高压电气设备试验时介质损耗因数异常分析与处理措施

国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 林 毅 马嘉树 周照宇

1 引言

高压电气设备运行情况直接影响到电力系统的安全稳定。当前，针对高压电气设备运行状态诊断方法有两种，包括在线式和离线式[1]。其中，在线式诊断方式应当对电气设备运行参数进行全面收集，使用计算机软件对其运行状态判断，不会受到诊断时间、运行环境等限制，这种方法操作简单，但是缺乏抗干扰能力，技术还不够完善，测试数据需要全面分析；离线式诊断方式更多从电气设备构造部分和使用原理出发，对电气设备核心参数进行测试，这种方法得到测试结果精确，也有国家及行业标准，但是对测试环境有着非常高的要求[2]。

本文对于某变电站高压电气设备试验中存在的异常情况，分析了介质损耗因数不大，甚至为负数的情况，提出科学合理的解决措施，以此保障供电系统安全稳定运行。

2 系统情况

本文在研究中，选取了某个铁路牵引供电系统作为研究对象，并且其由牵引变电站和接触网两个部分组成。其中，牵引变电站主要发挥出电能配置的功能，是整个供电系统的核心部分；接触网主要发挥输送电能的功能，为其他用电设备提供电能。并且，机车也是从接触网中获取电能。为确保机车运行安全，全部电气设备都需要在正常参数下运行，这就需要对各类电气设备检测和维护。为保障铁路运行有序运行，检测和维护都应当在使用间隔时间开展，一般情况下称为天窗期。在该时期中，整个电气设备运行环境非常复杂，往往可以提供给检测和维护的时间很短，且避免影响程度增强，电气设备检修都需要按照“最小限制”原则落实。

3 异常情况

高压电气设备在检修和试验过程中，二者间不存在什么联系，但是却有相互辅助的作用。检修更多注重修的环节，可以使电气设备保持稳定的运行状态，从而尽可能延长使用寿命，确保供电过程安全稳定。试验更多注重试验环节，使用专业性检测仪器，对高压电气设备各类参数指标进行检测，明确其后续变化情况，对使用状态评价，以此为检修工作提供基础数据支撑。

一般情况下，高压电气设备试验内容是非常多的，主要是对绝缘情况和基本物理属性进行检测[3]。绝缘情况分析，应当从耐受电压水平、绝缘数值、tanδ 变化趋势等；基本物理属性分析，应当从断路器接触电阻、分合闸效率、电流互感器等。tanδ 是按照国家现有标准实施检测，这是35kV 以上高压电气设备的必测内容。

试验人员通过对部分变电站电气设备试验中，发现某个高压电气设备tanδ 和以往数据资料差异很大，甚至产生了负值。电气设备tanδ 数据详见表1。

表1 电气设备tanδ 数据

一般情况下，介质损耗产生是介质导电特性和介质极化的滞后效应，从而出现了部分能量损耗。但是，整个变电站所使用的电气设备种类繁杂，不同设备的使用环境和参数指标不同，往往监测过程得到的介质损耗是无法对高压设备运行情况判断，这就需要使用tanδ。tanδ 是通过对需要试验的电气设备增强电压后，其有功功率和无功功率间的比值[4]。这种比值大小与高压电气设备构成材料的物理特点有着直接关系，从而能够对不同种类电气设备的运行情况进行判断。tanδ 相量如图1所示，图中δ1和δ2属于介质损耗形成tan，也是电流和电压的功率因素角。另外，δ2是受到外界影响形成的负角度，本身不具有任何价值。

图1 tanδ 相量

在试验过程中，采用介质损耗仪对tan 测试。在测试仪器使用中，可以选择正接法、CVT 法等开展测试工作。正接法从具体层面分析，需要对电气设备接地情况进行判断，如果接地可以取下，就可以使用该方法，一旦无法取下，应当使用反接法。

反接法很容易受到回路电流干扰，导致测量结果准确性不如正接法。CVT 法主要针对电压互感器进行测试，可以有效得到tanδ 数值。通过对预防性试验和交接性试验分析后，二者所需要的试验环境是相同的，所不同的是前者不会对高压电气设备的连接线路拆除，后者需要将所有电气设备处于独立运行环境下。在具体试验中，通过采取预防性试验方法，对牵引变压器进行介质损耗因数测试，断路器和变压器都处于检测回路中；针对电流互感器介质损耗因素测试中，断路器和隔离开关处于检测回路上；针对电压互感器介质损耗因素测试中，隔离开关、避雷器处于检测回路上。

4 原因分析和计算

如果高压电气设备处于正常运行状态中，绝缘性能会逐步降低，tanδ 数值会逐步上升。在后续预防性试验中，tanδ 数值也会出现反复波动，产生了负数或者持续下降的情况，如果不对运行环境考虑，应当是外界干扰因素造成的。

