500 kV開關斷口間并聯電容器高壓介損問題分析

羅 浪 趙海濤

(湖北省電力公司檢修公司變電檢修中心試驗班，湖北 武漢 430050)

500 kV開關斷口間并聯電容器高壓介損問題分析

羅 浪 趙海濤

(湖北省電力公司檢修公司變電檢修中心試驗班，湖北 武漢 430050)

通過分析某500 kV開關斷口間并聯電容器的高壓介損試驗結果，說明了其在例行試驗過程中，在10 kV檢測電壓條件下得出的數值超標主要是因為受到Garton效應的干擾，以至于檢測數值比實際工作電壓條件下的介損數值高，只有有效避免Garton效應的干擾，才能得到準確反映真實工作狀態的結果，為狀態診斷提供可靠評判根據。

開關斷口間并聯電容器；高壓介損；Garton效應

0 引言

近年來，我國各地電網在交接及預防性試驗過程中出現了多起在10 kV測試電壓條件下500 kV敞開式雙斷口斷路器斷口間膜紙和絕緣并聯電容器復合，從而導致介損超標的現象。盡管花費了大量人力、物力更換了電容器，但將其返廠后在額定電壓下進行檢測，發現介損數值再次恢復至合格范圍內，這主要是因為Garton效應干擾介損測試所致。下面簡要分析500 kV開關斷口間并聯電容器的高壓介損問題。

1 高壓介損試驗

為了將Garton效應的影響降至最低限度，確認斷口并聯電容器的真實絕緣情況，將該電容器拆下來置于試驗大廳中開展高壓介損診斷性試驗。首先針對B相東斷口并聯電容器實施高壓介損試驗，在整個試驗大廳內無強烈電磁干擾，用單頻50 Hz正接線方式開始試驗。試驗所得數據如表1所示。

表1 B相東斷口高壓介損試驗所得數據

在試驗過程中，斷口并聯電容器的介損數值會隨著試驗電壓的升高而顯著下降。如果應用膜紙復合絕緣，再填充有機合成絕緣油，則斷口并聯電容器介損數值和時間、電壓發生以下聯系：(1) 極化現象(時間)。針對復合介質，外加電場情況下，各種電介質在電場作用下會出現夾層極化，且在整個極化過程中發生了能量損耗，以至于夾層極板中產生電荷堆積，整個極化過程非常緩慢[1]。(2) Garton效應(電壓)。一般在較低的場強下，電介質中的離子不能在半個周期時間段內從一個極板跳至另一極板進行運動。隨著場強的不斷變大，離子通常會在半個周期內完成所有運動。在這種情況下介損數值為峰值，但隨著場強的連續增加，離子不能穿越固體介質，以至于有功功率不會改變，無功功率不斷增大，減小介損數值。若電壓升高至電介質擊穿放電產生的有功功率，無功功率增加并達到平衡狀態，則介損數值表現為谷值。通過分析可知，斷口并聯電容器在試驗過程中之所以發生介損值超標，很大程度上是受到Garton效應的影響[2]。

2 高壓介損試驗結果分析

隨著試驗電壓的不斷提升，開關三相斷口間并聯電容器介損檢測所得到的數值有明顯下降趨勢。分析檢驗結果可知，三相斷口間并聯電容器在接近于實際工作電壓的條件下其介損數值要比狀態檢修要求的注意數值小[3]。三相在10 kV電壓條件下得出的數值是較高試驗電壓條件下介損檢測所得數值的數10倍以上，進一步表明開關三相斷口間并聯電容器的膜紙復合絕緣出現了Garton效應，以至于檢測得到的介損數值高于實際工作條件下的數值。高壓介損試驗原理如圖1所示。

