交流耐壓試驗介紹

1、交流耐壓試驗介紹目的： 交流耐壓試驗是鑒定電氣設備絕緣強度最直接的方法，它對于判斷電氣設備能否投入運行具有決定性的意義，也是保證設備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。交流耐壓試驗是破壞性試驗。在試驗之前必須對被試品先進行絕緣電阻、吸收比、泄漏電流、介質損失角及絕緣油等項目的試驗，若試驗結果正常方能進行交流耐壓試驗，若發(fā)現(xiàn)設備的絕緣情況不良(如受潮和局部缺陷等)，通常應先進行處理后再做耐壓試驗，避免造成不應有的絕緣擊穿。通過本次培訓使人員掌握耐壓試驗的相關知識。內容摘要：1、交流試驗電壓的產生；2、試驗設備；3、試驗電壓的測量；4、試驗方法；5、交流耐壓試驗的注意事項；6、絕緣油介電強度試驗

2、；培訓內容：1、交流試驗電壓的產生 工頻高電壓通常采用高壓試驗變壓器來產生。對電容量較大的被試品，可以采用串聯(lián)諧振回路產生高電壓；對于電力變壓器、電壓互感器等具有繞組的被試品，可以采用100300hz的中頻電源對其低壓側繞組激磁在高壓繞組感應產生高壓。 1.1 高壓試驗變壓器回路 交流耐壓試驗的接線，應按被試品的電壓、容量和現(xiàn)場實際試驗設備條件來決定。通常試驗變壓器是成套設備。圖1是一種典型的試驗接線。 圖1 工頻耐壓試驗原理接線圖 ty調壓器；t試驗變壓器；r限流電阻；r球隙保護電阻； g球間隙；cx被試品；c1、c2電容分壓器高、低壓臂；v電壓表 在進行變壓器、電容器等電容量較大的被試品的

3、交流耐壓試驗時，試驗變壓器的容量常常難以滿足試驗要求，現(xiàn)場常采用電抗器并聯(lián)補償。當參數選擇適當，使兩條并聯(lián)支路的容抗與感抗相等時，回路處于并聯(lián)諧振狀態(tài)，此時試驗變壓器的負載最小。采用并聯(lián)諧振回路應特別注意，試驗變壓器應加裝過流速斷保護裝置，因為當被試品擊穿時，諧振消失，試驗變壓器有過電流的危險。 1.2 串聯(lián)諧振電路 對sf6組合電器(gis)，發(fā)電機和變壓器等電容量較大的被試品進行交流耐壓試驗，需要大容量的試驗設備，可采用串聯(lián)諧振試驗裝置，它能夠以較小的電源容量試驗較大電容和較高試驗電壓的試品，回路由被試品負載電容和與之串聯(lián)的電抗器和電源組成，如圖2所示。 圖2 串聯(lián)諧振回路原理接線圖 當電

4、源頻率f、電感l(wèi)及被試品電容c滿足下式時回路處于串聯(lián)諧振狀態(tài)，此時 (1) 回路中電流為 (2) 式中 ulx勵磁電壓； r高壓回路的有效電阻。 被試品上的電壓為 (3) 式中 電源角頻率； cx被試品電容量。 輸出電壓ucx與勵磁電壓ulx之比為試驗回路的品質因數qs。 (4) 由于試驗回路中的r很小，故試驗回路的品質因數很大。在大多數正常情況下，qs可達50左右，即輸出電壓是勵磁電壓的50倍，因此用這種方法能用電壓較低的試驗變壓器得到較高的試驗電壓。由于試驗時回路處于諧振狀態(tài)，回路本身具有良好的濾波作用，電源波形中的諧波成分在試品兩端大為減少，通常輸出良好的正弦波形電壓。 當被試品擊穿時，

5、電路失去諧振條件，電源輸出電流自動減小，試品兩端的電壓驟然下降，從而限制了對被試品的損壞程度。 目前已研制出高壓串聯(lián)諧振成套試驗裝置。根據調節(jié)方式的不同，串聯(lián)諧振裝置分為工頻串聯(lián)諧振裝置(帶可調電抗器、或帶固定電抗器和調諧用電容器組，工作頻率50hz)和變頻串聯(lián)諧振裝置(帶固定電抗器，工作頻率一般50300hz)兩大類。 工頻串聯(lián)諧振裝置所用電抗器的電感量能夠連續(xù)可調，當試驗電壓較高時，可以作成幾個電抗器串聯(lián)使用。 變頻串聯(lián)諧振裝置依靠大功率變頻電源調節(jié)電源頻率，使回路達到諧振，所用電抗器的電感量是固定的(不可調)。試驗頻率隨被試品電容量不同而改變。 由于變頻串聯(lián)諧振裝置的試驗頻率隨不同電容量

