Garton效应对套管介损测量的影响

何文志

（广东电网公司东莞供电局，广东 东莞 523000）

套管是电力系统中广泛使用的一种重要电器，由于工作条件严厉，常常因逐渐劣化或损坏导致电网事故。而在变压器停电预试中，套管介损试验是发现套管绝缘缺陷的有效手段。造成介损测量结果异常的因素很多，如仪器接地不良、高压引线对地距离不够、接线方法有误、套管末屏绝缘不良、瓷瓶脏污等均会引起介损测量误差，但往往容易忽略Garton效应对介损测量的影响。本文首先结合套管介损测量的原理介绍Garton效应及其产生机理，继而以某变压器套管介损试验为实例进一步详细分析并总结，为今后试验分析提供有效的理论依据。

1 变压器套管的介损测量

1.1 测量原理

油纸电容型套管主要由电容芯子、瓷套、油枕、联接套管以及接线端子构成，其中电容芯子作为套管主绝缘由油浸电缆纸和铝箔包绕在导电管外组成。测量端子内部引线接至末屏，套管整体绝缘结构可等效为电容电阻串并联电路，利用西林电桥测量单独套管的介损通常采用正接法[1]，如图1所示。

图1 套管介损测量原理电路

图1中，G为检流计；CN为标准电容；C4为可调电容；R3为可调电阻；R4为标准电阻；RX、CX为单独套管的介质电阻、电容；RM、CM为末屏对地的介质电阻、电容。

不考虑末屏对地阻抗带来的测量影响时，在测量电桥平衡状态下，检流计 G无电流流过，那么UAB=UAD，UBC=UDC，便可得到以下关系式：

1.2 影响介损测量的常见因素

实际测量中，造成介损结果异常的因素多样，例如由于套管电容小，高压电极和测量电极对周围未完全接地的构架、物体和地面的杂散阻抗会对套管实测有很大影响，同样套管瓷瓶表面脏污和潮气所形成的泄漏及未短接绕组各部位所形成的杂散电容，甚至电桥接地不良均对介损测量带来一定的影响。但这些因素所带来的介损值偏差并不代表套管绝缘出现问题，可以通过相应的措施进行处理。

而导致介损异常的绝缘介质问题更多是绝缘介质受潮老化所致，电容芯子受潮时，所测套管的tanδ值会偏大，且随测试电压的升高而增大。而油温也会对tanδ产生影响，取决于油与纸的综合性能，良好绝缘套管在现场测量温度范围内，其tanδ基本不变或略有变化[2]。

图2 不同缺陷下介损随试验电压变化曲线

关于对介损测量结果的判断往往可以根据图 2进行，但也会有其他情况，正如在进行某变压器套管预试时，发现疑似 Garton效应的存在，下面将围绕Garton效应的特点以及预试情况进行详细的分析。

1.3 Garton效应的产生机理及其特点

绝缘油中带电粒子在交流电场下的运动受到了纸纤维的阻挡，而作用随交流电场强度的增加而减小，这便是Garton效应[2-3]。主要体现在较低压下，介质带电粒子游离在介质空间内，计划损耗比较大；而在高电压下，带电粒子在强电场作用下集中在电极两端，而介质空间内的杂质相对减少，极化损耗也相应较小。当套管出现Garton效应，套管等效电路中CxRx并联支路等效增加一个随电压变化而变化的并联电阻Rg(U)，如图3所示。那式（3）为Garton效应下套管的介损值 tanδ，随电压变化的曲线如图4所示。

图3 Garton效应下的套管等效电路

图4 Garton效应下介损随电压变化曲线

在实际介损测量中，试验电压较多的采用10kV，往往比设备运行电压要低，此时所测量出的介损值并不能完全反映套管正常运行时的绝缘状况，随着试验电压增加，Garton效应的影响将逐渐消失，那么所测出的介质值将更“真”。

还应该注意的是，Garton效应的存在并不能掩盖掉绝缘介质的其他问题，Garton效应有可能与介质绝缘受潮、老化等问题同时存在。也就是说，不应该单凭Garton效应的存在而判断套管介损是否有问题。

2 变压器套管的介损测量实例

2.1 初次测量

某500kV变电站的变压器每相独立间隔，变低额定电压为 66kV采用三角形接法。当对站里的500kV主变进行预试时，发现某台主变中性点和变低套管介损均明显增大，经过多次更换仪器、用酒精清洁套管表面，干燥等措施反复测试，试验结果均偏大。该主变9只套管均比2010年交接增长超过30%，均超过0.4%，最大的为0.613%。详细测量数据如表 1所示，而相对上次试验的变化情况如图 5所示。

表1 某台主变套管介损试验情况

图5 #3主变中性点及变低套管介损预试情况

从图表可以看出，采用 10kV试验电压所测出的介损值相对上次试验大幅增长，属于异常情况。

2.2 高压介损复测

对问题套管随机抽取两支，用高压电桥进行介损复测，数据如表2所示，而介损随电压变化曲线如图6所示。

表2 #3主变套管a、x高压介损复测情况

图6 #3主变变低套管a、x介损随电压变化曲线

图中这两支套管介损值随着试验电压的升高而出现明显降低，表面套管绝缘介质中存在类似Garton效应。而在运行电压（40.5kV）下介损值仍然偏大，说明除了Garton效应的影响，绝缘介质中还存在有其他问题。而在运行电压下测得的介质值更能反映介质绝缘的状况。

3 结论

本文首先结合介损测量的基本原理，对 Garton效应及其产生机理进行了介绍。进而通过试验实例表面 Garton效应会对套管介损测量造成一定的影响。但不能排除绝缘介质其他问题的同时存在。Garton效应是由于介质中存在有带电粒子杂质如某些离子所致，针对这一产生机理，有以下几点推测。

1）主变套管在长期运行过程中，绝缘介质（油浸纸）发生某种反应逐渐产生某种带电粒子杂质。

2）套管的绝缘介质中本身存在有带电粒子杂质，经过长期运行或其他条件下逐渐释放。

3）在特定情况下（油纸类型与结构）Garton效应有可能与其他某种绝缘介质问题同时存在，并可能带来绝缘性能的变化。

针对这几点推测，当在套管预试中一旦发现Garton效应的存在，应该适当缩短试验周期，对套管介损的变化做好跟踪分析。在每次介损试验中，均应利用高压电桥进行，且应把运行电压下所测得的介损作为试验值。

[1] 陈化钢．电力设备预防性试验方法及诊断技术[M].北京：中国水利水电出版社,2009.

[2] 王少华,方玉群.Garton效应及其对容性设备高压介损测量的影响[J].电工电气,2011(9):51-53.

[3] 赵宏玲.高电压介损试验研究及其分析[J].甘肃科技,2008,24(4):66-69.