变压器套管介质损耗因数超标原因分析

李 良，王朝阳，王春宇,刘忠顺

( 国网河北省电力公司沧州供电分公司，河北沧州061001)

1 套管介质损耗因数超标概况

某地区双楼变电站1号SFSZ10-180000/220主变压器容量为180 000 kVA，2008年3月出厂，2008年10月投运，220 kV侧中性点套管型号为COT 550-800，电容312 pF，2007年12月出厂，2008年10月投运。2010年1月6日，使用AI-6000E仪器对双楼站变电1号主变压器进行例行试验，当天天气晴，现场环境温度6 ℃、湿度37%，在对高压侧(220 kV侧)中性点套管介质损耗因数(tanδ))测试时，测试数据超过规程要求值，而且与历史数据比较变化较大。在对套管表面进行干燥、擦拭后，重新测试该套管介质损耗因数，测试数据没有明显变化，见表1。

表1 220 kV侧套管介质损耗因数测试数据

相别tanδCx/pFC0/pFΔC/%U0.0028386.7383.70.78V0.00277386.73811.5W0.00298389.1383.71.4N(解体后)0.00288313312.10.35N(解体前)0.02380313.6312.10.48

注：ΔC=(Cx-C0)/C0×100%。

2 介质损耗因数超标原因分析

2.1 介质损耗因数增大原理

介质损耗因数测试所用仪器AI-6000E原理为QS1型平衡电桥原理。QS1型电桥接线原理及电桥平衡时向量图，见图1、图2。

图1 QS1型电桥接线原理

图2 QS1电桥平衡时向量图

电桥平衡时，介质损耗因数及电容量计算公式如下：

CX=(R4/R3)CN

(1)

tanδ=ωC4R4

(2)

式中：CN为高压标准电容器，R4为无感固定电阻，ω为角频率，以上3个量均为定量；R3为无感可调电阻，C4为可调电容器，以上2个量为变量。

电桥平衡过程是通过调节R3和C4，从而分别改变桥臂电压的大小和相位来实现的。调节R3可以改变UVD的幅值，使之与UUD的大小相等，调节C4时，由于δ很小，所以C4的数值不大，对Z4的幅值影响很小，也就是对UVD的幅值影响很小，只是影响Z4阻抗角的变化，换言之，决定CX、tanδ变化的直接量分别为R3和C4[1]。只要分析出当RX增大时C4如何变化即可得出结论。

式(1)中由于CX没有变化，R3没有变化，接线原理ZX支路中UWD不变，RX增大，回路电流IX减小，R3没有变化，UUD减小。电桥平衡时，由于UVD=UUD，因此UVD也要减小。在CN支路中，除C4外其他量均为定量，要想使UVD减小，只能调节C4使之增大，使电桥达到平衡，由于前面分析C4的变化决定介质损耗的变化，从而介质损耗因数tanδ增大。

2.2 直流电阻试验分析

使用BZC3391型直流电阻测试仪，采用三通道的测试方式对三相直流电阻同时进行测试。对有中性点引出的星形接线进行测试时，测试原理见图3，测试结果见表2。

图3 直流电阻测试原理

表2 220 kV侧直流电阻数据

分接位置RUN/mΩRVN/mΩRWN/mΩΔR/%1313.4313.8314.70.412308.6309.9310.30.553303.2304.9304.70.564298.5298.7300.10.535293.3295.1294.50.616288.6289.3290.00.487283.2285.6284.50.848278.4280.0279.80.579272.3272.0272.60.2210277.8278.6278.60.2911283.1283.8284.40.46

注：ΔR为RUN、RVN、RWN三者间最大互差与最小者的比值。

从表2可以看出，直流电阻测试数据在合格范围内，三相互差未超出规程规定值2%。通常情况下，如果套管介质损耗因数超标是由一次回路接触不良导致的，会从直流电阻测试数据上反应出来，但该只套管介质损耗因数超标却未反应到直流电阻测试数据上，主要原因需从试验仪器的测试原理进行分析。

从图3及其计算公式可以看出： BZC3391型直流电阻测试仪的测试原理为电流电压法，在变压器直流电阻测试过程中电流只在三相绕组中流过，电流回路不经过中性点，在变压器中性点只是取一个电压信号，中性点套管一次导电杆接触不良增加的阻值相对于电压表的内阻来说很小，对取得电压信号基本没有影响，同时电流值是不变的，经仪器计算后得出的直流电阻试验数据基本不变。因此，该套管介质损耗因数超标未能通过直流电阻测试数据反应出主要原因。

