电容型电流互感器现场介损测量方法分析

　摘　要：通过对正、反两种接线方法对电容型电流互感器的绝缘介质损耗因数的测量理论与实践分析，提出在实际测量中减少工作量、提高工作效率的测量方法。
　　关键词：电容型电流互感器；介质损耗因数；测量
　　
0引言
　　在高压试验中，介质损耗因数tgδ是一个重要测试项目，它是表征绝缘介质在电场作用下由于电导及极化的滞后效应等引起的能量损耗，是评定设备绝缘是否受潮的重要参数，同时对存在严重局部放电或绝缘油劣化等也有反应。在对多种电气设备的绝缘判定中都涉及到这一参数，但不同的设备所使用的测试方法也不相同，同一设备也会有多种方法可以利用，要根据现场的实际情况和试验具体要求使用正确的测试手段以得到准确依据。

1设备概况
1.1设备结构
　　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。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。
1.2设备运行情况
　　目前，保定供电公司在网运行220 kV电容型TA153台相，110 kV777台相（不含涿州220 kV站、富昌屯110 kV站），自20世纪80年代至今一直用反接线测试电容型TA的tanδ及电容量，这主要是因为反接线的试验接线较简便，并且测试数据有历史可比性。但经过多年的测试发现正接线更能有效地发现电容型TA的绝缘缺陷，同时可以不拆TA的高压引线直接进行测量。

2理论分析
2.1两种方法比较
2.1.1电桥反接线测量
　　采用该方法可测量一次对其它的tanδ及电容量，接线图如图1所示。

　　反接线法是目前现场试验使用的方法，该方法接线简单，但只能测出TA整体绝缘状况，它所测的是一次对末屏、二次及地的tanδ，不能反映缺陷的具体部位。
　　反接线法测出的tanδ和电容值是C1与C2、C3的并联值，对并联结构可以将介质等效为电阻与无损电容并联而成，其原理如图2所示。

　　按tgδ的定义可求出：
　　
　　由式（1）、式（2）可推出：
　　
　　同理，当n组并联时：
　　
　　从上式可以得出：并联结构的绝缘良好时，反接线实测tanδ能反映电容量较大的试品的真实tanδ，如果存在局部绝缘缺陷，往往不能由实测tanδ反映出来；而对于较小容量试品一、二次绕组间的绝缘缺陷也可能受周围物体的影响而被掩盖。
　　由于电容型TA一次对末屏的电容量C1远大于C2与C3，当设备绝缘良好时，实测结果可近似表示为一次主绝缘的tanδ；当有受潮缺陷时，不能表明是主绝缘受潮还是末屏受潮，仍然要用正接线测量一次对末屏tanδ，用反接线测量末屏对地的tanδ。
2.1.2正接线测量
　　采用正接线法可测量一次绕组对末屏的tanδ及电容量，接线图如图3所示。

　　从图3可看出正接线的测试是一次绕组加压，末屏接Cx线，由于测量臂阻抗比C2、C3、C4、C5的阻抗小得多，所以主要测量的是一次电容屏间的tanδ及电容，C2、C3、C4、C5对被测的C1基本没有影响，能真实反映一次主绝缘状况。对末屏可以通过测量其绝缘电阻来检测绝缘状况。
　　另外，值得一提的是用正接线测量主绝缘的tanδ及电容可以不拆TA与开关、刀闸的连接线，只要在测试时保证开关处于分闸位，刀闸侧不挂地线即可。这样可以减小检修班组的工作量，增加安全系数。
2.2外界因素对两种试验方法影响的比较
2.2.1高压引线的影响
　　反接线测量时高压端及引线的对地杂散电容与被试品并联，会带来测量误差，对于电容量只有几百皮法的电容型TA主绝缘来说，测量误差相对较大。
　　正接线测量时高压端及引线的对地杂散电容没有接入测量回路，不会引起测量误差。
2.2.2湿度的影响
　　用正接线测量电容型TA时，湿度的影响原理如图4所示。

　　测试电流不经过主体的表面电阻，只要保证末屏小套管表面干净、不潮湿，可以完全排除主体瓷套（直接接地）表面电阻的影响，测量结果就不会受湿度的影响。
　　反接线测量的结果是瓷套表面电阻与一次对其它的并联值，其原理如图5所示。

　　当湿度大时，绝缘表面脏污，表面形成水膜，Rb非常小，表面泄漏增大，使实测值增大。这种测量误差是不可避免的。例如在孙村211单元、263单元的预试中，反接线的测试结果非常大,有的已超出了规程规定值，而正接线起到了很好的替代作用。孙村211单元、263单元正、反接线数值对比分别见表1、表2。

3数据与误差分析
　　2004年对220 kV、110 kV电容型TA共计90台相进行了正、反两种接线的测试，通过数据统计得到以下结论：
　　a. 同一设备反接线测得的Cx大于正接线的有90台相，占100%。
　　DL/T 5961996《电力设备预防性试验规程》规定TA的电容量变化应在±5%，由于反接线测量是主绝缘与一次对二次、二次对末屏的并联值，后两者的电容量远小于主绝缘的电容量，所以反接线测得的电容量较大于正接线测得的电容量。
　　由于现场用反接线测试时不拆刀闸侧一次连接线，实测值应加上刀闸对地电容，所以反接线测得的电容量比正接线的大许多。经统计的90组正、反接线测量的差值绝大部分在60～90 pF之间。
　　b. 同一设备正接线tanδ值大于反接线的有65台相，占72%。
　　在设备绝缘状况良好的情况下，正、反接线测得的tgδ不同是由于接线方法不同而带来的测量误差。因为采用反接线法进行现场测试时，只拆TA与开关的连线，而不拆TA与刀闸的连线（如图6所示），所以反接线的实测tanδ值是正接线实测tanδ值与一次对其他的tanδ的并联值。把反接线的实测tanδ值记作tanδ反 ,把正接线实测tanδ值记作tanδ正，把主绝缘对末屏的介损和电容量记为tanδ1、C1,其它记作tanδ0、C0,则有：
　　

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　　c.正接线测得tanδ与反接线测得的tanδ差分布情况见表3。

　　由表3可知，正、反两种接线的测量结果十分相近，相差在0.01～0.05的最多，所以以正接线取代反接线测量电容型TA的tanδ是可行的。

4综合分析
　　正接线测量电容型TA主绝缘的tanδ与反接线相比有以下优势：
　　a. 不受一次对二次绕组的tanδ影响。
　　b. 不受高压端及引线对地杂散电容的影响。
　　c. 不受空气湿度的影响。
　　d. 如果发现缺陷，能直接排除末屏受潮的可能性。
　　e. 不用拆接设备的一次连接线，节省试验时间，提高了工作效率和工作的安全性。
　　f. 正接线测得的电容量是一次主绝缘的电容量，与出厂值可比，使试验人员更容易从电容量上发现设备的缺陷。
　　综上所述，建议今后预试中对电容型TA采用正接线测量tanδ及电容量。