第二部分电压互感器的介损试验

二电压互感器的介损试验测量电压互感器绝缘（线圈间、线圈对地）的tgδ，对判断其是否进水受潮和支架绝缘是否存在缺陷是一个比较有效的手段。

其主要测量方法有，常规试验法、自激磁法、末端屏蔽法和末端加压法，必要时还可以用末端屏蔽法测量支架绝缘的介质损耗因数tgδ。

1电压互感器本体tgδ的测量（1）常规试验法串级式电压互感器为分级绝缘，其首端“A”接于运行电压端，而末端“X”运行时接地，出厂试验时，“X端”的交流耐压一般为5千伏，因此测量线圈间或线圈对地的tgδ应根据其结构特点选取试验方法和试验电压值。

常规试验法（常规法）如图2-7所示。

测量一次线圈AX与二、三次线圈ax、a D XD及AX与底座和二次端子板的综合绝缘tgδ，包括线圈间、绝缘支架、二次端子板绝缘的tgδ。

由串级式互感器结构可知，下铁心下芯柱上的一次线圈外包一层0.5毫米厚的绝缘纸后绕三次线圈（亦称辅助二次线圈）aD XD。

常规法测量时，下铁心与一次线圈等电位，故为测量tgδ的高压电极。

其余为测图2-7 量电极。

其极间绝缘较薄，因此电容量相对较大，即测得的电容量和tgδ中绝大部分是一次线圈（包括下铁心）对二次线圈间电容量和tgδ。

当互感器进水受潮时，水分一般沉积在底部，且铁心上线圈端部易于受潮。

所以常规法对监测其进水受潮还是比较有效的。

因此通过常规法试验对其绝缘状况作出初步判断，并在这一试验基础上进行分解试验，或用其他方法进一步试验，便可具体地分析出绝缘缺陷的性质和部位。

常规法试验时，考虑到接地末端“X”的绝缘水平和QS1电桥的测量灵敏度，试验电压一般选择为2～3千伏。

不同试验接线所监测的绝缘部位如表2-1示所。

表2.-1所列的测量接线都受二次端子板的影响，而且不能准确地测量出支架的tgδ。

如果二次端子板绝缘良好，则可按表2.-2-1中序号5、6两种试验近似估算出支架的介质损。

但最好用序号1、2两次试验结果结果计算出支架的tgδ。

不过上述两种计算支架tgδ的方法都受二次端子的影响。

表2-1中序号1～7测量的电容量和介质损分别为C1～C7和tgδ1～tgδ7，支架的电容量和介质损分别为C支、tgδ支。

表2-1 电压互感器tgδ的测量接线常规法测量无论哪一种接线方式都受二次端子板的影响。

也就是说，二次端子板的部分或全部绝缘介质损被测入。

二次端子上固定有一次线圈的弱绝缘端“X”，二次线圈和三次线圈端子a、x、aD 、xD以及将端子板固定在底座上的四只接外壳（地）的螺栓。

常规法测量一次对二、三次及地的介质损的试验结果的分析：tgδ值大于规定值。

这既可能是互感器内部缺陷如进水受潮等引起的，也可能是由于外瓷套或二次端子板的影响引起的。

一般多注意二次端子板的影响，若试验时相对湿度较大，瓷套表面脏污，就应注意外瓷套表面状况对测量结果的影响。

如确认没有上述影响，则可认为互感器内部存在绝缘缺陷。

tgδ小于规定值。

对此，一般认为线圈间和线圈对地绝缘良好。

但必须指出，此时测得的tgδ还包括与其并联的绝缘支架的介质损。

由于支架电容量仅占测量时总电容的1/100～1/20。

因此实测tgδ将不能反映支架的绝缘状况。

这就是说，即使总体tgδ（一次对二、三次及地）合格也不能表明支架绝缘良好。

而运行中支架受潮和分层开裂所造成的运行中爆炸相对较多，必须监测支架在运行中的绝缘状况。

这一问题也是常规法所不能解决的。

为此就有必要选取其他的试验方法。

（2）末端屏蔽法末端屏蔽法测量接线如图2-8所示。

测量时互感器一次绕组A端加高压、末端X接电桥屏蔽（正接线时接地点）。

这一试验方法能消除由于X端小套管或二次端子板受潮、裂纹、脏污所产生的测量误差，从而能够较真实地反映互感器内部绝缘状况。

