引言
变压器油在变压器运行中起着绝缘和散热的双重作用。随着运行时间的增加，变压器油会受到氧化、污染等因素影响，导致其性能下降。介质损耗因素（tanδ）能够敏感地反映变压器油的污染和老化程度，准确测量这一参数对于判断变压器油是否适合继续使用、保障变压器安全稳定运行具有重要意义。
测量原理
当对变压器油施加交流电压时，由于油中存在电导和极化现象，会产生能量损耗。介质损耗因数（tanδ）定义为在交流电场作用下，变压器油所消耗的有功功率与无功功率的比值的正切值。其物理意义是衡量电介质在交变电场中能量损耗的程度。数学表达式为：tanδ = P / Q，其中 P 为有功功率，Q 为无功功率。从微观角度看，变压器油中的杂质、水分以及老化产物等会增加油中的离子浓度和极化程度，使得电流相量与电压相量之间的夹角（功率因数角）的余角 δ 增大，从而导致 tanδ 值增大。
测量仪器
西林电桥
西林电桥是一种经典的测量介质损耗因数的仪器，适用于低频（如工频 50Hz 或 60Hz）下测量。其工作原理基于电桥平衡原理，通过调节电桥臂上的电阻和电容，使电桥达到平衡状态，此时电桥对角线上的电流为零。根据平衡时电桥臂的参数值，可以计算出被试变压器油的电容值和介质损耗因数。西林电桥具有较高的精度，能够测量低损耗材料，对于变压器油这种介质损耗因数较小的物质，能达到较高的测量准确度，如 tanδ 测量精度可达 ±0.0001。
数字式自动介损仪
随着电子技术的发展，数字式自动介损仪在实际测量中得到广泛应用。这类仪器集成了微处理器、高精度 A/D 转换器等先进技术。其工作过程为：首先对被试变压器油施加稳定的交流电压，通过传感器采集油样两端的电压信号和流过油样的电流信号，将这些模拟信号转换为数字信号后送入微处理器进行分析处理。微处理器根据内置的算法，快速准确地计算出介质损耗因数和电容值等参数，并直接在显示屏上显示测量结果。数字式自动介损仪操作简便，测量速度快，能够自动完成测量过程中的各种参数设置和数据处理，大大提高了工作效率。
电极杯
电极杯是放置变压器油样进行测量的关键部件。常见的电极杯有单圆筒式、双圆筒式及三接线柱电极式，其中单圆筒式应用较为广泛。单圆筒式电极杯由外电极（高压电极）、内电极（测量电极）和屏蔽电极三部分组成。屏蔽电极的作用是减少外界干扰对测量结果的影响，保证测量的准确性。在进行精密测量时，通常采用三端电极杯，其保护电极能有效屏蔽测量电极，使测量结果更加可靠。电极杯在使用前需进行严格的清洗和烘干处理，以确保电极表面洁净，无杂质和水分残留，洗净烘干后的空杯损耗因数应接近零。
测量准备
仪器校准
在进行变压器油介质损耗因素测量前，必须对测量仪器进行校准。对于西林电桥，需要使用标准电容器、标准电阻等标准器具，按照仪器说明书的要求进行校准操作，调整电桥的零点和灵敏度等参数，确保电桥在测量过程中的准确性。数字式自动介损仪一般具有自动校准功能，可通过内置的校准程序，使用仪器自带的标准信号源进行校准，也可外接高精度的标准电容和标准电阻进行校准。校准完成后，仪器应能准确测量已知标准值的样品，误差在允许范围内，方可用于实际测量。
油样采集与处理
油样采集应严格按照相关标准进行，如 GB 7597 规定的方法。采集时要确保油样具有代表性，避免采集到受污染或异常部位的油样。通常在变压器的取样阀处进行采样，采样前需将取样阀周围清洗干净，防止杂质混入油样。采集的油样应装入清洁、干燥且密封良好的容器中，避免油样与空气长时间接触，防止氧化和吸收水分。如果油样中存在气泡，会对测量结果产生较大影响，因此在测量前需要对油样进行处理，可将油样静置一段时间，让气泡自然逸出，或者采用真空脱气等方法去除气泡。
电极杯清洗与检查
电极杯的清洗和检查是确保测量准确性的重要环节。首先，将电极杯完全拆卸，先用丙酮等有机溶剂清洗电极杯的各个部件，去除表面的油污和杂质。然后用洗涤剂进行彻底清洗，再用蒸馏水冲洗几遍，以去除残留的有机溶剂和洗涤剂。清洗后的电极杯放入蒸馏水中煮沸 1 小时，进一步去除可能残留的杂质。最后将电极杯放在鼓风干燥箱里，在 105 - 110℃的温度下干燥 1 - 2 小时。干燥后的电极杯重新装配，测量空杯介损，其值应接近零，同时检查电容量是否在规定值范围内，只有满足这些条件，电极杯才能用于油样测量。
测量步骤
空杯测量
