高壓電氣設備試驗技術

1、高電電氣設備試驗技術高電電氣設備試驗技術西南交通大學西南交通大學 電氣工程學院電氣工程學院 電氣設備絕緣預防性試驗已成為保證現代電力系統(tǒng)安電氣設備絕緣預防性試驗已成為保證現代電力系統(tǒng)安全可靠運行的重要措施之一。這種試驗除了在新設備投入運全可靠運行的重要措施之一。這種試驗除了在新設備投入運行前在交接、安裝、調試等環(huán)節(jié)中進行外，更多的是對運行行前在交接、安裝、調試等環(huán)節(jié)中進行外，更多的是對運行中的各種電氣設備的絕緣定期進行檢查，以便及早發(fā)現絕緣中的各種電氣設備的絕緣定期進行檢查，以便及早發(fā)現絕緣缺陷，及時更換或修復，做到防患于未然。缺陷，及時更換或修復，做到防患于未然。 絕緣故障大多因內部存在缺陷

2、而引起，由于缺陷種類很絕緣故障大多因內部存在缺陷而引起，由于缺陷種類很多、影響各異，所以絕緣預防性試驗的項目也就多種多樣。多、影響各異，所以絕緣預防性試驗的項目也就多種多樣。每個項目所反映的絕緣狀態(tài)和缺陷性質亦各不相同，故同一每個項目所反映的絕緣狀態(tài)和缺陷性質亦各不相同，故同一設備往往要接受多項試驗，才能做出比較準確的判斷和結論。設備往往要接受多項試驗，才能做出比較準確的判斷和結論。高壓電氣設備試驗技術所涉及的試驗可分為兩大類：高壓電氣設備試驗技術所涉及的試驗可分為兩大類：p高電壓試驗高電壓試驗p絕緣的預防性試驗絕緣的預防性試驗根據是否需要停電測試，電氣設備試驗可以分為：根據是否需要停電測試，

3、電氣設備試驗可以分為：離線試驗離線試驗在線檢測在線檢測 離線試驗主要指的是目前常規(guī)的預防性試驗，而隨著電離線試驗主要指的是目前常規(guī)的預防性試驗，而隨著電氣絕緣可靠性要求的提高和狀態(tài)維修體制的實施，高壓電氣氣絕緣可靠性要求的提高和狀態(tài)維修體制的實施，高壓電氣設備絕緣在線檢測技術的發(fā)展必將成為一種趨勢。設備絕緣在線檢測技術的發(fā)展必將成為一種趨勢。 電氣設備絕緣預防性試驗電氣設備絕緣預防性試驗 絕緣預防性試驗的目 絕緣故障大多因內部存在缺陷而引起，絕緣故障大多因內部存在缺陷而引起，有些絕緣缺陷是有些絕緣缺陷是在設備制造過程中產生和潛存下來的，還有一些絕緣缺陷則在設備制造過程中產生和潛存下來的，還有一

4、些絕緣缺陷則是在設備運行過程中由外界影響因素的作用下逐漸發(fā)展和形是在設備運行過程中由外界影響因素的作用下逐漸發(fā)展和形成的。當絕緣內部出現缺陷后，就會在它們的電氣特性上反成的。當絕緣內部出現缺陷后，就會在它們的電氣特性上反映出來。我們就可以通過測量這些特性的變化來發(fā)現潛在的映出來。我們就可以通過測量這些特性的變化來發(fā)現潛在的缺陷，然后采取措施消除隱患。缺陷，然后采取措施消除隱患。我們通過測量電氣特性的變我們通過測量電氣特性的變化來發(fā)現隱藏著的缺陷。化來發(fā)現隱藏著的缺陷。 由于缺陷種類很多、影響各異，所以絕緣預防性試驗的由于缺陷種類很多、影響各異，所以絕緣預防性試驗的項目也就多種多樣。每個項目所反

5、映的絕緣狀態(tài)和缺陷性質項目也就多種多樣。每個項目所反映的絕緣狀態(tài)和缺陷性質亦各不相同，故同一設備往往要接受多項試驗，才能作出比亦各不相同，故同一設備往往要接受多項試驗，才能作出比較準確的判斷和結論。較準確的判斷和結論。 常見試驗項目：測量絕緣電阻，吸收比，泄漏電流，介質損耗角正切，局部放電，電壓分布等。TE571（數字式局部放電測試儀）（數字式局部放電測試儀）絕緣電阻測試儀絕緣電阻、吸收比與泄漏電流的測量絕緣電阻 在絕緣上施加一直流電壓U時，此電壓與出現的電流i的比值。吸收比 在電流衰減過程中的兩個瞬間t=15s和t=60s時的兩個電流值I I15和I I6060或兩個相應的絕緣電阻值R R6

