高電壓技術實驗實驗報告(二)

1、-高電壓技術實驗報告高電壓技術實驗報告學院 電氣信息學院專業(yè) 電氣工程及其自動化- 20 - / 21文檔可自由編輯實驗一介質損耗角正切值的測量1 實驗目的學習使用QS1型西林電橋測量介質損耗正切值的方法。2 實驗項目1正接線測試2反接線測試3 實驗說明 絕緣介質中的介質損耗（P=C u2 tg）以介質損耗角的正切值(tg)來表征, 介質損耗角正切值等于介質有功電流和電容電流之比。用測量tg值來評價絕緣的好壞的方法是很有效的，因而被廣泛采用，它能發(fā)現(xiàn)下述的一些絕緣缺陷：絕緣介質的整體受潮；絕緣介質中含有氣體等雜質；浸漬物及油等的不均勻或臟污。測量介質損耗正切值的方法較多，主要有平衡電橋法（QS

2、1），不平衡電橋法及瓦特表法。目前，我國多采用平衡電橋法，特別是工業(yè)現(xiàn)場廣泛采用QS1型西林電橋。這種電橋工作電壓為10Kv，電橋面板如圖2-1所示，其工作原理及操作方法簡介如下：檢流計調(diào)諧鈕 檢流計調(diào)零鈕C4電容箱（tg） R3電阻箱微調(diào)電阻（R3橋臂） 靈敏度調(diào)節(jié)鈕檢流計電源開關 檢流計標尺框QS1西林電橋面板圖 +tg/-tg及接通/斷開/接通切換鈕檢流計電源插座 接地低壓電容測量 分流器選擇鈕 橋體引出線1）工作原理： QS1西林電橋面板圖原理接線圖如圖2-2所示，橋臂BC接入標準電容CN（一般CN=50pf），橋臂BD由固定的無感電阻R4和可調(diào)電容C4并聯(lián)組成，橋臂AD接入可調(diào)電阻R

3、3，對角線AB上接入檢流計G，剩下一個橋臂AC就接被試品CX。 高壓試驗電壓加在CD之間，測量時只要調(diào)節(jié)R3和C4就可使G中的電流為零，此時電橋達到平衡。由電橋平衡原理有： 即： （式2-1）各橋臂阻抗分別為： 將各橋臂阻抗代入式2-1，并使等式兩邊的實部和虛部分別相等，可得： （式2-2） 在電橋中，R4的數(shù)值取為=10000/=3184（），電源頻率=100，因此： tg= C4（f） （式2-3） 即在C4電容箱的刻度盤上完全可以將C4的電容值直接刻度成tg值（實際上是刻度成tg（%）值），便于直讀。2）接線方式： QS1電橋在使用中有多種接線方式，如下圖所示的正接線、反接線、對角接線，

4、低壓測量接線等。 正接線適用于所測設備兩端都對地絕緣的情況，此時電橋的D點接地，試驗高電壓在被試品及標準電容上形成壓降后，作用于電橋本體的電壓很低，測試操作很安全也很方便，而且電橋的三根引出線（CX、CN、E）也都是低壓，不需要與地絕緣。 反接線適用于所測設備有一端接地的情況，這時是C點接地，試驗高電壓通過電橋加在被試品及標準電容上，電橋本體處于高電位，在測試操作時應注意安全，電橋調(diào)節(jié)手柄應保證具有15kv以上的交流耐壓能力，電橋外殼應保證可靠接地。電橋的三根引出線為高壓線，應對地絕緣。 對角接線使用于所測設備有一端接地而電橋耐壓又不夠，不能使用反接線的情況，但這種接線的測量誤差較大，測量結果

5、需進行校正。 低壓接線可用來測量低壓電容器的電容量及tg值，標準電容可選配0.001f（可測CX范圍為300pf10f）或0.01f（可測CX范圍為3000pf100f）3分流電阻的選擇及tg值的修正：QS1電橋可測試品范圍很廣，試品電容電流變化范圍也很廣，但電橋中R3的最大允許工作電流為0.01A，如果試品電容電流超過此值，則必須投入分流器，以保證R3的安全工作，分流器擋位的選擇可按表2-1所列數(shù)據(jù)進行。在投入分流器后所測tg值很小的情況下，測量值應進行校正，其校正式如下：tg為實測值，tg為校正量，tgX為校正后的值。四儀器設備：50/5試驗裝置一套水阻一只電壓表一只QS1電橋一套220K

