介损损耗

介质损耗
1、介损定义
2、测量tanδ用西林电桥工作原理
3、测量tanδ能发现的缺陷及其局限性
4、测量tanδ的干扰因素
5、强电场干扰下测量介损的几种方法的简要介绍
6、电桥测试介损时需要注意的几个问题
7、几种一次设备的介损测量及影响因素
8、泛华AI-6000E自动抗干扰介损仪常用功能的使用说明
一、介损定义
电介质在交流电压作用下，除电导损耗外还有极化损耗及游离损耗（电晕损耗和比直流电压作用下更为强烈的局部放电引起的损耗）。

所以引入新的物理量来表示这种损耗。

绝缘介质在交流电压作用下的电路图和相量图:
Ì=ÌR +ÌC Ì ÌR
ÌC
Ì C X ÌR C ÌC
Ù Ù R δ
Ù （a ） （b ） （c ）
（a ）电路示意图 (b)等值电路图 (c)相量图 电流包含有功和无功两个分量，电源供给的视在功率S=P+jQ ，由功率三角形可知P=Qtan δ=U 2ωCtan δ,在电介质一定，外施电压及频率一定时，可以用tan δ表征介质损耗大小。

二、测量tan δ用西林电桥工作原理
西林电桥的四个桥臂由四组阻抗元件所组成，其原理接线如图1所示。

电桥平衡时
ωC x R x =1/ω C 4R 4 (1)
tg δωx =C R 44 (2)
在工频试验电压下，式(2)中
ωππ==2100f
通常取R 4为10000/π＝3184Ω
则tg δx =C 4，即C 4的μF 值就是tg δx 值。

三、测量tan δ能发现的缺陷及其局限性
绝缘整体受潮，劣化变质、小体积试品贯通和未贯通的局部缺陷。

当试品体积较大，缺陷的损耗占整个试品损耗太小比例时就有其局限性。

如大容量变压器、整个发电机绕组及较长电缆，介损试验只能检查它们普遍的绝缘状况，而不易发现它们可能存在的局部缺陷。

关于大体积试品测介损的局限性的解释：
例如，某台变压器套管电容量为250pF ，介损为5%，本体电容量为10000pF ，介损为0.4%，根据并联电路介损计算公式得：
%5.0212211=++=C C tg C tg C tg δδδ
如果试品为串联电路，则介损计算公式为：
2
12112C C tg C tg C tg ++=δδδ 下表为两部分试品串联前各自的介损及串联后的总介损：
由此表可以看出，不能从两个容量差距较大试品串联或并联后的总介损作为判断试品好坏的依据，否则发现不了电力系统可能存在的事故隐患。

另外从体积的观点来看，绝缘总体积一定时，缺陷部分体积越大，则良好绝缘体积越小，因而缺陷对整体影响就越大，反之则影响甚微。

串联时体积与电容成反比，V 1>>V 2,则C 1<<C 2，所以无论串联还
是并联，都有：
221δδδtg V
V tg tg +≈ 可见总体积很小的局部集中性缺陷是不能从介损中明显反映出来的。

四、测量tan δ的干扰因素
1、电场干扰
电场干扰主要是由于干扰电源通过带点设备与试品之间的电容
耦合造成的。

干扰电流在0°~360°范围内变动时试品电流与干扰电流合成轨迹图如图2：
干扰电流通过耦合电容流过被试设备电容，干扰后电流
'
∙
Ix轨迹是
以试品电流∙Ix末端为圆心，以干扰电流∙Ig为半径的一个圆。

2、磁场干扰
磁场干扰一般较小，电桥本体都有磁屏蔽，磁场干扰较弱时不会引起大的干扰电流。

3、空间干扰
空间干扰指在试品周围的构架、杂物或试品内部绝缘构成的干扰网络。

这些干扰由理论分析可知，既能是实测结果增大，也可能使其减小。

当C x较小时，δ
tg
∆值较大，在电容套管、电流互感器、串级式电压互感器支架等小电容试品的介损测量时，尤其要注意空间网络的干扰。

五、强电场干扰下测量介损的几种方法的简要介绍
1、移相法
移相法是现场常用的消除干扰的有效方法，允许电场干扰电流通
过被测试设备和测量回路，利用干扰电流和试验电流之间的关系，通过计算得出真实的tgδ值。

