第二部分电压互感器的介损试验

电压互感器的介损试验
测量电压互感器绝缘（线圈间、线圈对地）的 tg s ，对判断其是否进水受潮和支架绝缘是否存 在缺陷是一个比较有效的手段。

其主要测量方法有，常规试验法、自激磁法、末端屏蔽法和末端加 压法，必要时还可以用末端屏蔽法测量支架绝缘的介质损耗因数 tg S 。

1电压互感器本体 tg S 的测量
（1）常规试验法
串级式电压互感器为分级绝缘，其首端“ A ”接于运行电压端，而末端“ X ”运行时接地，岀 厂试验时，“ X 端”的交流耐压一般为 5千伏，因此测量线圈间或线圈对地的 tg S 应根据其结构特
点选取试验方法和试验电压值。

常规试验法（常规法）如图 2-7所示。

测 量一次
线圈AX 与二、三次线圈 ax 、S D X D 及 AX 与底座和二次端子板的综合绝缘
tg S ，包括线圈间、绝缘支架、二次端子板绝 缘的tg S 。

由串级式互感器结构可知，下铁心 下芯柱上的一次线圈外包一层 0.5毫米厚的绝 缘纸后绕三次线圈（亦称辅助二次线圈）
◎ X D 。

常规法测量时，下铁心与一次线圈等 电位，故为测量tg
S 的高压电极。

其余为测
量电极。

其极间绝缘较薄，因此电容量相对较
大，即测得的电容量和 tg S 中绝大部分是一次线圈（包括下铁心）对二次线圈间电容量和 tg S 。

当 互感器进水受潮时，水分一般沉积在底部，且铁心上线圈端部易于受潮。

所以常规法对监测其进水 受潮还是比较有效的。

因此通过常规法试验对其绝缘状况作出初步判断，并在这一试验基础上进行 分解试验，或用其他方法进一步试验，便可具体地分析出绝缘缺陷的性质和部位。

常规法试验时， 考虑到接地末端“ X ”的绝缘水平和 QS1电桥的测量灵敏度，试验电压一般选择为 2〜3千伏。

不 同试验接线所监测的绝缘部位如表 2-1示所。

表2.-1所列的测量接线都受二次端子板的影响，而且不能准确地测量岀支架的 tg S 。

如果二次 端子板绝缘良好，则可按表 2.-2-1中序号5、6两种试验近似估算岀支架的介质损。

但最好用序号 1、2两次试验结果结果计算岀支架的 tg S 。

不过上述两种计算支架 tg S 的方法都受二次端子的影
响。

表2-1中序号1〜7测量的电容量和介质损分别为 损分别为C 支、tg S 支。

图2-7 &〜C ?和tg S 1〜tg S 7,支架的电容量和介质
表2-1 电压互感器tg S的测量接线
常规法测量无论哪一种接线方式都受二次端子板的影响。

也就是说，二次端子板的部分或全部
绝缘介质损被测入。

二次端子上固定有一次线圈的弱绝缘端“X ”，二次线圈和三次线圈端子a、x、a D、X D以及将端子板固定在底座上的四只接外壳（地）的螺栓。

常规法测量一次对二、三次及地的介质损的试验结果的分析：
tg S值大于规定值。

这既可能是互感器内部缺陷如进水受潮等引起的，也可能是由于外瓷套或二次端子板的影响引起的。

一般多注意二次端子板的影响，若试验时相对湿度较大，
瓷套表面脏污，就应注意外瓷套表面状况对测量结果的影响。

如确认没有上述影响，则可认为互感器内部存在绝缘缺陷。

tg S小于规定值。

对此，一般认为线圈间和线圈对地绝缘良好。

但必须指岀，此时测得的
tg S还包括与其并联的绝缘支架的介质损。

由于支架电容量仅占测量时总电容的1/100〜
1/20。

因此实测tg S将不能反映支架的绝缘状况。

这就是说，即使总体tg S （一次对二、三次
及地）合格也不能表明支架绝缘良好。

而运行中支架受潮和分层开裂所造成的运行中爆炸相对较多，必须监测支架在运行中的绝缘状况。

这一问题也是常规法所不能解决的。

为此就有必要选取其他的试验方法。

（2）末端屏蔽法
末端屏蔽法测量接线如图2-8所示。

测量时互感器一次绕组A端加高压、末端 X接电桥
屏蔽（正接线时接地点）。

