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500KV断路器均压电容器介质损耗超标分析

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500 1kV蛳路器均雁癌容器 操嚣耀 新 何杰,吕永红,王四保,陈山中,郭建宏,吴怀玉,李红喜,吴斌,宋晓琳,陈昱同 (山西省电力公司长治『址电分公司,山西长治046011) 摘要:针对目前变电站中500kv高压断路器均压电容器在1Okv试验电压下介损试验值超标的现象,对 均压电容器的特性进行分析.并在实验室进行了升高试验电压下介质损耗试验。试验数据分析表明:在均 压电容器中存存Garfon效应.加上现场的高电压及强磁场的干扰.常规l0kv介质损耗试验电压远低于额 定电压.很难真实反映均压电容器的绝缘缺陷 而升高试验电压或额定电压下的介损试验可以反映绝缘内 部潜存缺陷的类型和发展情况.可以消除Garton效应的影响.更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5013kv高压断路器均压电容器的现场试验和绝缘分析有较大的参考价值。 关键词:均压电容器:介质损耗;Garton效应:绝缘状况 中图分类号:TM451 文献标志码:B 文章编号:1004—9649(2011)05—0034—04 0引言 介质损耗因数是反映高压断路器端口并联均压 电容器绝缘性能的一项重要指标..通过测量介损值 的大小.来发现绝缘整体受潮、油或浸渍物脏污及劣 化变质等缺陷 由于试验现场存在高电压及强磁场 图1 绝缘介质在交流电压作用下的电路和向量 Fig.1 Circuit and vector diagram of insulating mediums under AC Voltage 的干扰 一].一些进口均压电容器存在Garton效应 , 10kV电压下的介质损耗试验不能真实反映设备的 绝缘状态 开展高电压介损试验.现场开展tan6~U曲线 测试T作.能准确反映设备的绝缘状况 中华人民共 和国国家标7伟《GB/T4787—1996’》对断路器断口均压 电容器的损耗角正切规定:电容器在额定电压和额 示.良好绝缘的tan6不随电压的升高而明显增加。 若绝缘内部有缺陷.特别是存在气隙.则tant3将随 电压的升高呈现明 转折.如图2所示。 P=£ R= ,ftant3=(,2 Ctan (1) 定频率下.20℃时的介质损耗值不大于0.002:“25 项反措”要求现场应进行高电压介损试验。针对电容 器存接近工作电压下试验的介损值较10kV试验电 压的介损值小[71.开展了提高试验电压下的介质损 式中:tan占为介质损耗因数;P为绝缘介质中的介质 损耗.W: 为被试品上的交流电压有效值,V;∞为 电源角频率 耗试验.现场开展了tan6一U曲线测试丁作.以便正 确地综合分析和判断电容器的绝缘状况。 1 介质损耗角测量的原理及意义 为分析方便.通常把绝缘介质看成一个等值电 阻兄和一个等值电容C并联组成的电路.流过绝缘 介质的电流,由流过R的有功电流J 和流过C的 无功电流 组成.如图1所示。 介质损耗P与介质损耗角 的关系如式(1)所 图2 tan6与电压的关系曲线 Fig.2 Relationship between tan 6 and voltage 收稿日期:2011—0l_22 作者简介:何杰(1983一),男,山两长治人,硕七,从事高电压技术及其高压试验工作。E—mail:hejie0525@163.oom 34 2 Gabon效应的试验分析 2.1 Garton效J立 1940年.M.Garton先生发现:在含有纸的绝缘 介质(或塑料及油的混合介质)【t1,较低电压下的介 损值变化比高电压下的值高.、这是由于油中胶体型 带电粒子在交流电场作用下的运动受到纸纤维阻 拦.且随电场强度增加而减小 在低电压下.介质中 的微小杂质,游离于介质空间,极化损耗比较大;而 在高电压下.这些微小的杂质集中于电极两端.介质 损耗值减小.如图3所示 这种现象称之为绝缘介质 的Garton效应 0 0 0 0 o o 0 0 0 0 0 o 。。。。。。 0 0 。。。0 0 。0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o o 0 0 0 低电压F杂质分靠 高电压下杂质分御 图3不同电压下杂质的分布 Fig.3 Impurity distribution under different voltages 2.2 280 kV均压电容器高压介损试验 选用一台10 kV试验电压下介损值超标的280 kV 均压电容器进行实验室高压介损试验.现场没有高 电压及强磁场干扰.试验采用“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 器升高试验电压 (见 罔4,C 为额定值。C 为测最值)。