近期收到不少電力運維企業、電力監管機構的咨詢,核心聚焦兩個問題:一是日常變壓器絕緣監測工作中,怎么通過介質損耗角正切值的變化規律開展絕緣老化分析,提前識別絕緣故障風險,降低非計劃停機概率;二是現場開展的介損測試需要滿足哪些規范要求,出具的測試報告才能符合監管核查的標準。這兩個問題剛好覆蓋了B端企業的運維降本需求和G端機構的合規監管需求,接下來我們結合tgδ測試原理、現場測試應用和合規要求做系統性梳理。
tgδ測試原理的核心是基于交流電場下絕緣介質的極化特性:當交流電壓施加到絕緣介質兩端時,通過介質的電流可以分為無功的電容電流分量和有功的泄漏電流、極化損耗電流分量,兩個分量的夾角*是介質損耗角,介質損耗角正切值*是有功分量和無功分量的比值【1】。這個參數的核心優勢是不受試品的幾何尺寸、容量大小影響,只和絕緣介質本身的材料特性、老化程度、受潮情況相關,因此是絕緣狀態評估的核心指標之一。
很多新手測試人員會混淆介質損耗值和介質損耗角正切值,實際上后者才是判斷絕緣狀態的通用參數,不同容量、電壓等級的變壓器可以直接用介質損耗角正切值的閾值做橫向對比,不需要額外換算。無論是油紙絕緣還是SF6氣體絕緣的電力設備,介質損耗角正切值的變化都能直觀反映內部絕緣的劣化趨勢,這也是tgδ測試原理能廣泛應用于各類高壓設備試驗的核心原因。
變壓器的絕緣系統以油紙絕緣、SF6氣體絕緣為主,兩種絕緣介質的老化特征都可以通過介損測試快速識別,因此介損測試是變壓器絕緣監測的常規項目,覆蓋三大應用場景:首先是新設備投運前的交接試驗,驗證設備運輸、安裝過程中是否出現絕緣受潮、損傷的問題;其次是運行中的年度預防性試驗,跟蹤介質損耗角正切值的年度變化趨勢,開展常態化絕緣老化分析;第三是故障后的診斷試驗,結合油色譜、局部放電等測試結果,定位故障點的位置和老化嚴重程度。
不少運維班組反饋,傳統的介損測試設備重量大、附件多,外出作業需要攜帶3箱以上的設備,現場調試時間超過20分鐘,遇到惡劣天氣很容易出現測試誤差。針對油紙絕緣變壓器的絕緣油介損測試,太乙絕緣油介損測試儀支持0℃到120℃范圍內的精準測試,內置自動溫度校準模塊,現場作業時不需要額外配置恒溫箱,只需要取40ml油樣即可在5分鐘內完成測試,測試精度符合行業標準要求,整機重量不到5kg,一體化設計不需要額外附件,開機即可測試,大幅降低了現場作業的難度,適合運維班組外出作業使用。針對SF6絕緣變壓器、GIS組合電器的絕緣測試,司南SF6綜合測試儀可同步完成SF6氣體濕度、分解物、介損相關參數的測試,無需多臺設備切換作業,測試效率較傳統設備提升40%以上,適合大規模設備巡檢使用。
絕緣老化的本質是絕緣材料在電場、熱、機械應力、化學腐蝕的多重作用下,分子鏈斷裂、雜質增多、受潮劣化的過程,這些變化都會直接反映在介質損耗角正切值的變化上。根據行業統計數據,正常運行的110kV及以上電壓等級油紙絕緣變壓器,20℃下的絕緣油介質損耗角正切值通常不超過0.5%,絕緣紙的介質損耗角正切值通常不超過0.8%【2】。
開展絕緣老化分析時,不能只看單一溫度下的測試值,還要結合介質損耗角正切值的溫度系數、年度變化率兩個核心指標判斷:如果介質損耗角正切值從20℃升高到70℃時的增長幅度超過2倍,大概率是絕緣油劣化產生的酸性物質、或者外界侵入的水分導致的絕緣老化;如果年度測試的介質損耗角正切值同比增長超過30%,排除測試誤差的影響后,可初步判斷絕緣老化速度加快,需要縮短試驗周期,增加其他測試項目驗證。
2023年某地市供電公司對下轄87臺35kV及以上主變開展春季預防性試驗,在變壓器絕緣監測環節用太乙絕緣油介損測試儀開展介損測試,發現2臺運行12年的110kV主變的絕緣油介質損耗角正切值達到1.2%,同比上年增長47%,溫度系數達到3.2倍。后續開展絕緣老化分析,結合油色譜測試結果發現油中酸值達到0.2mgKOH/g,糠醛含量也超過閾值,確認是絕緣油老化、絕緣紙初步降解導致的問題,及時安排停電換油和干燥處理,避免了后續可能發生的絕緣擊穿事故,減少直接經濟損失超過600萬元。
對于政府監管部門、第三方檢測機構來說,介損測試的流程、設備、人員都需要符合相應的標準規范要求,測試結果才能作為監管核查、資質認定的有效依據。目前國內介損測試相關的標準主要包括GB 50150《電氣裝置安裝工程 電氣設備交接試驗標準》、DL/T 596《電力設備預防性試驗規程》、DL/T 421《電力用油體積電阻率測定法》等【3】,明確要求測試設備需要經過法定計量機構的校準,測試人員需要具備高壓試驗特種作業資質,測試過程需要記錄環境溫度、濕度、測試電壓、測試時間等關鍵參數,測試報告需要有測試人員、審核人員的簽字確認。
太乙絕緣油介損測試儀、司南SF6綜合測試儀均已通過*法定計量機構的校準,測試數據可溯源,設備內置的報告生成模塊可自動記錄測試時間、環境參數、測試人員信息、測試原始數據,不可隨意篡改,符合監管部門對檢測報告可追溯、可核查的要求,已經廣泛應用于各地電力監管部門的抽檢、第三方檢測機構的委托試驗場景。針對需要出具CMA認證報告的檢測場景,兩款設備的測試結果均可直接作為報告的有效支撐數據,不需要額外的校準轉換。
不管是B端電力運維企業開展變壓器絕緣監測、絕緣老化分析,還是G端監管機構開展合規核查、標準落地,介質損耗角正切值都是核心的評估參數,掌握tgδ測試原理、規范開展介損測試、合理應用測試結果,能夠有效提升電力設備的運維效率,降低設備故障風險,保障電網的安全穩定運行。
參考文獻
【1】 電力設備絕緣試驗技術手冊
【2】 變壓器絕緣老化診斷與壽命評估導則
【3】 電力設備預防性試驗規程