摘要：通过对我厂500kV开关断口并联电容器的高压介损试验结果分析，指出此500kV开关断口电容器所采用的10kV测试电压下介损测得值超标，是由于卡登效应的干扰造成的，通过高电压介损试验可以有效的避免卡登效应的干扰，从而为设备的绝缘状况诊断提供准确的判据。
【关键词】：断口间并联电容器 介损 卡登效应
0 前言
在500kV电压等级系统中，由于开断电弧能力的要求，敞开式断路器基本还是设计为双断口。双断口断路器必须安装断口电热器（均压电容器），并联在断路器断口上起均压作用，使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀，并可改善断路器的灭弧特性，提高分断能力。
根据Q/CSG114002-2011（电力设备预防性试验规程）的规定，在断路器断口电容器试验中，10kV测试电压下要求介损tanδ值，油纸绝缘电容器tanδ值应不大于0.5%，膜纸复合绝缘电容器tanδ值应不大于0.4%。而在现场进行的预防性试验中，自2011年以来逐步发现多起在10kV测试电压下，均匀电容器介损tanδ值超标的现象，超标的断口电容器约占10%比例。但花费了大量人力和物力将均压电容送试研院高压室进行额定电压下的试验，介损tanδ值又恢复正常。因此，有必要从造成这一测量误差的原因和机理出发，有针对性地改进预防性试验中，均压电容器介损tanδ值的测量方法，避免对并联电容器运行状况做出错误的判断。
1预防性试验情况
2014年9 月2 日，对500kV升压站5032开关进行预防性试验，采用 HV9001 介损测试仪，湿度60%。测量数据见表1.
表1 均压电容器预防性试验数据
根据预试规程要求，我厂阿尔斯通GL317 SF6断路器断口并联电容器采用膜纸复合介质，从预试情况看，此开关三相并联电容器的介损值均超过了预试规程规定的注意值。
2 高压介损试验
2014年9月2日对此开关断口并联电容器预防性试验中采用的是10kV测试电压，介损测得的结果可能会因为卡登效应的影响比运行中的实际值高出数倍。所谓卡登效应，是指1940年，卡登（M Garton）发现一种现象，即在含纸的绝缘介质（或塑料和油的混合介质）中，较低电压下的介质损耗因数tanδ可能是其在较高电压下的1~10倍，这种现象被称为卡登效应。
为克服卡登效应的干扰，准确判断并联电容器的绝缘状况，我们于2015年8月20日将5032断路器的A相刀闸侧并联电容器送贵州电力试研院高压测试中心对断口并联电容器进行高压介损试验。
2.1 高压介损试验装置原理
高压介损试验时，采用AH2801高电压介损测试仪（福建普华电子仪器厂生产），通过调节内置于电桥的变频电源，经励磁变压器、高压谐振电抗器及电容器谐振产生高电压，施加于内置采用电阻的特殊高压标准电容器和被试品上。高压标准电容器既作为标准臂，又可取样测量试验电压。测试原理如图1所示：
图1 高压介损测试原理图
2.2高压介损试验结果：
该支并联电容器高压介损试验结果与试验电压的关系（升压曲线）如图2所示：
图2 tanδ-电压曲线
3、高压介损试验结果分析：
该并联电容器的高压介损测试结果即从10-140kV不同测试电压下的介损及电容测得值见表2：
表2 不同测试电压下介损和电容值
从表2及图2可知，随着试验电压的升高，此开关并联电容器的介损测得值呈现出明显的下降趋势，高压介损试验结果表明断口间并联电容器在接近于实际工作电压下的介损值远小于规程规定的注意值。
在10kV电压下测得值可达到较高试验电压下的介损测得值得2倍以上，这明显说明断口电容器膜纸复合绝缘发生了卡登效应，使得10kV试验电压下介损测得值显著高于实际工作情况下的介损值。
此开关断口间并联电容器采用的是膜纸复合绝缘，其电容器油介质为有机合成绝缘油，虽然从理论上说膜纸复合绝缘电容器的介质损耗比油纸绝缘电容器要低得多，但是膜纸复合绝缘电容器的有机合成绝缘油比油纸绝缘电容器的矿物油介质更容易溶解少量杂质，从而具备发生卡登效应的条件。根据卡登在大量实验后对卡登效应的分析，绝缘介质中的微量杂质在不同电压下的分布结构不同，在较低测试电压下（例如10kV）,杂质游离于介质空间，极化损耗较大，导致介损测得值较大，而在较高的试验电压下，杂质在较强的的电场作用下集中于电极两端，因而绝缘介质空间中分散的杂质大大减少，极化损耗随之显著下降，从而使得介损测得值随着试验电压的升高有明显下降趋势。
4 结论
此开关断口间电容器在2014年9月2日进行的预防性试验中介损测试结果超标，这完全是因为卡登效应的干扰使得10kV试验电压下介损测得值比正常运行情况下偏高。预试试验结果只能说明断口并联电容器膜纸复合绝缘介质中少量杂质的分布发生了改变，并不能表明电容器绝缘有开始劣化的趋势。高压介损试验结果表明，此开关断口间并联电容器在接近于实际工作电压下的介损值完全合格。
发生卡登效应的开关断口并联电容器在10kV试验电压下测得的介损值偏高，无法准确提供判断依据，从而严重干扰现场试验人员对电容器绝缘状态的判断，使得合格的电容器可能被当做不合格品更换掉，造成设备投资的浪费，因此有必要采取措施减少卡登效应的干扰，准确识别现场试验中的卡登效应，并作出合理的处理。若在现场试验中出现10kV试验电压下介损测得值较高时，可以通过高压介损试验判断是否发生了卡登效应的干扰，若较高试验电压下的介损值减小至规程要求值时，可确定发生了卡登效应。
此外，均压电容器还有一个常见的现象，就是随着时间的增加，tanδ值逐渐变大，这是由于极性杂质的存在造成的，介质的损耗不断增加，使tanδ值逐渐变大。
5 结语
卡登效应的存在，使得10kV测试电压下对部分开关断口间并联电容器的预防性试验不能提供准确依据，因此有必要通过高压介损试验避免卡登效应的干扰，正确认识绝缘理论中的卡登效应，并对发生卡登效应的电容器的性能作出正确判断和处理，可以缩短设备停运时间，避免不必要的设备更换，对设备的现场试验、安全运行及经济性都有重要意义。
参考文献：
【1】朱德恒，严璋。高电压绝缘。北京：清华大学出版社，1992.
【2】陈化钢。电气设备预防性试验方法。北京：水利电力出版社，1994
【3】Q/CSG114002-2017 电力设备预防性试验规程，中国南方电网有限责任公司企业标准
论文作者:陈克荣1,朱育军2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
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