电容型设备(套管)的试验。监测与诊断

第五章电容型设备的试验、监测与诊断方瑞明博士/教授Email:[e-mail]5.1概述一、电容型设备的构成电容型设备是重要的输变电设备，包括电力电容器、电容式高压套管、电容式绝缘电流互感器、电容式电压互感器，耦合电容器等；电力电容器大量用于改善功率因数及降低配电损失等目的，并为输变电设备不可缺少的器件。电容式套管是大型变压器高压引线绝缘的核心组件。5.1概述二、电容型设备的常见故障以电容式电流互感器为例，其常见绝缘故障及发生原因如下表。5.1概述三、常规的停电试验方法以电容式套管为例，DL/T596-1996（预试规程）规定的停电试验项目如下：1、主绝缘及末屏对地绝缘电阻（用兆欧表，直流电压常为1、2.5或5KV）；2、主绝缘及末屏对地绝缘的介质损耗角正切值及电容量（用西林电桥，施加10KV交流）；3、油中溶解气体分析；4、交流耐压试验；5、局部放电试验。在大修后或必要时，预试规程要求对上述5项都进行试验。而对其中前两项要求每1~3年进行一次试验。5.2套管绝缘试验规范引用文件„GB/T4109高压套管技术条件„GB50150电气装置安装工程电气设备交接试验标准安全措施„为保证人身和设备安全，应严格遵守DL408《电业安全工作规程（发电厂和变电所电气部分）》中有关规定。„为保证人身和设备安全，在进行绝缘电阻测量后应对试品充分放电。„在进行tgδ及电容测量时，应注意高压测试线对地绝缘问题。„在进行交流耐压试验和局部放电测试等高压试验时，要求必须在试验设备及被试品周围设围栏并有专人监护，负责升压的人要随时注意周围的情况，一旦发现异常应立刻断开电源停止试验，查明原因并排除后方继续试验。试验项目及程序套管绝缘试验包括以下试验项目a)绝缘电阻测量；b)主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容量测量；c）110kV及以上电容型套管的局部放电测试；d)交流耐压试验。试验项目及程序试验程序应在试验开始之前检查试品的状态并进行记录，有影响试验进行的异常状态时要研究，并向有关人员请示调整试验项目。详细记录试品的铭牌参数和出厂参数。应根据交接或预试等不同的情况依据相关规程规定从上述项目中确定本次试验所需进行的试验项目和程序。试验项目及程序试验程序一般情况下，应在绝缘电阻测量之后再进行介质损耗及电容量测量，这两项试验数据正常的情况下方可进行试验电压较高的局部放电测试和交流耐压试验；交流耐压试验后宜重复进行局部放电测试或介质损耗及电容量测量，以判断耐压试验前后试品的绝缘有无变化。试验后要将试品的各种接线、末屏、盖板等进行恢复。绝缘电阻测量使用仪器2500V绝缘电阻测量仪（又称绝缘兆欧表）测量要求主绝缘的绝缘电阻，电容型套管末屏对地绝缘电阻。试验结果判断依据a)主绝缘的绝缘电阻：110kV以下电压等级的套管一般不低于5000MΩ，110kV及以上电压等级的套管一般不低于10000MΩ。b)末屏对地的绝缘电阻：应不低于1000MΩ。注意事项试验时应记录环境湿度。某些情况下测量时需要将外绝缘的几个伞裙进行清洁，或将外绝缘泄漏采取屏蔽措施。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量1.使用仪器„电容/介质损耗电桥（或自动测量仪）及标准电容器、升压装置（有的自动介损测量仪内置10kV标准电容器和升压装置）；„现场用测量仪应选择具有较好搞干扰能力的型号，并采用倒相、移相等抗干扰措施。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量2.试验接线1)用西林电桥测量单独套管的tgδ值，可采用图示的正接线方式。此时套管垂直放置于稳固的支架上，在导杆上加试验电压，中部法兰盘借助高电阻的绝缘垫对地绝缘．并与电桥的另一引线连接。如被试套管的末屏经小套管引出时，则电桥的另一引线与小套管的导电杆连接，此时法兰盘可直接接地。对带有抽压端子的套管，在测量套管整体的tgδ值时，将抽压端子“悬空”；测量抽压端子对地的tgδ值及其电容C2时，施加于抽压端子上的电压一般不得超过3000～5000V，此时被试套管的导杆“悬空”，不能接地．主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量2.