6、060和R R1515的比值。泄漏電流 在沒有故障和不另行施加電壓的情況下，電器中相互絕緣的金屬部件之間，或帶電部件與接地部件之間，通過周圍介質或絕緣表面所形成的電流。 絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標之一，通常都絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標之一，通常都用兆歐表來測量絕緣電阻。用兆歐表來測量電氣設備的絕緣用兆歐表來測量絕緣電阻。用兆歐表來測量電氣設備的絕緣電阻被廣泛的運用在常規(guī)絕緣試驗中。電阻被廣泛的運用在常規(guī)絕緣試驗中。 測量絕緣電阻能有效地發(fā)現下列缺陷：總體絕緣質量測量絕緣電阻能有效地發(fā)現下列缺陷：總體絕緣質量欠佳；絕緣受潮；兩極間有貫穿性的導電通道；絕緣表面欠佳；絕緣受潮；兩

7、極間有貫穿性的導電通道；絕緣表面情況不良。測量絕緣電阻不能發(fā)現下列缺陷：絕緣中的局情況不良。測量絕緣電阻不能發(fā)現下列缺陷：絕緣中的局部缺陷：如非貫穿性的局部損傷、含有氣泡、分層脫開等；部缺陷：如非貫穿性的局部損傷、含有氣泡、分層脫開等；絕緣的老化。絕緣的老化。絕緣電阻和吸收比的測量絕緣電阻和吸收比的測量(1)(1)試驗前應將試品接地放電一定時間。對容量較大的試品，試驗前應將試品接地放電一定時間。對容量較大的試品，一般要求一般要求5-10min5-10min。(2)(2)高壓測試連接線應盡量保持架空，確需使用支撐時，要高壓測試連接線應盡量保持架空，確需使用支撐時，要確認支撐物的絕緣對被試品絕緣測

8、量結果的影響極小。確認支撐物的絕緣對被試品絕緣測量結果的影響極小。(3)(3)測量吸收比時，應待電源電壓達穩(wěn)定后再接入試品，并測量吸收比時，應待電源電壓達穩(wěn)定后再接入試品，并開始計時。開始計時。(4)(4)對帶有繞組的被試品，應先將被測繞組首尾短接，再接對帶有繞組的被試品，應先將被測繞組首尾短接，再接到到L L端子：其他非被測繞組也應先首尾短接后再接到應接端端子：其他非被測繞組也應先首尾短接后再接到應接端子。子。(5)(5)絕緣電阻與試品溫度有十分顯著的關系。絕緣電阻與試品溫度有十分顯著的關系。 (6)(6)每次測試結束時，應在保持兆歐表電源電壓的條件下，每次測試結束時，應在保持兆歐表電源電壓

9、的條件下，先斷開先斷開L L端子與被試品的連線，以免試品對兆歐表反向放電，端子與被試品的連線，以免試品對兆歐表反向放電，損壞儀表。損壞儀表。測量絕緣電阻時應注意下列幾點：測量絕緣電阻時應注意下列幾點： 對于某些大型被試品，用測對于某些大型被試品，用測“吸收比吸收比”的方法來替的方法來替代代 原理：令原理：令 和和 瞬間的兩個電流值的瞬間的兩個電流值的 和和 比值。比值。 （4 41212） 已經接近于穩(wěn)態(tài)絕緣電阻值已經接近于穩(wěn)態(tài)絕緣電阻值 ， 恒大于恒大于1,1,越越大表示吸收現象越顯著，絕緣性能越好。大表示吸收現象越顯著，絕緣性能越好。sIRRKst6015I60I

10、60RR1K吸收比是同一試品在兩個不同時刻的絕緣電阻的比值，所以排除了絕緣結構和體積尺寸的影響。一般以 作為設備絕緣狀態(tài)良好的標準亦不盡合適，有些變壓器的 雖大于1.3，但 值卻很低；有些 ，但 值卻很高。所以應將 值和 值結合起來考慮，方能作出比較準確的判斷。3 . 11K1KR3 . 11KRR1K大容量電氣設備中，吸收現象延續(xù)很長時間，吸收大容量電氣設備中，吸收現象延續(xù)很長時間，吸收比不能很好地反映絕緣的真實狀態(tài)，用極化指數再比不能很好地反映絕緣的真實狀態(tài)，用極化指數再進行判斷。進行判斷。 極化指數極化指數某些集中性缺陷雖已相當嚴重，以致在耐壓試驗時某些集中性缺陷雖已相當嚴重，以致在耐壓