6、的被試品而變化，所以其使用范圍受到限制。 串聯(lián)諧振裝置在實際使用時，試驗回路調諧必須在很低的勵磁電壓下進行，調節(jié)電抗器電感或改變電源頻率，使試品端的電壓達到最大，此時，回路達到諧振狀態(tài)，再按規(guī)定的升壓速度升高勵磁電壓，使高壓側達到試驗電壓。耐壓完畢，均勻、快速降壓后，切斷電源。 1.3 中頻電源裝置 變壓器的感應耐壓試驗和局放試驗需要中頻電源?，F(xiàn)場獲取中頻電源的途徑主要有：中頻電源機組成套裝置、三倍頻電源裝置、中頻同步發(fā)電機組和電子式變頻裝置。對大型變壓器試驗，現(xiàn)場使用較多的是中頻電源機組成套裝置。 1.3.1 二倍頻電源機組 利用線繞式轉子的異步電動機，在轉子(或定子)中通入三相交流電，由另

7、一臺異步電動機拖動，使機械轉速與旋轉磁場同相相加，在定子(或轉子)上感應出頻率提高的正弦交流電。交流磁場用三相調壓器調整。 1.3.2 三倍頻電源裝置 三倍頻電源裝置由三臺單相變壓器組成，其一次繞組接成星形，二次繞組連接成開口三角形，而產生三倍頻的電壓。 1.3.3 中頻同步發(fā)電機組 中頻發(fā)電機組是用一臺電動機拖動一臺中頻同步發(fā)電機，通過改變發(fā)電機勵磁回路中勵磁變阻器的阻值，使勵磁機改變對發(fā)電機轉子的勵磁，從而使發(fā)電機的定子輸出平滑可調的電壓。采用無刷勵磁發(fā)電機可以完全避免炭刷火花的干擾，對局部放電測量很有利。 1.3.4 電子式變頻裝置 電子式變頻裝置是將交流低電壓整流成直流，經過大容量可控

8、硅或三極管逆變成頻率可變的中頻交流電壓。 2、試驗設備 交流耐壓試驗用的設備通常有試驗變壓器、調壓設備、過流保護裝置、電壓測量裝置、保護球間隙、保護電阻及控制裝置等，其中關鍵設備為試驗變壓器、調壓設備、保護電阻及電壓測量裝置。 2.1 試驗變壓器 在選用試驗變壓器時，主要應考慮下面兩點： a.電壓。根據被試品的試驗電壓，選用具有合適電壓的試驗變壓器。試驗電壓較高時，可采用多級串接式試驗變壓器，并檢查試驗變壓器所需低壓側電壓是否與現(xiàn) 場電源電壓、調壓器相配。 b.電流。電流按下式計算 (5) 式中 i試驗變壓器高壓側應輸出的電流(ma)； 角頻率，2f； cx被試品電容量(f)； u試驗電壓(k

9、v)； 其中cx可從測tg中得到或按表1選取。 相應求出試驗所需電源容量 (6) 試驗時，按p值選擇變壓器容量，一般不得超載運行。對采用電壓互感器作試驗電源時，容許在3min內超負荷3.55倍。 表1 常見試品的電容量 試 品電容量 pf絕 緣 子100以下高 壓 套 管50600高壓斷路器，電流互感器及電磁式電壓互感器1001000電力變壓器1mva/100mva3000/25000架空導線(每米)810全封閉組合電器(每米)3050電容式電壓互感器30005000電力電纜(每米)1504002.2 調壓設備 調壓器盡量采用自耦式，若容量不夠，可采用移圈式調壓器。調壓器的輸出波形，應盡可能接

10、近正弦波，為改善電壓波形可在調壓器輸出端并聯(lián)一臺電感、電容串聯(lián)的濾波器。 常有的調壓器有自耦調壓器、移圈調壓器、接觸調壓器和感應調壓器。由于移圈調壓器的輸出電壓波形在某一范圍內有較大的畸變，現(xiàn)場最好少使用移圈調壓器調壓。 2.2.1 自耦調壓器 自耦調壓器是用碳刷接觸調壓，所以容量受到限制，適用于500v及以下小容量調壓。 調壓器容量按下式選用 (7) 式中 p0自耦調壓器容量； p試驗變壓器容量。 2.2.2 接觸調壓器 接觸調壓器分自耦式和雙繞組式等，因采用電刷接觸調壓而得名。接觸調壓器的最大特點是波形畸變小和阻抗電壓低，容量也可以作得很大，這就從根本上克服了移圈調壓器和普通自耦調壓器的缺

