第二部分电压互感器的介损试验.docx

1、第二部分 电压互感器的介损试验二 电压互感器的介损试验测量电压互感器绝缘(线圈间、线圈对地的 tg ,对判断其是否进水受潮和支架绝缘是否存 在缺陷是一个比较有效的手段。其主要测量方法有,常规试验法、自激磁法、末端屏蔽法和末端加 压法,必要时还可以用末端屏蔽法测量支架绝缘的介质损耗因数 tg 。1电压互感器本体 tg 的测量(1常规试验法串级式电压互感器为分级绝缘,其首端“ A ”接于运行电压端,而末端“ X ”运行时接地,出 厂试验时,“ X 端”的交流耐压一般为 5千伏,因此测量线圈间或线圈对地的 tg 应根据其结构特 点选取试验方法和试验电压值。常规试验法(常规法如图 2-7所示。测 量一

2、次线圈 AX 与二、三次线圈 ax 、 a D X D 及AX 与底座和二次端子板的综合绝缘tg ,包括线圈间、绝缘支架、二次端子板绝 缘的 tg 。由串级式互感器结构可知,下铁心 下芯柱上的一次线圈外包一层 0.5毫米厚的绝 缘纸后绕三次线圈(亦称辅助二次线圈 a D X D 。常规法测量时,下铁心与一次线圈等 电位,故为测量 tg 的高压电极。其余为测 图 2-7 量电极。其极间绝缘较薄,因此电容量相对较 大,即测得的电容量和 tg 中绝大部分是一次线圈(包括下铁心对二次线圈间电容量和 tg 。当 互感器进水受潮时,水分一般沉积在底部,且铁心上线圈端部易于受潮。所以常规法对监测其进水 受潮

3、还是比较有效的。因此通过常规法试验对其绝缘状况作出初步判断,并在这一试验基础上进行 分解试验,或用其他方法进一步试验,便可具体地分析出绝缘缺陷的性质和部位。常规法试验时, 考虑到接地末端“ X ”的绝缘水平和 QS1电桥的测量灵敏度,试验电压一般选择为 23千伏。不 同试验接线所监测的绝缘部位如表 2-1示所。表 2.-1所列的测量接线都受二次端子板的影响,而且不能准确地测量出支架的 tg 。如果二次 端子板绝缘良好,则可按表 2.-2-1中序号 5、 6两种试验近似估算出支架的介质损。但最好用序号 1、 2两次试验结果结果计算出支架的 tg 。不过上述两种计算支架 tg 的方法都受二次端子的

4、影 响。表 2-1中序号 17测量的电容量和介质损分别为 C 1C 7和 tg 1tg 7,支架的电容量和介质 损分别为 C 支 、 tg 支 。 常规法测量无论哪一种接线方式都受二次端子板的影响。也就是说,二次端子板的部分或全部 绝缘介质损被测入。二次端子上固定有一次线圈的弱绝缘端“ X ”,二次线圈和三次线圈端子 a 、 x 、 a D 、 x D 以及将端子板固定在底座上的四只接外壳(地的螺栓。常规法测量一次对二、三次及地的介质损的试验结果的分析:tg 值大于规定值。这既可能是互感器内部缺陷如进水受潮等引起的,也可能是由于 外瓷套或二次端子板的影响引起的。一般多注意二次端子板的影响,若试

5、验时相对湿度较大, 瓷套表面脏污,就应注意外瓷套表面状况对测量结果的影响。如确认没有上述影响,则可认为 互感器内部存在绝缘缺陷。tg 小于规定值。对此,一般认为线圈间和线圈对地绝缘良好。但必须指出,此时测得的 tg 还包括与其并联的绝缘支架的介质损。由于支架电容量仅占测量时总电容的 1/100 1/20。因此实测 tg 将不能反映支架的绝缘状况。这就是说,即使总体 tg (一次对二、三次 及地合格也不能表明支架绝缘良好。而运行中支架受潮和分层开裂所造成的运行中爆炸相对 较多,必须监测支架在运行中的绝缘状况。这一问题也是常规法所不能解决的。为此就有必要 选取其他的试验方法。(2末端屏蔽法末端屏蔽