试验接线2)已安装于电力设备上的高压套管，其法兰盘与设备金属外壳直接连接并接地。测量这些套管的tanδ值时，首先应将与套管连接的引线或绕组断开。除末屏经小套管引出时，可用上述正接法测量外，一般用反接线法测量，如图所示。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量2.试验接线„还应指出，只测量油纸套管导电芯对抽压或测量端子间的tanδ，而忽视测量测量端子或抽压端子与法兰间的tanδ对发现初期进水、受潮缺陷是不灵的。如图所示，高压电容套管电容芯子的结构特点是在管形导电杆外围，交替绕有同心绝缘层与铝箔层，而且都用绝缘材料固定在法兰根部。测量端子内部引线接至末屏，供测取套管介质损耗因数及局部放电用。抽压端子内部引线接至靠近末屏的铝箔层，供测量用。有些老式电容套管，没有测量端子和抽压端子，电容芯子的末屏由引出线接至法兰。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量2.试验接线高压电容套管的等值电路如图所示。一些部门和单位，在采用西林电桥测量套管的介质损耗因数时，往往只测电容芯子的介质损耗因数，质损耗因数。由于初期进水受潮时，潮气和水分只进入末屏附近的绝缘层，故占总的体积的比例很小，往往反映不出来，给电气设备安全运行留下隐患。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量2.试验接线右图示出了油纸套管绝缘的tanδ与受潮时间的关系曲线。由曲线可知，当受潮120h后，抽压端子和法兰间绝缘tanδ0(曲线1)比开始受潮时已经增大许多倍，而导电芯和抽压端子与接地部分间绝缘的tanδ1(曲线2)还没有明显变化。因此，要监视绝缘的开始受潮阶段，测量tanδ0比测量tanδ1要灵敏得多。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量3.试验结果判断依据(1)根据国内外运行经验，我国《规程》中规定20℃时tanδ(％)不应大于表中的数值。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量3.试验结果判断依据(2)当电容型套管末屏对地绝缘电阻小于1000MΩ时，应测量末屏对地tanδ，其值不大于2％。(3)在测量套管的介质损耗因数时，可同时测得其电容值，电容型套管的电容值与出厂值或上一次测量值的差别超出士5％时应查明原因。通常有以下两种情况：1)测得电容型少油设备，如套管的电容量比历史数据增大。此时一般存在两种缺陷：①设备密封不良，进水受潮，因水分是强极性介质，相对介电常数很大。而电容与其成正比，水分侵入使电容量增大。②电容型少油设备如套管内部游离放电．烧坏部分绝缘层的绝缘，导致电极间的短路。由于电容型少油设备的电容量是多层电极串联电容的总电容量，如一层或多层被短路，相当于串联电容的个数减少，则电容量就增大。2)测得电容型少油设备的电容量比历史数据减小。此时，主要是漏油，即设备内部进入了部分空气，因空气的介电常数约为1。故使设备电容量减小。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量3.试验结果判断依据规程中对套管的介损因数测量要求较严，主要原因在于：1)易于检出受潮缺陷。目前套管在运行中出现的事故和预防性试验检出的故障，受潮缺陷占很大比例，而测量tanδ又是监督套管绝缘是否受潮的重要手段。因此，对套管tanδ要求值规定得严一些有利于检出受潮缺陷。2)符合实际。我国预防性试验的实践表明，正常油纸电容型套管的tanδ值一般在0.4%左右，有的单位对63～500kV的234支套管统计，tanδ没有超过0.6％的。制造厂的出厂标准定为0.7％，因此运行与大修标准不能严于出厂标准，所以长期以来，tanδ的要求值偏松。运行经验表明，tanδ大于0.8％者，已属异常。如某电业局一支500kV套管，严重缺油(油标见不到油面)，绝缘受潮，tanδ只为0.9％，所以只有严一些才符合实际,也才有利于及时发现受潮缺陷。鉴于近年来电力部门频繁发生套管试验合格而在运行中爆炸的事故以及电容型套管的要求值提高到0.8％～1.0％，现场认为再用准确度较低的QS1l型电桥(绝对误差为≤0.3％)进行测量值得商榷，建议采用准确度高的测量仪器，其测量误差应≤0.1％，以准确测量小介质损耗因数tanδ。