11、試驗時被擊穿，但在此前測得的絕緣電阻、吸收比或極化被擊穿，但在此前測得的絕緣電阻、吸收比或極化指數卻并不低，因為缺陷未貫穿絕緣?？梢妰H憑上指數卻并不低，因為缺陷未貫穿絕緣?？梢妰H憑上述試驗結果判斷絕緣狀態(tài)是不夠的。述試驗結果判斷絕緣狀態(tài)是不夠的。min1min102RRK泄漏電流的測量實際反映絕緣電阻值，但有一些特點：加在試品上的直流電壓比兆歐表的工作電壓高得多。 故能發(fā)現兆歐表所不能發(fā)現的缺陷。施加在試品上的直流電壓是逐漸增大的，這樣就可以在升壓過程中監(jiān)視泄漏電流的增長動向。在電壓升到規(guī)定的試驗電壓值后，要保持1min再讀出最后的泄漏電流值。當絕緣良好時，泄漏電流應保持穩(wěn)定，且其值很小。 發(fā)

12、電機的泄漏電流變化曲線 泄漏電流試驗接線圖 介質損耗角正切的測量 tan能反映絕緣的整體性缺陷(例如全面老化)和小電容試品中的嚴重局部性缺陷。由于tan隨電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化的程度。但是，測量tan不能靈敏地反映大容量發(fā)電機、變壓器和電力電纜(它們的電容量都很大)絕緣中的局部性缺陷，這時應盡可能將這些設備分解成幾個部分，然后分別測量它們的tan。 4-6 西林電橋原理接線圖 圖中Cx，Rx為被測試樣的等效并聯電容與電阻，R3、R4表示電阻比例臂，Cn為平衡試樣電容Cx的標準，C4為平衡損耗角正切的可變電容。 西林電橋測量法的基本原理 介質損耗角正切測量的影響因素

13、外界電磁場的干擾影響外界電磁場的干擾影響溫度的影響溫度的影響試驗電壓的影響試驗電壓的影響試品電容量的影響試品電容量的影響試品表面泄漏的影響試品表面泄漏的影響局部放電的測量 絕緣內部氣隙局部放電的等值電路 局部放電時電壓電流變化曲線 表征局部放電的參量l 視在放電量l 放電重復率l 放電能量l 平均放電電流l 放電的均方率l 放電功率l 局部放電起始電壓l 局部放電熄滅電壓局部放電檢測方法電檢測法電檢測法聲測法聲測法光測法光測法化學檢測法化學檢測法其他檢測法其他檢測法絕緣油性能檢測 在高壓電氣設備中，絕緣油得到了廣泛的應用。高壓電氣設備的主要部件均浸在絕緣油中，絕緣油還將填充到容器的各個部分，將

14、設備中的空氣排除，起到絕緣和散熱的作用。 目前，我國使用較多的絕緣油就是變壓器油。除變壓器油外，還有多種絕緣油(液體絕緣材料)，如電容器油、硅油、十二烷基苯、電纜油、蓖麻油、二芳基乙烷(S油)等。 變壓器油的試驗內容很多，主要試驗內容有： 電氣性能的試驗：（1）電阻率的測量；（2）介質損耗因數（tan）的測量；（3）介電常數的測量；（4）電氣強度的試驗。2. 物理、化學性能的試驗：（1）酸值試驗；（2）凝固點試驗；（3）閃火點試驗；（4）粘度試驗；（5）變壓器油的氣相色譜分析和液相色譜分析。電氣強度試驗 電氣強度試驗是變壓器油的一項常規(guī)試驗。它是用來闡明變壓器油被水分和其他懸浮物質物理污染的程

15、度。 電氣強度試驗方法是：將變壓器油倒入專門設備油杯中，以一定速率上升的交流電壓加在油杯上，直至變壓器油擊穿，變壓器油擊穿時的電壓，即為此次變壓器油的擊穿電壓。 油中溶解氣體的氣相色譜分析 當電器中存在局部過熱、電弧放電或某些內部故障時絕緣油或固體絕緣材料會發(fā)生裂解，就會產生較大量的各種烴類氣體和H2、CO、CO2 等氣體，因而把這類氣體稱為故障特征氣體。 不同的絕緣物質，不同性質的故障，分解產生的氣體成分是不同的。因此，分析油中溶解氣體的成分、含量及其隨時間而增長的規(guī)律，就可以鑒別故障的性質、程度及其發(fā)展情況。 （1）看特征氣體的組分和主次 （2）看特征氣體的含量 （3）看特征氣體含量隨時間