6、法测量接线如图 2-8所示。测量时互感器一次绕组 A 端加高压、末端 X 接电桥 屏蔽(正接线时接地点。这一试验方法能消除由于 X 端小套管或二次端子板受潮、裂纹、 脏污所产生的测量误差,从而能够较真实地反映互感器内部绝缘状况。如有相应电压等级的标 准电容器,试验电压可加至互感器额定相电压的 1.15倍。末端屏蔽法有较强测量抗干扰能力 来看和测量准确度但线圈对地部分的电容因被屏蔽而未测入。图 2-8由互感器结构可知,其内部有平衡线圈和连耦线圈,且二、三次线圈负荷也很小,此时一 次线圈电压分布基本均匀。 JCC-220型电压互感器下铁心的电位约为 U/4(U 为 A 点对地电 位,上铁心的电位为

7、 3U/4, JCC-110型互感器铁心电位为 U/2;测量的仅是线圈间绝缘的 电容和 tg ,一次线圈和铁心对地部分绝缘的电容和 tg 都被屏蔽而未包括在测量结果中。互感器的二、三次线圈仅在下芯柱上与一次线圈紧密耦合,因此测量的主要是下铁心二、三次 线圈的 tg 。为简化分析,简化为图 2-9。标准电容器 C N 上承受的电压为电压互感器高压端 电压 U ,而下铁心电位为 U/4(以 220千伏互感器为例,这就相当于被试绝缘上电压仅为 U/4。 图 2-9电桥平衡时, R 3与 Z 4臂上电压降相等,即 U R 3=U Z 4,而 UR 3=4U 33Z Zx Z + Uz 3 =44Z Z

8、 Z N +U因为 U R3=UZ4,故有44Z Z U Z N +=4U 33Z Zx Z +Zx=434Z Z Z N -43Z 3 (2-1 相应的阻抗表达式为:Zx =Rx +1/jC x ; Z N =1/jC N ; Z 3=R3Z4=4411C j R +=444411C R jR - 将上述各阻抗表达式代入式(2-1,则Rx j x C 1=-444431141(C j R C j R jR N-43R 3=4442441(3C R jC R jR N N - 43R 3=(-4343314 443R C R j C C R R N N -+ (2-2 式 2-2的实部相等时

9、Rx=3(443-NC C R (2-3 因为 C 4 C N ,故式(2-3可近似为 Rx=NC C R 443 (2-4式 2-2的虚部相等时4341R C R Cx N = Cx=344R R C N (2-5 tgx=N C R R CxRx =344NC C R 443=tg R C =44测由此可知,用 QS1电桥按末端屏蔽法测得的 tg ,是电压互感器本身(下铁心对二、三次线圈的介质损,而电容量为按 R 4C N /R3计算值的 4倍。对于 JCC-110型电压互感器因为铁心电位为 U/2,可以求得: tgx= tg测 Cx=342R R C N (2末端屏蔽法测量结果的分析:在

10、现场用末端屏蔽法测量介质损耗正切时,因为试品电容 C x太小,在电场干扰下不易测准; 试品表面状况、气候条件及周围干扰网络的影响相对较大,有时往往无法测出正确的试验结果。不 仅如此,当试品电容过小,桥臂 R 4为 3184欧(桥臂固定值, C N =50皮法, R 3的值可能很大,有 时甚至超过 QS1型西林电桥的最大值(R 3 11111.2。为解决这一困难,一般是在 R 4上并联电 阻,这样在试品电容不变时可以减小 R 3值,以使该型西林电桥能满足测量要求。由电桥测量原理可知,当 R 4上并联外附电阻,而使其值变为 kR 4时,则电桥的介质损耗率正 切测量值已不能代表试品真实值,而应为 t

11、g x=ktgc 。一般情况下,用末端屏蔽法测量时,由于 R 4并联阻值不同,求得的 tg x 也不同,表 2-2列出 现场测量一台 JCC 2-110型电压互感器的结果。 由表 2-2可知,由于 R 4电阻值改变后,试品电容基本不变,而不考虑 3CcR 误差时的试 品 tg 却有明显变化,现场无法分析判断。出现不同值的主要原因是因为试品电容 Cx 很小,桥臂 R 3值相对较大,此时就不能忽略与桥臂 R 3并联电容的影响。产生测量误差的原理如图 2-10所示。 图 2-10由图 2-10可知,此时与桥臂 R 3并联的电容 Cc 既包括 QS1电桥 Cx 引线芯线对屏蔽层(E 的电 容,还有桥体

