变压器介质损耗讲义

1、变压器绕组连同套管介质损耗试验一、介质损耗的定义及意义电介质就是绝缘材料。当研究绝缘物质在电场作用下所发生的物理现象时， 把绝缘物质称为电介质；而从材料的使用观点出发，在工程上把绝缘物质称为绝 缘材料。既然绝缘材料不导电，怎么会有损失呢？我们确实总希望绝缘材料的绝 缘电阻愈高愈好，即泄漏电流愈小愈好，但是，世界上绝对不导电的物质是没有 的。任何绝缘材料在电压作用下，总会流过一定的电流，所以都有能量损耗。把 在电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗或介质损失。如果电介质损耗很大，会使电介质温度升高，促使材料发生老化发脆、分 解等，如果介质温度不断上升，甚至会把电介质熔化、烧焦，丧失绝缘能力

2、， 导致热击穿，因此电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一项重要指标。然而不同设备由丁运行电压、结构尺寸等不同，不能通过介质损耗的大小来 衡量比照设备好坏。因此引入了介质损耗因数 tgatga 乂称介质损失角正切值的 概念。介质损耗因数的定义是：被试品的有功功率比上被试品的无功功率所得数 值。介质损耗因数 tgatga 只与材料特性有关，与材料的尺寸、体积无关，便丁不同 设备之间进行比拟。当对一绝缘介质施加交流电压时，介质上将流过电容电流IIII、吸收电流 I2I2和电导电流 I3,I3,如下图。 其中反映吸收过程的吸收电流， 乂可分解为有功分量 和无功分量两局部。电容电流和反映吸收过程的无

3、功分量是不消耗能量的，只有电导电流和吸收电流中的有功分量才消耗能量。为了讨论问题方便，可进一步将等值电路简化为由纯电容和纯电阻组成的并*I3v联和申联电路。我们就采用它的并联电路来分析当绝缘物上加交流电压时，可以把介质看成为一个电阻和电容并联组成的等 值电路，如图2121 (a)(a)所示。根据等值电路可以作出电流和电压的相量图，如图2 2 (b)(b)所示(a)(b)图 2 2在绝缘物上加交流电压时的等值电路及相量图(a)(a)介质等值电路(b)(b)等值电路电流、电压相量由相量图可知，介质损耗由| 产生，火角& 介质损失角，其正切值为R介质损耗为U2P = U2Ctg由上式可见，当

4、U、f f、C一定时，P正比丁tg6，所以用tgs来表征介质损 耗。测量的tg&灵敏度较高，可以发现绝缘的整体受潮、劣化、变质及小体积 设备的局部缺陷。二、变压器介质损耗的目的测量变压器绕组连同套管的介质损耗角正切 tgtg a a 时，主要用丁更进一步检查 变压器整体是否受潮、绝缘油及纸是否劣化等严重的局部缺陷，以及绕组上是否 附着油泥等杂质。三、变压器介质损耗的测量方法常用的方法有 QS1QS1 西林电桥测量法、数字式介质损耗测试仪等。1.1. QS1QS1 西林电桥法西林电桥的两个高压桥臂，分别由试品 ZNZN 及无损耗的标准电容器 CNCN 组成；IC大时，| 就越大，故称R、

5、tg、=里=-&ICU/ C1CR6两个低压桥臂，分别由无感电阻 R3R3 及无感电阻 R4R4 与电容 C4C4 并联组成，如图 2 2所示。图中 Cx,Cx, RxRx 为被测试样的等效并联电容与电阻，R3R3、R4R4 表示电阻比例臂，CNCN 为平衡试样电容 CxCx 的标准，C4C4 为平衡损耗角正切的可变电容。图 3 3 西林电桥测量原理图各桥臂的导纳为调节 R3、C4 使电桥到达平衡时，应满足YXY4= Y3YN1jCN当tan&0.1时，试样电容可近似地按下式计算:因此，当桥臂电阻 R3,R3, R4R4 和电容 CN,CN, C4C4 时就可以求得试样电容和损

6、YX=丫3；j CxRx1YN丫4R3=jCNR4Rxj Cx由上式可得:tgCxRx=C4R4注：A+jB=0Cx旦CR3CN1 tg2为了读取方便,可令R4 =104一-106危贝Utan、x =R4C4=100：C4=C410假设C4以件计，那么0 0 的读数就为均糖乂的值。Cx=R4CNc4Du耗角正切。2.2.数字式介质损耗测试仪数字式介损测试仪根本测量原理是基丁传统西林电桥的原理根底上，测量系 统通过标准侧R4R4 和被试侧 R3R3 分别将流过标准电容器和被试品的电流信号进行高 速同步采样，经模数A/DA/D转换装置测量得到两组信号波形数据，再经计算处 理中心分析，分别得出标准侧