其简要原理是利用移相器改变试验电源的相位，使被测试设备中的电流∙Ix 与∙
Ig 同相或反相，现场通常在试验电源和干扰方向相同和相反两种情况下分别测两次，然后取平均值221δδtg tg +；其电桥两次测量的电容值分别为 3423411R R C tg R R C C N N x
'≈+⨯'='δ 3
423411R R C tg R R C C N N X ''≈+⨯''=''δ 被试设备实际电容值计算公式为
⎪⎪⎭
⎫ ⎝⎛''+'≈''+'=334122R R R C C C C N X X X 2、倒相法
倒相法是移相法中的特例，比较简便。

测量时正、反相各测一次，
于是得到两组测量结果，即21,t ,δδtg C g C X X '''与。

然后根据这两组数据计算出电容δtg C X ,其相量图见图3。

图3 用倒相法消除干扰的相量图
计算公式为：
此时若()212121δδδδδtg tg tg tg tg C C X X +≈"'相差不大时，则与或与。

3、分级加压法
这种方法的思路源于倒相法，它象倒相法一样要进行两次测量然后进行计算，得到设备的真实介损值，其具体做法是：先在试验电压∙U 时第一次将电桥调至平衡有δtg 、C 1；再将试验电压降至2∙U ，第二次调平衡有2δtg 、C 2，利用有干扰时测量介损的等值电路推出下面的计算公式进行计算可得其结果。

这两种方法的效果是等价的。

但分级加压法比用倒相法操作简便，在现场的实际运用中，还可以用分级加压法来判断现场是不是存在干扰、电桥在测试过程是否准确、电桥内部是否有故障等。

4、桥体加反干扰源法
未加试验电源时，在电桥臂上施加一个特别的可调电源，用于补
偿干扰电流造成的影响，再施加电源电压，电桥就能在消除了干扰源的影响后测出试品真实tgδ。

5、变频法
这种方法是采用与本地区电网频率不同的另一种频率的电源作为试验电源，测量强干扰下电力设备的介损。

工频时测量结果为44502R fC tg πδ=,采用变频电源后测得的介损为
f
f t
g f f R fC R C f tg x '='='=50444422ππδ f f tg tg x '=δδ50
国家电力公司武高所和山东泛华研制的抗干扰介损测量仪利用了该原理，具有很强的抗干扰能力。

六、电桥测试介损时需要注意的几个问题
1、外界电场干扰的影响
35kV 电压等级的CT 、PT ，断路器套管等由于电容量小，受外界电场干扰比较大，有时不采取措施消除电场干扰措施就不能反映试品绝缘的好坏。

2、试品电容量变化不容忽视
3、试品表面泄漏的影响
测量设备绝缘的介损时，如测量时空气相对湿度较大，会使绝缘表面有低电阻导电支路，对介损测量形成干扰。

当湿度较大，绝缘表面脏污时，对测量结果影响更大。

这种表面低电阻泄漏，对介损的影
响，因试品的不同而不同。

一般情况下，正接线时有偏小的测量误差；而反接线时有偏大的测量误差。

由于加装屏蔽环会改变测量时的电场分布，因此不易加装屏蔽环。

为保证测量介损的准确度，一般要求测量时相对湿度不大于80%。

4、电桥引线的影响
a、引线长度的影响
b、高压引线与试品夹角的影响
为了测量准确应尽量减小高压引线与试品间的杂散电容，气候条件差时更为重要，有实测例子表明高压引线与试品夹角为90°时杂散电容最小。