12、内的寄生电容(此时相对较小可以略而不计和试品 Cx 测量电极对地电容。由于 Cc对测量的影响,因而电桥平衡时的测量结果计算公式为:tg x= tg测 -3CcR (2-6当 Cc 不变变, R3改变时,测量误差 3CcR 也随之改变,因此不计及误差影响时用实测值来 计算试品的真实值就不同了。在测量条件下,实测的并联电容 Cc=3430皮法,因此按式(2-6可分别计算出考虑误差的试 品的真实的试品真实的介质损耗率正切值。由计算可知(表 2-2-2,当计及 Cc 影响时求得的试品真实介质损耗率正切值基本一样。有时 由于未注意到 Cc 的影响,仅发现 R 4并联值不同而求得的真实介质损耗率正切不同,

13、就认为末端屏 蔽法分散性过大而无法测准,这显然是不对的。在现场测量中, Cx 引线一般为 10米左右,每米引线电容为 100300pF ,电压互感器测量电极 对地的电容一般为 1000pF 左右。这些数据值都可以用数字电容表直接测出。如果现场没有数字电 容表,则可按两次测量结果计算出试品的真实介质损耗率正切。 由式(2-6可知:tg 1=tgx+3CcR (2-7当 R 4变为 kR 4时,在试品电容不变的条件下, R 3亦应变为 kR 3,并有 tg2=tgx+k3CcR (2-8式中 tg 1、 tg 2为第一、二次测量后计算出的试品介质损耗率正切(即表 2-2不考虑误差一栏的 数值。将式

14、(2-8减去式(2-7与 k 之积,则有 tgx=kktg tg -112 (2-9若 k=0.5,则式(2-9可简化为 tgx=2 tg2-tg 1 (2-10这样可按式(2-9、 (2-10直接计算出试品真实介质损耗率正切值。应该指出,图 2 10中电桥 C N 引线的电容与桥臂 R 4并联,有偏小的测量误差 4R C D (C D 为 C N 引线电容,但由于 C N 引线一般小于 1米,即 C D 很小,所以可以略去不计。(3 末端加压法这是一种测量 110千伏及以上串级式电压互感器绝缘介质量损耗 tg 的现场检测。其测量 接线原理图见图 2-11。测量时,一次绕组的高压端 A 接地,

15、在末端 X 施加试验电压 U (2.53千 伏;二、三次绕组开路; X 、 X D 或 a 、 a D 接测量用的 QS1型西林电桥测量线 Cx 。由于在末端 X施加的电压为 U ,因而对 JCC-220电压互感器,上铁心对地电压为 U/4,下铁心对地电压为 3U/4; 对于 JCC-110型电压互感器,铁心对地电压为 U/2。图 2-11JCC-220型串级式电压互感器的一次绕组分为匝数相等 四部分,分别套在上、下铁心的四 个芯柱上。每个绕组外包静电屏,静电屏和绕组最外层的线端相连接。因此,采用末端加压法测量 时,最下面一个一次绕组的静电屏上的电压也是 U 。被试一、二次绕组间的电容近似等于

16、采用常规 试验法(AX 短路加压, ax , a D X D短路接电桥 Cx 线,底座接地测得一、二次绕组间的电容,而 大于采用末端屏蔽法(A 端加压, X 端和底座接地 X 、 X D 接电桥 Cx 线所测得的一、二次绕组间的 电容。由图 2-11可以看出,所检测的主要是一、二次绕组间的电容和 tg 。图 2-2-5所示为 QS1型电桥正接线, A 端接地相当于一个接地屏蔽罩,由于被试品电容远大于末 端屏蔽法所测得的电容,因而现场测时具有强的抗干扰能力。另外 ,由于 A 端接地,因而检测时可 不拆开 A 端的连线;即使与避雷器相连,在试验避雷器时通过适当的接线,也不用拆除避雷器的高 压引线,