圖1 高壓介損試驗原理圖

開關斷口間并聯電容器使用的是膜紙復合絕緣，電容器油介質是有機合成的絕緣油，從理論角度看膜紙復合絕緣的電容器介質耗損比油紙絕緣電容器要低，并且礦物油介質極易溶解出少量雜質，具備發生Garton效應的條件。比較分析Garton效應試驗前后效果可知，絕緣介質里面的微小雜質在不同電壓條件下的分布結構有所不同。在低測試電壓條件下，雜質會在介質空間游離，極化損耗大，以至于介損檢測所得的數值很大，但是在高試驗電壓條件下，雜質在強烈的電場作用下集中分布在電極兩端，以至于絕緣介質空間中分散的雜質減少，極化耗損明顯降低[4]，促使介損檢測得到的數值隨著試驗電壓的不斷提高呈現出下降的趨勢。

根據以上分析可知，如果在常規10 kV電壓條件下開展介損試驗，一旦發生介損值超標情況，則需考慮是否應提升試驗電壓重新檢測。如果在較高的試驗電壓條件下介損數值顯著降低，且明顯低于規定數值，則需要合理調高電壓，在介損數值大體保持不變的條件下可認為出現了Garton效應，進一步判斷設備的絕緣情況是否處于最佳狀態。

如果在10 kV電壓條件下進行介損試驗，被測試對象在連續幾個月內沒有施加任何電壓，同時介損數值超標，則對被測試對象需要連續幾小時施加高壓，再進行常規10 kV條件下的介損試驗，在這種情況下介損數值如果低于規定數值，說明出現了Garton效應。為了保證設備的安全正常運行，需要合理縮短檢查周期。

3 狀態診斷結論

本次研究中開關斷口間并聯電容器在狀態檢修的試驗過程中介損檢測結果超標，主要是由于Garton效應的干擾，以至于在10 kV試驗電壓條件下介損檢測得到的數值比正常運行條件下高。通過深入分析可知，斷口并聯電容器膜紙復合絕緣介質里有很少一部分雜質分布出現改變，但也不能借此判定電容器絕緣油劣化發展趨勢，開關斷口間并聯電容器在和實際工作電壓條件趨近的情況下檢測得到的介損數值基本合格。

如果開關斷口間并聯電容器有Garton效應出現，且在10 kV試驗電壓條件下檢測得到的介損數值較高，則不能精確地提供狀態診斷的依據，會對現場試驗人員判斷電容器絕緣狀態產生嚴重干擾，導致原本合適的電容器可能被當作不合格品更換掉，耽誤送電時間，從而浪費設備投資，進一步降低電網運行的經濟性、穩定性，故采取有效措施降低Garton效應的干擾非常重要。應準確、快速地識別處理現場試驗中發生的Garton效應，如在現場試驗中發現10 kV電壓條件下介損數值很高，則可實施高壓介損試驗判斷有無Garton效應干擾。

4 結語

現階段在電力系統中廣泛應用膜紙復合絕緣斷路器并聯電容器，而在10 kV電壓條件下介損測量會受到Garton效應的干擾，且不同電壓條件下介損數值變化幅度較大，很難真實地反映出設備絕緣情況。針對例行試驗時介損數值大于規定數值的并聯電容器，需要開展接近額定電壓的高壓介損檢測，最大限度地減少Garton效應的干擾，然后繪制出相對完整的tanδ—U曲線擬合分析圖表，判斷出并聯電容器的實際絕緣情況，以免造成經濟、時間損失。

[1] 侯杰，謝遠偉.電力電容器損壞原因與抑制措施研究[J].電力電容器與無功補償，2010(5)

[2] 楊洋，許強.對某500 kV開關斷口間并聯電容器的高壓介損診斷及分析[J].電力電容器與無功補償，2011(10)

[3] 陳溫良.電力電容器試驗用脈沖電流傳感器的研制與應用[J].電力電容器與無功補償，2010(1)

[4] 孫鵬舉.高壓斷路器斷口均壓電容器介質損失角增大原因分析及解決措施[J].高壓電器，2009(2)

2014-07-21

羅浪(1975—)，男，湖北武漢人，工程師，研究方向：電氣試驗。