c、高压引线电晕的影响
d、引线接触不良的影响
当引线与试品接触不良时，等于被试支路串联一个附加电阻，该电阻在交流电压作用下会产生有功损耗并与试品损耗叠加。

5、反接线带来的测量误差
在反接线中试品高压电极及引线对地的杂散电容与试品并联，因此会产生测量误差，当试品容量较小时，这个误差更大。

6、标准电容器C N有损耗
通常所说的标准电容是将它看作无损电容的。

如果试品介损比标准电容还要小，那么表征标准电容的漏导损耗的电阻支路R N将不能忽略。

7、测试电源的选择
在现场测试中，有时会遇到测试电源与干扰电源不同步。

比如试验电源与干扰电源来自两个不同的系统存在频率差或发电机供电时输入频率不稳定等情况。

8、负tanδ的出现
电场干扰、空间干扰及标准电容器C N的损耗均可带来负tanδ。

现场出现负介损时，从这几个方面分析是可以找出原因的，并可求得正确测量结果。

七、几种一次设备的介损测量及影响因素
1、电容型电流互感器
1）结构与测量方法
电容型电流互感器（以下简称电容型TA）是电容均匀分布的油浸纸绝缘产品，其内部结构是采用10层以上同心圆形电容屏围成的"U"形，其中，各相邻电屏间绝缘厚度彼此相等，且电容屏端部长度从里往外成台阶状排列,最外层有末屏引出。

电容屏由铝箔制成，屏间绝缘由电缆纸连续缠绕构成由于其一次回路轴向及径向电场分布均匀，主绝缘结构合理并得到充分的利用，因此电容型TA的整体结构非常紧凑。

电容型电流互感器结构图如图4：
一次绕组对末屏用正接线测量，也可按一次绕组对末屏、二次绕组及地用反接线测量。

但上述方法只反映一次绕组电容层间的绝缘状况，不易发现电流互感器底部及电容芯子表面的绝缘状况，规程规定末屏对地绝缘电阻低于1000MΩ，应测量末屏对地介损,测量电压2kV。

2）常见的绝缘故障形式
a、电容极板边缘的局部放电
由于制造中电容极板不光滑，电容尺寸排列不符合设计要求，以及铝箔在卷制或组装的过程中应力集中而产生断裂等造成电容极板边缘电场集中而形成局部放电。

b、绝缘介质不均匀产生局部放电，损伤绝缘结构
由于制造或检修过程中真空干燥处理不彻底，绝缘体内存在气泡，在电场作用下气泡比固体介质的击穿强度低，在运行中气泡处首先发生极化而产生局部放电。

由于U形结构，电容纸容易卷褶，放电首先在
沿折叠处发展。

c、绝缘受水分、杂质侵蚀而引起的介电性能下降
由于端部密封不严，容易造成底部和末屏受潮，使绝缘劣化，介电性能下降。

d、热老化
电容绝缘既承受高电压，电容芯棒又有大电流流过，介质损耗以及电流热效应均会使绝缘体的温度升高。

如果绝缘存在缺陷，绝缘中发出的热量向周围介质扩散，则绝缘的温度将会不断升高产生热不稳定，造成老化。

绝缘油在电场作用下由于局部放电、过热使油分解，以及水份及杂质溶于油中都能使油的介电性能下降。

2、电磁式电压互感器
1)结构与测量方法
电磁式电压互感器分为全绝缘和分级绝缘两种，绝缘方式不同测量方法也不同。

220kV串级式电压互感器的绕组及结构布置图见图5
一次绕组分成4段，绕在两个铁芯上；两个铁芯被支撑在绝缘支架上，铁芯对地分别处于3/4和1/4的工作电压，一次绕组最末一个静电屏(共有4个静电屏)与末端“X”相连接，“X”点运行中直接接地。