这一试验方法能消除由于X端小套管或二次端子板受潮、裂纹、
脏污所产生的测量误差，从而能够较真实地反映互感器内部绝缘状况。

如有相应电压等级的标准电容器，试验电压可加至互感器额定相电压的 1.15倍。

末端屏蔽法有较强测量抗干扰能力
来看和测量准确度但线圈对地部分的电容因被屏蔽而未测入。

图2-8
由互感器结构可知，其内部有平衡线圈和连耦线圈，且二、三次线圈负荷也很小，此时一次线圈电压分布基本均匀。

JCC-220型电压互感器下铁心的电位约为U/4 （ U为A点对地电
位），上铁心的电位为 3U/4，JCC-110型互感器铁心电位为U/2 ;;测量的仅是线圈间绝缘的
电容和tg S，一次线圈和铁心对地部分绝缘的电容和tg S都被屏蔽而未包括在测量结果中。

互感器的二、三次线圈仅在下芯柱上与一次线圈紧密耦合，因此测量的主要是下铁心二、三次线圈的tg S。

为简化分析，简化为图2-9。

标准电容器C N上承受的电压为电压互感器高压端
电压U，而下铁心电位为 U/4 （以220千伏互感器为例），这就相当于被试绝缘上电压仅为
U/4。

电桥平衡时，R 3与Z 4臂上电压降相等，即 U R 3=U Z 4，而
U
UR 3=-
4 Z 3 Zx Z 3
因为U R 3 = U Z 4，故有
Z 3Z N 3
Zx=
- Z 3
4Z 4
4
相应的阻抗表达式为:
彳
-R 4j 一
1 _________ CQC 4
1 = 1 j C 4 R 4
R 4
C 4
将上述各阻抗表达式代入式（ 2-1）,则
图2-9
U Z 3 =
Z 4
Z 4U U
Z N ：之4
4
Z 3 Zx Z 3
Z x =R x +1/j co C x ； Z N = 1/j o C N ； Z
3=R 3
(2-1)
Z 4=
R 3C 4
Rx=
4C N
1
R x —j
C x
1
R3
㈠莎)3R
R 3
1 4
1- R 4j COC 4
R 4 - j -C-
®C 4
R 4 1
R3(-j —-r ) GQ C N 2
C N C 4
/ • R 4 4- J - WC 4
3
——R 3
4
=(一 R 3
^C) _ j R
.
4C N 4 ■. C
N
R 4
(2-2
)
式2-2的实部相等时 R X
』=
3)
4 C N (2-3
)
因为C 4 > C N ,故式
2-3 ）可近似为
式2-2的虚部相等时 R 3
Cx 4 C N R 4
Cx= 4C N R 4 R 3 (2-5) tg 5 x= CxRx 但 *C N •空纟=C 4R 4 =tg 测
R 3 4C N
由此可知，用 的介质损，而电容量为按 QS1电桥按末端屏蔽法测得的 tg 5，是电压互感器本身（下铁心对二、三次线圈） R 4C N /R 3计算值的4倍。

对于JCC-110型电压互感器因为铁心电位为 U/2，可以求得: tg 5 x= tg 5 测 2R 4 Cx= C N
R 3
（2）末端屏蔽法测量结果的分析:
(2-4)
在现场用末端屏蔽法测量介质损耗正切时，因为试品电容 Cx 太小，在电场干扰下不易测准； 试品表面状况、气候条件及周围干扰网络的影响相对较大，有时往往无法测岀正确的试验结果。

不 仅如此，当试品电容过小，桥臂
R 4为3184欧（桥臂固定值），
C N =50皮法，R 3的值可能很大，有
时甚至超过 QS1型西林电桥的最大值（R 3> 11111.2 Q ）。

为解决这一困难，一般是在 R 4上并联电
阻，这样在试品电容不变时可以减小
R 3值，以使该型西林电桥能满足测量要求。

由电桥测量原理可知，当 R 4上并联外附电阻，而使其值变为 kR 4时，则电桥的介质损耗率正
切测量值已不能代表试品真实值，而应为
tg S x=ktg S c o
一般情况下，用末端屏蔽法测量时，由于 R 4并联阻值不同，求得的
tg S x 也不同，表2-2列岀
现场测量一台JCC 2-110型电压互感器的结果。

