變壓器介質損耗講義

1、變壓器繞組連同套管介質損耗試驗一、介質損耗的定義及意義電介質就是絕緣材料。當研究絕緣物質在電場作用下所發(fā)生的物理現象時，把絕緣物質稱為電介質；而從材料的使用觀點出發(fā)，在工程上把絕緣物質稱為絕緣材料。既然絕緣材料不導電，怎么會有損失呢？我們確實總希望絕緣材料的絕緣電阻愈高愈好，即泄漏電流愈小愈好，但是，世界上絕對不導電的物質是沒有的。任何絕緣材料在電壓作用下，總會流過一定的電流，所以都有能量損耗。把在電壓作用下電介質中產生的一切損耗稱為介質損耗或介質損失。如果電介質損耗很大，會使電介質溫度升高，促使材料發(fā)生老化（發(fā)脆、分解等），如果介質溫度不斷上升，甚至會把電介質熔化、燒焦，喪失絕緣能力，導致熱

2、擊穿，因此電介質損耗的大小是衡量絕緣介質電性能的一項重要指標。然而不同設備由于運行電壓、結構尺寸等不同，不能通過介質損耗的大小來衡量對比設備好壞。因此引入了介質損耗因數tg（又稱介質損失角正切值）的概念。 介質損耗因數的定義是：被試品的有功功率比上被試品的無功功率所得數值。 介質損耗因數tg只與材料特性有關，與材料的尺寸、體積無關，便于不同設備之間進行比較。當對一絕緣介質施加交流電壓時，介質上將流過電容電流I1、吸收電流I2和電導電流I3，如圖所示。其中反映吸收過程的吸收電流，又可分解為有功分量和無功分量兩部分。電容電流和反映吸收過程的無功分量是不消耗能量的，只有電導電流和吸收電流中的有功分量

3、才消耗能量。為了討論問題方便，可進一步將等值電路簡化為由純電容和純電阻組成的并聯和串聯電路。我們就采用它的并聯電路來分析。當絕緣物上加交流電壓時，可以把介質看成為一個電阻和電容并聯組成的等值電路，如圖21（a）所示。根據等值電路可以作出電流和電壓的相量圖，如圖2（b）所示。圖 2 在絕緣物上加交流電壓時的等值電路及相量圖 （a）介質等值電路 （b）等值電路電流、電壓相量由相量圖可知，介質損耗由 產生，夾角 大時， 就越大，故稱 為介質損失角，其正切值為 介質損耗為由上式可見，當U、f、C一定時，P正比于 ，所以用 來表征介質損耗。 測量的 靈敏度較高，可以發(fā)現絕緣的整體受潮、劣化、變質及小體積

4、設備的局部缺陷。二、變壓器介質損耗的目的測量變壓器繞組連同套管的介質損耗角正切tg時，主要用于更進一步檢查變壓器整體是否受潮、絕緣油及紙是否劣化等嚴重的局部缺陷，以及繞組上是否附著油泥等雜質。三、變壓器介質損耗的測量方法 常用的方法有QS1西林電橋測量法、數字式介質損耗測試儀等。 1. QS1西林電橋法 西林電橋的兩個高壓橋臂，分別由試品ZN及無損耗的標準電容器CN組成；兩個低壓橋臂，分別由無感電阻R3及無感電阻R4與電容C4并聯組成，如圖2所示。圖中Cx，Rx為被測試樣的等效并聯電容與電阻，R3、R4表示電阻比例臂，CN為平衡試樣電容Cx的標準，C4為平衡損耗角正切的可變電容。 圖3 西林電

5、橋測量原理圖各橋臂的導納為 調節(jié)R3、C4使電橋達到平衡時，應滿足 即注：A+jB=0由上式可得： 為了讀取方便，可令 則若 以 計，則 的讀數就為 的值。 當 時，試樣電容可近似地按下式計算： 因此，當橋臂電阻R3，R4和電容CN，C4已知時就可以求得試樣電容和損耗角正切。 2.數字式介質損耗測試儀數字式介損測試儀基本測量原理是基于傳統西林電橋的原理基礎上，測量系統通過標準側R4和被試側R3分別將流過標準電容器和被試品的電流信號進行高速同步采樣，經模數（A/D）轉換裝置測量得到兩組信號波形數據，再經計算處理中心分析，分別得出標準側和被試側正弦信號的幅值、相位關系，從而計算出被試品的電容量及介