16、的增長率絕緣油的高效液相色譜分析 高效液相色譜法是以液體作為流動相的一種色譜分析法，它的基本概念及理論基礎與氣相色譜是一致的，但又有不同之處。與氣相色譜相比較，高效液相色譜同樣具有高靈敏、高效能和高速度的特點，但它的應用范圍更加廣泛。 糠醛化合物是纖維性絕緣材料絕緣裂化的特有產物，其來源具有唯一性，其濃度高低代表了變壓器老化的最佳指標。變壓器在投運初期，因不會涉及到絕緣油的處理問題，可以通過測量油中糠醛含量值作為判斷變壓器絕緣狀況的原始依據。 電氣絕緣高電壓試驗電氣絕緣高電壓試驗 電氣設備的絕緣在運行中除了長期受到工作電壓（工頻交電氣設備的絕緣在運行中除了長期受到工作電壓（工頻交流電壓或直流電

17、壓）的作用外，還會受到各種過電壓的侵襲。流電壓或直流電壓）的作用外，還會受到各種過電壓的侵襲。為了檢驗電氣設備的絕緣強度，在出廠時、安裝調試時或大修為了檢驗電氣設備的絕緣強度，在出廠時、安裝調試時或大修后需要進行各種高電壓試驗。在高壓試驗室用工頻交流高壓、后需要進行各種高電壓試驗。在高壓試驗室用工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設備的絕直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設備的絕緣在運行中受到的工作電壓，從而實現對電氣設備絕緣進行耐緣在運行中受到的工作電壓，從而實現對電氣設備絕緣進行耐壓試驗以考驗各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。壓試驗以考驗各種絕緣耐受這些

18、高電壓作用的能力。 具有破壞性試驗的性質。具有破壞性試驗的性質。 一般放在非破壞性試驗項目合格通過之后一般放在非破壞性試驗項目合格通過之后 進行，以避免或減少不必進行，以避免或減少不必要的損失。要的損失。工頻高電壓的產生與測量 通常采用高壓試驗變壓器或其串級裝置來產生。 對電纜、電容器等電容量較大的被試品，可采用串聯諧振回路來獲得試驗用的工頻高電壓。 測量球隙 峰值電壓表 靜電電壓表 分壓器工頻高電壓試驗工頻高壓試驗的基木接線圖工頻高壓試驗的基本接線圖 工頻耐壓試驗的實施方法如下：按規(guī)定的升壓速度提升作用在被測試品TO上的電壓，直到等于所需的試驗電壓U為止，這時開始計算時間。為了讓有缺陷的試品

19、絕緣來得及發(fā)展局部放電或完全擊穿，達到U后還要保持一段時間，一般取一分鐘就夠了。如果在此期間沒有發(fā)現絕緣擊穿或局部損傷（可通過聲響、分解出氣體、冒煙、電壓表指針劇烈擺動、電流表指示急劇增大等異?，F象作出判斷）的情況，即可認為該試品的工頻耐壓試驗合格通過。工頻耐壓試驗的實施方法直流高電壓的產生直流高電壓試驗1.半波整流回路2.倍壓整流回路3.串級直流發(fā)生器直流高電壓的測量1. 1. 高壓高組法高壓高組法2. 2. 旋轉電位計旋轉電位計3. 3. 靜電電壓表靜電電壓表4. 4. 標準棒一棒間隙標準棒一棒間隙5. 5. 標準球間隙標準球間隙6. 6. 紋波電壓的測量紋波電壓的測量絕緣的直流耐壓試驗

20、直流高壓能反映設備受潮、劣化和局部缺陷等多方面的問題。它和交流耐壓試驗相比主要有以下一些特點：（1）試驗設備可以做得比較輕巧，適合于現場預防性試驗的要求。（2）在試驗時可以同時測量泄漏電流。（3）直流耐壓試驗比之交流耐壓試驗更能發(fā)現電機端部的絕緣缺陷。（4）在直流高壓下，局部放電較弱。多級沖擊電壓發(fā)生器原理接線圖 沖擊高電壓試驗沖擊高電壓的測量 目前最常用的測量沖擊電壓的方法有： 分壓器-示波器； 測量球隙； 分壓器-峰值電壓表。 球隙和峰值電壓表只能測量電壓峰值，示波器則能記錄波序，即不僅指示峰值而且能顯示電壓隨時間的變化過程。 絕緣的沖擊耐壓試驗方法 電氣設備內絕緣的雷電沖擊耐壓試驗采用三

