變壓器介質(zhì)損耗講義

1、變壓器繞組連同套管介質(zhì)損耗試驗(yàn)一、介質(zhì)損耗的定義及意義電介質(zhì)就是絕緣材料。當(dāng)研究絕緣物質(zhì)在電場(chǎng)作用下所發(fā)生的物理現(xiàn)象時(shí)， 把絕緣物質(zhì)稱為電介質(zhì)；而從材料的使用觀點(diǎn)出發(fā)，在工程上把絕緣物質(zhì)稱為絕 緣材料。既然絕緣材料不導(dǎo)電，怎么會(huì)有損失呢？我們確實(shí)總希望絕緣材料的絕 緣電阻愈高愈好，即泄漏電流愈小愈好，但是，世界上絕對(duì)不導(dǎo)電的物質(zhì)是沒(méi)有 的。任何絕緣材料在電壓作用下，總會(huì)流過(guò)一定的電流，所以都有能量損耗。把 在電壓作用下電介質(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)損失。如果電介質(zhì)損耗很大，會(huì)使電介質(zhì)溫度升高，促使材料發(fā)生老化（發(fā)脆、分 解等），如果介質(zhì)溫度不斷上升，甚至?xí)央娊橘|(zhì)熔化、燒焦，喪失絕緣

2、能力， 導(dǎo)致熱擊穿，因此電介質(zhì)損耗的大小是衡量絕緣介質(zhì)電性能的一項(xiàng)重要指標(biāo)。然而不同設(shè)備由丁運(yùn)行電壓、結(jié)構(gòu)尺寸等不同，不能通過(guò)介質(zhì)損耗的大小來(lái) 衡量對(duì)比設(shè)備好壞。因此引入了介質(zhì)損耗因數(shù)tga （乂稱介質(zhì)損失角正切值）的 概念。介質(zhì)損耗因數(shù)的定義是：被試品的有功功率比上被試品的無(wú)功功率所得數(shù) 值。介質(zhì)損耗因數(shù)tga只與材料特性有關(guān)，與材料的尺寸、體積無(wú)關(guān)，便丁不同 設(shè)備之間進(jìn)行比較。當(dāng)對(duì)一絕緣介質(zhì)施加交流電壓時(shí)，介質(zhì)上將流過(guò)電容電流II、吸收電流I2和電導(dǎo)電流I3,如圖所示。其中反映吸收過(guò)程的吸收電流，乂可分解為有功分量 和無(wú)功分量?jī)刹糠?。電容電流和反映吸收過(guò)程的無(wú)功分量是不消耗能量的，只有電導(dǎo)

3、電流和吸收電流中的有功分量才消耗能量。*I3v為了討論問(wèn)題方便，可進(jìn)一步將等值電路簡(jiǎn)化為由純電容和純電阻組成的并聯(lián)和申聯(lián)電路。我們就采用它的并聯(lián)電路來(lái)分析當(dāng)絕緣物上加交流電壓時(shí)，可以把介質(zhì)看成為一個(gè)電阻和電容并聯(lián)組成的等 值電路，如圖21 (a)所示。根據(jù)等值電路可以作出電流和電壓的相量圖，如圖2 (b)所示6IC(a)(b)圖2在絕緣物上加交流電壓時(shí)的等值電路及相量圖(a)介質(zhì)等值電路(b)等值電路電流、電壓相量大時(shí)，| 就越大，故稱§R、由相量圖可知，介質(zhì)損耗由| 產(chǎn)生，火角& 介質(zhì)損失角，其正切值為Rtg、=里=-&IC U/ C1CR介質(zhì)損耗為u2P = U2

4、 Ctg由上式可見(jiàn)，當(dāng)u、f、c 一定時(shí)，p正比丁 tg6 ，所以用tgs來(lái)表征介質(zhì)損 耗。測(cè)量的tg&靈敏度較高，可以發(fā)現(xiàn)絕緣的整體受潮、劣化、變質(zhì)及小體積 設(shè)備的局部缺陷。二、變壓器介質(zhì)損耗的目的測(cè)量變壓器繞組連同套管的介質(zhì)損耗角正切 tg a時(shí)，主要用丁更進(jìn)一步檢查 變壓器整體是否受潮、絕緣油及紙是否劣化等嚴(yán)重的局部缺陷，以及繞組上是否 附著油泥等雜質(zhì)。三、變壓器介質(zhì)損耗的測(cè)量方法常用的方法有QS1西林電橋測(cè)量法、數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)試儀等。1. QS1西林電橋法西林電橋的兩個(gè)高壓橋臂，分別由試品 ZN及無(wú)損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容器CN組成；兩個(gè)低壓橋臂，分別由無(wú)感電阻 R3及無(wú)感電阻R4與電

