测量电压互感器的介质损失角正切值和电容量

对35kV及以上电压互感器，测量一次绕组的介质损失角正切值tanδ，能灵敏地发现绝缘受潮、劣化及套管绝缘损坏等缺陷。

1.串级式电压互感器tanδ的测量

如图5-1所示的220kV串级式电压互感器原理图，说明串级式电压互感器tanδ的试验方法。

如图5-1所示，串级式电压互感器为分级绝缘，运行时其首端“A”接于运行电压，而末端“X”接地。一次绕组分成四段，绕在两个铁心上。两个铁心被支撑在绝缘支架上，铁心对地电压分别为3U／4和U／4，一次绕组最末一个静电屏（共有4个静电屏）与末端“X”相连接，末静电屏外是二次绕组ax和辅助二次绕组。末端“X”与ax绕组运行中的电位差为100／3V，它们之间的电容量约占整体电容量的80％。110kV串级式电压互感器的结构和绕组布置与220kV的类似，一次绕组共分两段，只有一个铁心，铁心对地电压为U／2。测量串级式电压互感器tanδ和电容的方法主要有：常规试验法、自激法、末端屏蔽法、末端加压法。试验接线如图5-2～图5-5所示。

图5-12 20kV串级式电压互感器原理图

1—静电屏 2—一次绕组 3—铁心 4—平衡绕组 5—连耦绕组 6—二次绕组 7—辅助二次绕组 8—支架

1）测量串级式电压互感器tanδ的常规法（反接法）的试验接线如图5-2所示，测量得到的一次绕组AX与二次绕组ax，辅助二次绕组a_Dx_D及一次绕组AX与底座和二次端子板的综合绝缘的tanδ，包括一、二次绕组间绝缘支架、二次端子板绝缘的tanδ。由互感器结构可知，下铁心下心柱上的一次绕组外包一层0.5mm厚的绝缘纸，其上绕二次绕组ax，而在二次绕组外再包上一层0.5mm厚的绝缘纸，其上绕辅助二次绕组a_Dx_D。常规法测量时，下铁心与一次绕组等电位，故为测量tanδ的高压电极，其余为测量电极，其极间绝缘较薄，因此电容量相对较大，即测得的tanδ和电容量中绝大部分是一次绕组（包括下铁心）对二次绕组间的电容量和tanδ值。当互感器进水受潮时，水分一般沉积在底部，且铁心上绕组端部易于受潮。所以常规法对监测其进水受潮，还是有效的。测量电压互感器的tanδ和电容的接线方式见表5-5。

图5-2 测量串级式电压互感器tanδ的常规法（反接法）的试验接线

图5-3 测量串级式电压互感器tanδ的高压自激法（反接法）的试验接线

表5-5 测量电压互感器的tanδ和电容的接线方式

注：1.表中“√”为做此试验；

2.当用末端加压法和末端屏蔽法试验时，被试电容C_X的计算式为C_X＝（1／k）×（R₄／R₃）C_N；式中k是试验时

二、三次绕组（ax，a_D x_D）所在铁心的电位与试验电压的比值。

常规法试验时，考虑到接地末端“X”的绝缘水平和QS1电桥的测量灵敏度，试验电压一般选择为2kV。

现场常规法测量tanδ的试验结果主要有以下两种：

① tanδ大于规定值。这既可能是互感器内部缺陷如进水受潮等引起的，也可能是由于外瓷套和二次端子板的影响引起的，一般受二次端子板影响的可能性较大。若试验时相对湿度较大，瓷套表面脏污，还应注意外瓷套表面状况对测量结果的影响。如确认没有上述影响，则可认为互感器内部存在绝缘缺陷。

② tanδ小于规定值。一般认为此时绕组间和绕组对地绝缘良好。但应注意，由于绝缘支架电容量仅占测量时总电容的1／2～1／100，因此实测tanδ将不能灵敏地反映支架的绝缘状况。这就是说，即使总体tanδ（一次绕组对二次绕组及地）合格，也不能表明支架绝缘良好。而运行中支架受潮和分层开裂所造成的爆炸事故相对较多，故必须监测支架在运行中的绝缘状况。这一问题是常规法所不能解决的，为此有必要选择其他的试验方法。

