電容型電流互感器現場介損測量方法分析

　摘　要：通過對正、反兩種接線方法對電容型電流互感器的絕緣介質損耗因數的測量理論與實踐分析，提出在實際測量中減少工作量、提高工作效率的測量方法。
　　關鍵詞：電容型電流互感器；介質損耗因數；測量
　　
0引言
　　在高壓試驗中，介質損耗因數tgδ是一個重要測試項目，它是表征絕緣介質在電場作用下由于電導及極化的滯后效應等引起的能量損耗，是評定設備絕緣是否受潮的重要參數，同時對存在嚴重局部放電或絕緣油劣化等也有反應。在對多種電氣設備的絕緣判定中都涉及到這一參數，但不同的設備所使用的測試方法也不相同，同一設備也會有多種方法可以利用，要根據現場的實際情況和試驗具體要求使用正確的測試手段以得到準確依據。

1設備概況
1.1設備結構
　　電容型電流互感器（以下簡稱電容型TA）是電容均勻分布的油浸紙絕緣產品，其內部結構是采用10層以上同心圓形電容屏圍成的"U"形，其中，各相鄰電屏間絕緣厚度彼此相等，且電容屏端部長度從里往外成臺階狀排列,最外層有末屏引出。由于其一次回路軸向及徑向電場分布均勻，主絕緣結構合理并得到充分的利用，因此電容型TA的整體結構非常緊湊。
1.2設備運行情況
　　目前，保定供電公司在網運行220 kV電容型TA153臺相，110 kV777臺相（不含涿州220 kV站、富昌屯110 kV站），自20世紀80年代至今一直用反接線測試電容型TA的tanδ及電容量，這主要是因為反接線的試驗接線較簡便，并且測試數據有歷史可比性。但經過多年的測試發現正接線更能有效地發現電容型TA的絕緣缺陷，同時可以不拆TA的高壓引線直接進行測量。

2理論分析
2.1兩種方法比較
2.1.1電橋反接線測量
　　采用該方法可測量一次對其它的tanδ及電容量，接線圖如圖1所示。

　　反接線法是目前現場試驗使用的方法，該方法接線簡單，但只能測出TA整體絕緣狀況，它所測的是一次對末屏、二次及地的tanδ，不能反映缺陷的具體部位。
　　反接線法測出的tanδ和電容值是C1與C2、C3的并聯值，對并聯結構可以將介質等效為電阻與無損電容并聯而成，其原理如圖2所示。

　　按tgδ的定義可求出：
　　
　　由式（1）、式（2）可推出：
　　
　　同理，當n組并聯時：
　　
　　從上式可以得出：并聯結構的絕緣良好時，反接線實測tanδ能反映電容量較大的試品的真實tanδ，如果存在局部絕緣缺陷，往往不能由實測tanδ反映出來；而對于較小容量試品一、二次繞組間的絕緣缺陷也可能受周圍物體的影響而被掩蓋。
　　由于電容型TA一次對末屏的電容量C1遠大于C2與C3，當設備絕緣良好時，實測結果可近似表示為一次主絕緣的tanδ；當有受潮缺陷時，不能表明是主絕緣受潮還是末屏受潮，仍然要用正接線測量一次對末屏tanδ，用反接線測量末屏對地的tanδ。
2.1.2正接線測量
　　采用正接線法可測量一次繞組對末屏的tanδ及電容量，接線圖如圖3所示。

　　從圖3可看出正接線的測試是一次繞組加壓，末屏接Cx線，由于測量臂阻抗比C2、C3、C4、C5的阻抗小得多，所以主要測量的是一次電容屏間的tanδ及電容，C2、C3、C4、C5對被測的C1基本沒有影響，能真實反映一次主絕緣狀況。對末屏可以通過測量其絕緣電阻來檢測絕緣狀況。
　　另外，值得一提的是用正接線測量主絕緣的tanδ及電容可以不拆TA與開關、刀閘的連接線，只要在測試時保證開關處于分閘位，刀閘側不掛地線即可。這樣可以減小檢修班組的工作量，增加安全系數。
2.2外界因素對兩種試驗方法影響的比較
2.2.1高壓引線的影響
　　反接線測量時高壓端及引線的對地雜散電容與被試品并聯，會帶來測量誤差，對于電容量只有幾百皮法的電容型TA主絕緣來說，測量誤差相對較大。
　　正接線測量時高壓端及引線的對地雜散電容沒有接入測量回路，不會引起測量誤差。
2.2.2濕度的影響
　　用正接線測量電容型TA時，濕度的影響原理如圖4所示。

　　測試電流不經過主體的表面電阻，只要保證末屏小套管表面干凈、不潮濕，可以完全排除主體瓷套（直接接地）表面電阻的影響，測量結果就不會受濕度的影響。
　　反接線測量的結果是瓷套表面電阻與一次對其它的并聯值，其原理如圖5所示。

　　當濕度大時，絕緣表面臟污，表面形成水膜，Rb非常小，表面泄漏增大，使實測值增大。這種測量誤差是不可避免的。例如在孫村211單元、263單元的預試中，反接線的測試結果非常大,有的已超出了規程規定值，而正接線起到了很好的替代作用。孫村211單元、263單元正、反接線數值對比分別見表1、表2。

3數據與誤差分析
　　2004年對220 kV、110 kV電容型TA共計90臺相進行了正、反兩種接線的測試，通過數據統計得到以下結論：
　　a. 同一設備反接線測得的Cx大于正接線的有90臺相，占100%。
　　DL/T 5961996《電力設備預防性試驗規程》規定TA的電容量變化應在±5%，由于反接線測量是主絕緣與一次對二次、二次對末屏的并聯值，后兩者的電容量遠小于主絕緣的電容量，所以反接線測得的電容量較大于正接線測得的電容量。
　　由于現場用反接線測試時不拆刀閘側一次連接線，實測值應加上刀閘對地電容，所以反接線測得的電容量比正接線的大許多。經統計的90組正、反接線測量的差值絕大部分在60～90 pF之間。
　　b. 同一設備正接線tanδ值大于反接線的有65臺相，占72%。
　　在設備絕緣狀況良好的情況下，正、反接線測得的tgδ不同是由于接線方法不同而帶來的測量誤差。因為采用反接線法進行現場測試時，只拆TA與開關的連線，而不拆TA與刀閘的連線（如圖6所示），所以反接線的實測tanδ值是正接線實測tanδ值與一次對其他的tanδ的并聯值。把反接線的實測tanδ值記作tanδ反 ,把正接線實測tanδ值記作tanδ正，把主絕緣對末屏的介損和電容量記為tanδ1、C1,其它記作tanδ0、C0,則有：
　　

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　　c.正接線測得tanδ與反接線測得的tanδ差分布情況見表3。

　　由表3可知，正、反兩種接線的測量結果十分相近，相差在0.01～0.05的最多，所以以正接線取代反接線測量電容型TA的tanδ是可行的。

4綜合分析
　　正接線測量電容型TA主絕緣的tanδ與反接線相比有以下優勢：
　　a. 不受一次對二次繞組的tanδ影響。
　　b. 不受高壓端及引線對地雜散電容的影響。
　　c. 不受空氣濕度的影響。
　　d. 如果發現缺陷，能直接排除末屏受潮的可能性。
　　e. 不用拆接設備的一次連接線，節省試驗時間，提高了工作效率和工作的安全性。
　　f. 正接線測得的電容量是一次主絕緣的電容量，與出廠值可比，使試驗人員更容易從電容量上發現設備的缺陷。
　　綜上所述，建議今后預試中對電容型TA采用正接線測量tanδ及電容量。