末电屏外是二次绕组ax和三次绕组a D x D。

“X”与ax 绕组运行中的电位差100/3V，它们之间的电容量约占整体电容量的80%。

110kV级的绕组及结构布置与220kV级类似，一次绕组共分2段，只有一个铁
的工作电压。

芯，铁芯对地电压为1
2
以下介绍末端加压法和规程推荐的用末端屏蔽法测量分级绝缘电压互感器的介损的方法。

1）末端加压法
该方法测量的主要是一二次绕组间的电容量和介损，相当于顶端有一个屏蔽罩，同时由于试品电容值较大（远大于末端屏蔽法），
因此具有很强的抗干扰能力。

另外可以不断开高压引线，拆解引线工作量减小。

缺点是仍有二次接线板对测量结果的影响。

使用末端加压法端部严重受潮时不能使介损有明显变化。

因此要有监测绕组端部受潮的测试方法，如下图:
由图知，测量的主要是下铁芯对三次绕组端部的绝缘状况。

能有效的监测出受潮情况。

2）末端屏蔽法
测量时互感器一次绕组A端加高压，末端X接电桥屏蔽（正接时接地点）。

将每个二次绕组一端悬空，另一端连在一点接于电桥上。

（由于X端及底座法兰接地，小瓷套及接线端子绝缘板受潮、脏污、裂纹所产生的测量误差都被屏蔽掉，一次静电屏对二三次绕组及绝缘支架的介损都测不到，所以只能测量下铁芯柱一次绕组对二三次绕组的介损，而该处是运行中长期承受高电压的部分，又是最容易受潮的部位，因此测量该处介损十分必要。

）
绝缘支架介损的测量：
绝缘支架材质不好，分层开裂、内部有气泡、杂质、受潮等使其介损增大，在运行中绝缘不断裂化造成事故。

可按末端屏蔽间接法或直接法来测量绝缘支架介损。

由于支架的电容量很小(一般为10～25pF)，因此按直接法测量的灵敏度很低，在强电场干扰下往往不易测准，建议使用间接法，按图8、图9接线两次测量后，用式(6)计算出绝缘支架的电容C3和介质损耗因数tgδ，即
C C C
321
=-
tg
tg tg δ
δδ3
2211
21
=
-
-
C C
C C
在上图中互感器底座对地绝缘大于1000MΩ。

b)某供电局用末端屏蔽法测量时出现负介损原因分析
该互感器是沈阳互感器厂95年1月生产的，型号JCC6－220W，顶部带有金属波纹管膨胀器，于96年6月投入运行。

测试仪器：济南泛华AI6000－C介损仪，测试数据如下：
介损值%电容量рF A－0.29210.11
B0.3519.82
C0.34010.11
由于站内220、110kV全停，且测量时采用变频，可以排除干扰的影响，引起介损测量结果负值的原因可能有以下几点：
a、空气湿度大，高压瓷套表面脏污
b、二次侧小瓷套表面脏污、受潮
c、PT进水，底部初期受潮
为了排除PT底部受潮，检查金属波纹管膨胀器的油位，油位正并取油样做色谱、微水分析，均正常。

PT未受潮。

清洁瓷套，将高压引线远离瓷套，测量结果无变化，这说明介损负值不是高压引线杂散电容引起的。

用电吹风干燥二次侧小瓷套，绝缘电阻上升，测出的介损值－0.071%，有明显增大，引起介损负值的原因是二次小瓷套受潮。

在太阳曝晒一中午之后，再次复测介损值恢复正常。

所以测量时应气候干燥，小瓷套表面洁净为宜。

3、电容式电压互感器（CVT）
1）结构与测量方法
CVT结构有两种，一种是整体式结构，无法使电磁单元同电容分压器断开，以TYD型CVT自激法为例介绍其测试方法；另一种是单元式结构，其分压器和电磁单元各自独立，可在现场组装，中压连线外露。

2）TYD型CVT自激法测试
220kV及以上CVT的高压电容C1一般会分节，对于其中独立的分节，宜采用正接线测量，测量电压10kV。

对于C1下节连同中压电容C2建议采用自激法（有的仪器一次接线可同时完成测量），测量电压一般不超过2kV(华北网)。

接线如下：
将中间变的主二次绕组一点接地，将阻尼电阻接上，通过辅助二次绕组加压，在中间变一次绕组上感应的高电压作为电桥的试验电压。

关于自激法中试验电压和电流的说明：
由于CVT分压电容器C2的下端δ(J、d)点绝缘水平较低，出厂的交流耐压值仅为4000V，因此测量C1的介损时电桥试验电压不能超
过该值。