2）测量串级式电压互感器tanδ的高压自激法（反接法）的试验接线如图5-3所示。自激法测量110kV及以上串级式电压互感器绕组间、绕组对地的介质损失角正切tanδ时，不需外加试验用电压互感器，只要给被试互感器二次绕组（一般为辅助二次绕组a_Dx_D）施加一较低电压（一般考虑使一次电压不超过5～10kV），利用互感器本身的感应关系，即可在高压绕组上产生一个较高的试验电压。此时一次绕组中的电压分布与实际运行情况相似，高压端子承受全部试验电压，而其末端只承受QS1电桥R₃上的电压降（一般不超过1V），既满足了测量tanδ对试验电压的要求，又不会损坏弱绝缘的末端。由于末端电位接近于地电位，所以二次端子板的影响可以略去不计。

用自激法测量tanδ时加压绕组可选辅助二次绕组ax，标准电容器C_N选用QS1电桥配套BR-16型电容器，不加压二次绕组ax一端接地，一端悬空。此时测量的是一次绕组对地的分布电容C_X，而且沿一次绕组各点对地电压不相等。由于测量时一次绕组电位分布与常规法测量时不同，因此测得的电容量和tanδ与常规法测量的结果也不相同。应当指出，用自激法测量串级式互感器的tanδ时，只要被试绝缘有一点接地，即可采用QS1型西林电桥的侧接线法测量。由QS1电桥测量原理分析可知，侧接线法测量时除了有外电场干扰外，还有电源间的干扰和杂散阻抗的影响。因此其测量数据分散性及误差较大，而且自激法同常规法一样，不能较准确地测量出绝缘支架的介质损失，现场一般很少采用。

3）测量串级式电压互感器tanδ的末端屏蔽法试验接线如图5-4所示。测量时被试互感器一次绕组A端加高压，末端X接电桥屏蔽（正接线时X端接地）。这一试验方法能排除由于X端小套管或二次端子板脏污、受潮、有裂纹所产生的测量误差，从而能较真实地反映互感器内部的绝缘状况。其不足在于一次绕组对地部分的部分电容因被屏蔽而未测入。

在现场用末端屏蔽法测量tanδ时，因为试品电容C_X太小，试品表面状况、气候条件及周围干扰的影响相对较大，不易测准。当试品电容C_X过小时，桥臂R₄电阻固定为3184Ω，C_N＝50pF，R₃可能很大，有时甚至超过QS1电桥的桥臂电阻R₃的最大值（R₃＜11111.2Ω）。为解决这一问题，一般是在R₄臂上并联电阻，这样在试品电容不变时可以减小R₃值，使QS1电桥能够满足试验要求。由QS1电桥测量原理可知，当R₄上并联外附电阻，而使其值变为KR₄时，则电桥的实测值tanδ已不能代表试品真实值，试品真实值tanδ＝Ktanδ_m。

图5-4 测量串级式电压互感器tanδ的末端屏蔽法试验接线

a）末端屏蔽法试验接线 b）末端屏蔽法测量支架与线端并联tanδ的接线 c）末端屏蔽法直接测量支架tanδ的接线

应当指出，采用末端屏蔽法测量时，不能将被试互感器二次绕组ax及a_Dx_D短接后接C_X。这是因为串级式电压互感器空载试验（二次未接负载）时，高压绕组AX上的电压分布是均匀的，保证了二次绕组上任一点的电压不仅数值上小于一次绕组的电压，而且相位一致，即被试支路电压与标准支路电压方向一致（这是对QS1电桥保证测量准确性的基本要求）。如果测量时将互感器二次绕组短路，施加5kV及以下试验电压时高压绕组电流以毫安计，电桥仍能进行测量，但测量误差很大。因为互感器二次绕组短路后，一次绕组电压分布就不再像空载时那样均匀了，而是自上而下逐级降低，且电压相位也逐点不同，从而引起测量误差。