表2-2
JCC 2-110型电压互感器的tg 测量结果
R 4并联值
（0） 试验结果
计算结果
R 3（ 0） tg S C (%)
Cx Tg S x(%)
(PF)
不考虑误差
考虑误差 不并联电阻 8358 1.7 38.1 1.7 0.8 并 3184,k=0.5 4170 2.5 38.2 1.25 0.8 并 1592,k=1/3 2772
3.4
36.3
1.13
0.83
由表2-2可知，由于R 4电阻值改变后，试品电容基本不变，而不考虑 （0C C R 3误差时的试
品tg S 却有明显变化，现场无法分析判断。

岀现不同值的主要原因是因为试品电容 Cx 很小，桥臂R 3值相对较大，此时就不能忽略与桥臂 R 3并联电容的影响。

产生测量误差的原理如图
2-10所示。

图 2-10
容，还有桥体内的寄生电容（此时相对较小可以略而不计）和试品由图2-10可知，此时与桥臂 R 3并联的电容 C C 既包括QS1电桥Cx 引线芯线对屏蔽层（
E ）的电 Cx 测量电极对地电容。

由于 C C
对测量的影响，因而电桥平衡时的测量结果计算公式为： tg S x= tg S 测-；lCcR 3 （ 2-6）
当Cc 不变变，R3改变时，测量误差 CcR 3也随之改变，因此不计及误差影响时用实测值来
计算试品的真实值就不同了。

在测量条件下，实测的并联电容 Cc=3430皮法，因此按式（2-6 ）可分别计算岀考虑误差的试 品的真实的试品真实的介质损耗率正切值。

由计算可知（表2-2-2 ），当计及Cc 影响时求得的试品真实介质损耗率正切值基本一样。

有时 由于未注意到 Cc 的影响，仅发现 R 4并联值不同而求得的真实介质损耗率正切不同，就认为末端屏 蔽法分散性过大而无法测准，这显然是不对的。

在现场测量中，Cx 引线一般为10米左右，每米引线电容为 100〜300pF ，电压互感器测量电极
对地的电容一般为 1000pF 左右。

这些数据值都可以用数字电容表直接测岀。

如果现场没有数字电 容表，则可按两
次测量结果计算岀试品的真实介质损耗率正切。

由式（2-6）可知:
tg S i =tg S x+ ■，CcR 3
（2-7）
当R 4变为kR 4时，在试品电容不变的条件下， R 3亦应变为kR 3,并有
tg S 2=tg S x+k ■ -C C R 3 （2-8）
式中tg S 1、tg S 2为第一、二次测量后计算岀的试品介质损耗率正切（即表 2-2不考虑误差一栏的
数值）。

将式（2-8）减去式（2-7 ）与k 之积，则有
若k=0.5，则式（2-9可简化为
tg S x=2 tg S 2-tg S 1 （2-10 ）
这样可按式（2-9）、（2-10）直接计算岀试品真实介质损耗率正切值。

应该指岀，图2— 10中电桥C N 引线的电容与桥臂 R 4并联，有偏小的测量误差 ©C D R 4 （C D 为C N 引线电
容），但由于 C N 引线一般小于1米，即C D 很小，所以可以略去不计。

tg S x=
tg 、2 _ ktg 、1
1 -k
(2-9)
（3）末端加压法
这是一种测量110千伏及以上串级式电压互感器绝缘介质量损耗tg S的现场检测。

其测量
接线原理图见图2-11。

测量时，一次绕组的高压端A接地，在末端 X施加试验电压 U （2.5〜3千伏）；二、三次绕组开路；X、X D或a、&接测量用的QS1型西林电桥测量线Cx。

由于在末端 X
施加的电压为 U，因而对JCC-220电压互感器，上铁心对地电压为U/4，下铁心对地电压为3U/4 ;
IQ
—
对于JCC-110型电压互感器，铁心对地电压为U/2。

图 2-11
JCC-220型串级式电压互感器的一次绕组分为匝数相等四部分，分别套在上、下铁心的四
个芯柱上。

每个绕组外包静电屏，静电屏和绕组最外层的线端相连接。

因此，采用末端加压法测量时，最下面一个一次绕组的静电屏上的电压也是U。

被试一、二次绕组间的电容近似等于采用常规
试验法（AX短路加压，ax，a D X D短路接电桥 Cx线，底座接地）测得一、二次绕组间的电容，而大于采用末端屏蔽法（A端加压，X端和底座接地 X、X D接电桥Cx线）所测得的一、二次绕组间的电容。