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时.被试品的介损值 基本恒定.随着电压的继续升高.介损值基本维持恒 定不变 从表l的试验数据和图5的tan 6一U曲线 可以看出.该电容器在运行状态下的介损值比10 kV 试验电压下小得多.升高试验电, 后.介损值满足国 家相关标准的要求 励磁变压器 图4 280 kV均压电容器高压介损试验电路 Fig.4 Test circuit for dielectric loss of 280 kV grading capacitors 表1 均压电容器tan占一U试验数据 Tab.1 The tan 6一f/data of the grading capacitor 0 o 0 0 o 0 0 0 o 0 o 0 0 o 1.2 1.O O-8 1 O.6 { 、、 0.4 O.2 ‘ 呻 ——— + O.O .0 5O 100 15O 200 250 300 U/kV +升压tan&-U;一▲_‘降压tan 6-U 图5 280kV均压电容器tan6一U曲线 Fig.5 The tan占一U curves of the 280 kV grading capacitor 由于试验的现场没有高电压及强磁场的 扰. 广:生这一结果的主要原冈是绝缘材料本身带有导电 性杂质存交流电 下产生离子电导损耗.在较低电 压下介质巾的杂质受到纸纤维的阻拦作用较弱而游 离于介质空间.极化损耗比较大.造成总体介损值较 大:而在升高试验电压时,这些杂质存较强的电场作 用下逐渐摆脱纸纤维的阻拦.集中于电极两端.极化 损耗逐渐变小.使总体介质损耗值降低 .当试验电 升高到一定值时.介质 ,大部分的带电粒子集II 到 电极两端.被试品巾的有功损耗也基本稳定下来 通过以卜分析.发生Gart0n效应的均 电容器 f扰试验人员对其绝缘性能的判断.误认为被试品 内部有缺陷.檄有可能使合格的电容器退出运行.延 误送电时间.降低电网运行的可靠性和经济性 3 500 kV断路器均压电容器现场高压介损 试验分析 3.1 500 kV断路器均压电容器常规介损试验 20l0年10月.对某500 kV变电站 号主变压 器及三侧开关进行了检修试验工作.在对5012 和 5013号断路器的均W-_电容器进行常规l0 kV的介 损试验工作时.采用正接线的试验方法.接线如 6 所示,试验中.发现5012号断路器A相两侧、B相 TA侧、C相TA侧及5013号断路器B相TA侧均压 电容器的介损值明显高于历年的试验数据(部分数 据 表2),该均压电容器均为油纸绝缘,超U 5了华 北电网有限公司《电力设备交接和预防性试验规程》 中x,/断路器断口并联电容器1o kV电压下tan6值 不大于0.5%的要求。 高压芯线 图6 10 kV试验电压下的正接线试验接线 Fig.6 Experiment chart under 1 0 kV voltage 表2 2008年与2010年均压电容器试验数据比较 Tab.2 Experiment data of the grading capacitor in years of 2008and2010 3.2 500 kV断路器均压电容器高压介损试验 近年来.在长治供电分公司的预试T作中.500 kV 断路器均压电容器的现场试验中.测得介损超标的 案例已经有好几起.凶为试验现场存在高电 及强 磁场的干扰.影响试验人员对介损超标电容器绝缘 状况的判断.根据以往的经验.存现场搭建了高电 压介损试验电路.接线方式与图4相同.现场使用 的试验凋压器只/fr 40/50/60 Hz的单频调压模式 在50 Hz的试验电压下.发现仪器测量的介质损耗 值为负值.这是因为变电站内存在50Hz丁频下的 强磁场及强电场干扰.并因为试验电压也为工频高 压.无法抗f扰.所以 现了试验数据为负值的现 象 、当采用60 Hz的试验频率时.升高试验电压时测 得的数据比10kV下的试验数据明显降低f部分数据 见表3) 凶此怀疑该均压电容器是由于Garton效应 导致了10kV试验电压下的介损值超标 、 表3不同电压下均压电容器试验数据比较 Tab.3 Experiment data of the grading capacitor under diferent voltages 为此.采用高压介损电桥对现场的高压断路器 均压电容器进行正接线方式异频50±l Hz抗干扰高 乐介损试验.由于现场试验条件的限制.选用电压等 级为】60 kV的标准电容器.励磁变压器的高压侧电 压为100 kV.试验接线如图7所示 、对电容器进行升 高电压和降低电 下各个电压等级的介质损耗值测 试.这里分别选用一支介损值超标和没有超标(10 kV下介损值不应大于0.5%)的均压电容器的试验 数据(见表4)及根据试验数据绘制的均压电容器 tanS—U曲线(见图8、9)进行分析,可以看 :该电容器 存试验电压升高时.其介质损耗值tan6逐渐降低.当 试验电压达到一定电压时.