末端屏蔽法测量时一次绕组空载，其励磁感抗和铁损感抗并联在电源之间，并未包括在测量回路及结果中，所以不会引起测量误差增大。

实测表明，当互感器进水受潮时，末端屏蔽法较常规法测得的tanδ值要大。这说明末端屏蔽法对发现互感器进水受潮较常规法要灵敏。因为互感器进水受潮后，水分沉积到下部，下铁心及其端部绕组易于受潮，而绕组内部受潮相对就不那么严重。末端屏蔽法测的正是一般易于受潮的下铁心对二次绕组端部绝缘，即tanδ较大的部分的绝缘。

用末端屏蔽法还可以直接测量绝缘支架的tanδ，试验接线如图5-4c所示。应当指出，由于支架的电容量很小（一般为10～25pF），因此按图5-4c直接测量的灵敏度较低，在强电场干扰下往往不易测准，建议使用间接法，即按图5-4a、b所示接线进行两次测量后（两次测量值分别为C₁，tanδ₁；C₂，tanδ₂），按下式计算出绝缘支架的电容C和介质损失角正切值tanδ：

C＝C₂－C₁

4）末端加压法的试验接线如图5-5a所示。测量时，一次绕组的高压端A接地，末端X施加试验电压（不应超过3kV，一般为2～3kV），二次绕组开路；x、x_D或a、a_D接QS1电桥C_X线。

末端加压法主要检测的是互感器一、二次绕组间的电容和tanδ。由于A端接地，相当于一个接地屏蔽罩，被试品电容远大于末端屏蔽法所测得的电容，因而使得现场测试结果几乎不受干扰。另外，由于A端接地，因而试验时可不拆开互感器顶端与避雷器等设备的高压引线，减少了试验时的工作量。

图5-5 测量串级式电压互感器tanδ的末端加压法试验接线(www.xing528.com)

a）末端加压法试验接线示意图 b）末端加压法测量绕组端部tanδ的接线示意图

应当指出，末端加压法同常规法一样，测量结果易受二次接线板的影响，而且对绕组端部绝缘受潮反应不灵敏。

《规程》中建议对串级式电压互感器的tanδ试验方法采用末端屏蔽法。

测量串级式（分级绝缘）电压互感器tanδ的试验标准见表5-6。

表5-6 测量串级式（分级绝缘）电压互感器tanδ的试验标准

2.电容式电压互感器tanδ的测量

电容式电压互感器由电容分压器、电磁单元（包括中压互感器、电抗器）和接线端子盒组成。电容式电压互感器原理接线示意图如图5-6所示。还有一种电容式电压互感器是单元式结构，即电容分压器和中压互感器分别独立，现场组装。这种电容式电压互感器的tanδ试验，可按第8章介绍的耦合电容器tanδ试验及本章介绍的串级式电压互感器tanδ试验分别进行。本节不再介绍。

另有一种电容式电压互感器为整体式结构，分压器和中压互感器合装在一个瓷套内，无法使电磁单元同电容分压器两端断开。这种电容式电压互感器分为瓷套上有A端子（中压互感器高压侧与电容分压器连接端）引出的和瓷套上没有A端子引出的两种。本节将介绍这两种类型的电容式电压互感器tanδ的测量方法。

1）没有A端子引出的电容式电压互感器tanδ和C的测量。

没有A端子引出的电容式电压互感器tanδ测量接线如图5-7～图5-9所示。三种测量接线分别测量主电容C及tanδ值。

图5-6 电容式电压互感器原理接线示意图

C₁—主电容 C₂—分压电容 L—补偿电抗器 Z—阻尼器 TV—中压互感器 F—保护间隙 J—载流装置

① 测量C₁、tanδ₁接线示意图如图5-7所示。该接线采用自激法，由中压互感器辅助二次绕组加压，X_T点接地，按QS1电桥正接线测量，分压电容C₂的“δ”点接高压电桥的标准电容器C_N的高压端，主电容C₁的高压端接高压电桥的C_X线。由于“δ”点的绝缘水平较低，所以试验电压不宜超过3kV。这种情况下，C₂与标准电容C_N串联组成标准支路。一般C_N的tanδ≈0，而C₂＞＞C_N，因此C₂与C_N串联的介质损耗为

