膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数的标准讨论

　　膜纸复合绝缘电容器应用越来越广泛，佛山电力工业局目前在运行的110 k V及以上耦合电容器和电容式电压互感器TVC的分压器中大概只有10多台为油纸绝缘电容器，其余200多台全部为膜纸复合电容器（型号OWF）。文献〔1〕规定：膜纸复合绝缘耦合电容器及电容分压器在10 kV电压下介质损耗因数不大于0．2％。文献〔2〕要求：在工频额定电压下，环境温度20℃时测得的介质损耗因数不大于0．12％（三纸两膜）及0．10％（两纸两膜）。在经历了预防性试验合格的膜纸复合电容器仍发生爆炸后，部分单位甚至要求交接试验介质损耗因数不得大于0．10％，预防性试验中不得大于0．15％。我们通过大量的现场试验，认为该标准对现场试验太严格，是不切实际的，特别是用QS1电桥测量，几乎一半不能达到要求。本文将讨论我们在现场试验中遇到的问题。

1QS1 电桥测试
　　20世纪90年代以前，耦合电容器和电容分压器基本上使用的是油纸绝缘电容器，旧的预防性试验标准对其要求较松，介质损耗因数tanδ要求不大于0．5％。过去供用电单位普遍使用的是QS1西林电桥进行介质损耗因数测试。众所周知，QS1西林电桥仪器本身的误差达到±0．3％，且随试品电容量Cx的增大而增大。当用QS1西林电桥对油纸绝缘电容器进行试验时，由于其介质损耗因数的标准值（0．5％）较大，问题还不是很突出。但对膜纸复合绝缘电容进行试验时，却发现很多电容器的介质损耗因数超标，甚至交接时介质损耗因数已经超过规程〔1〕的要求。表1是佛山电力工业局用QS1西林电桥对膜纸复合绝缘电容器及油纸绝缘电容器进行交接、预防性试验的结果统计。　

注：电容器按节数计算，试验时独立进行介质损耗因数测量的单元算1节，例如对TVC下节试验时，中间变压器抽头两侧电容C1n和C2单独试验，算2节。
　　表1不合格的膜纸复合绝缘电容器中，0．3％≤tanδ＜0．4％的15节，0．4％≤tanδ＜0．5％的3节，tanδ≥0．5％的4节（0．4％≤tanδ＜0．5％的已更换），而绝大多数不合格电容器（53节）的介质损耗因数介于0．2％～0．3％之间。
　　从理论上讲，膜纸复合绝缘电容器用聚丙烯薄膜与电容器纸复合浸渍有机合成绝缘油介质取代电容器纸浸矿物油介质，有功损耗较低，约只有油纸绝缘电容器的1／4，介质损耗因数应小于0．1％，因为其中聚丙烯粗化膜电容器的介质损耗因数只有0．01％，损耗为电容器纸的1／10，有机合成浸渍剂的介质损耗因数也只有0．03％。现场试验发现膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数大大超过0．1％，甚至超标。有两个可能：一是制造上的原因，如引线端子焊接不良，引线片与铝箔接触不良，有毛刺，容易引起放电，铝箔或膜不平整，浸渍不良等，均会引起介质损耗因数增大；另一个原因是试验过程或仪器方面的，如果介质损耗因数的出厂试验值较小而现场试验值较大，则应考虑现场试验的复杂情况。
2 变频电桥测试
2．1两种变频电桥介绍
　　为了真正测准膜纸绝缘电容器的介质损耗因数，1999年佛山电力工业局先后购买了3台分体式AI－6000变频电桥以及1台美国DOBLE公司的M4000变频电桥。二者均为M型电桥，采用线频调制测量技术，输出（50±5）Hz或50×（1±0．05）Hz的正弦波，用求平均的方法可得到50Hz下的介质损耗因数。分体式AI－6000变频电桥的介质损耗因数测试精度达到0．02％，采用光电传输信号，抗干扰能力强，在现场强干扰下试验的数据见表2；M－4000变频电桥的测试精度为0．01％，现场抗干扰能力更强，M－4000变频电桥能在20倍试品电流的干扰下保持技术要求，同时能抗500μT工频电磁干扰。例如在500 kV场地，500 kV电流互感器、均压电容器的介质损耗因数测试过程中，用静电电压表测量试品上的干扰电压高达12～15 kV，已经超过电桥的试验电压。即使配电子移相器，QS1电桥也根本不能调平衡，而用变频电桥测试，数据稳定，基本不随干扰电压变化。

2 ．2介质损耗因数的测试
　　我们用AI－6000或M－4000变频电桥对佛山电力工业局所有膜纸复合绝缘电容器进行了复测，其中对无中压引出端子的TVC下节电容器用自激法分别测试C1n和C2，对桂林电力电容器厂有中压引出端子的少部分电容器仍采用正接法进行测量，测量结果见表3。测试结果表明，绝大多数膜纸复合绝缘电容器的介质损耗因数小于0．2％，也有不少产品介质损耗因数介于0．2％～0．3％之间。对于TVC下节的电容器C1n和C2，一般采用自激法进行测量，不少C1n或C2的介质损耗因数超过了0．2％，但很少超过0．3％。

