高压断路器均压电容高压介质损耗分析研究

吕永红，何 杰，王四保

（长治供电分公司，山西 长治 046000）

高压断路器均压电容高压介质损耗分析研究

吕永红，何 杰，王四保

（长治供电分公司，山西 长治 046000）

针对高压断路器均压电容在10 kV试验电压下的介损试验值超标现象，对其特性进行了分析。由于均压电容器存在Garton效应，加上现场高电压、强磁场的干扰，10 kV的试验电压远低于额定电压，不能真实反映均压电容器的绝缘情况，而升高试验压或额定电压下的介损试验可以消除Garton效应的影响，真实地反映均压电容器在运行状况下的介质损耗情况，该方法对于高压断路器均压电容的现场试验和绝缘分析有较大的参考价值。

均压电容器；介质损耗；Garton效应；绝缘状况

0 引言

介质损耗（以下简称“介损”）因数是反映高压断路器端口并联均压电容器绝缘性能的一项重要指标，是目前检测高电压等级的变压器套管、电容式电压互感器、电容式电流互感器、耦合电容器、高压断路器均压电容等高压电气设备绝缘缺陷的主要手段。在进行试验电压为10 kV以下的介损试验时，通过测量介损值的大小，来发现绝缘整体受潮、油或浸渍物脏污、劣化变质等缺陷[1-3]。但是10 kV试验电压远低于设备运行电压，高压设备的介质损耗随试验电压的变化有复杂的变化，再加上试验现场的高电压、强磁场的干扰[4，5]，以及一些进口高压设备使用材质的差异，设备本身存在Garton效应[6]，使得10 kV电压下的介质损耗试验很难发现一些内部潜在的导电性杂质等缺陷，不能真实反映设备运行时的状况，一些本来合格的设备在10 kV的试验电压下出现介损超标现象，或者原本判断合格的的高压设备在运行一段时间后发生故障，甚至引起爆炸。

因此开展高压设备运行电压下的高电压介损试验，现场开展tanδ-U曲线测试工作，能准确反映设备在运行状态下的绝缘状况，对准确判断高压一次设备的工作状态有重要意义。国家电网公司针对上述状况提出了一些列措施：“25项反措”要求现场应进行高电压介损试验；中华人民共和国电力行业标准《电力设备预防性试验规程》对耦合电容器和电容式电压互感器的电容分压器介质损耗试验项目中明确规定：当10 kV下的tanδ值不符合要求时，可在额定电压下复测，复测值如符合10 kV下的要求，可继续投运；中华人民共和国国家标准《GB/T 4787-1996》（以下简称“国标”）对断路器电容器的损耗角正切规定：电容器在额定电压和额定频率下，20℃时的损耗角正切不大于0.002。

从我公司近年来的预试工作情况来看，多次出现高压断路器并联电容器在10 kV试验电压下介损值超标的案例，如果就此判定设备绝缘状况不良而返厂或进行更换，将会造成设备的浪费或造成很大的经济负担[7]。为保障电容器在安全的前提下经济可靠地运行，根据500 kV均压电容器的历史试验数据多次进行了技术分析，发现在10 kV电压下试验的介损值和在接近工作电压下试验的介损值有所不同，在接近工作电压下试验的介损值较10 kV试验电压的介损值小。所以开展了提高试验电压下的介质损耗试验，以及开展tanδ-U曲线测试工作，以便正确地综合分析、判断电容器的绝缘状况。

1 Garton效应的试验分析

1.1 Garton效应

1940年，M.Garton先生发现一种现象：在含有纸的绝缘介质（或塑料及油的混合介质） 中，在较低电压下，介质损耗角的正切值变化比在较高电压下的值高1～10倍。Garton效应的形成原因是由于油中胶体型带电粒子在交流工作电场作用下的运动受到纸纤维阻拦，而这种阻拦有随电场强度增加而减小的规律。介质损耗因数是反映高压断路器端口并联均压电容器绝缘性能的—项重要指标，在绝缘监督工作中，往往依靠它来判断电容器的绝缘状况。

