变压器电容式套管电容量及介损测量接线方式分析

变压器电容式套管电容量及介损测量接线方式分析 变压器电容式套管电容量及介损测量接线 方式分析 16华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER 变压器电容式套管电容量及介损测量接线方式分析 田成凤 (天津滨海供电公司,天津塘沽300450) 摘要:在6支电容式套管电容量及介损角正切值测试数据异常后,通过对两种接线 方式定性分析和理论计算 找出了电容量偏小和介质损耗角正切值偏大的原因,提出了修正公式,并通过了试 验论证,同时提出了防止误 判的建议. 关键词:变压器套管;电容量;介损;测量接线方式 中图分类号:TM216.5文献标识码:A文章编号:1003—9171(2009)08-0016-03 AnalysisonConnectionModeofMeasuringCapacitance andDielectricLossofTransformerCondenserBushing TianCheng—feng (TianjinBinhaiElectricPowerSupplyCompany,Tanggu300450,China) Abstract:Aftercapacitanceanddielectriclosstangentvalueof6一 condenserbushingoccurredabnormaltestdata, throughqualitativeanalysisoftwoconnectionmethodsandtheoreticalcalculations,toidenti fythecauseoflowcapaci- tanceandlargedielectriclosstangentvalue.Thispaperputforwardamendmentstotheformul a,andpassedthetest demonstrationverification.Simultaneouslyitrecommendationsotproposedpreventthemis judgement. Keywords:transformercondenserbushing;capacitance;dielectricloss;measuringconnecti onmode 2008年9月天津滨海供电公司某新站交接试 验时,两台变压器上的6支ABB瑞士Micafil公司 RTKK245干式电容套管电容量比出厂值差别超过 一 5%,6支套管均在一5%至一8%之间,根据《电 力设备预防性试验规程》"电容式套管电容量与出 厂值或上一次试验值的差别超过?5%时应查明原 因"的要求对6支套管进行了从10kV到最大运行 电压245/4~kV下的电容量复测,电容量差别仍然 超过一5%,同时介质损耗角正切tg8也比出厂值 有一定增大.其后套管厂家提供了出厂试验时的 相关情况,但找不出电容量减小的原因,笔者仔细 比较了出厂试验和交接试验方法,接线方式,通过 认真分析和理论计算找出了电容量偏小和介质损 耗角正切值偏大的原因,并通过了试验论证.其中 一 支套管电容量历次试验数据如表1. 1电容式套管电容结构和测量接线方式 变压器电容式套管由中心导管,电容芯子,外 绝缘及安装法兰等组成,其末屏测量端子将套管 的总电容量划分为电容c和c两部分,其中c, 为套管中心导管与测量端子间的电容量,是套管 的主绝缘电容,C为连接套筒(法兰)与测量端子 间的电容量,如图1所示. 变压器运行中末屏测量端子直接接地,运行 电压全部加在C.上,而C则因为末屏测量端子 和法兰均接地而被短接,不承受电压.因此测量 变压器套管电容量和介质损耗角正切值针对的是 主电容c,,一般采用西林电桥,用正接线方式,测 量时套管垂直放置于稳定的对地绝缘支架上(注 意必须对地绝缘),在导电杆上施加试验电压,法 表1电容量试验数据pF 注:括弧内数据为与出厂电容值相对差别,其中接线方式的方式1见图2,方式2见 图3. 华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER17 兰与末屏连接(即将C短接),法兰对地绝缘,电 桥的信号线与末屏或法兰连接,如图2. r一高压导管 l —Lc.高压导管与末屏端 —厂子的电容 l一 末屏端子 l —LC.末屏端子与法兰的 T电容 I 一 法兰 图1套管电容结构 C 图2接线方式1 图3接线方式2 套管装在变压器上后测量时在导电杆上施加 试验电压,电桥的信号线与末屏连接,由于法兰直 接接地,此时末屏不能再与法兰连接,末屏与法兰 之间的电容C:就不能被短接,而是与电桥可调电 阻R并联,如图3,其中R,为导电杆与末屏的绝 缘电阻,R为末屏与法兰间的绝缘电阻. 2电容式套管电容量减小和介质损耗角 正切值升高的原因定性分析 对接线方式1,电桥平衡时C:× n3 ,其中tg6为电容C1的介质损耗角正切, 由于介质损耗角正切一般为千分之几,其平方为 百万分之几到百万分之几十,与1相比可忽略不 计,故c介质损耗角正切tg6=1 =C4R4. 其中?