对500 kV断路器膜纸绝缘均压电容介质损耗试验探讨

文 剑

(四川省电力公司超(特)高压运行检修公司成都中心，四川乐山 614000)

对于运行中的500 kV及以上断路器均压介损试验，采用常规加压10 kV，正接法试验。经常出现介损值超过国家《规程》规定(《规程》规定膜纸复合绝缘电容量不超过0.2%，现在高压断路器均压电容大都采用膜纸复合绝缘)而电容量变化不明显的现象。而其他绝缘试验结果均都符合规程规定，继续投入运行后仍无异常。这对试验人员对试验结果的分析和判断带来很大的影响。

1 电容器介质损耗试验分析

目前，在电气试验中主要都是通过10 kV下的介损试验测量(tanδ)的大小来发现设备的缺陷。可是，10 kV的试验电压远低于设备的运行电压，不能真实反映设备运行时的状况。良好的绝缘在允许的电压范围内，无论电压上升或下降，其介损值均无明显变化。但现场试验数据显示，不同绝缘介质设备的介质损耗(tanδ)值会随着电压的升高而变大或变小。所以在设备运行电压下做介质损耗测试才能真实反映设备的绝缘情况。

如进口500 kV开关均压电容，在10 kV下测量的介损值通常都比额定电压下要大，经调查研究确定介损试验受Garton效应影响出现超标情况。Garton效应是M.Garton教授发现在含有纸的绝缘介质(或塑料以及油的混合介质)中，在较低电压下介质损耗正切值的变化可以比较高电压下的值高1～10倍。

1.1 膜纸复合绝缘介质电容器特性

聚丙烯粗化膜就是采用超高纯度电工级聚丙烯树脂为原料，经平膜法双向拉伸而成。具有厚薄均匀性好，耐压强度高、介质损耗小、易卷制等优异的物理及电气性能。且与多种电容器浸渍油相溶性好，经国家电力电容器检测中心检定，符合作为电力电容器绝缘介质的各项性能。

1)应用范围:主要用于以铝箔为电极，膜纸复合为介质或全膜介质油浸式电力、电热及其他相关高压电容器。

2)技术特性(典型值)见表1。

表1 电容器技术特性

1.2 膜纸复合绝缘电容低电压下介质损耗情况

膜纸复合绝缘电容器用聚丙烯薄膜与电容器纸复合浸渍有机合成绝缘油介质取代电容器纸浸矿物质油介质，有功损耗较低，约为油纸绝缘电容器的1/4，介质损耗因数小于0.1%，因为其中聚丙烯粗化膜电容器的介质损耗因数只有0.01%，损耗为电容器纸的1/10，有机合成浸渍剂的介质损耗因数也只有0.03%。现场试验发现膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数大大超过0.1%，甚至超标。有两种可能性:①是制造上的原因，如引线端子焊接不良，引线片与铝箔接触不良，有毛刺，容易引起放电，铝箔或膜不平整，浸渍不良等，均会引起介质损耗因数增大。②是试验过程或仪器方面的，如果介质损耗因数的出厂试验值比较小而现场试验值较大，则应考虑现场试验的复杂情况。

用AI－6000F自动抗干扰电桥对断路器均压电容进行10 kV正接法测量，大多数介质损耗因数为0.2% ～0.1%，但也有部分为0.2% ～0.3%。虽然有少部分介质损耗因数超过0.2%，但也不能认为不能运行。

以500 kV蓝天变电站对500 kV开关均压电容(面向主变压器左边为1)在投运时间为1年后首次检修时(全站停电检修无电场干扰)进行10 kV介质损耗试验的数据，试验数据见表2。

表2 10 kV介质损耗试验数据

从上面的数据看，在10 kV电压下对均压电容器进行介质损耗试验电容量及绝缘电阻测试的值与出厂值和交接数据变化不大，但介质损耗值tgδ%变化明显，普遍偏大。用泛华AI－6000D自动抗干扰电桥的数据最大达到0.67%，即使用测试单位:上海电容器具检测所的高精度2801电桥试验结果也大大超过《电力设备预防性试验规程》0.2%的要求。

