高压套管的介质损耗测试

三高压套管的介质损耗测试

（一）试验目的

高压套管大量采用油纸电容型绝缘结构，这类绝缘结构具有经济实用的优点。但当绝缘中的纸纤维吸收水分后，纤维中的β氢氧根之间的相互作用变弱，导电性能增加，机械性能变差，这是造成绝缘破坏的重要原因。受潮的纸纤维中的水分，可能来自绝缘油，也可能来自绝缘中原先存在的局部受潮部分，这类设备受潮后，介质损耗因数会增加。

液体绝缘材料如变压器油，受到污染或劣化后，极性物质增加，介质损耗因数也会从清洁状态下的0.05%左右上升到0.5%以上。

除了用介质损耗因数的大小及变化趋势判断设备的绝缘状况外，电容量的变化也可以发现电容型设备的绝缘的损坏。如一个或几个电容屏发生击穿短路，电容量会明显增加。

由此可见，测量绝缘介质的介质损耗因数及电容量可以有效地发现绝缘的老化、受潮、开裂、污染等不良状况。

（二）试验接线及试验设备

1、介质损耗因数的定义

绝缘介质在交流电压作用下的等值回路及相量图如图3-1所示。

图3-1绝缘介质在交流电压作用下的等值回路及相量图众所周知，在某一确定的频率下，介质可用确定的电阻与一确定的电容并联来等效，流过介质的电流由两部分组成，I CX为电容性电流的无功分量，I RX为电阻性电流的有功分量，介质的有功损耗将引起绝缘的发热，同时介质也存在着散热，而发热、散热跟表面积等有关，为此应测试与体积相对无关的量来判断绝缘状况，为此测试有功损耗除以无功损耗的值，此比值即为介质损耗因数。

Q=U·I CX

P=U·I RX

则

Q

P

=

CX

RX

I

I

=tgδ(3-1)

从公式（3-1）可以看到图3-1中介质损耗因数即为介质损失角δ的正切值tgδ。

2 几种典型介损测试仪的原理接线图

国外从20年代即开始使用西林电桥测量tgδ，目前介损测试电桥已向全自动、高精度、良好抗干扰性能方向发展，比较经典的有三种原理即西林型电桥、电流比较型电桥及M型电桥。下面分别作简要的介绍：

（1）西林电桥的原理图3-2所示

图3-2西林电桥的原理图

图中当电桥平衡时，G显示为零，此时

3

R

Z

x=

4

Z

Z

x

根据实部虚部各相等可得：

tgδ=ωR4C4

C≈

R

R

Cn

3

4

（当tgδ＜＜1

时）

根据R3、C4、R4的值可计算得出tgδ、

C的值。

从原理上讲，西林电桥测介质损耗没

有误差，但由于分布电容是无所不在的，

尤其是Cn必须有良好的屏蔽，当反接法

时，必须屏蔽掉B点对地的分布电容，正

接法时，必须屏蔽掉C点与B点间的分布

电容，但由于屏蔽层的采用增加了C4、

R4及R3两端的分布电容带来了新的误

差，以R3正接法为例，R3最图3-3

大值为1k Ω左右，当分布电容达10000PF 时，对介损的影响为0.3%，为了消除这一分布电

容的影响，提高测试精度，试验室采用双屏蔽，如原理图3-3所示。

Us 电位自动跟踪S 点电位，这样R3对地的分布电容电流为零，从原理上消除了杂散电

容的影响，但采用这种方式不能用于反接法，因为S 点电位是高压，在现场不可能使用。

目前国内外典型的西林电桥有QS1（现场用）、QS37（试验室用）、瑞士2801（试验室

用）。

（2）电流比较型电桥

电流比较型电桥的原理图如图3-4所示。

图3-4

图中T 为环形互感器，通过调节k1、k2、k3使电桥达到平衡，即G 的指示为零，根据磁

路定律：•φ1+•φ2+•φ3=0

根据实部虚部相等有：Cx=2

1K K C N tg δ=1

3k k 这种电桥因各线圈的等值阻抗较小，对地的分布电容影响很小，测试较为准确，由于T

是一互感器，谐波及电晕电流的影响很大，在现场使用与试验室差别较大。这种电桥国内有

QS30等。

（3）M 型电桥

M 型电桥的原理图如图3-5所示。

图3-5

这种电桥是利用标准臂产生的电容电流与试品的电容电流相抵消，余下的即为阻性分量，从而计算出介损值，具体分析如下：

•U A =•I N ·R 4·k (k ≤1，其数值与可调电阻动触头的位置有关)

•U B =（•I

RX +•I CX ）R 3 •W =•u A -•u B =•I N ·R 4·k-•I

RX ·R 3-•I CX ·R 3 =(•I N ·R 4·k-•I

CX ·R 3)-•I RX ·R 3 由于•

I N 与•

I CX 均超前于•

u 900，为同相分量。 当I N ·R 4·k=Icx ·R 3 3-2

W 有最小值，此时W=I RX ·R 3 3-3

通过式（3-2）可得Icx=3

4R k R I N 3-4 其中，k 与R 4动触头的位置有关，当W 调至最小值时，可以通过特有回路测得K ，这样

可测得Icx 值，同时可得到电容量的值。

通过）式（3-3获得I RX =3

R W (3-5)

那么，tg δ=CX

RX I I 可以算出tg δ值。 由于R 3、R 4阻值较小，最大值为100Ω，杂散分布电容的影响仅为西林电桥的1/10，且

R 3、R 4的值较为固定，分布电容可以补偿，可以进一步提高精度。

当设备为一端接地时，M 型电桥采用反接法，即在B 点接地，此时如不采取措施，高压

变压器及高压电缆对地电容就并联在试品两端，影响了测量精度，为此M 型电桥的高压电缆及高压变压器均采用双重屏蔽，如图3-5中。Ce 为高压变压器的耦合电容，直接并联在高压线圈两端，对测量没有影响。

（三） 电容型套管的介损试验方法

电容型套管的最外层有末屏引出，试验时可采用电桥正接法进行一次导杆对末屏的介损

及电容量测量。

对于电容型套管末屏的介损测试，可采用电桥反接法测量末屏对地的介损和电容量，试

验电压加在末屏与套管油箱底箱之间，并将依次导杆接到电桥的“E ”端屏蔽，试验时所加的电压须根据末屏绝缘水平和电桥的测量灵敏度而定。一般可取2～3kV 。

1 电场干扰对介损测试结果的影响

现场的干扰主要是电场及磁场干扰，电场干扰主要是外界带电部分通过电桥臂耦合产生

电流流入测量臂；另一种干扰是磁场干扰，其主要是对桥体本身的感应，随着电磁屏蔽技术的发展，这一干扰可以利用桥体的磁屏蔽层消除。

下面主要讲述电场的影响

电场对测量的影响，对各种电桥来讲，原理上是相同的，现以M 型电桥为例作简要的介

绍，对220kV 套管来说，图3-6为干扰对M 型电桥影响的原理图。

图3-6

正接法时，当高压变压器初级合闸后，高压变压器次级相对于3200kV

的电源来讲处于短