1、介质损耗角正切（tanδ）测试是评估高压电机定子绕组绝缘系统健康状况的核心预防性试验手段。本文系统阐述了介质损耗的物理本质及其作为绝缘老化、受潮和污染敏感指标的原理。论文详细介绍了依据IEEE 286、IEC 60034-27等国际标准进行测试的流程及工频介质损耗试验台、阶梯升压策略等关键操作步骤。重点分析了如何通过tanδ绝对值、电压特性曲线（Tip-Up值）及电容变化来综合诊断绝缘的均匀性、局部放电活动及受潮情况。

1.1高压异步电机和同步电机是工业生产的核心动力设备，其运行可靠性直接关系到生产安全与经济效益。电机的定子绕组绝缘系统长期承受电、热、机械及环境应力的联合作用，会逐渐发生老化、劣化。绝缘失效是导致电机故障的主要原因之一。因此，对绝缘状态进行准确、定量的评估，实施预测性维护，具有重要意义。

1.2介质损耗角正切（tanδ）测试，作为一种非破坏性、信息量丰富的离线电气试验方法，能够灵敏地反映绝缘材料的整体介电性能变化。与单纯的绝缘电阻测试相比，它能更早地发现绝缘受潮、整体老化及内部局部放电（电晕）的迹象。本论文旨在系统论述电机介质损耗测试的全套技术体系，为工程实践提供理论指导和方法参考。

2、介质损耗的物理本质

在交变电场作用下，理想电容绝缘介质中的电流超前电压90°。然而，实际绝缘材料存在多种极化过程和微弱的电导，会导致一部分电能以热的形式消耗，即产生介质损耗。此时，总电流与电容性电流之间存在一个微小的夹角δ，其正切值tanδ等于损耗功率（有功分量）与无功功率的比值。

2.1 tanδ作为绝缘状态诊断指标的意义

受潮：水分（高介电常数和导电性）侵入绝缘后，会使极化损耗和电导损耗急剧增加，导致tanδ显著上升，尤其在低温下更为敏感。

整体老化：绝缘因长期热老化或电老化导致分子结构变化、脆化，同样会引起tanδ值增大。

局部缺陷（局部放电）：当绝缘内部存在气隙、裂纹或脱壳时，在足够电场强度下会发生局部放电。放电过程消耗大量能量，表现为tanδ随外施电压升高而非线性增加，即“电压特性曲线”上翘。

表面污染：绕组端部积污（如碳粉、油污）会增加表面泄漏电流，贡献额外的损耗。

因此，tanδ是一个能够综合反映绝缘“质量”的宏观有效参数。

3、主要技术标准

IEEE Std 286：《Recommended Practice for Measurement of Power Factor Tip-Up of Rotating Machinery Stator Coil Insulation》：提供了测试方法、接线和判断指南，被全球广泛采纳。

IEC 60034-27：《Off-line partial discharge measurements on the stator winding insulation of rotating electrical machines》：涵盖了包括介质损耗在内的多种离线测试方法。

GB/T 20160：《旋转电机绝缘电阻测试》：中国国家标准，包含相关试验要求。

4、核心测试设备：工频介质损耗试验台

4.1高压电机的定子绕组与铁心（地）之间构成了一个以云母、环氧树脂等为介质的电容器。对于大中型电机，其电容量（Cp）可能高达0.01 ~ 1 μF甚至更高。

测试电流主要由 “容性电流” 主导，其计算公式为：Ic=2πfCpU

Ic：测试时的电容电流，单位安培（A）

f：实际测试频率，单位赫兹（Hz），现代仪器常用 50Hz

Cp：发电机定子绕组对地电容量，单位法拉（F），这是最大的变量

U：试验电压，单位伏特（V），通常为 (0.2 ~ 1.0) × 额定相电压

4.2计算实例

假设我们要测试一台 13.8kV，100MVA 的发电机：

参数设定：

电容量 Cp（查出厂报告）： 0.5 μF = 0.5 × 10^{-6} F

测试频率 f（仪器设定）： 50 Hz

试验电压 U（最高点）： 8.0 kV = 8000 V

计算容性电流：Ic=2×3.14×50×(0.5×10−6)×8000≈1.25A

4.3普通变频介质损耗测试仪因功率小电压低，很多场合并不满足现场使用要求，更多场景需要电流更大，用此需配置更大容量的升压试验变压器，根据用户测试对象需要配置。如功率可到20kW、35kW，电压10kV、15KV、30kV等不同工频试验电源配置，满足电流测试要求，直接测量。

5、测试方法与步骤

5.1 安全准备

1）电机完全断电、隔离、挂牌上锁。

2）对绕组进行充分放电（至少15分钟）并可靠接地。

3）记录环境温度和相对湿度。

5.2 测试接线

高电压介损测试采用正接法

5.3 测试程序

分相测试：依次对A、B、C相进行测试，非测试相按上述方式处理。

阶梯升压：从0.2倍额定相电压（Un/√3）开始。分5-7个等阶梯升压，最高至不超过额定相电压（通常为0.8-1.0倍Un/√3）。每个电压点稳定后，记录电压（U）、tanδ和电容（Cp）。

数据记录：整理成表格，并准备绘制“tanδ-U”曲线和“Cp-U”曲线。

6、数据分析与诊断 

6.1 绝对值诊断

将校正至20℃标准温度后的tanδ值与历史数据、制造商标准或行业导则对比。例如，对于6-10kV环氧云母绝缘，tanδ（20℃）通常要求≤2-3%。绝对值超标通常指示严重受潮或整体劣化。

6.2 “Tip-Up”值（Δtanδ）分析

计算：Δtanδ = tanδ(at max test voltage) - tanδ(at 0.5 Un/√3)。

诊断：Δtanδ < 0.5%：绝缘状况优良，内部无显著局部放电。

0.5% < Δtanδ < 2.0%：绝缘状况可接受或有轻微老化。

Δtanδ > 2.0%：表明存在明显的局部放电活动，绝缘内部可能存在气隙、分层或裂纹。

6.3 曲线形态与电容分析

tanδ-U曲线平坦：绝缘均匀良好。

tanδ-U曲线上翘：存在局部放电。

Cp值随电压升高显著增加：是绝缘内部存在可放电气隙的强有力证据，因为放电导致气隙等效介电常数“增大”。

7、结论 

介质损耗测试是电机绝缘状态诊断体系中不可或缺的一环。通过规范的测试流程——采用工频设备阶梯升压——可以获得表征绝缘质量的tanδ和电容数据。深入分析其绝对值、电压特性及变化趋势，能够有效鉴别绝缘受潮、整体老化及局部放电等不同缺陷模式。将此项测试与绝缘电阻、极化指数、局部放电等试验相结合，能够构建更完整的电机绝缘健康画像，为实现从“定期检修”到“状态检修”的转变提供关键数据支撑，最终保障电机安全、经济、长周期运行。