将清洗并干燥后的电极杯接入测量仪器（如西林电桥或数字式自动介损仪），在测量温度（一般为 90℃）下测量空杯的介质损耗因数和电容量。空杯的介质损耗因数值不得大于 1x10⁻⁴（即 tgδ≤0.01%），空杯电容与上一次相比不应有明显变化。若空杯测量结果不符合要求，说明电极杯可能未清洗干净或存在损坏，需要重新清洗或更换电极杯，直至空杯测量合格。
油样注入
用被试油样冲洗电极杯两次以上，以确保电极杯内残留的杂质被完全清除。然后缓慢将油样注入电极杯至规定量（一般为 40mL - 45mL），注入过程中要避免产生气泡。注入油样后，将电极杯静置 10 - 15 分钟，使油中的气泡充分逸出，同时让油样温度与测量环境温度达到平衡。
温度控制与测量
测量过程中，需要将油样温度控制在规定值。一般变压器油介质损耗因素测量的温度为 90℃，通过恒温加热装置（如内置的加热模块或外接的恒温槽）对油样进行加热。恒温加热装置应能保持温度在规定值 ±0.5℃以内。当油样温度达到 90℃且稳定后，开始进行介质损耗因数测量。若使用西林电桥，调节电桥臂上的电阻和电容，使电桥达到平衡状态，从电桥测量盘上读取电容量和介质损耗因数值；若使用数字式自动介损仪，设置好测量参数（如测量温度、电压等）后，按下 “开始” 键，仪器自动完成测量过程，并显示测量结果。
重复测量
为了保证测量结果的准确性，需要对同一油样进行多次测量。测量完后立即倒出第一份试样，并将第二份试样注入电极杯进行测量。两次读数之间的差别不应大于 0.0001（加上两个值中较大一个的 25%）。如果不能满足上述重复性要求，继续对试样进行测量，直到相邻两次读数之差不超过 0.0001 加两个值中较大一个的 25% 为止，此时测得的结果才认为有效。重复测量可以在同样型式的另一电极杯中进行，但其重复性也必须符合上述要求。取两次有效测量中较小的一个值作为油样的介质损耗因数。
影响测量结果的因素及解决方法
温度影响
温度对变压器油的介质损耗因数有显著影响，随着温度升高，油的电导增大，泄漏电流增加，介质损耗因数也随之增大。为了减小温度对测量结果的影响，测量过程中必须严格控制油样温度在规定值 ±0.5℃以内。同时，在不同温度下测量的介质损耗因数应换算到同一温度下进行比较，一般换算至 20℃基准温度。对于油浸式变压器，其 tanδ 温度系数约为 0.1% - 0.3%/℃，可按标准公式进行换算。在实际测量中，应尽量在 10 - 30℃的温度范围内进行测量，以减少温度换算带来的误差。
电场干扰
现场测量时，周围的电场干扰会对测量结果产生较大影响，导致测量值不准确。为了消除电场干扰，可以采取以下措施：使用屏蔽线连接测量仪器和电极杯，将屏蔽层接地，以屏蔽外界电场干扰；合理布置测量仪器和电极杯的位置，尽量远离强电场源；在测量仪器上设置抗干扰功能，如采用数字滤波、锁相放大等技术，提高仪器对干扰信号的抑制能力。
水分和杂质
变压器油中的水分和杂质会增加油的电导和极化程度，使介质损耗因数增大。为了避免水分和杂质对测量结果的影响，在油样采集、运输和储存过程中，要严格遵守操作规程，确保油样不受污染。在测量前，对油样进行过滤处理，去除其中的杂质；采用真空干燥等方法去除油样中的水分。此外，定期对测量仪器和电极杯进行清洗和维护，防止仪器内部和电极杯表面残留杂质和水分，影响测量结果。
测量结果分析与判断
根据相关标准，不同电压等级的变压器对变压器油介质损耗因数有不同的要求。例如，对于 330kV 级及以下产品，变压器油介质损耗因数（90℃）规定值应小于 0.010；500kV 级产品，应小于 0.007。新设备的变压器油介质损耗因数一般要求更低，如油浸式变压器（20℃）tanδ ≤ 0.5%（新设备）。运行中的变压器油，若 tanδ 值超过规定范围，说明变压器油可能存在老化、污染或受潮等问题。当常温下测得的 tanδ 较大，在高温下 tanδ 又明显增加，则更应认为绝缘存在缺陷。此时，需要结合其他电气和化学试验结果，综合判断变压器油是否需要进行处理或更换，以确保变压器的安全运行。
准确测量变压器油的介质损耗因素对于评估变压器油的质量和保障变压器的安全稳定运行具有重要意义。通过了解测量原理，正确选择和使用测量仪器，严格按照测量步骤进行操作，并充分考虑和消除影响测量结果的各种因素，能够得到可靠的测量数据。对测量结果进行科学分析和判断，可为变压器油的维护和管理提供有力依据，及时发现潜在问题，采取相应措施，有效延长变压器的使用寿命，确保电力系统的安全可靠运行。在实际工作中，应不断总结经验，提高测量技术水平，以更好地服务于电力生产。