7、和被试侧正弦信号的幅值、相位关系，从而计算出被试品的电容量及介损值。智能型电桥的测量回路还是一个桥体，如下列图所示。图 4 4 智能型电桥原理图R3R3 R4R4 两端的电压经过 A/DA/D 采样送到计算机，求得：试品阻抗：Zx-lx R，进一步计算可得：Cx=-XXCnR，Un介损值可通过测量 UxUx 与 UnUn 之间的相位计算得出 tgtg a a 值。测量相位的方法有 很多种，如过零比拟法，波形分析法FFTFFT 变换等等，也可采用测量有功分量 和无功分量的方法来求得 tgtg a a值。Inixlx瓦四、变压器介质损耗的接线方式用上述测量方法，常用的接线方式有正接线和反接线两种。

8、对丁现场没有末 屏的电气设备，都采用的是反接线进行测量。所以变压器采用反接线方式测量。 如下列图所示。图 5 5 反接线图这是一种标准反接线接法，在试品接地，桥体 U U 端接地，E E 端为高压端，在 需要屏蔽的场合，E E 端也可用丁屏蔽。此时桥体处丁高电位， R3R3、C4C4 需通过 绝缘杆调节。这种方式桥体处丁高电位，仪器内部上下压之间需要做好绝缘防护措施。同 时操作者应站在绝缘垫上进行操作，电桥外壳必须可开接地。五、变压器介质损耗的影响 因素介质损耗因素不仅受到设备缺陷和电磁场干扰的影响，还受到温度、电压、 频率等的影响。1.1.温度的影响tgtg a a 与温度的关系，随着介质的

9、组成成分和结构的不同而有显著差异。一般 不能将某一温度下所测的 tgtg a a 准确换算至另一温度下的数值，因为不同绝缘介 质或不同潮湿程度，各有不同的随温度变化的规律。目前一些温度换算方法所得 的数据也只是近似的。因此，tgtg a a 测量工作最好在 101030C30C 范围内并与前次测 量时相近的温度下进行，且符合?规程?的规定：“进行绝缘试验时，被试品温度不应低丁 +5C,+5C,户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高丁 80%80%2.2. 频率的影响当频率为零时，tgtg a a 亦为零。在一定的频率范围内，tgtg a a 随着频率的增加而 增加。这是由丁介质极化

10、的时间与交流半周期时间相等时， 产生的介质损耗最大。 假设频率再增局时，那么因时间太快，极化不完全偶极子来不及排歹 0 0 ,介质损耗 将随着频率的增加而减少。由丁电气设备均处在 50Hz50Hz 的工作频率下，所以 tgtg a a 试验所采用的电源也应满足工频范围通常为 454565Hz65Hz。在异频下测量时应考 虑频率对介损的影响。3.3. 电压的影响当外加电压升高时，tgtg a a 与电压无直接的关系，只有在电压上升到某一数值， 即到达介质的局部放电起始电压以上时，tgtg a a 才急剧增加。因为在一定的交变电 压作用下，介质中局部火杂的气泡或杂质电场可能很强，从而首先放电，产

11、生附加损耗，使 tgtg a a 随着电压的升局而增加。也有一局部试品在电压升至一定 值时介损值出现下降的情况。因此在较高电压下设备额定工作电压下测量 tgtg a,a,可以比拟真实地反映设备的绝缘状况， 便丁及时准确地发现设备的绝缘缺 陷。图 6 6 与试验电压的典型关系曲线1 1 良好的绝缘 2 2绝缘中存在气隙3 3受潮绝缘六、变压器介质损耗的标准及判断1.1.当变压器电压等级为 35kV35kV 及以上时，且容量在 8000kVA8000kVA 及以上时，应测 量介质损耗角正切 tgtg a a。2.2.试验电压的选择：变压器绕组额定电压为1010 kVkV 及以上者，施加电压应为10

12、kV10kV；绕组额定电压为 1010 kVkV 以下者，施加电压应为绕组额定电压。3.3.介质损耗角正切 tgtg a a 交接试验执行标准按如下表 1 1 所示。4.4. 测量的 tgtg a a 值不应大丁出厂试验值的 1.31.3 倍。假设大丁，且不符合表 2 2 的规 定，应取绝缘油样测量 tgtg a a 值，如不合格，那么更换标准油，换油后 tgtg a a 值还不 能达标的，那么将变压器加温至出厂试验温度并稳定 5 5 小时以上，重新测量，还不 达标那么为不合格变压器。5.5.当测量温度与出厂试验温度不同，那么按如下表2 2 所示换算，具体换算公式tgtg a a20=K=K

13、tgtg a a。当测量时的温度差不是表 2 2 所示时，可以按 A=1.3K/10A=1.3K/10 计算。6.6.必要时可通过观测 tgtg a a 与外施电压的的关系曲线，观测 tgtg a a 是否随电压上升，用以判断绝缘内部有无分层、裂缝等缺陷。表 1 1 油浸式电力变压器绕组介质损耗角正切tgtg a a (%(%最高允许值电压等级/kV/kV温度/ / c c5 510102020303040405050606070703535 及以下1.31.31.51.52.02.02.62.63.53.54.54.56.06.08.08.03535 2202201.01.01.21.21.51.52.02.02.62.63.53.54.54.56.06.03303305005000.70.70.80.81.01.01.31.31.71.72.22