其介损值基本达到稳定 图7高电压介损试验接线 Fig.7 Experiment charl under high voltage 表4均压电容器tan6一U试验数据 Tab.4 The tan S- data of the grading capacitor O.7 0 6 0.5 0 4 0.3 . 0.2 0.1 0 6 O・5 0.4 冬 誉0.3 量0.2 \ \h O.1 0 O 0 20 40 60 80 100 [ kV +Yl压tan 6-U;一一▲一・降J(tan 一U 图9 C相TA侧均压电容器tan8一U曲线 Fig.9 The tan 8一U curves of the grading capacitor 3.3 500 kV断路器均压电容器高压介损试验分析 从上述试验数据和绘制的tan占一U曲线可以看 .在采用异频50±1 Hz抗干扰技术下.这2支试品 电容器在试验电压升高时.其介质损耗值tan8逐渐 降低.当试验电压达到50kV时.其介损值基本达到 稳定.高试验电压下测得的介损值均没l有超过 0.5% 而被试品的电容量随着试验电压的升高或下 降并没有明 变化.说明被试品绝缘状况良好..J 生 该问题的主要原 是油纸复合绝缘 电容器发牛了 Garton效应.改变了绝缘介质中带电杂质的分布 由 于高压断路器均压电容存系统正常运行时.两极处 于同一电位下.长时间运行时.电容器中带电粒子受 到纸纤维的阻拦作用.游离于介质中.在低试验电压 下的介损值显著增大 当升高试验电压时.纸纤维对 游离的带电粒子的阻拦作刖减弱.逐渐集巾于电容 器两极.带电粒子做功减小,所以介损值叫 降低 继续升高试验电压时.游离的带电粒子已经基木集 中于电容器两极.其介质损耗不会再有明 变化 根据以E 试验分析.在进行常规】0 kV试验电 压下均压电容器的介损试验时.若m现介损值超标 现象.可考虑提高试验电压进行洲试..若较高试验电 压下的介损值明显下降且低于规程规定值.若再将 电压升高到一定时.介损值基本维持恒定不变.则可 认为发生了Garton效应.从而判定设备的绝缘状况 良好:若进行1O kV试验电压下的介损试验时.被试 品是数月未施加任何电 的备品电容器.甘‘介损值 超标.可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.此时的介损值苔低 于规程规定值.也说明发生了Gart0n效应 ’ 为确 保设备的安全运行.应适当缩短例检的周期 4结语 针对目前10kV试验电压下均压电容器m现介 损值超标的现象,做了细致的分析。对介损值超标的 均压电容器做了高压介损试验.绘制了tan8一U曲 线并对其进行了分析,结果表明:被试品由于试验条 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.严重干扰现场试验人员对其绝缘性能 的判断。而升高试验电压下的介损试验可准确地识 别发生在现场试验中的Garton效应。陔试验方法对 于高压断路器均压电容器的现场试验和绝缘分析有 较大的参考价值。 参考文献: 1]i_三I立秋,孔令明,李立生.SF 开_荚均』t电容器介损测量时的强电 场干扰及消除方法[J].III东电力技术,2004(5):60—61. 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Key words:ultra—supererJtk al boiler;water wall;over—temperature;cold start—up;wall temperature deviation ■● ’●●专●●●●囊 ●● ●●●● ●● , ●● ● ●● .. 赍 ● 一寞.套,套 寞 ● 鼻 (上接第37页、 YUE Yong‘gang,WANG Yong-jun,ZHAO Gui‘yong,et al Filed measurement of capa(。it)-and dieleelric loss for temp-500 IU CVT ChiHaElectricPower.2008(8):1l一13. f10]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. WANG Xiao—hui,LI He—min.Improve examination voltage to test the [J].NorthChinaElectric Power,2008(11):11一l3 f91田成风.变 器电容式套管电容量及介损测 接线方式分析 [J].华北电力技术,2008(8):l1—13. 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Key words:grading capacitor;dielectric loss;Carton effect;insulation condition 

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