11、點，是一種較理想的調壓設備。 接觸調壓器繞組采用紙包線和裸銅線繞制、電刷采用特制的銀銅合金。調壓過程中，電刷沿繞組繞向螺旋升或降實現(xiàn)連續(xù)、平穩(wěn)調壓，并且基本上可從零起升壓。 2.2.3 移圈調壓器 移圈調壓器的容量選擇以試驗變壓器容量相同為宜，但如調壓器處于良好狀態(tài)，可超負荷25%使用。最好在調壓器輸出端裝設三次諧波濾波器，以改善電壓波形。 2.3 保護電阻器 試驗變壓器的高壓輸出端應串接保護電阻器，用來降低試品閃絡或擊穿時變壓器高壓繞組出口端的過電壓，并能限制短路電流。 此保護電阻的取值一般為0.10.5/v，并應有足夠的熱容量和長度。該電阻的阻值不宜太大，否則會引起正常工作時回路產生較大的

12、壓降和功耗。保護電阻器可采用水電阻器或線繞電阻器，線繞電阻器應注意匝間絕緣的強度，防止匝間閃絡。保護電阻器的長度是這樣選擇的；當試品擊穿或閃絡時，保護電阻器應不發(fā)生沿面閃絡，它的長度應能耐受最大試驗電壓，并有適當裕度。保護電阻器的最小長度可參照表2選用。 與保護球隙串聯(lián)的保護電阻器，其電阻值通常取1/v，電阻器的長度亦按表2選取。 表2 保護電阻器最小長度 試驗電壓kv電阻器長度mm502501005001508003、 試驗電壓的測量 交流試驗電壓的測量裝置(系統(tǒng))一般可采用電容(或電阻)分壓器與低壓電壓表、高壓電壓互感器、高壓靜電電壓表等測量系統(tǒng)。交流試驗電壓測量裝置(系統(tǒng))的測量誤差應滿

13、足gb311.4高電壓試驗技術中規(guī)定的要求，即測量誤差不應大于3%。 試驗電壓的測量一般應在高壓側進行。對一些小電容被試品如絕緣子、單獨的開關設備、絕緣工具等的交流耐壓試驗可在低壓側測量，并根據變比進行換算。應測量電壓峰值，除以2作為試驗電壓值。 對試驗電壓波形的正弦性有懷疑時，可測量試驗電壓的峰值與有效(方均根)值之比，此比值應在20.07的范圍內，則可認為試驗結果不受波形畸變的影響。 其他測量技術要求，參閱zbf24002現(xiàn)場直流和交流耐壓試驗電壓測量裝置使用導則。 4、 試驗方法 4.1 一般規(guī)定 有繞組的被試品進行耐壓試驗時，應將被試繞組自身的兩個端子短接，非被試繞組亦應短接并與外殼連

14、接后接地。 交流耐壓試驗時加至試驗標準電壓后的持續(xù)時間，凡無特殊說明者，均為1min。 升壓必須從零(或接近于零)開始，切不可沖擊合閘。升壓速度在75%試驗電壓以前，可以是任意的，自75%電壓開始應均勻升壓，約為每秒2%試驗電壓的速率升壓。耐壓試驗后，迅速均勻降壓到零(或1/3試驗電壓以下)，然后切斷電源。 4.2 試驗步驟 任何被試品在交流耐壓試驗前，應先進行其他絕緣試驗，合格后再進行耐壓試驗。充油設備若經濾油或運輸，耐壓試驗前還應將試品靜置一段時間，以排除內部可能殘存的空氣。通常在耐壓試驗前后應測量絕緣電阻。 接上試品，接通電源，開始升壓進行試驗。升壓過程中應密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽被試品有

15、何異響。升至試驗電壓，開始計時并讀取試驗電壓。時間到后，降壓然后斷開電源。試驗中如無破壞性放電發(fā)生，則認為通過耐壓試驗。 在升壓和耐壓過程中，如發(fā)現(xiàn)電壓表指針擺動很大，電流表指示急劇增加，調壓器往上升方向調節(jié)，電流上升、電壓基本不變甚至有下降趨勢，被試品冒煙、出氣、焦臭、閃絡、燃燒或發(fā)出擊穿響聲(或斷續(xù)放電聲)，應即停止升壓，降壓停電后查明原因。這些現(xiàn)象如查明是絕緣部分出現(xiàn)的，則認為被試品交流耐壓試驗不合格。如確定被試品的表面閃絡是由于空氣濕度或表面臟污等所致，應將被試品清潔干燥處理后，再進行試驗。 被試品為有機絕緣材料時，試驗后應立即觸摸表面，如出現(xiàn)普遍或局部發(fā)熱，則認為絕緣不良，應即處理后