即
V
U
f
f
x
a
30
100
/
13000
4000
≈
≤，保证
δ点电压不超过
4000V。

在测量C2介损时，虽然电压升高到10kVJ点绝缘也不会被击穿，
但由于C 2较大，由于中间变一次绕组热容量有限对试验电压也要有限
制。

（TYD 型最大热容量为2000VA ，最大热稳定电流为0.15A ，以TYD110/3-0.015型为例，当试验电压为10kV 时，流过一次绕组的电流将会达到 )(23.0101073280314412A CU I ≈⨯⨯⨯==-ω），所以试验电压小于4000V 即能满足一次绕组热稳定电流的要求又能满足电桥灵敏度的要求，华北网的作业指导书要求试验电压一般不超过2kV ，即15≤f f x Ua V 。

在测量C 2时由于C 2较大且测量回路可能发生谐振，因此，为防
止产生过负荷，低压励磁电流不能太大。

一般可以这样控制，由于补偿电抗器两端并有一个间隙和电阻的串联回路，该间隙的击穿电压的整定值为额定二次负荷情况下补偿电抗端电压值的四倍。

当达到此数值时，击穿电阻接入。

此电阻的功率是按短时接入计算的，因此，测量电容时控制补偿电抗上端电压不要超过额定时的三倍。

具体计算如下：主二次额定负荷除以100再乘以3即为试验电流限值。

中间变压器介损的测量：
测量中间变压器的C 和tg δ用反接线法或末端屏蔽法
将C 2末端δ与C 1首端相连，X T 悬空，中间变压器二次绕组、三次绕组短路接地按反接线测量。

由于δ点绝缘水平限制，外施交流电压2kV ，其试验接线和等值电路见图。

注：中间变压器的试验标准按《规程》电磁式电压互感器规定判断。

3）中压连线外露的CVT测试
如果CVT带有中压抽头，则优先利用测试抽头进行测试。

测量C1下节时从电容器高压侧一次加压，从测试抽头取信号，X、N端子悬空，正接线，测量电压10kV。

测量中压电容C2时从测试抽头加压，从 端取信号，高压侧及X端悬空，正接线，测量电压不高于C2在正常工作时的电压。

带中压抽头的CVT外观见图14：
图14 带中压抽头的CVT外观图
4）δ端子绝缘影响C1测试的实例
介损测试结果I
试验部位实测电容量(pF) 介损()%
δ
tg绝缘（MΩ）上节C112370 0.75 20000
下节C248600 0.11 50 上节电容C 介损严重超标，而绝缘却非常高；下节电容C，介损合格，绝缘却很低。

C2在绝缘很低的情况下，其介损应该较大，但实际测试结果并非如此。

根据C2的异常结果，首先对其绝缘异常降低进行原因分析与查找：将CVT二次接线板(XT、δ端子与二次共用一接线板)上的所有引线全部拆开，测得δ端子对地绝缘为40MΩ，XT对地绝缘为20MΩ，几
个二次绕组对地绝缘均为20MΩ左右，由此可判断，二次引出接线板外表面或CVT电磁单元受潮或脏污。

用干燥棉布对接线板进行擦拭，并用电吹风对其进行表面驱潮处理后，测得所有端子绝缘均在10000M Ω以上，重新测试δ端子对XT端子绝缘为18000MΩ，说明C2绝缘大幅降低的原因是δ端子绝缘下降所致，重新进行介损测试，结果如下介损测试结果II
试验部位实测电容量(pF) 介损()%
δ
tg绝缘（MΩ）上节C112360 0．12 20000
下节C248620 0．10 18000
八、泛华AI-6000E自动抗干扰介损仪常用功能的使用说明
打开总电源开关后，先显示开机画面，再显示生产日期：
然后自动进入测量菜单。

使用机内高压请打开内高压允许开关。

开内高压允许后数秒⑥处指示，表示内部高压就绪，此时光标可移动位置为①②③④⑤。

关闭内高压允许③处指示“外高压”，光标可移动位置为①②⑤。

光标在②，按↑↓选择“内标准”“外标准”，表示使用内或外接标准电容。

通常可用内标准作正、反接线测量和CVT 自激法测量，高电压介损选用外标准方式。

光标在③，显示“变频”，表示45/55Hz 自动变频。

仪器自动用45Hz 和55Hz 各测量一次，然后计算50Hz 下无干扰时数据。

开机自动默认为该方式，建议使用。

光标在③，按住“启停”键1s 以上切换到全频率选择，按↑↓键循环显示“45Hz / 50Hz /
55Hz / 60Hz / 65Hz / 50±5Hz / 60±5Hz / 50±2.5Hz”：
“50Hz”：为工频测量，此设置不能抗干扰，在试验室内测量或校验时选用。