21、次沖擊法，即對被測試品施加三次正極性和三次負極性雷電沖擊試驗電壓（1.2/50us）對變壓器和電抗器類設備的內絕緣，還要再進行雷電沖擊截波（1.2/25us）耐壓試驗，它對繞組絕緣（特別是其縱絕緣）的考驗往往比雷電沖擊全波試驗更加嚴格。 電力系統(tǒng)外絕緣的沖擊高壓試驗通?？刹捎?5次沖擊法，即對被測試品施加正、負極性沖擊全波試驗電壓各16次，相鄰兩次沖擊的時間間隔應不小于1min。在每組15次沖擊的試驗中，如果擊穿或閃絡的閃數不超過2次，即可認為該外絕緣試驗合格。內、外絕緣的操作沖擊高壓試驗的方法與雷電沖擊全波試驗完全相同。牽引供電設備試驗牽引供電設備試驗 牽引變電所的變壓器有：牽引變壓器、電力

22、變壓器和所用變壓器，它牽引變電所的變壓器有：牽引變壓器、電力變壓器和所用變壓器，它們是牽引變電所最主要的電力設備，對這些變壓器需進行預防性試驗，以們是牽引變電所最主要的電力設備，對這些變壓器需進行預防性試驗，以保證牽引變電所安全運行。牽引變壓器預防性試驗項目主要有：保證牽引變電所安全運行。牽引變壓器預防性試驗項目主要有： (1) (1) 測量繞組絕緣電阻和吸收比或極化指數；測量繞組絕緣電阻和吸收比或極化指數； (2) (2) 測量繞組泄漏電流：測量繞組泄漏電流： (3) (3) 測量繞組介質損耗因數測量繞組介質損耗因數tantan； (4) (4) 交流耐壓試驗；交流耐壓試驗； (5) (5)

23、 測量電容型套管的介質損耗因數測量電容型套管的介質損耗因數tantan和電容值；和電容值； (6) (6) 測量軛鐵和穿芯螺栓的絕緣電阻，測量鐵芯對地、鐵芯對軛鐵粱、測量軛鐵和穿芯螺栓的絕緣電阻，測量鐵芯對地、鐵芯對軛鐵粱、穿芯螺栓對鐵芯的絕緣電阻；穿芯螺栓對鐵芯的絕緣電阻； (7) (7) 測量繞組直流電阻；測量繞組直流電阻； (8) (8) 檢查繞組分接位的電壓比；檢查繞組分接位的電壓比； (9) (9) 檢查三相變壓器的聯結組別或單相變壓器的極性；檢查三相變壓器的聯結組別或單相變壓器的極性； (10) (10) 測量空載電流和空載損耗；測量空載電流和空載損耗； (11) (11) 絕緣油

24、介電強度試驗及油中溶解氣體色譜分析；絕緣油介電強度試驗及油中溶解氣體色譜分析； (12) (12) 有載分接開關的動作特性試驗。有載分接開關的動作特性試驗。牽引變壓器 根據根據規(guī)程規(guī)程規(guī)定，互感器交接和預防性試驗項目如下：規(guī)定，互感器交接和預防性試驗項目如下： (1)(1)測量互感器繞組及末屏的絕緣電阻；測量互感器繞組及末屏的絕緣電阻； (2)(2)測量測量35kV35kV及以上互感器一次繞組連同套管的介質損耗因數及以上互感器一次繞組連同套管的介質損耗因數tan8tan8； (3)(3)繞組連同套管一起對外殼的交流耐壓試驗；繞組連同套管一起對外殼的交流耐壓試驗； (4)(4)油箱和套管中絕緣油

25、試驗及油中溶解氣體色譜分析；油箱和套管中絕緣油試驗及油中溶解氣體色譜分析； (5)(5)測量鐵芯夾緊螺栓測量鐵芯夾緊螺栓( (可接觸到的可接觸到的) )絕緣電阻；絕緣電阻； (6)(6)互感器的極性、變比、勵磁特性等特性試驗；互感器的極性、變比、勵磁特性等特性試驗； (7) (7) 局部放電試驗。局部放電試驗?；ジ衅?高壓斷路器的預防性試驗項目主要有：高壓斷路器的預防性試驗項目主要有： (1)(1)絕緣電阻試驗；絕緣電阻試驗； (2)(2)少油斷路器的泄漏電流試驗；少油斷路器的泄漏電流試驗； (3) (3) 測量斷路器并聯電容的測量斷路器并聯電容的C C和和tantan； (4)(4)測量分合閘電磁鐵繞組的絕緣電阻；測量分合閘電磁