5、容C4并聯(lián)組成，如圖2所示。圖中Cx, Rx為被測(cè)試樣的等效并聯(lián)電容與電阻，R3、R4表示電阻比例臂，CN為平衡試樣電容Cx的標(biāo)準(zhǔn)，C4為平衡損耗角正切的可變電容。c4Du圖3西林電橋測(cè)量原理圖各橋臂的導(dǎo)納為Yx =丫3；j Cx Rx1Yn丫4R3=j CnR4Rxj Cx由上式可得:tgCxRx=C4R4注：A+jB=0Cx旦CR3CN1 tg2為了讀取方便,可令R4 =104一-106危貝 U tan、x = R4C4 =100：C4=C4 10若C4以件計(jì)，則0的讀數(shù)就為均糖乂的值。調(diào)節(jié)R3、C4使電橋達(dá)到平衡時(shí)，應(yīng)滿足YxY4 = Y3YN1j CnCx = R4Cn當(dāng)tan&

6、;<0.1時(shí)，試樣電容可近似地按下式計(jì)算:因此，當(dāng)橋臂電阻R3, R4和電容CN, C4已知時(shí)就可以求得試樣電容和損耗角正切。2. 數(shù)字式介質(zhì)損耗測(cè)試儀數(shù)字式介損測(cè)試儀基本測(cè)量原理是基丁傳統(tǒng)西林電橋的原理基礎(chǔ)上，測(cè)量系 統(tǒng)通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)側(cè)R4和被試側(cè)R3分別將流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器和被試品的電流信號(hào)進(jìn)行高 速同步采樣，經(jīng)模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換裝置測(cè)量得到兩組信號(hào)波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)計(jì)算處 理中心分析，分別得出標(biāo)準(zhǔn)側(cè)和被試側(cè)正弦信號(hào)的幅值、相位關(guān)系，從而計(jì)算出被試品的電容量及介損值。智能型電橋的測(cè)量回路還是一個(gè)橋體，如下圖所示。圖4智能型電橋原理圖R3 R4兩端的電壓經(jīng)過(guò)A/D采樣送到計(jì)算機(jī)，求得：Inixlx瓦

7、試品阻抗：Zx- lx R，進(jìn)一步計(jì)算可得：Cx=-XXCnR， Un介損值可通過(guò)測(cè)量Ux與Un之間的相位計(jì)算得出tg a值。測(cè)量相位的方法有 很多種，如過(guò)零比較法，波形分析法（FFT變換）等等，也可采用測(cè)量有功分量 和無(wú)功分量的方法來(lái)求得tg a值。四、變壓器介質(zhì)損耗的接線方式用上述測(cè)量方法，常用的接線方式有正接線和反接線兩種。對(duì)丁現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有末 屏的電氣設(shè)備，都采用的是反接線進(jìn)行測(cè)量。所以變壓器采用反接線方式測(cè)量。 如下圖所示。圖5反接線圖這是一種標(biāo)準(zhǔn)反接線接法，在試品接地，橋體 U端接地，E端為高壓端，在 需要屏蔽的場(chǎng)合，E端也可用丁屏蔽。此時(shí)橋體處丁高電位， R3、C4需通過(guò) 絕緣桿調(diào)節(jié)。

8、這種方式橋體處丁高電位，儀器內(nèi)部高低壓之間需要做好絕緣防護(hù)措施。同 時(shí)操作者應(yīng)站在絕緣墊上進(jìn)行操作，電橋外殼必須可開(kāi)接地。五、變壓器介質(zhì)損耗的影響 因素介質(zhì)損耗因素不僅受到設(shè)備缺陷和電磁場(chǎng)干擾的影響，還受到溫度、電壓、 頻率等的影響。1. 溫度的影響tg a與溫度的關(guān)系，隨著介質(zhì)的組成成分和結(jié)構(gòu)的不同而有顯著差異。一般 不能將某一溫度下所測(cè)的tg a準(zhǔn)確換算至另一溫度下的數(shù)值，因?yàn)椴煌^緣介 質(zhì)或不同潮濕程度，各有不同的隨溫度變化的規(guī)律。目前一些溫度換算方法所得 的數(shù)據(jù)也只是近似的。因此，tg a測(cè)量工作最好在1030C范圍內(nèi)并與前次測(cè) 量時(shí)相近的溫度下進(jìn)行，且符合規(guī)程的規(guī)定：“進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)

