garton effect；insulation condition

TM835.4

A

1671-0320-（2011）03-0031-04

2011-01-20，

2011-03-08

呂永紅（1973-），男，山西運城人，2005年畢業于太原理工大學電力系統及其自動化專業，技師，從事高電壓技術及其高壓試驗工作；

何 杰（1983-），男，山西長治人，2009年畢業于天津理工大學電力系統及其自動化專業，從事高電壓技術及其高壓試驗工作；

王四保（1956-），男，山西太原人，高級技師，從事高電壓技術及其高壓試驗工作。