所以标准支路中串有C₂并不影响测量结果。

中压互感器的一次电流I₁＝ωC₁U，设C₁＝8000pF，U＝3000V，则I₁＝0.009A。考虑到R₃的值要求大于50Ω，QS1电桥分流器位置可选择在0.025档。

图5-7 测量C₁、tanδ₁接线示意图

图5-8 测量C₂、tanδ₂接线示意图

② 测量C₂、tanδ₂接线示意图如图5-8所示。该接线类似于C_l，tanδ₁的测量接线，只是标准支路为C_l与C_N串联，C₂的“δ”，端子接电桥C_X线，仍由中压互感器辅助二次绕组加压，X_T点接地，按正接线测量。由于C₂电容较大，加压时应考虑容升电压。中压互感器一次绕组与辅助二次绕组的电压比为13000／100V，一次电压为10kV时，辅助二次绕组a _f x _f的电压为77V。此时互感器的一次电流I₁＝ωC₂U，取C₂＝35000pF，U＝10kV，则I₁＝0.11A，电桥分流器可选择在0.15档进行测量。此时总功率P＝UI_l＝1100W。实际测量时，中压互感器一次额定电压为13000V，一次绕组为0.35mm漆包线，能满足电源容量要求。但由于被试电容C₂电容量较大，电桥测量灵敏度相对较高，所以现场一般采用较低电压（4kV以下）进行测量。

③ 中压互感器tanδ_TV和电容C_TV的试验接线和等值电路如图5-9所示。C₂和中压互感器一次绕组并联，在过电压条件下C₂易于损坏，且由于互感器一次绕组线径较细，往往比C₂更容易被烧坏。互感器一次绕组是否短路或断路，在测量C₁、tanδ₁，C₂、tanδ₂时，可用中压互感器励磁加压来发现。

图5-9 中压互感器tanδ_TV和电容C_TV的试验接线和等值电路

a）试验接线图 b）等值电路

测量中压互感器的C_TV和tanδ时，将C₂末端“δ”点与C₁首端相连，X_T悬空，中压互感器二次绕组短路接地，QS1电桥按反接线，C_X线接C₂末端与C₁首端短接线，由于受“δ”点绝缘水平的限制，试验电压不宜超过3kV。这种接线测得的是C₁与C₂并联后再与C_TV的介质损失角正切tanδ。测得的tanδ值为

由于C₁＋C₂＞＞C_TV，所以tanδ≈tanδ_TV，即测得的介质损失角正切可近似认为是中压互感器一次绕组对铁心、外壳和二次绕组的介质损失角正切。

2）有A端子引出的电容式电压互感器C和tanδ的测量。

近年来，国内新生产的电容式电压互感器，将其中压互感器与分压电容C₂的连接点A从瓷套内引出，以方便各部分介质损耗的测量。

测量有A端子引出的电容式电压互感器的主电容C₁、tanδ₁，分压电容C₂、tanδ₂时，将A端子接地，QS1电桥采用反接线，C_X线分别连接C₁高压端和C₂的“δ”端，即可分别测出C₁、tanδ₁和C₂、tanδ₂。同样应注意，测量C₂、tanδ₂时，受“δ”点绝缘水平限制，加压不宜超过3kV。

测量有A端子引出的电容式电压互感器的中压互感器tanδ时，应将X_T接地打开，二次绕组短路接地，电桥C_X接A端子，C₁高压端和C₂的“δ”端接电桥屏蔽线，用反接线测量，加压不宜超过3kV。

3）电容式电压互感器C和tanδ的试验标准。电容式电压互感器的电容分压器部分（主电容C₁，分压电容C₂）试验标准同耦合电容器。中压互感器的tanδ值与初始值比较不应有明显变化。

由上述分析可以看出，电容式电压互感器由于结构上的原因，给现场的tanδ测量带来较大的困难，但通过合理地改变试验接线，仍可以进行正确的测量。