2 ．3测试结果分析
　　绝大多数膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数小于0．2％，但少部分介质损耗因数超过0．2％的并不能认为不能运行，原因分析如下。
2．3．1正接法测试介质损耗因数偏大的原因除了受仪器精度的影响外，还有两个原因：
　　a）天气潮湿，设备表面泄露影响较大，湿度较大时介质损耗因数显著偏大，甚至严重超标。曾经有一清早即进行电流互感器试验，介质损耗因数达到0．4％，无论怎么处理均不能降下来，中午天气晴朗，下午再进行试验时，采用同样的仪器和接线方式，介质损耗因数马上降为0．2％。
　　b）高压引线与设备接触不良。现场试验的设备刚投运时，表面有漆膜，如果不刮去，接触电阻就相当大，在设备运行一段时间后，还会产生氧化层。对500 kV和220 k V耦合电容器及TVC上节进行测量时，过去我们通常采用绝缘杆挂接线，设备表面的这些电阻层不易破除，相当于试品串接了一个接触电阻Rj。由串联电容试品等值电路，得试品介质损耗因数为

式中　ω———角频率；
Cx———试品等值串联电容；
Rx———试品等值串联电阻。
介质损耗因数增量Δtanδ为

如果高压引线接触电阻为500Ω，对0．01μF的试品，有Δtanδ＝0．157％。该增量对其它油纸绝缘电容试品的介质损耗因数不会造成误判断，因为其介质损耗因数标准较宽松，一般要求为不大于0.5％.故0.157％的增量影响不大。但对于膜纸复合绝缘电容器则很关键，例如OWF110/ -0.01型耦合电容器出厂试验的介质损耗因数为0．1％，则500Ω的接触电阻使现场介质损耗因数达到0.257 ％，超过了0．2％的交接和预防性试验标准值。在发现接触电阻影响介质损耗因数后，试验中我们都努力减少接触电阻的影响，对500 k V试品要求用高空作业车进行配合，用强力夹钳夹紧试品，而不再使用绝缘杆挂接的方式。曾在不同接线方式下进行对比，试验结果见表4。

2．3．2自激法测试介质损耗因数偏大的原因
　　采用自激法测试往往造成C1n和C2的介质损耗因数偏大，一般比同一TVC中分压电容器介质损耗因数偏大0．05％～0．06％。这主要是TVC的δ端子（接滤波器或直接接地）绝缘下降的缘故。自激法测量C1n的介质损耗因数时，TVC的δ端子处于高电位（约2．5 kV），δ端子通常由小套管引出至二次端子板上，特别是一些产品，δ端子与端子板上的X端（地）很近。如果天气比较潮湿，端子板绝缘性能不好，或小套管脏污，δ端子对地的泄漏较大，绝缘电阻下降。简单分析表明，试品C1n的介质损耗因数随δ端子对地的绝缘电阻下降而增加，导致C1n的介质损耗因数偏大、超标。
2 ．4标准讨论
　　文献〔1〕要求：当tanδ值不符合要求时（大于0．2％），可在额定电压下进行复测，复测值如符合10 k V下的要求，可继续投运。佛山电力工业局运行约5年的ABBTVC曾经爆炸过多台，但对这些TVC进行预防性试验，结果均合格，后来对同类型TVC进行高电压下的介质损耗因数测试，也均小于0．2％，说明单靠介质损耗因数标准并不能有效地保证电容器安全运行。发供电单位一般不具备高电压下的介质损耗因数试验设备，正常情况下，设备停电时间不足以进行高电压的介质损耗因数测试。所以，对部分介质损耗因数超过0．2％，但未超过0．3％的试品，我们进行了跟踪，跟踪1年来，没有发现什么异常，作为正常设备对待。对于那些介质损耗因数超过0．3％的极少数试品，还要继续跟踪下去，作为缺陷试品对待。对那些介质损耗因数达到0．4％的试品则立即进行更换。
　　尽管通过使用精度高、抗干扰能力极强的变频电桥，采用高空作业车进行接线以及尽量避免天气潮湿影响等一系列手段，但对膜纸复合绝缘电容器进行介质损耗因数测试时，仍有约10％超标。鉴于种种影响因素之累积，使介质损耗因数不大于0．2％的现场试验标准较难达到，因此建议对膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数现场标准适当放宽至小于0．3％。测试过程中，如果发现介质损耗因数超过0．3％，可以考虑缩短试验周期，如果介质损耗因数超过0．4％，则应立即更换。现场运行事实证明是合理的，既能有效地监测设备是否安全运行，又能避免不必要的停电。
3 结论
　　a）QS1电桥精度太低，不能进行膜纸复合绝缘电容器的介质损耗因数试验，推荐使用高精度的变频电桥。
　　b）试验引线的接触电阻会对膜纸复合绝缘电容器介质损耗因数的测试带来显著误差，造成介质的原因是小套管脏污，天气潮湿，端子板绝缘下降等。
　　d）由于诸多影响因素之累积，导致不大于0．2％的介质损耗因数现场试验标准比较难达到，建议膜纸复合绝缘电容器现场介质损耗因数试验标准可适当放宽至小于0．3％，避免造成无谓的更换损失以及停电试验的浪费。