4.1 所测tanδ 数值偏小

依托某个牵引变压器高压电气设备进行预防性试验为研究对象，其中引线部分都不会拆除，设备都是处于连接状态。结合tanδ 数值计算得到：

因tanδ 数值并不会超过1，得到：

式中：P 为高压电气设备的有功功率；Q 为高压电气设备的无功功率；C 为试验过程中，电路产生的总电容；R 为试验过程中，电路中存在的总电阻；U 为试验过程中，增加的电压大小；C1为高压电气设备中的电容；C2为高压电气设备的干扰电容。

在不考虑其他外部因素的干扰下，只对高压电气设备试验，没有对其他电气设备的连接线路拆除的基础上，试验回路产生干扰回路后，结合上述两个公式可以得到，整个试验中，高压电气设备的电容量持续增大，tanδ 数值降低。此外，如果在电气设备运行环境复杂化中，往往绝缘装置会产生等效杂散电容，导致与并联设备产生相同的数值。

4.2 所测tanδ 数值为负值

从高压电气设备试验过程分析，tanδ 负值产生的原因是三个方面因素形成的。

一是测试接地存在问题。如果在试验中，测试设备没有有效接地，很容易出现过流电阻，并且会与高压电气设备中得到电容实现串联，从而存在于整个测试回路中。基于这种过流电阻的出现，导致介质损耗因素数值比实际情况小。如果过流电阻持续增大，δ角度也会增大，如果δ 没有超过0°，tanδ 是小于零，这时就会形成负值。

二是电容器介质损耗不符合测试要求。这是测试设备自身所出现的问题，造成整个测试数据产生负值。

三是现场环境干扰因素。基于高压电气设备试验过程周围环境因素的作用下，会形成一定的干扰电流，一旦干扰电流和电压相量保持相同方向，δ就会增大，tanδ 也会增大；如果二者呈现出反方向，δ 减少，tanδ 也会降低，逐步产生负值。

5 措施和建议

为确保高压电气设备介质损耗试验的有效性，应当从四个方面进行调整优化。

一是在试验中，应该严格落实测试环境要求，特别是特殊环境中，更要对运行环境对电容产生的影响，从而对测试结果进行合理修正。一般情况下，测试人员需要对得到的测试结果与标准参数进行对比，判断二者产生的差异性，并且结合当前高压电气设备使用环境和功能性等因素，对其进行调整优化，确保其满足测试条件的要求，以此得到科学合理的结果。

二是一般情况下，高压电气设备处于使用状态时，要对其进行介质损耗测试，应当对需要测试的高压电气设备进行独立。如果没有办法进行独立，应当对测试结果进行综合分析，并且给予适当修正。从具体层面来说，大部分测试过程都是需要高压电气设备没有和外部设备连接状态下进行测试，在这种测试环境中，不容易受到外部因素的干扰，能够将干扰因素控制在标准范围内，也可以进一步提升测试结果的精确性，如果没有将其与其他设备分开，很大程度上得到的测试结果是存在问题的，这就需要在得到测试结果后，应当与标准参数进行对比，判读其产生的差异系数大小，从而将其合理调整，以此增强测试结果的合理性。

三是在试验前，应当对需要测试的高压电气设备进行全面检查，使用标准产品的运行参数对使用状态进行分析，确保设备内部各个部件的稳定性。从具体测试过程而言，往往需要测试的高压电气设备都是经过很长时间使用的，这类高压电气设备或多或少在使用性能是存在问题的，也有部分设备本身是存在故障的，这对测试过程会产生很大影响，就需要先对高压电气设备使用情况进行全面判断，确保设备维持在正常运行状态下，才能开展测试作业。

四是在试验中，测试设备接地方式需要合理设置，逐步将过渡电阻降低到合理范围，避免对测试过程产生干扰。从高压电气设备使用过程而言，都是需要进行接地的，才能有效避免雷电天气、过载电压及电流等影响，这在测试过程也是需要进行高度关注的，如果接地没有进行合理设置，基本测试结果准确性不高，直接影响到整个测试作业的合理性，甚至造成资源浪费。

6 结语

电能是我国诸多能源中应用最为普遍的，很多行业都需要电能供应才能正常运转。而高压电是电能供应强度最高，也是保障高压电气设备稳定运行的基础。高压电气设备在使用过程中，很容易出现介质损耗因数偏大的问题，导致其无法正常运转，甚至使用寿命下降。为保障高压电气设备的安全稳定运行，应当发挥出介质损耗因素试验的作用，才能对设备的使用情况进行有效检测，也可以判断出设备运行中存在的问题，为电气设备检测和维护提供准确性的数据资料，以此实现供电系统稳定，更好满足各行业的用电需求。