6、損值。智能型電橋的測量回路還是一個橋體，如下圖所示。圖4 智能型電橋原理圖R3、R4兩端的電壓經過A/D采樣送到計算機，求得: 試品阻抗： 進一步計算可得： 介損值可通過測量Ux與Un之間的相位計算得出tg值。測量相位的方法有很多種，如過零比較法，波形分析法（FFT變換）等等，也可采用測量有功分量和無功分量的方法來求得tg值。四、變壓器介質損耗的接線方式用上述測量方法，常用的接線方式有正接線和反接線兩種。對于現場沒有末屏的電氣設備，都采用的是反接線進行測量。所以變壓器采用反接線方式測量。如下圖所示。圖5 反接線圖這是一種標準反接線接法，在試品接地，橋體U端接地，E端為高壓端，在需要屏蔽的場合，

7、E端也可用于屏蔽。此時橋體處于高電位， R3、C4 需通過絕緣桿調節(jié)。 這種方式橋體處于高電位，儀器內部高低壓之間需要做好絕緣防護措施。同時操作者應站在絕緣墊上進行操作，電橋外殼必須可開接地。 五、變壓器介質損耗的影響因素介質損耗因素不僅受到設備缺陷和電磁場干擾的影響，還受到溫度、電壓、頻率等的影響。1.溫度的影響 tg與溫度的關系，隨著介質的組成成分和結構的不同而有顯著差異。一般不能將某一溫度下所測的tg準確換算至另一溫度下的數值，因為不同絕緣介質或不同潮濕程度，各有不同的隨溫度變化的規(guī)律。目前一些溫度換算方法所得的數據也只是近似的。因此，tg測量工作最好在1030范圍內并與前次測量時相近的

8、溫度下進行，且符合規(guī)程的規(guī)定：“進行絕緣試驗時，被試品溫度不應低于+5，戶外試驗應在良好的天氣進行，且空氣相對濕度一般不高于80%。2.頻率的影響 當頻率為零時，tg亦為零。在一定的頻率范圍內，tg隨著頻率的增加而增加。這是由于介質極化的時間與交流半周期時間相等時，產生的介質損耗最大。若頻率再增高時，則因時間太快，極化不完全（偶極子來不及排列），介質損耗將隨著頻率的增加而減少。由于電氣設備均處在50Hz的工作頻率下，所以tg試驗所采用的電源也應滿足工頻范圍（通常為4565Hz）。在異頻下測量時應考慮頻率對介損的影響。3.電壓的影響 當外加電壓升高時，tg與電壓無直接的關系，只有在電壓上升到某一

9、數值，即達到介質的局部放電起始電壓以上時，tg才急劇增加。因為在一定的交變電壓作用下，介質中局部（夾雜的氣泡或雜質）電場可能很強，從而首先放電，產生附加損耗，使tg隨著電壓的升高而增加。也有一部分試品在電壓升至一定值時介損值出現下降的情況。因此在較高電壓下（設備額定工作電壓下）測量tg，可以比較真實地反映設備的絕緣狀況，便于及時準確地發(fā)現設備的絕緣缺陷。圖6 與試驗電壓的典型關系曲線1良好的絕緣 2絕緣中存在氣隙 3受潮絕緣六、變壓器介質損耗的標準及判斷 1.當變壓器電壓等級為35kV 及以上時，且容量在8000kVA及以上時，應測量介質損耗角正切tg。 2.試驗電壓的選擇：變壓器繞組額定電壓

10、為10 kV及以上者，施加電壓應為10kV；繞組額定電壓為10 kV以下者，施加電壓應為繞組額定電壓。 3.介質損耗角正切tg（交接試驗）執(zhí)行標準按如下表1所示。 4.測量的tg值不應大于出廠試驗值的1.3倍。若大于，且不符合表2的規(guī)定，應取絕緣油樣測量tg值，如不合格，則更換標準油，換油后tg值還不能達標的，則將變壓器加溫至出廠試驗溫度并穩(wěn)定5小時以上，重新測量，還不達標則為不合格變壓器。 5.當測量溫度與出廠試驗溫度不同，則按如下表2所示換算，具體換算公式tg20=K tg。當測量時的溫度差不是表2所示時，可以按A=1.3K/10 計算。 6. 必要時可通過觀測tg與外施電壓的的關系曲線，觀測tg是否隨電壓上升，用以判斷絕緣內部有無分層、裂縫等缺陷。表1 油浸式電力變壓器繞組介質損耗角正切tg（%）最高允許值電壓等級/kV溫度/51020304050607035及以下1.31.52.02.63.54.56.08.0352201.01.2