6、v脈沖電容器（被試品）一只五實驗接線：（a） 高壓試驗源 （ b） 正接線 （c） 反接線 （d） 對角接線 QS1西林電橋試驗接線圖六實驗步驟：首先按上圖所示的正接線法接好試驗線路；將R3、C4以及靈敏度旋鈕旋至零位，極性切換開關放在中間斷開位置；根據(jù)被試品電容量確定分流器擋位；檢查接線無誤后，合上光偏式檢流計的光照電源，這時刻度板上應出現(xiàn)一條窄光帶，調(diào)節(jié)零位旋鈕，使窄光帶處在刻度板零位上；合上試驗電源，升至所需試驗電壓；把極性切換開關轉至“+ tg”位置的“接通”上；把靈敏度旋鈕旋至1或2位置，調(diào)節(jié)檢流計的合頻旋鈕，找到檢流計的諧振點，光帶達到最寬度，即檢流計單擋靈敏度達到最大；調(diào)節(jié)檢流計

7、靈敏度旋鈕，使光帶達到滿刻度的1/32/3為止；先調(diào)節(jié)R3使光帶收縮至最窄，然后調(diào)節(jié)C4使光帶再縮至最窄，當觀察不便時，應增大靈敏度旋鈕擋（注意在整個調(diào)節(jié)過程中，光帶不能超過滿刻度），最后，反復調(diào)節(jié)和C4并在靈敏度旋鈕增至10擋（最大擋）時，將光帶收縮至最窄（一般不超過4mm），這時電橋達到平衡；電橋平衡后，記錄tg、R3、值，以及分流器擋位和所對應的分流器電阻n，還有所用標準電容的容量CN；將檢流計靈敏度降至零，把極性旋鈕旋至關斷，把試驗電壓降至零并關斷試驗電源，關斷燈光電源開關，最后將試驗變壓器及被試品高壓端接地。計算被試品電容量： 式中，CN -標準電容的容量（50pf或100pf） n

8、 -分流器電阻值（對應于分流器擋位，如表2-1所列）按圖2-4所示的反接線法接好試驗線路（選做）；并按操作步驟調(diào)節(jié)電橋，測出被試品的tg值和CX值。注意：反接線法橋體內(nèi)為高壓，電橋箱體必須良好接地，電橋引出線應架空與地絕緣。操作時注意安全。7 實驗結果 在實驗中我們選擇的儀器是XHJS1000A型變頻電源，其主要功能是將頻率為50Hz的工頻交流電轉化成頻率為40-45Hz的 交流電，以防止工頻交流電的干擾 1.正接線法 1）實驗接線圖 2）實驗參數(shù)設定 3）實驗結果試品電容Cx（nF）4.2754.2754.275tan2.727%2.724%2.720%2.反接線法1）實驗接線圖2）參數(shù)設定

9、3） 實驗結果試品電容Cx（nF）4.2964.2964.296tan2.7842.7802.780 3. 分析 由上表中所示的實驗結果可以看出，無論是正接法接線還是反接法接線，三次實驗試品的電容量都為恒定值，而tan卻有變化；這是因為試品電容受正反解法的輕微影響，一般接線方式固定其值就基本固定了，而tan卻和空氣的濕度，被試品表面的積污程度，溫度，外界磁場的干擾等有關系，因此其值有輕微的變化。8 實驗總結 介質損耗是表征介質交流損耗的參數(shù)（直流用電導即可表征），包括電導和電偶損耗，測量tan是判斷電氣設備絕緣狀態(tài)的一項靈敏有效的方法。tan能反映絕緣的整體缺陷和小電容試品的嚴重局部缺陷，對于

10、電容量很大的電氣設備的局部性缺陷，應該將設備分解為幾個部分，分別測量tan的值。試驗吸引人的地方便是可以讓我們對于書本上學習的抽象的概念性的東西具體化，這對于我們的學習是大有裨益的；通過這個試驗，對于課堂上學習的介質損耗角有了一個比較具體的概念，在實驗的測試過程中，同學們團結一致，發(fā)現(xiàn)了許多的問題并且積極想辦法解決，讓我看到了團結的力量；謝謝學校提供給我們條件。實驗二避雷器試驗一實驗目的了解閥型避雷器的種類、型號、規(guī)格、工作原理及不同種類避雷器的結構和適用范圍，掌握閥型避雷器電氣預防性試驗的項目、具體內(nèi)容、試驗標準及試驗方法。二實驗項目 1FS-10型避雷器試驗 （1）絕緣電阻檢查 （2）工頻

