高壓電氣設備試驗技術

關于高壓電氣設備試驗技術第1頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

電氣設備絕緣預防性試驗已成為保證現(xiàn)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(xiàn)絕緣缺陷，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。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。第2頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日高壓電氣設備試驗技術所涉及的試驗可分為兩大類：高電壓試驗絕緣的預防性試驗根據(jù)是否需要停電測試，電氣設備試驗可以分為：離線試驗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。第3頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日電氣設備絕緣預防性試驗第4頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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，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(xiàn)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(xiàn)潛在的缺陷，然后采取措施消除隱患。我們通過測量電氣特性的變化來發(fā)現(xiàn)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，才能作出比較準確的判斷和結論。第5頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日常見試驗項目：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(shù)字式局部放電測試儀）▲▼絕緣電阻測試儀第6頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日絕緣電阻、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(xiàn)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I15和I60或兩個相應的絕緣電阻值R60和R15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。第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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(xiàn)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；絕緣表面情況不良。測量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)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；絕緣的老化。絕緣電阻和吸收比的測量第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日(1)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5-10min。

(2)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量結果的影響極小。

(3)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。

(4)對帶有繞組的被試品，應先將被測繞組首尾短接，再接到L端子：其他非被測繞組也應先首尾短接后再接到應接端子。

(5)絕緣電阻與試品溫度有十分顯著的關系。

(6)每次測試結束時，應在保持兆歐表電源電壓的條件下，先斷開L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。測量絕緣電阻時應注意下列幾點：第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

對于某些大型被試品，用測“吸收比”的方法來替代

原理：令和瞬間的兩個電流值的和比值。

（4－12）

已經接近于穩(wěn)態(tài)絕緣電阻值，恒大于1,越大表示吸收現(xiàn)象越顯著，絕緣性能越好。第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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。第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日大容量電氣設備中，吸收現(xiàn)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(shù)再進行判斷。

極化指數(shù)某些集中性缺陷雖已相當嚴重，以致在耐壓試驗時被擊穿，但在此前測得的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)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。第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)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。

第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日發(fā)電機的泄漏電流變化曲線

第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日泄漏電流試驗接線圖

第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

介質損耗角正切的測量

tanδ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tanδ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tanδ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tanδ。

第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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(lián)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

第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日介質損耗角正切測量的影響因素外界電磁場的干擾影響溫度的影響試驗電壓的影響試品電容量的影響試品表面泄漏的影響第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日局部放電的測量

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

第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日表征局部放電的參量

視在放電量放電重復率放電能量平均放電電流放電的均方率 放電功率局部放電起始電壓局部放電熄滅電壓第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日局部放電檢測方法電檢測法聲測法光測法化學檢測法其他檢測法第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日絕緣油性能檢測

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。第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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(shù)（tanδ）的測量；（3）介電常數(shù)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。第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日電氣強度試驗

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。第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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的增長率第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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(jù)。第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日電氣絕緣高電壓試驗第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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緣在運行中受到的工作電壓，從而實現(xiàn)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。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進行，以避免或減少不必要的損失。第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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(lián)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第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日工頻高壓試驗的基木接線圖工頻高壓試驗的基本接線圖第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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(xiàn)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(xiàn)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第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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)生器第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日直流高電壓的測量1.高壓高組法2.旋轉電位計3.靜電電壓表4.標準棒一棒間隙5.標準球間隙6.紋波電壓的測量第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日絕緣的直流耐壓試驗

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(xiàn)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(xiàn)電機端部的絕緣缺陷。（4）在直流高壓下，局部放電較弱。第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日多級沖擊電壓發(fā)生器原理接線圖

沖擊高電壓試驗第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日沖擊高電壓的測量

目前最常用的測量沖擊電壓的方法有：①分壓器-示波器；②測量球隙；③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。

第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日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（1.2/2～5us）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常可采用15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(shù)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。第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日牽引供電設備試驗第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

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)測量繞組絕緣電阻和吸收比或極化指數(shù)；

(2)測量繞組泄漏電流：

(3)測量繞組介質損耗因數(shù)tanδ；

(4)交流耐壓試驗；

(5)測量電容型套管的介質損耗因數(shù)tanδ和電容值；

(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、穿芯螺栓對鐵芯的絕緣電阻；

(7)測量繞組直流電阻；

(8)檢查繞組分接位的電壓比；

(9)檢查三相變壓器的聯(lián)結組別或單相變壓器的極性；

(10)測量空載電流和空載損耗；

(11)絕緣油介電強度試驗及油中溶解氣體色譜分析；

(12)有載分接開關的動作特性試驗。牽引變壓器第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，互感器交接和預防性試驗項目如下：

(1)測量互感器繞組及末屏的絕緣電阻；

(2)測量35kV及以上互感器一次繞組連同套管的介質損耗因數(shù)tan8；

(3)繞組連同套管一起對外殼的交流耐壓試驗；

(4)油箱和套管中絕緣油試驗及油中溶解氣體色譜分析；

(5)測量鐵芯夾緊螺栓(可接觸到的)絕緣電阻；

(6)互感器的極性、變比、勵磁特性等特性試驗；

(7)局部放電試驗?；ジ衅鞯?0頁，共46頁，2023年，2月20日，星期日

高壓斷路器的預防性試驗項目主要有：

(1)絕緣電阻試驗；

(2)少油斷路器的泄漏電流試驗；

(3)