1.2 40 kV均压电容器高压介损试验

为了进一步分析高压均压电容器中Garton效应对高压设备介质损耗值的影响，选用了一支预试工作中在10 kV试验下介损值超标的均压电容器，在实验室做了高压介损试验，试验现场没有高电压、强磁场的干扰，并根据试验结果绘制了tanδ-U曲线。试验电路如图1所示。试验中，采用了“AI-6000介损电桥外接高压标准电容器法”。均压电容器的试验电压采用外接调压器进行调压，通过升压变压器升高了试验电压，采用外接高电压等级的标准电容器的方案[8，9]。介损电桥的主要功能是通过标准电容器采集试验电压和试验频率，并计算试品电容的介损值和电容量，随着试验电压的升高，电容器的介损值逐渐降低，电容值基本恒定不变。在试验电压升高至一定数值（接近额定电压）时，试验的介损值变化较大，从表1的试验数据和图2的tanδ-U曲线可以看出，该电容器在运行状态下的介损值比10 kV试验电压下的介损值小。

图1 40 kV均压电容器高压介损试验电路图

表1 均压电容器tanδ-U试验数据

图2 40 kV均压电容器tanδ-U曲线

从以上试验结果可以看出，在试验电压较低（10 kV）时，电容器的介损试验结果远远大于规程标准，这样就会判定电容器的绝缘不合格。分析认为：该试验的现场没有高电压、强磁场的干扰，产生这一结果的主要原因是由于绝缘材料本身带有导电的杂质而造成的，当试验加压时，这些离子性杂质在交流电压下产生离子电导损耗，即均压电容器产生“杂质损耗”，在较低电压下介质中的微小杂质游离于介质空间，极化损耗比较大，造成总体介损值较大；而在逐渐升高试验电压时，这些微小的杂质在较强的电场作用下逐渐集中于电极两端，介质空间的杂质相对减少，极化损耗也逐渐变小，导致总体介质损耗值减小。

通过以上Garton效应机理的解释及现场实例的分析，发生Garton效应的电容器在低电压的介损值明显增大，严重干扰现场试验人员对其性能的判断，极有可能使合格的电容器退出运行，不仅延误送电时间、降低电网运行的可靠性，而且还会造成设备的浪费、降低电网运行的经济性。

2 500 kV断路器均压电容器介损试验分析

2.1 500 kV断路器均压电容器高压介损试验

近年来，在预试工作中，先后发生了几例500kV断路器均压电容器现场试验中因Garton效应造成介质损耗测量值偏大的典型实例。选用一支现场进行10 kV试验电压时介损值超标的膜纸复合绝缘的均压电容器，在实验室做了升高试验电压下的介质损耗试验，该均压电容器的额定电压为280 kV，由于升压变压器容量的限制，采取了串谐升压的试验模式，采用正接线方式，对均压电容器进行了升高试验电压下的介质损耗试验。试验数据如表2所示。图3为tanδ-U曲线，从试验数据可以看出，该电容器在试验电压升高时，其介质损耗值tanδ逐渐降低，当试验电压达到额定电压的一半时，其介损值基本达到稳定，可以看出，该均压电容器在运行状态下，其绝缘状况仍然良好。

2.2 500 kV断路器均压电容器高压介损试验分析

根据国标中对断路器均压电容器介损试验项目的规定：额定电压下其介损值不应超过0.2%，可知该均压电容器的的绝缘状况良好，产生这种现象的主要原因是因为膜纸复合绝缘的电容器更容易发生Garton效应。电介质发生Garton效应时，低电压下的介损值会显著增大，Garton效应改变了绝缘介质中带电杂质的分布，并未对介质整体绝缘产生影响。

根据以上试验分析，在进行常规10 kV试验电压下均压电容器介损试验时，若出现介损值超标的现象，不应轻易判定其不合格。可考虑提高试验电压进行测试，以便更好分析试品的绝缘状态，正确判断电容器是否合格，尽量减少不必要的经济损失。若较高试验电压下的介损值明显下降且低于规程规定值，则可认为发生了Garton效应，并且可判定设备是合格的，可继续投运；若被试品是数月未施加任何电压的备品电容器，可先对被试品施加数小时的高电压，然后再做常规10 kV试验电压下的介损试验，此时的介损值若低于规程规定值，可认为发生了Garton效应[10]。为确保设备的安全运行，应适当缩短例检的周期。

