高壓試驗基礎

1、1高壓電氣試驗基礎2 l 絕緣試驗的作用和意義絕緣試驗的作用和意義l 高壓電氣試驗人員要求高壓電氣試驗人員要求l 電氣試驗的分類電氣試驗的分類l 試驗結果的判斷分析試驗結果的判斷分析l 電氣設備絕緣基本知識電氣設備絕緣基本知識l 絕緣電阻試驗絕緣電阻試驗l 直流泄漏電流試驗直流泄漏電流試驗l 絕緣介質損失角的測量絕緣介質損失角的測量3 有關統(tǒng)計，電力系統(tǒng)60以上的停電事故是由設備絕緣缺陷引起的。設備絕緣的劣化，都有一個發(fā)展過程，在這個過程中，絕緣材料會產(chǎn)生一些物理，化學變化，這些變化反映出絕緣狀態(tài)的改變。 試驗人員通過各種試驗手段，了解掌握絕緣情況，以便在故障發(fā)展的初期就能夠及時準確發(fā)現(xiàn)缺陷并

2、處理，做到防患于未然。 國家、行業(yè)規(guī)定，要求進行各種試驗。4 電氣試驗人員在保證設備安全方面擔負著重要責任，力爭既要不放過設備隱患，造成設備事故，又要不誤判斷，將合格設備判斷為不合格，造成檢修人員的額外、無效勞動。做一個合格的電氣試驗人員，必須具備以下條件： 一、具備全面的安全技術知識。 安規(guī)、工作票、接地、驗電、放電、不少于2人 二、具有全面熟練的試驗技術。了解電氣設備的型式、用途、結構及原理;了解各種絕緣材料的性能結構用途;熟悉檢修工藝及試驗流程；熟悉主接線及系統(tǒng)運行方式；熟悉試驗設備的原理、結構、使用方法，排除簡單的故障；熟悉各種影響試驗結果的因素及排除方法等 三、具有嚴肅認真的工作作風

3、。 周密準備、正確接線操作、準確判斷、詳細紀錄5 電氣試驗按電氣設備的壽命流程一般可分為：出廠試驗、交接試驗、大修試驗和預防性試驗。 出廠試驗：是檢查產(chǎn)品設計、制造、工藝的質量，防止不合格品出廠。任何電氣設備的出廠應附合格的出廠試驗報告，以供后續(xù)的試驗和運行參考。 交接試驗：主要是電氣設備投運前按照規(guī)程和廠家技術標準等來檢查產(chǎn)品有無缺陷、運輸途中有無損壞、最終判斷它能否投入運行并且為預防性試驗積累參考數(shù)據(jù)等。 預防性試驗：是電氣設備在投運后，按照一定的周期來檢查運行中的設備有無絕緣缺陷和其他缺陷等。 6 按照試驗的性質和要求，高壓試驗又分為絕緣試驗和特性試驗兩大類。 絕緣試驗可分為非破壞性試驗

4、和破壞性試驗：非破壞性試驗即用較低的電壓，不損壞設備絕緣的方法來判斷缺陷，它有絕緣電阻、tg試驗、油色譜分析等，能夠發(fā)現(xiàn)設備絕緣的整體性缺陷，其靈敏性還是有限，但目前這類試驗仍是一種必要的有效的手段；破壞性試驗如交流耐壓試驗，因其電壓較高，易于發(fā)現(xiàn)設備的集中性缺陷，其缺點是會給設備造成絕緣損傷積累，影響其使用壽命。破壞性試驗必須在非破壞性試驗合破壞性試驗必須在非破壞性試驗合格后進行。格后進行。 特性試驗主要是對設備的電氣和機械方面的特性進行測試，如斷路器的分合閘時間參數(shù)、GIS和斷路器的主回路接觸電阻、電流電壓互感器的變比誤差、極性、伏安特性曲線，變壓器的直流電阻等。7絕緣在線監(jiān)測 定期絕緣預

5、防性試驗，要停電后才能試驗，難以根據(jù)設備絕緣狀況靈活地選擇試驗周期。另外，預防性試驗施加電壓很低，如測量10kV下的介質損失角，難以反應真實運行電壓下的絕緣性能。 局部放電的在線監(jiān)測 油中氣體含量的在線監(jiān)測 紅外技術用于在線檢測8 每一項預防性試驗項目對反映不同絕緣介質的各種特點及靈敏度各不相同，因此，對各項預防性試驗結果不能孤立地，單獨地對絕緣介質作出試驗結論. 必須將試驗結果聯(lián)系起來，進行系統(tǒng)地，全面地分析比較，并結合各種試驗方法的有效性及設備的歷史情況，根據(jù)試驗結果變化規(guī)律和趨勢，進行全面綜合分析后做出判斷。才能對被試設備的絕緣狀態(tài)和缺陷性質作出科學的結論。9（1）與電氣設備歷年試驗結果

