损耗/功率因数测试鲜为人知的事实

随着变电站电气设备故障率的不断上升，供电公司和重工业必须着手进行预防和预测性维护，确保电力系统的完整性和可靠性。电气绝缘问题是电气设备故障的一个常见原因，而介质损耗/功率损耗/功率因数(PF)测试则经常用于诊断和估计设备的绝缘老化状况。然而，一些与PF测试相关的问题仍然未广泛被理解。

PF测试广泛应用于诊断各种电气设备如电力变压器、断路器、发电机和电缆。 随着时间推移找出PF值的变化趋势，可以帮助发现一些绝缘问题如污染、高水分含量和绝缘中存在的空隙。可与 PF测试一同进行的励磁电流测试，可以检测出电力变压器绕组的匝间绝缘故障。

损耗/功率因数vs.电压损耗因素测试通常在10 kV进行，或将读数转换为相当于10 kV时的值。进行PF测试的最佳电压是一个存在争议的话题，现在市面上的测试设备使测试可在27 V至12 kV电压下进行。究竟哪个测试电压足以进行准确和可靠的测量呢?答案取决于测试样品的类型和测试的条件。

大多数电力变压器采用油纸绝缘系统，当使用不同测试电压测量以电压为自变量的PF函数时，绝缘系统会表现出平坦的曲线。然而，马达和发电机通常有干式或固体绝缘，其PF值可能会随测试电压的改变而改变。PF值会随着测试电压提高而增加，这是由于固体绝缘中几乎一定存在的空隙所造成。 以测试电压为自变量的PF值上升对应着空隙中电离的增加。

业界将测试电压标准定为10 kV的原因之一是基于抵抗静电干扰的能力。在高压变电站操作的电力变压器会受到许多电气噪音和干扰的影响，高压测试信号能提供更佳的信杂比，从而得到更精确的测量结果。在高压变电站的测量设备要求有很高的抗干扰能力，因为绝缘测试的测试电流非常低，而干扰水平可能高达测试电流的20倍。

负功率因数值

完美的绝缘PF值应为零。在现实中，任何接近零的数值均被认为是预示了一个良好的绝缘系统。 PF测试设备经常用于测试单个电容器，但如果被测的电容有一些杂散电路，测量结果会很奇怪。例如，当对套管、三绕组变压器或旋转机械的相间绝缘进行测试时，PF值有时会出现负值。

PF是被测绝缘的瓦特损耗，负PF即绝缘产生瓦特。明显地，绝缘不能发电，所以负 PF值不是真的，而是在告诉我们，绝缘没有表现为预期的电容。

一些表面泄漏电流很大的样品也会出现负数值。如图 1所示，杂散电路引入的一道电流(IS)，改变了测量中测试电流(IT)的相角。表面损耗电流(IS)主要是电阻(RS)性电流，相对于施加电压而言有一个很小的相角。电容耦合(CC)效果可能因与被测主绝缘并联的 RS而存在。

表面损耗电流(Is)的小相角可导致负PF值。已测量的测试电流(IT)是总电流(INET)和表面损耗电流(Is)的矢量差。在UST或GST配置下，这些表面损耗会令被测电流(IT)相角大于90 º，导致负 PF值。

了解负 PF值的来源是很重要的。对于一些样品而言，这只是由于设计的原因，例如，变压器绕组间存在静电接地屏蔽。在其它情况下，遇到负PF值时用户应考虑遵循最佳的测试实践去除所有外在影响，如确认合适的接地回路，清洗套管表面，避免不利的天气情况和有效地使用屏蔽电路。假若采取这些预防措施后仍重复得到负数值，可能是由于受污染或劣质的绝缘系统。