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量3.试验结果判断依据值得指出的是，判断时，油纸电容型套管的tanδ一般不进行温度换算。这是因为油纸电容型套管的主绝缘为油纸绝缘，其tanδ与温度的关系取决于油与纸的综合性能。良好绝缘套管在现场测量温度范围内，其tanδ基本不变或略有变化，且略呈下降趋势。因此，一般不进行温度换算。对受潮的套管，其tanδ随温度的变化而有明显的变化，表列出了现场对油纸电容型套管在不同温度下的实测结果。可见绝缘受潮的套管的tanδ随温度升高而显著增大。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量3.试验结果判断依据基于上述，《规程》规定，当tanδ的测量值与出厂值或上一次测试值比较有明显增长或接近于《规程》要求值时，应综合分析tanδ与温度、电压的关系，当tanδ随温度增长明显增大或试验电压从10kV上升到Um/1.732，tanδ增量超过±3％时，不应继续运行。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量4.不拆引线测量变压器套管的介质损耗因数1)正接线测量法„在套管端部感应电压不很高(2000V)的情况下，可采用QS1型西林电桥正接线的方法测量。„此时，由于感应电压能量很小，当接上试验变压器后，感应电压将大幅度降低。又由于试验变压器入口阻抗Zbr远小于套管阻抗Zx，故大部分干扰电流将通过Zbr旁路而不经过电桥，因此，测量精度仍能保证。„值得注意的是，当干扰电源很强时，需要进行试验电源移相，倒相操作，通过计算校正测量误差，给试验带来不便。因此，在套管端部感应电压很高时，宜利用感应电压进行测量。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量4.不拆引线测量变压器套管的介质损耗因数(2)感应电压测量法。当感应电压超过2000V时，可利用感应电压测量变压器的介质损耗因数，其原理接线图如图所示。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量4.不拆引线测量变压器套管的介质损耗因数(2)感应电压测量法。采用此种接线无需使用试验变压器外施电压，而是利用感应电压作为试验电源，因并联标准电容器CN仅为50pF，阻抗很大，虽干扰源的能量很小，但由于去掉了阻抗较低的试验变压器，故套管端部的感应电压无明显降低。由图可见，整个测试回路仅有eg一个电源，因此，不存在电源叠加，即电源干扰的问题，这样，不但使电桥操作简单易行，同时也提高了测量的准确性。主绝缘及电容型套管末屏对地的tgδ及电容测量4.不拆引线测量变压器套管的介质损耗因数(2)感应电压测量法。表给出了某供电局利用外施电压和感应电压法测量变压器介质损耗因数的结果。其中C相没有采用感应电压法测量，C相变压器运行位置距带电设备较远。感应电压过低，不适宜用感应电压法测量。110kV及以上电容型套管的局部放电测试使用仪器„局部放电高电压试验变压器及测量装置（电压测量总不确定度感±3%）、局部放电测量仪。试验方法„先将电压升至预加电压（昀高工作电压Um），维持5s后，将电压降至局部放电测量电压（变压器及电抗套管的局部放电测量电压为1.5Um/√3,其他套管局部放电测量电压为1.05Um/√3），维持5min进行局部放电测量。„局部放电试验也可结合耐压试验进行，即在耐压60S后不将电压回零，而是直接将电压降至局部放电测量电压进行局部放电测量。110kV及以上电容型套管的局部放电测试试验结果判断依据„在测量电压，油纸电容型的局部放电量应不大于10pC（运行中套管的局部放电量不大于20pC）；胶纸电容型不应大于250pC（非变压器、电抗器套管不应大于100pC）。110kV及以上电容型套管的局部放电测试注意事项a)试验时应记录环境湿度，相对湿度超过80%时不应进行本试验。b)升压设备的容量应足够，试验前应确认高压升压等设备功能正常。c)所用测量仪器、仪表在检定在效期内，局部放电测试仪及校准方波发生器应定期进行性能校核