如有相应电压等级的标准电容器，试验电压可加至互感器额定相电压的1.15倍。

末端屏蔽法有较强测量抗干扰能力来看和测量准确度但线圈对地部分的电容因被屏蔽而未测入。

图2-8由互感器结构可知，其内部有平衡线圈和连耦线圈，且二、三次线圈负荷也很小，此时一次线圈电压分布基本均匀。

JCC-220型电压互感器下铁心的电位约为U/4（U 为A 点对地电位），上铁心的电位为3U/4，JCC-110型互感器铁心电位为U/2；；测量的仅是线圈间绝缘的电容和tg δ，一次线圈和铁心对地部分绝缘的电容和tg δ都被屏蔽而未包括在测量结果中。

互感器的二、三次线圈仅在下芯柱上与一次线圈紧密耦合，因此测量的主要是下铁心二、三次线圈的tg δ。

为简化分析，简化为图2-9。

标准电容器C N 上承受的电压为电压互感器高压端电压U ，而下铁心电位为U/4（以220千伏互感器为例），这就相当于被试绝缘上电压仅为U/4。

图2-9电桥平衡时，R 3与Z 4臂上电压降相等，即•U R3=•U Z4，而U R3=4U ·33Z Zx Z + Uz 3 =44Z Z Z N +·U因为U R3=U Z4，故有44Z Z U Z N +=4U ·33Z Zx Z +Zx=434Z Z Z N -43Z 3 (2-1) 相应的阻抗表达式为：Z x =R x +1/j ωC x ；Z N =1/j ωC N ；Z 3=R 3Z 4=4411C j R ω+=444411C R C jR ωω-- 将上述各阻抗表达式代入式（2-1），则R x —j x C ω1=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡---44443114)1(C j R C j R C jR N ωωω-43R 3 =444244)1(3C R jC C C R jR N N ωωω---—43R 3=(-4343314)443R C R j C C R R N N ω•-+ (2-2)式2-2的实部相等时 Rx=)3(443-NC C R (2-3)因为C 4≥C N ，故式（2-3）可近似为Rx=NC C R 443 (2-4)式2-2的虚部相等时4341R C R Cx N ωω=Cx=344R R C N (2-5) tg δx=N C R R CxRx •=344ωωNC C R 443•=δωtg R C =44测由此可知，用QS1电桥按末端屏蔽法测得的tg δ，是电压互感器本身（下铁心对二、三次线圈）的介质损，而电容量为按R 4C N /R 3计算值的4倍。

对于JCC-110型电压互感器因为铁心电位为U/2，可以求得：tg δx= tg δ测Cx=342R R •C N（2）末端屏蔽法测量结果的分析：在现场用末端屏蔽法测量介质损耗正切时，因为试品电容C x太小，在电场干扰下不易测准；试品表面状况、气候条件及周围干扰网络的影响相对较大，有时往往无法测出正确的试验结果。

不仅如此，当试品电容过小，桥臂R4为3184欧（桥臂固定值），CN =50皮法，R3的值可能很大，有时甚至超过QS1型西林电桥的最大值（R3≥11111.2Ω）。

为解决这一困难，一般是在R4上并联电阻，这样在试品电容不变时可以减小R3值，以使该型西林电桥能满足测量要求。

由电桥测量原理可知，当R4上并联外附电阻，而使其值变为kR4时，则电桥的介质损耗率正切测量值已不能代表试品真实值，而应为tgδx=ktgδc。

一般情况下，用末端屏蔽法测量时，由于R4并联阻值不同，求得的tgδx也不同，表2-2列出现场测量一台JCC2-110型电压互感器的结果。

表2-2 JCC2-110型电压互感器的tgδ测量结果由表2-2可知，由于R 4电阻值改变后，试品电容基本不变，而不考虑3CcR ω误差时的试品tg δ却有明显变化，现场无法分析判断。