6、相互比較。（2）與同類型設備試驗結果相互比較。（3）同一設備不同相之間的試驗結果相互比較。（4）與電氣設備預防性試驗規(guī)程規(guī)定的“允許值”相互比較。 1011 12 絕緣材料：簡單的說就是使帶電體與其他部分隔離的材料。電阻率為1091022 cm的物質所構成的材料在電工技術上稱為絕緣材料，又稱電介質。絕緣材料對直流電流有非常大的阻力，在直流電壓作用下，除了有極微小的表面泄漏電流外，實際上幾乎是不導電的，而對于交流電流則有電容電流通過，但也認為是不導電的。13 絕緣是電氣設備結構的重要組成部分，其作用是將不同電位的導體分開，使各自保持應有的電位。 絕緣材料在電工產(chǎn)品中是必不可少的材料。例如一臺30

7、0MW汽輪發(fā)電機就需絕緣漆10t、云母制品8t、層壓板5t、漆布和薄膜約1t；按我國發(fā)電設備裝機容量及與之配套的電工設備的絕緣材料消耗平均為65t/10MW，由此可見絕緣材料在電工設備中所占比例是很大的。 14 電氣設備絕緣，一般有氣體、液體和固體三類，三者及其不同的組合構成了各種電氣設備的絕緣。 常用的固態(tài)材料有絕絕緣紙、層壓板、橡皮、塑料、油漆、玻璃、陶瓷、云母等。常用的液態(tài)材料有變壓器油等。氣態(tài)材料中以空氣、氮氣、六氟化硫等用得較多。 15 制造過程遺留。如在電機的制造過程中，由絕緣導體并成線棒（或繞成線圈），然后包上絕緣，再經(jīng)過熱壓（或浸膠等），在嵌入槽 后還要并頭、引線等直到成品試驗

8、，經(jīng)過了一系列的工序，絕緣要多次受到較大機械力的作用，從而造成絕緣損傷。所以定子繞組在制造廠里進行的多次中間試驗電壓應逐步遞減。 運行中外界作用。16電壓的作用。 對于絕緣材料而言，一般其擊穿電壓、電氣強度的值越高越好,電氣強度是在規(guī)定條件下發(fā)生擊穿時電壓與承受外施電壓的兩電極間距離之商，也就是單位厚度所承受的擊穿電壓。溫度的作用。 絕緣材料的絕緣性能與溫度有密切的關系。溫度越高，絕緣材料的絕緣性能越差。為保證絕緣強度，每種絕緣材料都有一個適當?shù)淖罡咴试S工作溫度，在此溫度以下，可以長期安全地使用，超過這個溫度就會迅速老化。當進行與設備的環(huán)境條件如溫度、濕度、油溫等有關的各種測量時(如、絕緣電阻

9、、tg、泄漏電流、直流電阻試驗等)，應同時測量被試品和周圍空氣的溫度和濕度。 機械力的作用。 載流導體之間還受到電動力電動力的作用，不斷地振動?？赡芤饓|塊及綁帶松動，線圈變形，線匝間發(fā)生位移及絕緣受損傷等。統(tǒng)計證明，長時承受的振動越大處，絕緣的事故率就越高。化學的作用。大自然的作用。17 集中性缺陷。如設備的瓷瓶開裂，電纜局部有氣隙等； 分布性缺陷。即電氣設備的整體絕緣下降(普遍受潮、老化) 。 18 陡河電廠7號發(fā)電機定子繞組相間短路 19 大港電廠2號發(fā)電機轉子接地20 大同超高壓供電公司500kV斷路器內(nèi)部放電故障2122 絕緣電阻是指在絕緣體的臨界電壓以下，施加直流電壓U-時，測量其

10、所含的離子沿電場方向移動形成的電導電流Ig，應用歐姆定律所確定的比值。 當夾層絕緣體施加直流電壓時，產(chǎn)生的電流分為3部分：電導電流、電容電流、吸收電流。23 離子電導電流：電介質中的自由帶點離子，在電場的作用下，沿電場方向移動，形成離子電導電流。 電子電導電流：電介質中的自由帶點電子，在電場的作用下，沿電場方向移動，形成電子電導電流。 自由電子是在強電場作用下，離子與分子碰撞產(chǎn)生的。 電介質中出現(xiàn)電子電導電流時，表明絕緣體已經(jīng)被擊穿。 電介質的電導都指離子電導電流。24 溫度的影響。電介質的溫度增加，定向運動的離子數(shù)和速度都會增加，所以電導劇增即電阻劇減。 電場強度的影響。電場強度較小時，電導