是所加电源的角频率,=2为一常 数,R为电桥常数,故电容值与R成反比,介质 损耗角正切与C成正比. 对接线方式2,先定性分析,电桥其它桥臂未 变,而R,桥臂并联了C:与,很显然对同一被 测套管,两种测量方式电桥平衡时,接线方式2中 尺,:并联了一个阻抗后等于接线方式1中R即 R:?R:?C=R,,因此R,>R而电桥测得的 电容量与尺成反比,因此接线方式2测得的电容 量要小于接线方式1测得的电容量. 同样对介质损耗角正切可定性分析,在接线 方式2中,桥臂并联了C:与R,当电桥平衡 时,4个桥臂的复阻抗两个对角阻抗乘积相等,两 个对角的阻抗角之和相等,于是有(C?R)+ (C?R)=(C)+(C?R:?R,),很显然 电桥的桥臂R呈容性,其阻抗角在0至一90.之 间,即相对于接线方式1桥臂R阻抗角由0变为 0至一90.之间的一个值,故(C.?R)减小,tg (C?R)减小,tg8(C?R.)增大. 定性分析可见接线方式2比接线方式I测量 的电容量要减小,而介质损耗要增大. 3电容式套管电容量减小和介质损耗角 正切值升高的原因理论计算 很显然接线方式1正确地测量了电容式套管 的电容量和介质损耗,而接线方式2是存在误差 的,其中电容量计算如下: 当电桥平衡时,4个桥臂的复阻抗两个对角 阻抗乘积相等,可得 11l1 击+j5c.击+j5c击+1+cz 令实部,虚部分别相等,则有 ?×一CC=一CCC1C4一一w wC4wC1wCNoCN Rl.R4R2.R3 两式联立消去R即可得出C:× n3 1CNR41+C4R4C2R2 1+c;R:.Rz1+c;R: 18华北电力技术NORTHCHINAELECTRICPOWER 由于介质损耗角正切一般为千分之几, c::为百万分之几到百万分之几十,与1相比 可忽略不计,故c警+警+警× 22 CNR4 + CNR4' 而电桥测得的结果显示的是c.测:,可 见测得结果偏小CNR4 ,其中c及R是电桥常 数,而R为末屏对法兰即地的绝缘电阻(因为在 方式2中法兰直接接地),这就是电容量偏小的 原因,相对误差:(c.一c)/c:一/ (了CNR4 +下 CNR4 ):,将,用c.代替得相对I一十一J:一.卜f1t.1t管佴斤只f,尺 1 .R2尺+R2''一…'…… 误差=一CnR4 ,可见相对误差与电桥电容c 及R成正比,与套管主绝缘电容C.及末屏对法 兰的绝缘电阻R成反比,一般套管主绝缘电容 C.与电桥标准电容C为同一数量级,而末屏对 法兰的绝缘电阻R:(就是套管装在变压器上末屏 对地的绝缘电阻,因为运行中法兰直接接地)远 大于R,但当末屏对法兰的绝缘电阻R显着下 降时,相对误差就会明显增大. 可见按接线方式2测得的电容量偏小,应加 ,1D 上才是套管的实际电容量,其相对误差取决 于末屏对法兰的绝阻大小. 介质损耗角正切值计算如下: 当电桥平衡时,两个对角的阻抗角之和相等, 于是有(C//R)+(C//R)=(C)+(C ?R?R,),解得t.=cR一cR3 + ~R2 ,由于 末屏对地绝阻R一般远大于R,因此tg6一 CR一CR,,而电桥测得的显示结果是 CR,可见测得的结果偏大CR,,而GR.一 CR×L,2 ,即介损角正切偏大数与末屏与法兰 的电容C:与主电容C.的比值成正比,相对误差 -(fgt/Ig6,==1一 — C2—R 3 一 l 1 ClC4. 一 1 乙N2 ,相对误差与末屏与法兰 的电容c与主电容c的比值和测得的介损有 关,c/c.越大,相对误差越大,测得的介损角正 切越小,相对误差越大. 可见按接线方式2测得的介损角正切偏大,应 ,1 减去c:RcR×才是套管介质损耗角正切. u1 4结论 (1)变压器运行中末屏测量端子直接接地, 运行电压全部加在c,上,而c则因为末屏测量 端子和法兰均接地而被短接,不承受电压.因此, 测量变压器套管电容量和介质损耗角正切值针对 的是主电容C,. (2)采用接线方式2测得的数据不是真实的 电容量和介质损耗角正切值,其中电容量偏小,应 ,P 加上才是套管的实际电容量,其相对误差取 2 决于末屏对法兰的绝阻大小;介损角正切偏大,应 减去c:尺,cR×才是套管介质损耗角正 乙1 切,相对误差与末屏与法兰的电容C与主电容c. 的比值和测得的介损有关,C:/C.越大,相对误差 越大,测得的介损角正切越小,相对误差越大. (3)对变压器套管电容量及介损测试时应尽 量采用接线方式1,即将c,短接,同时法兰对地 绝缘.若无条件时要按(2)测其它数据进行偏差 校正才能得出正确值,否则可能发生电容量偏小 超过5%和介损正切值超过规程规定从而误判套 管有问题.也有可能出现套管一个电容屏击穿或 其它隐患导致电容量上升而采用接线方式2无法 试验出来的严重问题. (4)建议在出厂试验和交接试验时必须按照 接线方式1测量,严格来说接线方式2是错误的, 各类规程应严格规定对接线方式2测得的结果进 行校正. (5)广大试验人员应掌握接线方式1和接线 方式2所测结果的差异,不要将不同接线方式的 数据进行比较,以免误判. 参考文献 [1]唐兴祚.高电压技术[M].重庆:重庆大学出版 社,l991. 收稿日期:2009-02-03 作者简介:田成风(1972一),男,籍贯湖北,硕士研究生,高级工程师. (本文编辑季佳彬) 嘉