表2 均压电容器tanδ-U试验数据

图3 500 kV断路器均压电容器tanδ-U曲线

3 结论

针对目前10 kV试验电压下高压断路器均压电容出现介损值超标的现象，参考了国家相关规程和文献，对该现象做了细致的分析研究。根据预试工作中出现的问题，对常规10 kV试验电压下的介损值超标的高压断路器均压电容做了升高电压下的介质损耗试验，绘制了tanδ-U曲线并对其进行了分析，试品由于试验条件的限制或使用材质的差异，现场的常规试验易产生Garton效应，发生Garton效应的电容器在低试验电压下的介损值明显增大，严重干扰现场试验人员对其绝缘性能的判断,极有可能使合格的电容器退出运行。而做升高试验电压下的介损试验并绘制tanδ-U曲线，可更好地分析均压电容的绝缘情况，准确地识别发生在现场试验中的Garton效应，并对发生Garton效应的均压电容器作出合理的处理，避免不必要的设备浪费，该试验方法对于高压断路器均压电容的现场试验和绝缘分析有较大的参考价值。

［1］ 闫立秋，孔令明，李立生.SF6开关均压电容器介损测量时的强电场干扰及消除方法［J］.山东电力技术，2004（5）:60-61.

［2］ 韩宝银，孙东明，魏剑娜.强磁场干扰下开关均压电容器tanδ及Cx测量方法研究［J］.高电压技术，1999，25（4）:91-94.

［3］ 李志兵，许沛丰，刘华伟，等.断路器电容器介损随电压变化关系研究［J］.电力电容器，2007，28（6）:26-30.

［4］ 许沛丰，高军委，张予洛，等.对断路器电容器电容及介损测量预试方法的探讨［J］.电力电容器，2007，28（4）:53-59.

［5］ 常美生，郝立俊.电容式电压互感器电容和介损试验的分析［J］.电力学报，2009，24（1）:28-30.

［6］ 左文启，汪倩，谢励耘，等.Garton效应对膜纸复合绝缘电容器介损测量值的影响及对策［J］.绝缘材料，2010，43（1）:71-74.

［7］ 郭丽娟，徐宇军.500 kV电容式电压互感器介损超标原因分析及处理［J］.河南电力，2009（1）:27-28.

［8］ 岳永刚，王永军，赵贵勇，等.TEMP-2500IU型CVT电容及介损值的现场预试方法［J］.华北电力技术，2008(11):11-13.

［9］ 田成凤.变压器电容式套管电容量及介损测量接线方式分析［J］.华北电力技术，2008（8）:11-13.

［10］ 王晓辉，李合民.提高试验电压测试断路器均压电容介损真实值的探讨［J］.河南电力，2006（1）：26-27.

The Research of Dielectric Loss for The Voltage Sharing Capacitors of High Voltage Breakers

LV Yong-hong，HE Jie，WANG Si-bao
（Changzhi Power Supp ly Com pany，Changzhi，Shanxi 046000，China）

In the test of dielectric loss for the voltage sharing capacitors of high voltage breakers under the voltage of 10 kV in the substation，the testing result appears to be excessive.Based on the results，the characteristics of the voltage sharing capacitors are analyzed.Due to Garton effect in the voltage sharing capacitors，and the high voltage and magnetic interference in the test environment，the test voltage of 10 kV ismuch lower than nominal voltage，thus，it can not reflect the real insulation conditions of the voltage sharing capacitors.But Garton effect can be eliminated when the testing voltage or nominal voltage is raised，which can reflect the real condition of dielectric loss of the voltage sharing capacitors.The method proposed is helpful in the test of voltage sharing capacitors and it also provides reference for the analysis of insulation conditions.

voltage sharing capacitor；dielectric loss；Garton effect；insulation condition

TM835.4

A

1671-0320-（2011）03-0031-04

2011-01-20，

2011-03-08

吕永红（1973-），男，山西运城人，2005年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，技师，从事高电压技术及其高压试验工作；

何 杰（1983-），男，山西长治人，2009年毕业于天津理工大学电力系统及其自动化专业，从事高电压技术及其高压试验工作；

王四保（1956-），男，山西太原人，高级技师，从事高电压技术及其高压试验工作。