励磁电流与电压

励磁电流测试通常会与PF测试一同进行，它是一种电压相关性测试，通常在UST模式进行。 与PF测试一样，励磁电流读数会采用线性近似的方法归一至10 kV等效值。高电感的样品如电力变压器，电压和电流之间的关系不是线性的。以一个线性关系计算出的10 kV的等效值只是一个近似值，因此，如果要追踪励磁电流的历史数据趋势，在相同的电压执行测试是很重要的。在不同的电压下进行测试然后修正至10 kV，结果是不可比较的。当评估匝间绝缘问题时，趋势数据十分重要。

当对三角形绕组进行励磁电流测量时，将绕组的第三脚接地是很重要的，如图 3所示。由于励磁电流测试是一个UST测试，将第三脚接地可消除测量电路中另外两个绕组中流过的电流。如果不将第三脚接地，取决于各绕组的电感和电阻，测量结果较真实读数高约30%至50%。

铁芯被磁化的变压器会测量到比正常变压器更高的励磁电流。 IEEE62-1995 6.1.3.4节指出：「如果在测试结果中观察到一个显著的变化，唯一可排除剩磁效应的可靠方法是将变压器的铁芯消磁。」

以下所讨论的会影响励磁电流测量的因素，应在进行测试前紧记。

PF读数的温度修正系数

损耗因素值与温度高度相关。IEEE C57.12.90 10.10.4节附注3 (b) 指出：「经验证明，功率因素随温度的变化是巨大和不稳定的，因此，没有单一的修正曲线能适合所有情况。」尽管如此，传统地，修正系数表以20°C为基准校正所有数据。同一样品只有在相近的温度下采集的PF值，或精确地修正至相同的温度下的PF值才有比较的意义。对于不同的样品，温度变化对PF值的影响各有不同，甚至同一个样品随着老化，它的温度相关性也会相应地增加。温度修正系数与绝缘材料、结构、老化情况、受潮或污染的存在以及其它影响因素高度相关。然而，温度修正系数是基于平均值的修正。由于每个被测物体都是独一无二的，使用这些平均修正会产生错误。

新的变压器相对来说温度相关性较弱，使用标准系数表会过度补偿。随着测试对象的老化，同一个平均修正系数会不足以补偿，因而产生错误。在下半个寿命周期找出PF值的趋势变得更加关键。在这下半个寿命周期，因为温度对绝缘的影响增加了，修正系数应会更大。使用平均系数会导致不正确趋势分析和不准确地估计对象的剩余健康寿命。

IEEE标准62-1995指出：「应避免在低于冰点的温度进行测试，因为这可能会显著地影响测量结果。执行此测试的首要原因是其检测绝缘内的水分的能力。冰和水的电气特性有很大的区别，探测冰的存在比探测水的存在更难，有时甚至是不可能的。」由于在过高或过低的温度下测量 PF可能会导致错误，IEEE建议于接近20 °C进行PF测试，然而，事实上并不是经常能够将试样降温或加热至20° C。

幸运的是，新技术使我们能够准确地修正PF值到20 °C，而不需要采用修正系数表上得出的平均值。利用介电频率响应(DFR)技术，可以确定每个测试对象唯一的温度修正系数，这是因为在一定的温度和频率测量的 PF可与在不同温度和频率下测量的PF相对应。因此，通过使用不同的频率测量PF，可以确定该测试对象的温度相关性。利用这种技术，PF可以在任何绝缘温度进行测量[5°C - 50°C]，然后准确地修正到20° C。

总结

电力设备由于绝缘老化已经发生并且将不断发生故障，一个积极主动的方法是监测绝缘系统的完整性的关键，从而防止故障发生，或至少可预期这些故障。介质损耗/功率因素诊断测试是确定绝缘质量的重要工具，同时可以估算其剩余的健康寿命。了解耗损因素读数取决于各种因素是很重要的。测试电压、静电干扰、温度、湿度、表面耗损及其它参数都可以大大地影响 PF测量。更好地了解这些参数的影响将有助获得更精确的测量，从而在决策过程时可以信赖这些测试。