11、放電電壓測試 2FZ-15型避雷器試驗 （1）絕緣電阻檢查 （2）泄漏電流及非線性系數(shù)的測試三實驗說明閥型避雷器分普通型和磁吹型兩類，普通型又分FS型（配電型）和FZ型（站用型）兩種。它們的作用過程都是在雷電波入侵時擊穿火花間隙，通過閥片（非線性電阻）泄導雷電流并限制殘壓值，在雷電過后又通過閥片減小工頻續(xù)流并通過火花間隙的自然熄弧能力在工頻續(xù)流第一次過零時切斷之，避雷器實際工作時的通流時間10ms（半個工頻周期）。FS型避雷器的結構最簡單，如圖2-1所示，由火花間隙和非線性電阻（閥片）串聯(lián)組成。FZ型避雷器的結構特點是在火花間隙上并聯(lián)有均壓電阻（也為非線性電阻），如圖2-2所示，增設均壓電阻是

12、為了提高避雷器的保護性能，因為多個火花間隙串聯(lián)后將引起間隙上工頻電壓分布不均，并隨外瓷套電壓分布而變化，從而引起避雷器間隙恢復電壓的不均勻及不穩(wěn)定，降低避雷器熄弧能力，同時其工頻放電電壓也將下降和不穩(wěn)定。加上均壓電阻后，工頻電壓將按電阻分布，從而大大改善間隙工頻電壓的分布均勻度，提高避雷器的保護性能。非線性電阻的伏安特性式為：U=CI，其中C為材料系數(shù)，即為非線性系數(shù)（普通型閥片的0.2、磁吹型閥片的0.24、FZ型避雷器因均壓電阻的影響，其整體0.350.45），其伏安特性曲線如圖2-3所示。可見流過非線性電阻的電流越大，其阻值越小，反之其阻值越大，這種特性對避雷器泄導雷電流并限制殘壓，減小

13、并切斷工頻續(xù)流都很有利。另外，F(xiàn)S型避雷器的工作電壓較低（10kv），而FZ型避雷器工作電壓可做到220kv。FZ型避雷器中的非線性電阻（均壓電阻和閥片）的熱容量較FS型為大，因其工作時要長期流過工頻漏電流（很小、微安級）。磁吹型避雷器有FCZ型（電站用）和FCD型（旋轉電機用）兩種，其結構與FZ型相似，間隙上都有均壓電阻，只是磁吹型避雷器采用磁吹間隙，并配有磁場線圈和輔助間隙。由于以上結構上的不同，所以對FS型和FZ（FCZ、FCD）型避雷器的預防性試驗項目和標準都有很大的不同。根據(jù)電力設備預防性試驗規(guī)程，對FS型避雷器主要應做絕緣電阻檢查和工頻放電電壓試驗，對FZ（及FCZ、FCD）型避雷

14、器則應做絕緣電阻檢查和直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測試。只有在其解體檢修后才要求做工頻放電電壓試驗（需要專門設備）。避雷器其它的預防性試驗還包括底座絕緣電阻的檢查、放電計數(shù)器的檢查及瓷套密封性檢查等。避雷器試驗應在每年雷雨季節(jié)前及大修后或必要時進行。絕緣電阻的檢查應采用電壓2500v及量程2500M的兆歐表。要求對于FS型避雷器絕緣電阻應不低于2500M；FZ（FCZ、FCD）型避雷器絕緣電阻與前次或同類型的測試值比較，不應有明顯差別。FS型避雷器的工頻放電電壓試驗的合格值如表2-1所列。表2-1 FS型避雷器的工頻放電電壓值：額定電壓（kv）3610工頻放電電壓（kv）大修后911161926

15、31運行中81215212333FZ型避雷器的直流泄漏電流及非線性系數(shù)的測試的試驗電壓及電導電流值如表2-2所列，所測泄漏電流值還應與歷年數(shù)據(jù)相比較，不應有顯著變化，同相元件電導電流差值不應大于30%。表2-2 FZ型避雷器的直流泄漏試驗電壓及電導電流值：額定電壓（kv）361015203040試驗電壓（kv）U1-8101216U2461016202432U2時電導電流（A）450650400600電導電流差值按式2-1計算： （式2-1）非線性系數(shù)按式2-2計算： （式2-2）同相組合元件的非線性系數(shù)差值不應大于0.05。圖2-1 FS型避雷器結構及 圖2-2 FZ型避雷器 圖2-3 非線

16、性電阻的 電路示意圖 電路示意圖 伏安特性曲線四儀器設備50/5試驗裝置一套水阻一只高壓硅堆一只濾波電容一只微安表一只電壓表一只高壓靜電電壓表一只FS-10型避雷器一只FZ-15型避雷器一只五實驗接線 圖2-4 絕緣電阻測試接線圖 圖2-5 FS型避雷器工頻放電實驗接線圖 （a）微安表接在避雷器處 （b）微安表接在試驗變壓器尾端 圖2-6 FZ型避雷器工頻放電實驗接線圖六實驗步驟1FS-10型避雷器試驗 1）絕緣電阻檢查測試接線如圖2-4所示，測試前應把避雷器表面清潔干凈，檢查有無外傷，兩端頭有無松動及銹蝕。測試時避雷器應豎放，先檢查兆歐表的零位和最大偏轉位，然后夾好接線，以120轉/分的速度