9、，被試品溫度不應(yīng)低丁 +5C,戶外試驗(yàn)應(yīng)在良好的天氣進(jìn)行，且空氣相對(duì)濕度一般不高丁 80%2. 頻率的影響當(dāng)頻率為零時(shí)，tg a亦為零。在一定的頻率范圍內(nèi)，tg a隨著頻率的增加而 增加。這是由丁介質(zhì)極化的時(shí)間與交流半周期時(shí)間相等時(shí)， 產(chǎn)生的介質(zhì)損耗最大。 若頻率再增局時(shí)，則因時(shí)間太快，極化不完全（偶極子來(lái)不及排歹0） ,介質(zhì)損耗 將隨著頻率的增加而減少。由丁電氣設(shè)備均處在 50Hz的工作頻率下，所以tg a 試驗(yàn)所采用的電源也應(yīng)滿足工頻范圍（通常為 4565Hz）。在異頻下測(cè)量時(shí)應(yīng)考 慮頻率對(duì)介損的影響。3. 電壓的影響當(dāng)外加電壓升高時(shí)，tg a與電壓無(wú)直接的關(guān)系，只有在電壓上升到某一數(shù)值，

10、 即達(dá)到介質(zhì)的局部放電起始電壓以上時(shí)，tg a才急劇增加。因?yàn)樵谝欢ǖ慕蛔冸?壓作用下，介質(zhì)中局部（火雜的氣泡或雜質(zhì)）電場(chǎng)可能很強(qiáng)，從而首先放電，產(chǎn) 生附加損耗，使tg a隨著電壓的升局而增加。也有一部分試品在電壓升至一定 值時(shí)介損值出現(xiàn)下降的情況。因此在較高電壓下（設(shè)備額定工作電壓下）測(cè)量 tg a,可以比較真實(shí)地反映設(shè)備的絕緣狀況， 便丁及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)設(shè)備的絕緣缺 陷。圖6與試驗(yàn)電壓的典型關(guān)系曲線1良好的絕緣 2絕緣中存在氣隙3受潮絕緣六、變壓器介質(zhì)損耗的標(biāo)準(zhǔn)及判斷1. 當(dāng)變壓器電壓等級(jí)為35kV及以上時(shí)，且容量在 8000kVA及以上時(shí)，應(yīng)測(cè) 量介質(zhì)損耗角正切tg a。2. 試驗(yàn)電壓的選

11、擇：變壓器繞組額定電壓為10 kV及以上者，施加電壓應(yīng)為10kV；繞組額定電壓為10 kV以下者，施加電壓應(yīng)為繞組額定電壓。3. 介質(zhì)損耗角正切tg a （交接試驗(yàn)）執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)按如下表1所示。4. 測(cè)量的tg a值不應(yīng)大丁出廠試驗(yàn)值的1.3倍。若大丁，且不符合表2的規(guī) 定，應(yīng)取絕緣油樣測(cè)量tg a值，如不合格，則更換標(biāo)準(zhǔn)油，換油后 tg a值還不 能達(dá)標(biāo)的，則將變壓器加溫至出廠試驗(yàn)溫度并穩(wěn)定 5小時(shí)以上，重新測(cè)量，還不 達(dá)標(biāo)則為不合格變壓器。5. 當(dāng)測(cè)量溫度與出廠試驗(yàn)溫度不同，則按如下表2所示換算，具體換算公式tg a 20=K tg a。當(dāng)測(cè)量時(shí)的溫度差不是表 2所示時(shí)，可以按A=1.3K/10計(jì)算。6. 必要時(shí)可通過(guò)觀測(cè)tg a與外施電壓的的關(guān)系曲線，觀測(cè)tg a是否隨電壓上升，用以判斷絕緣內(nèi)部有無(wú)分層、裂縫等缺陷。表1油浸式電力變壓器繞組介質(zhì)損耗角正切tg a (%最高允許值電壓等級(jí)/kV溫度/ c51020304050607035及以下1.31.52.02.63.54.5