17、减少了试验中拆除接线的工作量。它同常规正接线一样,仍存在二次接线板对测量结果的影响(一般使测得的 tg 偏大。故当 实测的 tg 偏大时,应排除二次接线板的影响。有些厂家更换了二次接线板的材料或采用小套管引 出方式,大大减少了接线板表面泄漏的影响。另外,现场测量可选择在干燥的天气进行或采用电热 吹风干燥措施,以减少二次接线板的影响。电压互感器进水受潮主要是绕组端部,水分要渗 透到一、二次绕组间是比较困难的。采用末端 加压法进行测量时,即使绕组端部已严惩受潮,但实测得的 tg 也不会有很大的变化。可见这种接 线方式不能监测出端部绝缘受潮的情况。为了准确检测出绕组端绝缘受潮情况,我们根据末端加压法

18、和末端屏蔽法的优点,选用了图 2-12的接线方式进行测量。 图 2-12由于二次绕组 X 端接地(QS1型电桥正接线的屏蔽点,因而一次绕组到三次绕组间的试验电 流只能从其端部流过。实际测量的主要是下铁心对三次绕组端部的绝缘状况。三次绕组处于下铁心 芯柱下部的最外层,也是最先受潮处。因此,图 2-12的接线方式能较有地监测其端部受潮情况,并 具有像图 2-11接线方式那样在测试时不需拆卸引线的优点。在采用图 2-12 接线且当电桥平衡时,设 tg 测 为电桥的介质损耗因数批示值,对于 JCC-220型 电压互感器,被试绝缘的电容量 Cx=N C R R 3434 介质损耗率 tgx=44R C

19、= tg测 对于 JCC-110型电压互感器,则 Cx=342R C R Ntgx=44R C = tg测应该指出,按图 2-12接线进行测量时,仍然存在二次接线板泄漏影响测试结果问题。但从现 场对多台电压互感器测试的结果可以看出,当二次接板有明显影响时,测量一次绕组对二、三次绕 组以及对地的绝缘电阻也都有明显的反映。图 2-13一般情况下,即使互感器没有进水受潮,而当端部绝缘劣于线圈内部绝缘时,则图 2-12测量值均 较图 2-11测量值要大。对此,可以由下述分析来解释。图 2-13为测量一次线圈与三次线圈端部绝缘 tg 的等值电路图。图中 C 0、 Ro 为一次线圈对铁心的绝缘等值参数,

20、C 01、 R 02则是下铁心对地的绝缘等值参数。由图 2-13可知,只要电流 I k 相对于I2而言是电阻性电流时,则按图 2-12测得的 tg 将较图 2-11测量值要小,而当 I k 相对于I2而言为电容性电流时,则将出现偏大的测量误差。一般情况下,端部绝缘水平常劣于内部绝缘,且端部易于受潮,加之端部电场比较集中,所以 C 03、 R 03的等值介质损一般要大于 C 02、 R 02的等值介质损。也就是说, I k 对于I2而言一般系电容性电流,所以往往出现偏大的测量误差。但若按图 2-1测量一、三次线端部的 tg 小于按图 2-11的测量结 果,则有可能是支架或下铁心对地的绝缘不良。因

21、为按图 2-11测量时,一次线圈对铁心,铁心对 地、支架的绝缘的影响可以略而不计。而按图 2-2-6测量时其影响如图 2-13所示。因此对不同的测 量等值电路要进行分析 , 以监测出其各绝缘部位的状况。由于按图 2-12测量时,要较按图 2-2-5测得 的 tg 值要大,因此当按图 2-12测得的 tg 值偏大时,除应排除端子板影响之外,还应取油样进行 微水测量,进一步确定是否进水受潮。鉴于上述原因,目前国内一般规定,按图 2-2-5测量的结果应 符合原水电部颁发的电气设备预防性试验规程;而按图 2-12测量,温度为 20、 tg 35%时,试验电压应选取 2.53kV 。(4 试验结果的分析

22、末端加压法具有抗干扰能力强、减少试验工作量等优点,但不能检测出端部绝缘受潮情况,而 且测试结果受二次接线板的影响。采用图 2-12接线方式能监测端部绝缘情况,但仍存在二次接线板影响的问题。为此,可结合 绝缘电阻和微量水的测定进行综合判断。这样,能够有效地检测出端部绝缘受潮等缺陷。 图 2-11和图 2-12接线方式均不能测量出电压互感器绝缘支架的 tg 值。运行中的互感器由于绝缘支架绝缘不良引起事故颇为常见,因此应当研究能检测支架绝缘情况的有效方法,以便对 电压互感器内部进行全面监测,防止在运行中出现事故。 二 电压互感器的介损试验 共13页第11页 2 绝缘支架 tg 值的测量 对于 JCC