由图2-11可以看岀，所检测的主要是一、二次绕组间的电容和tg S。

图2-2-5所示为QS1型电桥正接线，A端接地相当于一个接地屏蔽罩，由于被试品电容远大于末端屏蔽法所测得的电容，因而现场测时具有强的抗干扰能力。

另外，由于A端接地，因而检测时可
不拆开A端的连线；即使与避雷器相连，在试验避雷器时通过适当的接线，也不用拆除避雷器的高压引线，减少了试验中拆除接线的工作量。

它同常规正接线一样，仍存在二次接线板对测量结果的影响（一般使测得的tg S偏大）。

故当
实测的tg S偏大时，应排除二次接线板的影响。

有些厂家更换了二次接线板的材料或采用小套管引岀方式，大大减少了接线板表面泄漏的影响。

另外，现场测量可选择在干燥的天气进行或采用电热吹风干燥措施，以减少二次接线板的影响。

电压互感器进水受潮主要是绕组端部，水分要渗透到一、二次绕组间是比较困难的。

采用末端加压法进行测量时，即使绕组端部已严惩受潮，但实测得的 tg S也不会有很大的变化。

可见这种接线方式不能监测岀端部绝缘受潮的情况。

为了准确检测岀绕组端绝缘受潮情况，我们根据末端加压法和末端屏蔽法的优点，选用了图 2-12的接线方式进行测量。

图 2-12
由于二次绕组 X 端接地（QS1型电桥正接线的屏蔽点），因而一次绕组到三次绕组间的试验电 流只能从其端部流过。

实际测量的主要是下铁心对三次绕组端部的绝缘状况。

三次绕组处于下铁心 芯柱下部的最外层，也是最先受潮处。

因此，图 2-12的接线方式能较有地监测其端部受潮情况，并 具有像图2-11接线方式那样在测试时不需拆卸引线的优点。

在采用图2-12接线且当电桥平衡时，设
tg S 测为电桥的介质损耗因数批示值，对于
JCC-220型
电压互感器，被试绝缘的电容量
介质损耗率
tg S x=「C 4R 4 = tg S 测
对于JCC-110型电压互感器，则
2R 4C N
Cx=-
R a
tg S X= C4R 4= tg S 测
应该指岀，按图2-12接线进行测量时，仍然存在二次接线板泄漏影响测试结果问题。

但从现 场对多台电压互感器测试的结果可以看岀，当二次接板有明显影响时，测量一次绕组对二、三次绕 组以及对地的绝缘电阻也都有明显的反映。

Cx=4 • R 4
C N
3 R a
图 2-13
一般情况下，即使互感器没有进水受潮，而当端部绝缘劣于线圈内部绝缘时，则图2-12测量值均
较图2-11测量值要大。

对此，可以由下述分析来解释。

图2-13为测量一次线圈与三次线圈端部绝缘
tg S的等值电路图。

图中C o、Ro为一次线圈对铁心的绝缘等值参数，C01、R02则是下铁心对地的绝
缘等值参数。

由图 2-13可知，只要电流「k相对于「2而言是电阻性电流时，则按图2-12测得的tg S
将较图2-11测量值要小，而当|*k相对于I：而言为电容性电流时，则将岀现偏大的测量误差。

一般情况下，端部绝缘水平常劣于内部绝缘，且端部易于受潮，加之端部电场比较集中，所以C03、R03
的等值介质损一般要大于C°2、R02的等值介质损。

也就是说，*k对于I：而言一般系电容性电流，
所以往往岀现偏大的测量误差。

但若按图2-1测量一、三次线端部的tg S小于按图2-11的测量结
果，则有可能是支架或下铁心对地的绝缘不良。

因为按图2-11测量时，一次线圈对铁心，铁心对
地、支架的绝缘的影响可以略而不计。

而按图2-2-6测量时其影响如图2-13所示。

因此对不同的测
量等值电路要进行分析，以监测岀其各绝缘部位的状况。

由于按图2-12测量时，要较按图2-2-5测得的tg S值要大，因此当按图2-12测得的tg S值偏大时，除应排除端子板影响之外，还应取油样进行
微水测量，进一步确定是否进水受潮。

鉴于上述原因，目前国内一般规定，按图2-2-5测量的结果应符合原水电部颁发的《电气设备预防性试验规程》；而按图2-12测量，温度为20C、tg S < 3〜5%
时，试验电压应选取 2.5〜3kV。