所以对低电压下(10 kV)进行正接法测试介质损耗因数偏大的原因除了仪器自身精度影响外，主要有两个原因。

1)天气潮湿，设备表面泄漏影响较大。湿度较大时介质损耗因数显著偏大，甚至严重超标。曾经有一清早即进行试验，介质损耗因数达到0.4%，无论怎么也降不下来，中午天气晴朗后，再次试验，采用同样的仪器和方法，试验结果降到0.2%以下。

2)高压引线和设备接触不良现场试验的设备刚投运时，表面有漆膜，如果不刮去，接触电阻就相当大，在设备运行一段时间后，还会产生氧化层。对500 kV断路器均压电容器试验时，通常采用绝缘杆挂接线，设备表面的这些电阻层不易破除，相当于试品中串接了一个接触电阻Rj。由串联电容试品等值电路，得试品的介质损耗因数为tgδ=ωCx(Rx+Rj)。式中，ω为角频率;Cx为试品等值串联电容;Rx为试品等值串联电阻。

介质损耗因数增量△tgδ为

如果高压引线接触电阻为500 Ω，对0.01μF的试品，有△tgδ=0.157%。该增量对油纸绝缘电容试品的介质损耗因数不会造成误判，因为其介质损耗因数标准较为宽松，一般要求不大于0.5%，故0.157%影响不大。但对于膜纸复合绝缘的试品则很关键，因为，出厂值一般在0.1% ～0.2%，交接和预防性试验规程要求小于0.2%。在发现高压引线接触电阻影响后，一般采用高空作业车，用强力试验钳夹紧试品以消除接触电阻影响。

但仍然有部分介质损耗因数不符合规程要求(小于0.2%)。

2 高电压下膜纸复合绝缘电容器介质损耗试验探讨

所以高电压介损试验越来越受到重视，国家电网公司在国家电网生〔2009〕819号(关于印发《预防油浸式电流互感器、套管设备事故补充措施》的通知)上也提出了对110 kV以上电流互感器、套管等开展高电压试验的要求。另外国家电网公司新颁布的企业标准Q/GDW 168－2008《输变电设备状态检修试验规程》中也要求对主变压器套管、互感器、断路器等运行设备开展额定电压的介损试验。

以下介绍高电压下500 kV开关膜纸复合绝缘均压电容高电压下介质损耗试验方法。

1)均压电容采用正接线，试验接线为一侧接地，先做一侧，另一侧接地。

2)断路器均压电容高电压介损试验，因试品容量一般小于2 000 pF，所以用AI－6000M直接带试验变压器升压，组件最少，接线最简单。只需 AI－6000M主机、试验变压器和高压标准电容器三大件即可，试验接线如图1。

3)500 kV蓝天变电站对500kV开关其中1只在10 kV试验时介质损耗超标的均压电容进行高电压试验结果见表3。

图1 介损试验接线图

表3 介损超标高电压试验结果

从上面数据可以看到电容量与电压变化的关系不大，但是随着电压的升高其介质损耗呈现明显的下降趋势，原来在低电压(10 kV)试验电压下介质损耗tgδ高达0.57%，随着试验电压升高其介质损耗下降明显，当电压升高到50 kV及以上后tgδ下降到合格范围，当试验电压升高到60 kV时，介质损耗tgδ最低，但是当试验电压继续升高后其介质损耗也约有上升，但变化幅度不大，其值也在《规程》范围内。4)试验结果图形

试验采用AI－6000M电质损耗试验仪:

AI－6000H 2010/10/20 10:40 50±1Hz 22℃，试验结果见图2。

图2 试验结果图

5)数据分析

从电压上升曲线上看，电压从10 kV到50 kV，介损从0.587%急剧下降到0.183%，这是均压电容内部绝缘材料的Garton效应引起的介损剧烈变化，当极性分子达到平衡，介质损耗趋于稳定，随着电压的继续升高，介损略有增大，这是由于表面泄漏引起的介损增大。

下降曲线是上升曲线的逆过程，但两条曲线一般不会完全重合，但试验值的变化趋势基本相同。

3 结论

对于运行中的500 kV及以上断路器均压介损试验，采用常规加压10 kV，正接法试验。由于Garton效应的影响，经常出现介损值超过国家《规程》规定(膜纸复合绝缘电容量不超过0.2%)的现象，当低电压下tgδ在除了仪器自身精度影响和试验方法的影响不符合规程要求(大于0.2%时)，此种情况下可进行额定电压下的复测，复测值如符合10 kV的要求，可继续投入运行。