16、，再做耐壓試驗。 對35kv穿墻套管及母線支持絕緣子進行交流耐壓試驗時，有時在瓷套表面發(fā)生較強烈的表面局部放電現(xiàn)象，只要不發(fā)生線端對地的閃絡或擊穿，可認為耐壓合格。 有時耐壓試驗進行了數十秒鐘，中途因故失去電源，使試驗中斷，在查明原因，恢復電源后，應重新進行全時間的持續(xù)耐壓試驗，不可僅進行“補足時間”的試驗。 4.3 變壓器感應耐壓試驗 為考核全絕緣變壓器的縱絕緣、分級絕緣變壓器的主絕緣和縱絕緣，需要進行感應耐壓試驗。 串級式電壓互感器的感應耐壓試驗可參照本條進行。 為了防止變壓器鐵芯飽和，應提高電源頻率，使f100hz，但不宜高于400hz。試驗持續(xù)時間t不得少于15s，應按式(8)計算 (

17、8) 式中 t試驗電壓持續(xù)時間(s)。 感應耐壓試驗電壓波形應盡可能為正弦波。 4.3.1 全絕緣變壓器的感應耐壓試驗 按圖3接線，施加兩倍及以上頻率的三相電壓進行試驗。這種接線只能滿足線間達到試驗電壓考核縱絕緣。三相試驗電壓的不平衡度宜不大于2%。由于中性點對地的電壓很低，所以對中性點和繞組還需進行一次外施高壓試驗以考核主絕緣。 圖3 全絕緣變壓器感應耐壓試驗接線圖 ta電流互感器；tv電壓互感器；tx被試變壓器 4.3.2 分級絕緣變壓器的感應耐壓試驗 分級絕緣的變壓器只能用外施電壓試驗其中性點絕緣。 對高壓(或中壓)線端絕緣通常采用單相感應耐壓進行試驗。為此要分析產品結構，比較不同的接線

18、方式，選用適當的分接位置，計算出線端相間及對地的試驗電壓，選用滿足試驗電壓的接線。一般要借助輔助變壓器或非被試相線圈支撐，對三相變壓器往往要輪換三次，才能完成一臺變壓器的感應耐壓試驗。 下面推薦分級絕緣變壓器進行感應耐壓試驗常用的幾種接線和相應的相量圖，如圖411所示。 圖4為通過星形低壓側兩相并聯(lián)和另一相串聯(lián)單相加壓，使高壓側被試相相間和對地電壓達到試驗電壓(us)，中性點達到試驗電壓的1/3。 圖5為通過三角形低壓側兩相串聯(lián)和另一相并聯(lián)單相加壓，使高壓側被試相相間和對地電壓達到試驗電壓(us)，中性點達到試驗電壓的1/3。 圖4 三相變壓器星形邊單相加壓試驗接線圖 圖5 三相變壓器三角形邊

19、單相加壓試驗接線圖 圖6 三相變壓器星形邊單相加壓試驗接線圖 當變壓器中性點的耐壓水平較低而必須直接接地時，可采取圖6和圖7所示的接線方式。 圖6為通過星形低壓側兩相并聯(lián)和另一相串聯(lián)單相加壓，高壓側中性點接地，使高壓側被試相對地電壓達到試驗電壓，線間電壓達1.5us。 圖7 三變相變壓器三角形邊單相加壓試驗接線圖圖8 三相變壓器低壓側單相加壓試驗接線圖 圖9 三相變壓器星形側單相加壓試驗接線圖 圖7為通過三角形低壓側兩相串聯(lián)和另一相并聯(lián)單相加壓，高壓側中性點接地，使高壓側被試相對地電壓達到試驗電壓，線間電壓達1.5us。 當被試三相變壓器低壓繞組的各端子都能引出時，可以采用圖8和圖9的接線。圖

20、8接線只適用于三鐵芯柱變壓器，這種情況下，高壓側被試相相間和對地電壓達試驗電壓us，中性點電壓達試驗電壓的1/3；圖9接線只適用于五鐵芯柱變壓器或殼式變壓器。 圖10和圖11是單相變壓器的感應耐壓試驗接線。在圖11中由輔助變壓器(tf)配合，試驗中性點的絕緣。 圖10 單相變壓器試驗接線 圖11 單相變壓器加輔助變壓器的試驗接線 感應耐壓試驗應事先周密考慮，注意繞組極性和接線，防止繞組間出現(xiàn)超出試驗值的過電壓，被試高壓繞組端子應接保護球間隙，限制不慎出現(xiàn)過電壓。 5 、交流耐壓試驗的注意事項 5.1 容升效應和電壓諧振 試驗變壓器所接被試品大多是電容性，在交流耐壓時，容性電流在繞組上產生漏抗壓

