试议高压电流互感器在现场高压介损测量

【摘要】笔者针对电流互感器高压介损现场测量存在的问题, 经过不断的实践、总结, 提出电流互感器高压介损现场测量的新方法。而串联补偿法用于电流互感器高压介损测量是解决现场试验电源问题有效方法，在现场进行高压介损测量时，特别要注意高压引线及强电场干扰的影响。对测量结果要进行综合分析。
【关键词】电流互感器； 高压介质； 串联补偿法；

一、tanδ及测量标准

互感器在交流电压作用下， 流过介质的电流由两部分组成，即电容电流分量和有功电流分量，通常电容电流远大于有功电流分量，介质损耗角δ 甚小。介质中的功率损耗P＝U2ωCxtanδ，tanδ 为介质损耗角的正切(或称介质损耗因数)，它反映的是单位体积中的介质损耗。在设备有缺陷时，流过绝缘的电流中有功电流分量增大，tanδ 值也将加大。出厂时，对于额定电压为110～330 kV、500 kV电容型电流互感器，在Um/姨3 kV 测量电压下，tanδ允许值分别为不大于0.5%和0.4%。在进行tanδ与电压关系曲线测量时， 测量电压10kV 到0.5Um/kV 和0.5Um/kV 到Um/kV 下的介损变化量不大于0.1%，电容量变化不大于±5%。
预防性试验时， 在10 kV测量电压下， 对于110、220、500 kV 电容型电流互感器，tanδ 分别不大于1.0%、0.8%、0.7%。由于试验电压（2500～10000 V）远低于设备的工作电压， 介损测量虽可反映出绝缘受潮、油或浸渍物脏污、劣化变质等严重性缺陷，但难以反映出绝缘内部潜在的绝

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缘薄弱部位及高电压下局部放电等缺陷。当tanδ 值与出厂值或上一次试验值比较有明显增长时， 应综合分析tanδ 与温度、电压的关系，当tanδ 随温度明显变化或试验电压由10 kV 升到Um/kV 时，tanδ 增量超过±0.3%，不应继续运行。

二、串联补偿法测量高压tanδ

进行电流互感器高压介损测量， 一般都用高压试验变压器为试验电源，这样在现场试验时，一方面检修电源难于满足试验要求， 另一方面还需要运输车辆及吊车进入升压站，由于停电范围的限制，试验设备的就位及装卸都给电网安全运行造成很大的威胁。为此，提出用串联补偿法解决电流互感器现场高压介损测量电源的问题。在进行高压介损测量时，电流互感器主要表现为容性负载，利用电抗与容抗的不同性质，串联补偿法可以大大减小试验电源的容量， 其原理接线见图1。图1 中L 为补偿电抗器；C 为电流互感器的等效电容；U0为激磁变压器的电压；I0为试验回路电流；UL为补偿电抗器两端电压；UC为电流互感器两端电压；R 为试验回路的等效电阻。

采用串联补偿法用于电流互感器高压介损测量，必须正确选择补偿电抗器、激磁变压器、标准电容器的参数等。采用电抗器串联补偿法成功地进行了某厂220 kV 站电流互感器高压介损测量，试验时三相互感器并联加压，其并联电容C 约为3 700 pF，当互感器试验电压为127 kV 时，回路电流为170mA，激磁变压器输出电压为8 000 V， 其Q 值达到了1

5.8，试验电源容量不到2kV·A，这样就大大降低了试验电源的容量。

三、影响因素

(一)现场电场干扰的影响

目前的介损测量仪对于常规的介损测量都具有较强的抗干扰能力，能满足现场测量需要。而进行高压介损的测量时，由于试验电源与测量部分的分离，仪器原有的抗干扰措施都失去作用， 特别是进行tanδ-U 曲线测量时， 试验电压越低测量结果受电场干扰影响越大。在现场对一台互感器测量高压介损时，其试验电源相序不同，结果误差达200%，这表明电场干扰非常严重。为此， 笔者提出了高压试验电源与测量仪器一体化的设想， 开发了适合现场电流互感器高压介质损耗测量的、集高压电源和测量仪器于一体的高压介质损耗测量系统， 在实验室和现场都取得了满意结果，彻底解决了高压介损测量的电场干扰问题。