(4)试验结果的分析
末端加压法具有抗干扰能力强、减少试验工作量等优点，但不能检测岀端部绝缘受潮情况，而且测试结果受二次接线板的影响。

采用图2-12接线方式能监测端部绝缘情况，但仍存在二次接线板影响的问题。

为此，可结合绝缘电阻和微量水的测定进行综合判断。

这样，能够有效地检测出端部绝缘受潮等缺陷。

图2-11和图2-12接线方式均不能测量岀电压互感器绝缘支架的tg S值。

运行中的互感器由于
绝缘支架绝缘不良引起事故颇为常见，因此应当研究能检测支架绝缘情况的有效方法，以便对电压互感器内部进行全面监测，防止在运行中岀现事故。

2绝缘支架tg S值的测量
对于JCC型串级式电压互感器，根据其结构特点，可以选用末端屏蔽法按间接法和直接法测量
绝缘支架的介质损耗因数tg S X。

(1)间接法
A
图 2-14 测量接线如图2-14所示(使用QS1型西林电桥)，在电桥平衡的情况下，其介质损耗因数
tg S x=tg S c (测量值)
对于110kV的电压互感器，其电容量为
Cz=(2R 4/R3)C N
对于220千伏的电压互感器，其电容量为
Cx=(4R4/R3) C N
由于Cx值很小，为便于测量而在电桥R4、C4臂上并联电阻 Rb[Rb=R4/(n-1)，n为》2的正整
数，因而R4、C4臂电阻由R4变为R4/n，同时绝缘支架的介质损耗因数
tg S z=tg S c/n
图2-2-8所测量的是电压互感器下铁心对二、三次绕组端部及底座并联的等值电容和tg S其中
下铁心对底座包括瓷套、绝缘油和四根绝缘支架(仅下铁心对底座部分)等部分。

这几部分中以支架的电容量最大，因此近似认为下铁心对底座的电容和介质损耗因数，为支架的电容量和介质损耗因数。

图2-2-8 (b)所测量的是互感器下铁心对二、三次绕组的电容量和介质损耗因数。

设图2-2-8(a)、(b)测得的值分另V为tg S !、C2、tg S 2,则支架(四根并联)的电容量。

Cz=C 1-C2
支架(四根并联)的介质损耗因数
C i tg^i —C2tg§2
tg s z=
C i -C2
(2)直接法
测量接线如图2-15所示；可直接测量岀支架的电容量Cz和介质损耗因数tg s z
图2-15
支架tg S测量误差的分析
对于电压互感器支架绝缘介质损耗因数的测量，由于试品电容量很小，因而易于受到试品表面状况、气候条件、电场干扰、周围物体、构架及杂物、电桥Cx引线测量电极对地电容等的影响
因此，测量时必须严格遵守测量方法的要求，尽量减小测量误差。

按图2-2-8和图2-2-9接线测量时，测量误差大小主要取决一试验时空气相对湿度和瓷套表面的清洁程度，因为这时试品表面泄漏电导也被测入。

从现场实测估算可知，110kV电压互感器瓷套表
面等值电容C B约为2皮法，220千伏的约为1皮法。

试验时等值介质损耗的交流电阻既要考虑泄漏电导，又要考虑介质的极化，一般是直流电压下绝缘电阻的1/5〜1/10。

因此，可以近似估算岀込
套表面状况的影响，即可表达为与试品并联的表面等值回路。

设表面绝缘电阻为50000M Q，则等
值于介质损耗的交流电阻R B=10000 M Q, C B=2pF，则表面状况的等值介质损耗因数近似为
tg S B，而
石厂16%
314 2 10 10000 10
2-2-8 (a)接线测量时，6=41pF， tg S 1=3.2%，当 C B=2pF，
tg S B=16%时，其余部分的电容量C=C1-C B=39pF，因介质损耗因数
器瓷
tg S B=-
^C B R B
设按图
C B tg 尿+c tg§
tg S 1 =
C B C
即3* 2 16%叫
41
故 tg S =2.54%
以上上明，按图2-2-8（a）接线测量时，实测结果由于瓷套表面状况的影响使tg S由2.54%加到3.2%。

测量时若空气相对湿度较大和表面脏污严重，更应加以注意。

为正确测量支架的tg S z，考虑到表面泄漏影响，一般应在瓷套表面清洁，气候干燥（相对湿度小于65% ）的条件下进行。

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