17、勻速搖轉兆歐表，讀取穩(wěn)定的讀數(shù)；為消除表面泄露的影響，可做一屏蔽環(huán)并接于兆歐表的G端，使表面泄露不影響讀數(shù)。所測得的絕緣電阻如果小于2500M，可能是避雷器瓷套密封不良引起內(nèi)部受潮所至。 2）工頻放電電壓測試測試接線如圖2-5所示，試驗電路中應設保護電阻R，用來限制擊穿放電時的放電電流，要求將此電流幅值限制到0.7A以下，以避免放電燒壞火花間隙；控制電路應設電流速斷保護，要求間隙放電后在0.5s內(nèi)切斷電源。電壓測量可在低壓側進行，并通過變比折算出高壓側電壓，試驗步驟：檢查接線正確后，接通電源；合上高壓試驗開關，勻速升壓（2kv/s），直至避雷器擊穿放電，并記錄此時的電壓值，然后將調(diào)壓器電壓降至

18、零，斷開高壓試驗開關；重復步驟三次，每次間隔時間不小于1min，取三次放電電壓平均值為此避雷器的工頻放電電壓；切斷電源。2FZ-15型避雷器試驗 1）絕緣電阻檢查測試方法與測FS型避雷器絕緣電阻時相同，所不同的是因FZ型避雷器火花間隙上并聯(lián)有均壓電阻，故所測得的值比FS型要小得多。規(guī)程中沒有規(guī)定具體數(shù)值，但必須做相對比較。如果與前次比較明顯偏小，則可能是避雷器瓷套密封不良引起內(nèi)部受潮；如果明顯增大，則可能是避雷器均壓電阻接觸不良或斷裂所至。 2）泄漏電流及非線性系數(shù)的測試測試接線如圖2-6所示，注意高壓硅堆的方向應使試驗電壓呈負極性，要求試驗電壓的脈動系數(shù)不大于1.5%，一般是在回路上并接0.

19、010.1f的濾波電容C，保護電阻R應使避雷器放電時的放電電流不大于硅堆最大允許電流，應直接測量加在避雷器上的試驗電壓（一般用靜電電壓表測量），測量準確度應在3級或以上，電導電流可在圖中A、B、C三處測量，以A處為優(yōu)選，注意在C處測量時除避雷器外的其它試驗設備的接地端應接于試驗變壓器的X端，并空升一次以檢查其它泄露情況。電流測量準確度應在0.5級或以上，試驗步驟：檢查接線正確后，接通電源；合上高壓試驗開關，勻速升壓（2kv/s）至U1，記錄此時的電導電流（I1），然后繼續(xù)勻速升壓至U2，并記錄此時的電導電流（I2），完畢后將電壓降至零，斷開高壓試驗開關，切斷電源；放電，對濾波電容。一般先通過電

20、阻放電，然后再直接放電并掛上接地線。七實驗結果1.FS-10型避雷器試驗1）試驗設備 FS-10型避雷器 手搖式 M表2） 絕緣電阻檢查：要加負極性的電源，且手搖式M表的高壓線不能接地，應懸空，否則會造成測量結果不準確。 測量結果：絕緣電阻大于等于2500M,滿足要求3） 工頻放電電壓測試 通過測試，F(xiàn)S-10型避雷器工頻擊穿電壓為30kV，按照規(guī)定FS-10型避雷器在運行中的工頻放電電壓為23-33kV，測試所得的30kV滿足要求。2. FZ-15型避雷器試驗1)試驗設備 FZ-15型避雷器 手搖式M表2） 絕緣電阻的檢查 經(jīng)過測試所得的絕緣電阻為400M，但是這無法判斷該避雷器的絕緣性能好壞，因為對于FZ-15型避雷器其絕緣電阻會隨運行情況的變化而變化，所以不能通過一次測量值進行評判，而應該與前次測量值或者是同類型的測試量進行比較，不應有明顯差別，即絕緣性能較好。 3）泄露電流及非線性系數(shù)的測試測試電壓(kV)5.71(AC)/8（DC）8.57(AC)/12(DC）11.42(AC)/16（DC）電導電流(uA)70195400按照實驗要求，應該加上直流測試電壓，實驗室中直流電壓來由交流電壓整流而得。根據(jù)換算關系U(DC)=1.4U(AC),因此才有括號中的關系。非線性