21、降，造成實際作用到被試品上的電壓值超過按變比計算的高壓側所應輸出的電壓值，產生容升效應。被試品電容及試驗變壓器漏抗越大，則容升效應越明顯。圖12是略去激磁電流的變壓器簡化等值電路及相應的電壓、電流相量圖。 圖12 試驗變壓器簡化等值電路圖及電壓、電流相量圖 (a)電路圖； (b)相量圖 在進行較大電容量試品的交流耐壓試驗時，要求直接在被試品端部進行電壓測量，以免被試品受到過高的電壓作用。 被試品線端電壓升高的數值，略去回路電阻的影響，可按式(9)計算 (9) 式中 u被品線端電壓升高值； u施加于被試品線端的電壓； cx被試品電容量； xk調壓器、試驗變壓器漏抗之和(歸算為高壓側，)； 角頻率

22、( 2f)。 此外，由于被試品電容與試驗變壓器、調壓器的漏抗形成串聯(lián)回路，一旦被試品容抗與試驗變壓器、調壓器漏抗之和相等或接近時，發(fā)生串聯(lián)電壓諧振，造成試品端電壓顯著升高，危及試驗變壓器和被試品的絕緣。在試驗大電容量的被試品時應注意預防發(fā)生電壓諧振，為此，除在高壓側直接測量試驗電壓外，并應與被試品并接球隙進行保護。必要時可在調壓器輸出端串接適當的電阻，以減弱(阻尼)電壓諧振的程度。 5.2 電壓波形 試驗電壓或者由于電源波形或者由于試驗變壓器鐵芯飽和及調壓器的影響致使波形畸變，當電壓不是正弦波時，峰值與有效值之比不等于，其中的高次諧波(主要是三次諧波)與基波相重疊，使峰值增大。由于過去現(xiàn)場較多

23、用電壓表測有效值，所以被試品上可能受到過高的峰值電壓作用，應改用交流峰值電壓表測量。 為避免試驗電壓波形畸變，可采用以下措施： a.避免采用移圈式調壓器； b.電源電壓應采用線電壓： c.試驗變壓器一般應在規(guī)定的額定電壓范圍內使用，避免使用在鐵芯的飽和部分； d.可在試驗變壓器低壓側加濾波裝置。 5.3 低壓回路保護 為保護測量儀表，可在測量儀器輸入端上并聯(lián)適當電壓的放電管或氧化鋅壓敏電阻器、浪涌吸收器等。 控制電源和儀器用電源可由隔離變壓器供給，或者在所用電源線上各對地連接0.0471.0f直流電壓12kv的油浸紙電容器。防止試品閃絡或擊穿時，在接地線上產生較高的暫態(tài)地電位升高過電壓，將儀器

24、或控制回路元件反擊損壞。5.4 保護球間隙距離的整定 對重要的試品(如發(fā)電機、變壓器等)進行交流耐壓試驗時，宜在高壓側設置保護球間隙，該球間隙的放電距離對發(fā)電機一般可整定在1.11.15倍額定試驗電壓所對應的放電距離；對變壓器整定1.151.2倍。對發(fā)電機進行試驗時，保護球間隙應在現(xiàn)場施加已知電壓進行整定。 5.5 更換高壓接線安全問題 交流耐壓試驗結束，降壓和切斷電源后，試品中殘留的電荷，自動反向經試驗變壓器高壓繞組對地放電，因此試品對地放電問題沒有象直流電壓試驗那樣重要。但對于需要更換高壓接線，有較多人工換線操作的工作，為了防止電源側隔離開關或接觸器不慎突然來電等意外情況，在更換接線時應在試品上懸掛接地放電棒，以保證人身安全，并采取措施在再次升壓前，先取下放電棒，防止帶接地放電棒升壓。 5.6 使用移圈調壓器進行交流耐壓試驗 當使用移圈調壓器進行交流耐壓試驗，電源突然合閘時(此時調壓器已在另位)，有時會在試品上產生較高電壓的合閘過電壓，使試品閃絡或擊穿。為防止此情況的發(fā)生應在移圈調壓器輸出到試驗變壓器一次繞組之間，加裝一組隔離開關。先將調壓器電源合閘后，再合上此隔離開關。 6、 絕緣油介電強度試驗 絕緣油介電強度試驗，是一項常規(guī)試驗項目，它是用來說明絕緣油被