变压器绕组连同套管介质损耗试验
一、介质损耗得定义及意义
电介质就就是绝缘材料。
当研究绝缘物质在电场作用下所发生得物理现象时,把绝缘物质称为电介质;而从材料得使用观点出发,在工程上把绝缘物质称为绝缘材料。
既然绝缘材料不导电,怎么会有损失呢？我们确实总希望绝缘材料得绝缘电阻愈高愈好,即泄漏电流愈小愈好,但就是,世界上绝对不导电得物质就是没有得。
任何绝缘材料在电压作用下,总会流过一定得电流,所以都有能量损耗。
把在电压作用下电介质中产生得一切损耗称为介质损耗或介质损失。
如果电介质损耗很大,会使电介质温度升高,促使材料发生老化(发脆、分解等),如果介质温度不断上升,甚至会把电介质熔化、烧焦,丧失绝缘能力,导致热击穿,因此电介质损耗得大小就是衡量绝缘介质电性能得一项重要指标。
然而不同设备由于运行电压、结构尺寸等不同,不能通过介质损耗得大小来衡量对比设备好坏。
因此引入了介质损耗因数tgδ(又称介质损失角正切值)得概念。
介质损耗因数得定义就是:被试品得有功功率比上被试品得无功功率所得数值。
介质损耗因数tgδ只与材料特性有关,与材料得尺寸、体积无关,便于不同设备之间进行比较。
当对一绝缘介质施加交流电压时,介质上将流过电容电流I1、吸收电流I2与电导电流I3,如图所示。
其中反映吸收过程得吸收电流,又可分解为有功分量与无功分量两部分。
电容电流与反映吸收过程得无功分量就是不消耗能量得,只有电导电流与吸收电流中得有功分量才消耗能量。
为了讨论问题方便,可进一步将等值电路简化为由纯电容与纯电阻组成得并联与串联电路。
我们就采用它得并联电路来分析。
当绝缘物上加交流电压时,可以把介质瞧成为一个电阻与电容并联组成得等值电路,如图21(a)所示。
根据等值电路可以作出电流与电压得相量图,如图2(b)所示。
U I
U I I C R C I R I R
I
I C
(a)(b)δ
ϕ
图 2 在绝缘物上加交流电压时得等值电路及相量图
(a)介质等值电路 (b)等值电路电流、电压相量
由相量图可知,介质损耗由 产生,夹角 大时, 就越大,故称 为介质
损失角,其正切值为
介质损耗为
由上式可见,当U 、f 、C 一定时,P 正比于 ,所以用 来表征介质损耗。
测量得 灵敏度较高,可以发现绝缘得整体受潮、劣化、变质及小体积
设备得局部缺陷。
二、变压器介质损耗得目得
测量变压器绕组连同套管得介质损耗角正切tg δ时,主要用于更进一步检查
变压器整体就是否受潮、绝缘油及纸就是否劣化等严重得局部缺陷,以及绕组上
就是否附着油泥等杂质。
三、变压器介质损耗得测量方法
常用得方法有QS1西林电桥测量法、数字式介质损耗测试仪等。
1、 QS1西林电桥法
西林电桥得两个高压桥臂,分别由试品ZN 及无损耗得标准电容器CN 组成;两个
低压桥臂,分别由无感电阻R 3及无感电阻R4与电容C 4并联组成,如图2所示。
图中Cx,Rx 为被测试样得等效并联电容与电阻,R3、R4表示电阻比例臂,CN 为平
衡试样电容Cx 得标准,C4为平衡损耗角正切得可变电容。
图3 西林电桥测量原理图
各桥臂得导纳为
调节R 3、C 4使电桥达到平衡时,应满足
即
注:A+jB=0
由上式可得:
为了读取方便,可令则
若以计,则得读数就为得值。
当时,试样电容可近似地按下式计算:
因此,当桥臂电阻R3,R4与电容CN,C4已知时就可以求得试样电容与损耗角正切。
2、数字式介质损耗测试仪
数字式介损测试仪基本测量原理就是基于传统西林电桥得原理基础上,测量系统通过标准侧R4与被试侧R3分别将流过标准电容器与被试品得电流信号进行高速同步采样,经模数(A/D)转换装置测量得到两组信号波形数据,再经计算处理中心分析,分别得出标准侧与被试侧正弦信号得幅值、相位关系,从而计算出被试品得电容量及介损值。
智能型电桥得测量回路还就是一个桥体,如下图所示。
图4 智能型电桥原理图
R3、R4两端得电压经过A/D采样送到计算机,求得:
试品阻抗:
进一步计算可得:
介损值可通过测量Ux与Un之间得相位计算得出tgδ值。
测量相位得方法有
很多种,如过零比较法,波形分析法(FFT变换)等等,也可采用测量有功分量与无功分量得方法来求得tgδ值。
四、变压器介质损耗得接线方式
用上述测量方法,常用得接线方式有正接线与反接线两种。
对于现场没有末屏得电气设备,都采用得就是反接线进行测量。
所以变压器采用反接线方式测量。
如下图所示。
图5 反接线图
这就是一种标准反接线接法,在试品接地,桥体U端接地,E端为高压端,在需要屏蔽得场合,E端也可用于屏蔽。
此时桥体处于高电位, R3、C4 需通过绝缘杆调节。
这种方式桥体处于高电位,仪器内部高低压之间需要做好绝缘防护措施。
同时操作者应站在绝缘垫上进行操作,电桥外壳必须可开接地。
五、变压器介质损耗得影响因素
介质损耗因素不仅受到设备缺陷与电磁场干扰得影响,还受到温度、电压、频率等得影响。
1、温度得影响
tgδ与温度得关系,随着介质得组成成分与结构得不同而有显著差异。
一般不能将某一温度下所测得tgδ准确换算至另一温度下得数值,因为不同绝缘介质或不同潮湿程度,各有不同得随温度变化得规律。
目前一些温度换算方法所得得数据也只就是近似得。
因此,tgδ测量工作最好在10～30℃范围内并与前次测量时相近得温度下进行,且符合《规程》得规定:“进行绝缘试验时,被试品温度不应低于+5℃,户外试验应在良好得天气进行,且空气相对湿度一般不高于80%。
2、频率得影响
当频率为零时,tgδ亦为零。
在一定得频率范围内,tgδ随着频率得增加而增加。
这就是由于介质极化得时间与交流半周期时间相等时,产生得介质损耗最大。
若频率再增高时,则因时间太快,极化不完全(偶极子来不及排列),介质损耗将随着频率得增加而减少。
由于电气设备均处在50Hz得工作频率下,所以tgδ试验所采用得电源也应满足工频范围(通常为45～65Hz)。
在异频下测量时应考虑频率对介损得影响。
3、电压得影响
当外加电压升高时,tgδ与电压无直接得关系,只有在电压上升到某一数值,即达到介质得局部放电起始电压以上时,tgδ才急剧增加。
因为在一定得交变电压作用下,介质中局部(夹杂得气泡或杂质)电场可能很强,从而首先放电,产生附加损耗,使tgδ随着电压得升高而增加。
也有一部分试品在电压升至一定值时介损值出现下降得情况。
因此在较高电压下(设备额定工作电压下)测量tgδ,可以比较真实地反映设备得绝缘状况,便于及时准确地发现设备得绝缘缺陷。
图6 与试验电压得典型关系曲线
1良好得绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘
六、变压器介质损耗得标准及判断
1、当变压器电压等级为35kV 及以上时,且容量在8000kVA及以上时,应测量介质损耗角正切tgδ。
2、试验电压得选择:变压器绕组额定电压为10 kV及以上者,施加电压应为10kV;绕组额定电压为10 kV以下者,施加电压应为绕组额定电压。
3、介质损耗角正切tgδ(交接试验)执行标准按如下表1所示。
4、测量得tgδ值不应大于出厂试验值得1、3倍。
若大于,且不符合表2得规定,应取绝缘油样测量tgδ值,如不合格,则更换标准油,换油后tgδ值还不能达标得,则将变压器加温至出厂试验温度并稳定5小时以上,重新测量,还不达标则为不合格变压器。
5、当测量温度与出厂试验温度不同,则按如下表2所示换算,具体换算公式
=K tgδ。
当测量时得温度差不就是表2所示时,可以按A=1、3K/10 计算。
tgδ
20
6、必要时可通过观测tgδ与外施电压得得关系曲线,观测tgδ就是否随电
压上升,用以判断绝缘内部有无分层、裂缝等缺陷。
表1 油浸式电力变压器绕组介质损耗角正切tgδ(%)最高允许值
表2 介质损耗角正切tgδ(%)温度换算系数
注:1、表中得K为实际温度减去20得绝对值。
2、测量温度以上层油温为准。