介质损耗测量值影响因素的分析及应用

张 祺

（江苏省电力公司检修分公司，江苏 常州 213000）

变电站高压电气设备绝缘介质损耗测试是绝缘试验中的主要项目之一，根据介质损耗正切值tanδ（又称介质损耗因数）的大小，电容量的变化能有效的发现设备绝缘缺陷。随着变电所高压电气设备电压等级的不断提高，现场大量试验结果表明，如果不能正确的进行介质损耗测量和试验结果的分析，很容易造成误判断，进而危及高压电气设备的安全运行，或造成不必要的检修与更换。通过对影响电气设备介质损耗因数测量值的分析，给出正确的分析方法，能增加判断的准确性，从而提高了试验工作的效率和质量。

1 介质损耗tanδ测量的意义及原理

介质损耗角正切值tanδ的测量，是一种使用较多，且对于判断电气设备的绝缘状况是比较灵敏有效的方法。

tanδ为介质损失角的正切值（或称介质损失因数），即为在交流电压作用下，电介质中的电流有功分量和无功分量的比值。一般均比较小。习惯上也有称tanδ为介质损耗角的。

通过测量tanδ，可以反映出绝缘的一系列缺陷，如绝缘受潮、油或浸渍物脏污或劣化变质、绝缘中有气隙发生放电等。在电气设备绝缘受潮和有缺陷时，泄露电流要增加，流过绝缘的电流中的有功电流分量增加，在绝缘中有大量气泡，杂质和受潮的情况，将使夹层极化加剧，极化损耗要增加（即tanδ值要增加），这样介质损耗角正切值tanδ的大小就直接与绝缘的好坏状况有关。同时，介质损耗引起的绝缘内部发热，温度升高，这促使泄露电流增大，有损极化加剧，介质损耗增大使绝缘内部更热，如此循环，可能在绝缘弱的地方引起击穿，故介质损耗值既反映了绝缘本身的状态，又可反映绝缘由良好状况向劣质状况转化的过程，因此在电力设备交接和预防性试验都得到了广泛应用。

2 温度的影响

温度对tanδ有直接影响，影响的程度随材料，结构的不同而异。一般情况下，tanδ是随温度的上升而增加的。现场试验时，设备温度是变化的，为便于比较，应将不同温度下测得的tanδ换算至20℃时的值。

有些绝缘材料在温度低于某一临界值时，其tanδ可能随温度的降低而上升；而潮湿的材料在0℃以下时水分冻结，tanδ值就会降低。所以，过低温度下测得的tanδ不能反映真实的绝缘状况，容易导致错误的结论，因此，测量tanδ应在不低于5℃时进行。

当绝缘中残存较多水分和杂质时，tanδ就随温度升高而明显增加。例如两台220kV电流互感器通入50%额定电流，加温9h，测取通入电流前后的tanδ的变化。tanδ初始值为0.35%的一台无变化，tanδ初始值为0.8%的一台则上升为1.1%。实际上初始值为0.8%的已属非良好绝缘，故tanδ随温度上升而增加。说明当常温下测得的tanδ较大，在高温下tanδ又明显增加时，则应认为绝缘存在缺陷。

3 标准电容受潮

标准电容器受潮时的tanδ大于试品tanδ。用户一般在现场测试电容的介质损耗值都采用QS1电桥及配套的标准电容器Cn，其工作电压为10kV，电容量为（50±1）pF。测试线路如图3所示，Cn内部为真空电容器，真空电容器的玻璃泡子上的高、低引出线之间无屏蔽，正常情况下，Cn为标准无损电容器，其测试矢量图见图4。In为流经Cn的电流（忽略Z4上的压降，则 In=UCnω），它超前 U角度 90°，Ix为流经试品的电流，它超前U的角度小于90°，Ix与In间的夹角即为损失角δ。当标准电容器长期使用，壳内空气受潮，产品生锈，表面泄漏电流剧增，使得Cn变为有损耗电容器，

因此只要标准电容器受潮或生锈，标准电容器介损增大，便导致了合格电容套管的（tanδ<0.17%）介损偏小，对于介损较小，电容量较小的套管更容易出现负值，一旦标准电容器的tanδ大于被测套管的tanδ，那么被测套管的tanδ就全部变成了负值。对于这种情况，须更换Cn中的硅胶，以保持电容器壳内空气干燥，同时要定期校验Cn的tanδ，以免引起误判断。

4 试验电压的影响

一般来说，良好绝缘的tanδ不随电压的升高而明显增加。在其额定电压范围内，tanδ值几乎是不变的（仅在接近额定电压时，tanδ值可能略有增加），且当电压上升或下降时测得的tanδ值是接近一致的，不会出现闭环路状的曲线。如果绝缘中存在气泡、分层、脱壳等，情况就不同了。当所加试验电压尚不足以使绝缘中的气泡或气隙游离时，其tanδ值与良好绝缘无明显差别；当试验电压足以使绝缘中的空气游离、电晕或局部放电时，则其tanδ将随试验电压的升高而明显增加。如图1所示，表明了几种典型的情况。

图1 tanδ与电压的关系曲线

曲线1是绝缘良好的情况，其tanδ几乎不随电压的升高而增加，仅在电压很高时才略有增加。

曲线2为绝缘老化时的示例。在气隙起始游离之前，tanδ比良好绝缘的低；过了起始游离点后则迅速升高，而且起始游离电压也比良好绝缘的低。

曲线3为绝缘中存在气隙的示例，在试验电压未达到气体起始游离之前，tanδ保持稳定，但电压增高气隙游离后，tanδ急剧增大，曲线出现转折。当逐步降压后测量时，由于气体放电可能已随时间和电压的增加而增强，故tanδ高于升压时相同电压下的值。直至气体放电终止，曲线才又重合，因而形成闭口状环路。

曲线4是绝缘受潮情况的情况。在较低电压下，tanδ已经较大，随电压的升高tanδ继续增大；在逐步降压时，由于介质损失的增大已使介质发热温度升高，所以tanδ不能与原数值相重合，而以高于升压时的数值下降，形成开口状曲线。

从曲线4可明显看到，tanδ与湿度的关系很大。介质吸湿后，电导的损耗增大，还会出现夹层极化，因而tanδ将大为增加。这对于多孔的纤维性材料、如纸等，以及对于极性电介质，效果特别显著。

5 结语

综上所述，通过对tanδ的测量发现的缺陷主要是：设备普遍受潮，绝缘油或固体有机绝缘材料的普遍老化；对小电容量设备，还可以发现局部缺陷。tanδ值与介质的温度、湿度、内部有无气泡、标准电容是否受潮、缺陷部分体积大小等有关，必要时，应作出tanδ与电压的关系曲线，以便分析绝缘中是否夹杂较多气隙。对tanδ值进行判断的基本方法除应与有关“标准”值比较外，还应与历年试验值比较，观察其发展趋势。根据设备的具体情况，有时即使数值仍低于标准，但增长迅速，也应该引起充分注意。此外，还应与同类设备比较，看是否有明显差异。在比较时，除tanδ值外，还应注意Cx值的变化情况。如发生明显变化，可配合其他试验方法，如绝缘油的分析，直流泄流试验或提高测量tanδ值的试验电压等进行综合判断。

[1]张一尘.高电压技术[M].北京:中国电力出版社，2000.

[2]DL/T 59621996电力设备预防性试验规程[S].北京:中国电力出版社，1997.

[3]李建明，朱康.高压电气设备试验方法[M].北京:中国电力出版社，2004.

[4]赵沛，张源斌.介质损耗的数字化测量方法[J].高压电器，2004，40（1）:45247.