“45/55/60/65Hz”：为单频率测量，研究不同频率下介损的变化时选用。

“50±5Hz”：为45/55Hz 自动变频，适合50Hz 电网工频干扰下测量。

“60±5Hz”：为55/65Hz 自动变频，适合60Hz 电网工频干扰下测量。

“50±2.5”：为47.5/52.5Hz 自动变频，适合50Hz 电网工频干扰下测量。

轻按“启停”，⑦处显示或取消，有此符号表示用发电机供电，能输出严格所选频率。

此方式不能跟踪干扰频率，不能用于抗干扰。

发电机供电时建议选用定频50Hz。

按住“启停”键1s 以上取消全频率选择。

光标在④，按↑↓键循环显示试验高压“0.5 /0.6 /0.8 /1 /1.5 /2 /2.5 /3 /3.5 /4/4.5 /5 /5.5 /6 /6.5 /7 /7.5 /8 /8.5 /9 /9.5 /10kV”。

应根据高压试验规程选择试验高压。

启动测量后，该处显示测量高压，⑧处会显示高压电流（mA）。

2、CVT 自激法接线方式下选择高压及保护限
CVT 自激法测量必须打开内高压允许开关，由机内提供激励电压，由“低压输出”
和“测量接地”输出。

为安全起见，CVT 自激法还需要设置以下几个保护限：光标在④，轻按“启停”键循环显示xxkV / xxmA / xxV/ xxA，按↑↓选择：
xxkV：可选0.5/0.6/0.8/1/1.5/2/2.5/3/3.5/4kV，为高压上限，只能使用4kV 以下电压。

xxmA：10/15/20/25/30/35/40/45/50/60/70/80/100/120/140/200mA，表示待测试品的高压电流上限。

xxV：可选3/4/5/6/7/8/9/10/12/15/20/25/30/35/40/50V，表示低压激励电压上限。

xxA：可选3/4/5/6/7/8/9/10/11/12/13/14/15/16/20/30A，表示低压激励电流上限。

注意：
（1）测量时4 个保护限同时起作用，因此试验高压可能达不到设定值。

如果高压达不到保护限，可适当调整受到限制的保护限。

（2）通常测量C1 时低压激励电压可达20V，测量C2 时低压激励
电流可达15A。

一般可设高压电压2~3kV，较少采用高压电流限制，可设为最大200mA。

启动CVT 测量后④处会显示激励高压。

⑧处会显示高压电流（mA），低压电压（V）和低压电流（A），带有括弧的显示量如[18V]，表示该量达到保护限，如果没有括弧，表示激励高压达到保护限。

光标在⑤，按住“启停”键1s 以上启动测量。

3、试验接线
正反接线可参考仪器面板。

1） CVT 自激法测量：
CVT 自激法可按下图接线。

如果C1 是单节电容，母线不能接地；如果C1 是多节电容，母线可接地，C11和C12可用常规正反接线测量，C13和C2 用自激法测量。

CVT 自激法测量中，仪器先测量C1，然后自动倒线测量C2，并自动校准分压影响。

应注意，高压线应悬空不能接触地面，否则其对地附加介损会引起误差，高压线接至 点。

2）反接线低压屏蔽
在反接线、内标准和内高压方式，光标移到“启动”处，按“↓”右下角显示“M”。

打开反接线低压屏蔽，可在220kVCVT 母线接地情况下，对C11 进行不拆线10kV反接线介损测量。

如下图所示：母线挂地线，C11 上端不拆线，C11 下端接高压线芯线，C2 末端δ和X 接Cx 芯线。

这样C12 和C2 被低压屏蔽，仪器采用反接线/10kV/M 测量方式，测量出C11。