(二)高压引线布置的影响

试验电压越高，高压引线与试品的夹角越小，高压引线与试品外瓷套杂散耦合阻抗越强， 对测量结果影响越大，当高压引线与互感器外瓷套夹角分别为10°、45°、90°时，测得的tanδ 比为4∶2∶1。

(三)高压引线电晕的影响

进行高压介损测量时，由于测量电压比较高，如仍采用普通的导线作高压引线， 导线就会产生较严重的电晕， 电晕损耗将通过杂散电容耦合影响试品介损的测量值。对于正常绝缘的试品， 由于电晕损耗的存在， 也会使试品介损测量值随着电压的升高而升高，这样容易造成误判断。因此，进行高压介损测量时应采用直径为50～100 mm 的蛇皮管为高压引线。引线的电晕损耗对测试结果的影响见表1。
表1 引线的电晕损耗对测试结果的影响

四、测量结果分析

(一) tanδ 与温度的关系

油纸绝缘的介质损耗-温度关系取决于油与纸的综合性能。良好的绝缘油是非极性介质，纸的tanδ主要是电导损耗，它随温度升高呈指数上升；而纸又是极性介质， 其tanδ由偶机子的松弛损耗所决定，而随着温度升高极性分子随外施电源频率转动的摩擦力减小，由摩擦力引起的能量损耗减小，故纸的tanδ在-40～60℃间随温度增加而减小，因此在此温度范围内油纸绝缘的tanδ没有明显变化，而到60～70℃以上时，电导损耗的增长占了主导地位，tanδ便随温度上升而增加。因此在tanδ温度换算时，不宜简单采用充油设备的温度换算方式，因为其温度换算系数不符合这种油纸绝缘的tanδ随温度变化的真实情况。
但当绝缘中残存有较多水份与杂质时，tanδ与温度关系就不同于上述情况了，此时则以离子电导损耗占主要地位，因此随温度升高明显增加。如施加l0 kV电压时，不同温度下3 台电流互感器的介损测量结果见表2。从表2可以看出，介损随温度的变化上升速度很快，均超过规程规定的标准。故其tanδ随温度上升而增加， 说明当常温下测得的tanδ较大时，更应考察其高温下的tanδ变化，当高温下tanδ又有明显增加时，则应认为绝缘存在缺陷。
表2 不同温度下的介损测量结果

(二)tanδ与电压的关系

当绝缘出现老化或存在气隙时， 绝缘内部出现电场分布不均匀的现象，在强电场作用下，绝缘内部发生局部放电，随着电压升高，局部放电加大，tanδ随着试验电压升高而变大。当主绝缘干燥不彻底时，绝缘中的水份和杂质在交流电压作用下会产生离子电导，电压升高，离子运动速度加快，电流有功分量波形畸形，致使δ角相对减小，也就是tanδ在电压升高一定值时会减少，也可以认为电压升高，离子运动速度加快，在交流电场中，离子运动的时间相对减少，有功损耗相应减小。对tanδ的分析判断， 一方面要看绝对值的大小，另一方面tanδ的相对变化值和在不同电压下的变化值非常重要。如果在10 kV 电压下，tanδ值很低，但在不同的较高电压下tanδ变化很大也表明设备的绝缘在运行过程中将趋于不良。互感器内部存在缺陷不同，tanδ-U曲线的形状也不相同， 图2 是tanδ-U曲线的几个典型例子[3]。
图2 中曲线A 对应于良好的绝缘，曲线B为绝缘老化的示例， 曲线C是存在局部放电的典型例子，曲线D是严重受潮的绝缘。曲线E 是绝缘中含有离子型杂质的情况，tanδ 值随试验电压上升而下降。

【参考文献】
阎春雨， 崔拥军． 串联补偿法用于电流互感器高压介损测量[J] 河北电力技术，2002，21（1）：1-2．
宋业鑫.浅谈电容式电流互感器高电压介损测试过程中需注意的几点问题[J]．安徽电力职工大学学报， 2002，7（1）：70-72.