出现不同值的主要原因是因为试品电容Cx 很小，桥臂R 3值相对较大，此时就不能忽略与桥臂R 3并联电容的影响。

产生测量误差的原理如图2-10所示。

图2-10由图2-10可知，此时与桥臂R 3并联的电容Cc 既包括QS1电桥Cx 引线芯线对屏蔽层（E ）的电容，还有桥体内的寄生电容（此时相对较小可以略而不计）和试品Cx 测量电极对地电容。

由于Cc 对测量的影响，因而电桥平衡时的测量结果计算公式为：tg δx= tg δ测-3CcR ω （2-6）当Cc 不变变，R3改变时，测量误差3CcR ω也随之改变，因此不计及误差影响时用实测值来计算试品的真实值就不同了。

在测量条件下，实测的并联电容Cc=3430皮法，因此按式（2-6）可分别计算出考虑误差的试品的真实的试品真实的介质损耗率正切值。

由计算可知（表2-2-2），当计及Cc影响时求得的试品真实介质损耗率正切值基本一样。

有时由于未注意到Cc的影响，仅发现R4并联值不同而求得的真实介质损耗率正切不同，就认为末端屏蔽法分散性过大而无法测准，这显然是不对的。

在现场测量中，Cx引线一般为10米左右，每米引线电容为100～300pF，电压互感器测量电极对地的电容一般为1000pF左右。

这些数据值都可以用数字电容表直接测出。

如果现场没有数字电容表，则可按两次测量结果计算出试品的真实介质损耗率正切。

由式（2-6）可知：tgδ1=tgδx+3CcRω(2-7)当R4变为kR4时，在试品电容不变的条件下，R3亦应变为kR3，并有tgδ2=tgδx+k3CcRω (2-8)式中tgδ1、tgδ2为第一、二次测量后计算出的试品介质损耗率正切（即表2-2不考虑误差一栏的数值）。

将式（2-8）减去式（2-7）与k之积，则有tg δx=kktg tg --112δδ （2-9）若k=0.5，则式（2-9可简化为tg δx=2 tg δ2-tg δ1 （2-10）这样可按式（2-9）、(2-10)直接计算出试品真实介质损耗率正切值。

应该指出，图2—10中电桥C N 引线的电容与桥臂R 4并联，有偏小的测量误差4R C D ω（C D 为C N 引线电容），但由于C N 引线一般小于1米，即C D 很小，所以可以略去不计。

(3) 末端加压法这是一种测量110千伏及以上串级式电压互感器绝缘介质量损耗tg δ的现场检测。

其测量接线原理图见图2-11。

测量时，一次绕组的高压端A 接地，在末端X施加试验电压U （2.5～3千伏）；二、三次绕组开路；X 、X D 或a 、a D 接测量用的QS1型西林电桥测量线Cx 。

由于在末端X 施加的电压为U ，因而对JCC-220电压互感器，上铁心对地电压为U/4，下铁心对地电压为3U/4；对于JCC-110型电压互感器，铁心对地电压为U/2。

图2-11JCC-220型串级式电压互感器的一次绕组分为匝数相等四部分，分别套在上、下铁心的四个芯柱上。

每个绕组外包静电屏，静电屏和绕组最外层的线端相连接。

因此，采用末端加压法测量时，最下面一个一次绕组的静电屏上的电压也是U。

被试一、二次绕组间的电容近似等于采用常规试验法（AX短路加压，ax，aD XD短路接电桥Cx线，底座接地）测得一、二次绕组间的电容，而大于采用末端屏蔽法（A端加压，X端和底座接地X、XD接电桥Cx线）所测得的一、二次绕组间的电容。