23、 型串级式电压互感器，根据其结构特点，可以选用末端屏蔽法按间接法和直接法测量 绝缘支架的介质损耗因数 tgx。 （1）间接法 ） 图 2-14 测量接线如图 2-14 所示（使用 QS1 型西林电桥），在电桥平衡的情况下，其介质损耗因数 tg x=tg c（测量值） 对于 110kV 的电压互感器，其电容量为 Cz=(2R4/R3CN 对于 220 千伏的电压互感器，其电容量为 Cx=（4R4/R3）CN 由于 Cx 值很小，为便于测量而在电桥 R4、C4 臂上并联电阻 RbRb=R4/(n-1，n 为2 的正整 数，因而 R4、C4 臂电阻由 R4 变为 R4/n，同时绝缘支架的介质损耗因数

24、 tgz=tgc/n 图 2-2-8 所测量的是电压互感器下铁心对二、三次绕组端部及底座并联的等值电容和 tg其中 下铁心对底座包括瓷套、绝缘油和四根绝缘支架（仅下铁心对底座部分）等部分。这几部分中以支 架的电容量最大，因此近似认为下铁心对底座的电容和介质损耗因数，为支架的电容量和介质损耗 因数。 图 2-2-8（b）所测量的是互感器下铁心对二、三次绕组的电容量和介质损耗因数。 设图 2-2-8(a、(b测得的值分 别为 C1、tg1、C2、tg2，则支架（四根并联）的电容量。 Cz=C1-C2 支架（四根并联）的介质损耗因数 二 电压互感器的介损试验 共13页第12页 tg z= C1tg

25、1 C 2tg 2 C1 C 2 （2）直接法 ） 测量接线如图 2-15 所示；可直接测量出支架的电容量 Cz 和介质损耗因数 tg z。 图 2-15 测量误差的分析。 支架 tg 测量误差的分析。 对于电压互感器支架绝缘介质损耗因数的测量，由于试品电容量很小，因而易于受到试品表面 状况、气候条件、电场干扰、周围物体、构架及杂物、电桥 Cx 引线测量电极对地电容等的影响。 因此，测量时必须严格遵守测量方法的要求，尽量减小测量误差。 按图 2-2-8 和图 2-2-9 接线测量时，测量误差大小主要取决一试验时空气相对湿度和瓷套表面的 清洁程度，因为这时试品表面泄漏电导也被测入。从现场实测估算

26、可知，110kV 电压互感器瓷套表 面等值电容 CB 约为 2 皮法，220 千伏的约为 1 皮法。试验时等值介质损耗的交流电阻既要考虑泄漏 电导，又要考虑介质的极化，一般是直流电压下绝缘电阻的 1/5 1/10。因此，可以近似估算出瓷 套表面状况的影响，即可表达为与试品并联的表面等值回路。设表面绝缘电阻为 50000M，则等 值于介质损耗的交流电阻 RB=10000 M，CB=2pF，则表面状况的等值介质损耗因数近似为 tg B，而 tg B= 1 CBRB 1 1 = 16% 12 314 2 10 10000 10 6 = 设按图 2-2-8（a）接线测量时，C1=41pF，tg 1=3.2%，当 CB=2pF， tg B=16%时，其余部分的电容量 C=C1-CB=39pF,因介质损耗因数 tg 1= CBtgB + Ctg CB + C 二 电压互感器的介损试验 共13页第13页 即 故 3.2%= 2 16% + 39tg 41 tg =2.54% 以上上明，按图 2-2-8(a接线测量时，实测结果由于瓷套表面状况的影响使 tg由 2.54%加到 3.2%。 测量时若空气相对湿度较大和表面脏污严重，更应加以注意。为正确测量支架的 tg z，考虑 到表面泄漏影响，一般应在瓷套表面清洁，气候干燥（相对湿度小于 65%）的条件下进行。