2.3 介质损耗试验数据分析

高压侧中性点套管测试采用正接线方式，高压侧短封接高压线，中、低压侧短封接地，套管末屏取信号。第1次介质损耗因数试验数据为0.028，超过规程要求，且与历史数据比较相差很大，由于主变压器周围无带电设备，且现场采用正接线方式，基本不存在外界电场干扰。根据试验数据结合现场实际情况及该主变压器周围设备运行情况，经现场初步分析，导致介质损耗因数偏大的原因可能为：试验接线一次回路接触不良(将军帽松动、导电杆松动或套管末屏接触不良)；套管内部受潮、击穿，表面潮湿、脏污；高压引线与套管夹角太小存在杂散电容。结合电容量综合分析，由于电容量近似相等，相差不大，可排除套管内部受潮、击穿的可能。介质损耗因数与电容量、一次回路等效电阻关系式：

tanδ=P/Q=ωCXRX

(3)

由公式(3)可以看出，CX没有变化，ω为定量，所以导致介质损耗因数增大的量为RX，因此推断套管一次接触不良，可能的位置在一次导电杆或套管末屏处。

随后对套管进行末屏介质损耗试验，测试数据正常，排除了末屏接触不良的可能，确定导致介质损耗因数超标的原因为套管一次导电杆处连接松动。

2.4 原因确定

综合以上直流电阻和介质损耗数据分析可以看出，由于直流电阻测试过程中电流

回路不经过中性点套管，直流电阻试验数据变化不明显；处理前后2次试验的介质损耗因数数据变化明显，电容量没有变化。由此可见，套管一次导电杆接触不良是导致其介质损耗因数值超标的根本原因。

对套管一次导电杆螺杆进行解体，在拆除过程中发现一次连接松动。将外部螺帽拆除后直接将短封线接于内螺杆处进行测试，tanδ为0.0035，数据正常。通过对套管一次处理前后的介质损耗因数试验数据分析可知，tanδ由最初的0.028变为0.0035，处理前由于一次将军帽导电杆处接触不良，相当于在被试品回路中串入一个电阻，导致有功分量增大，无功分量保持不变，介质损耗角增大。

3 防范及判定套管介质损耗因数超标的建议

套管介质损耗因数和电容量测量是判断套管绝缘状况的一项重要手段。由于套管体积较小，电容量较小(几百pF)，因此测量其介质损耗可以较灵敏地反映套管劣化受潮及某些局部缺陷。测量其电容量也可以发现套管电容芯层局部击穿、严重漏油、小套管断线及接触不良等缺陷[2]。

鉴于以上分析认为，套管一次导电杆接触不良是导致其介质损耗因数值超标的根本原因。如果简单的从介质损耗因数数据超出规程要求值就判断套管不合格的话，很容易出现将合格的套管更换掉，耗费大量的人力、物力。因此，在今后的变压器套管选型及其介质损耗因数测试方面提出以下建议。

a. 在变压器套管的选型上，订货应综合考虑各方面的因素，选用适合现场检修维护的、结构合理的产品。

b. 在对设备的交接验收过程中，各专业工作人员一定要严把质量关，尤其是检修人员要注意细节。

c. 现场试验过程中，试验人员要熟知设备结构，认真检查各个试验环节，结合相关试验数据综合分析，得出正确的试验结论，避免对被试品进行误判、错判。

d. 现场主变压器直流电阻测试中，当采用三相同时测试时，需将测试数据与初值进行比较，发现异常，可采用相间或单相测试的方法来判断是否为中性点引线故障，以便进一步对数据做出正确的判断。

e. 现场测量变压器套管介质损耗因数时，应将变压器绕组连同中性点短接后接高压引线，以避免变压器绕组电感、变压器本体电容对套管介质损耗和电容量的影响。

f． 测量时应尽量使套管附近无梯子、构架等杂物，试验人员远离被试套管，以提高测量准确度。

g． 现场测量变压器套管介质损耗因数时，如发现数据异常，应先排除末屏小套管表面脏污、内部断线、接触不良等因素导致的变压器套管介质损耗因数超标现象，避免误判。

参考文献：

[1] 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，2001.

[2] 陈天翔，王寅仲.电气试验[M].北京：中国电力出版社，2005.