11、率幾乎與電場強度無關。電場強度較大時，隨著電場強度增加，分子離解為離子的數(shù)量增加，電導率增加。 濕度的影響。暴露在大氣中的液體電介質的電導隨大氣濕度增加而增加，多孔性材料的電導隨大氣濕度增加而劇烈增加。256.3電容電流與吸收電流 電介質的極化-電介質中的荷電質點在電場作用下相應于電場方向產(chǎn)生有限位移的現(xiàn)象。 電子式極化 離子式極化 偶極子松弛極化 夾層極化262728 電子式極化與離子式極化稱為彈性極化，形成了電容電流。 其余稱為松弛極化，形成了吸收電流。29吸收現(xiàn)象 當在電介質上加直流電壓時，初始瞬間電流很大，以后在一定時間內(nèi)逐漸衰減，最后穩(wěn)定下來。電流變化的這三個階段表現(xiàn)了不同的物理現(xiàn)象

12、。 初始瞬間電流是由電介質的彈性極化所決定，彈性極化建立的時間很快，電荷移動迅速，所呈現(xiàn)的電流就很大持續(xù)的時間也很短，這一電流稱為電容電流。 接著隨時間緩慢衰減的電流，是由電介質的夾層極化和松弛極化所引起的，它們建立的時間愈長，則這一電流衰減也愈慢，直至松弛極化完成，這一過程稱為吸收現(xiàn)象，這個電流稱為吸收電流。 最后不隨時間變化的穩(wěn)定電流是由電介質的電導決定的，稱為電導電流。306.4吸收比與極化指數(shù) 一般將60s和15s時絕緣電阻的比值R60R15，稱為吸收比。測量這一比值的試驗叫做吸收比試驗。絕緣受潮時K1下降，K1的最小值為1。變壓器絕緣要求K1值大于1.3。 對于吸收過程較長的大容量設

13、備有時用R60R15吸收比值尚不足以反映絕緣介質的電流吸收全過程。為了更好地判斷絕緣是否受潮，可采用較長時間的絕緣電阻比值進行衡量，稱為絕緣的極化指數(shù)。3132手搖式兆歐表工作原理“線路”端子L-接于被試設備的高壓導體上；“地”端子E-接于被試設備的外殼或地上；“屏蔽”端子G-接于被試設備的高壓護環(huán)上，以消除表面泄漏電流的影響。33 兆歐表的內(nèi)部結構是由電源和測量機構組成。電源是手搖發(fā)電機，測量機構為電流線圈和電壓線圈組成的磁電式流比計機構。當搖動兆歐表時，發(fā)電機產(chǎn)生的電壓施加試品上，這時在電流線圈和電壓線圈中有兩個電流流過，兩線圈繞向相反，將會產(chǎn)生兩個不同方向的旋轉力矩，二者平衡時指針指示的

14、數(shù)值就是絕緣電阻的數(shù)值。 隨著科技的發(fā)展，目前電動數(shù)字式兆歐表已經(jīng)普遍應用，其量程可以切換，測量速度快而且準確，體積小、質量輕，適合現(xiàn)場使用。34356.5測絕緣的步驟和注意事項 被試品與外部的連接全部拆除，并對地充分放電。 非被試部分應短路接地。回路中有電子元器件時，應取下或短接。 檢查搖表的好壞，開路為無窮大，短路則為零。 在均勻轉速下，即加壓狀態(tài)下（數(shù)字搖表），將“L”引至測試端，讀取吸收比或極化指數(shù)。 測試讀數(shù)正常后，將“L”先從測試線上拆開，再搖表停止，或“OFF”，（能自放電的搖表例外）否則會損壞搖表。 將測試品對地充分放電。 有泄漏影響時，可加屏蔽至“G”端，屏蔽線應靠近被試品的

15、加壓端，以免搖表過載。 對大容量電氣設備如發(fā)電機和長距離電纜等，必須充分放電。36影響絕緣電阻測量的因素 濕度的影響 隨著周圍環(huán)境的變化，電力設備的吸濕程度也隨著發(fā)生變化。濕度增大時，絕緣因毛細管的作用，將吸收較多的水分，使電導率增加，降低了絕緣電阻的數(shù)值，尤其對表面泄漏電流的影響更大。溫度的影響 一般來講，溫度變化10度，絕緣電阻的變化達一倍。每次測量不可能在同一溫度下進行，因此，必要時應對絕緣電阻數(shù)值進行溫度換算。 表面臟污的影響 試品表面臟污會使表面電阻率大大降低，使絕緣電阻下降，在這種情況下必須消除表面泄漏電流的影響，以獲得正確的測量結果。 殘余電荷的影響 對有殘余電荷被試設備進行試驗

16、時，會出現(xiàn)虛假的現(xiàn)象，當殘余電荷的極性與兆歐表的極性相同時，會使測量結果虛假的增大。當殘余電荷的極性與兆歐表的極性相反時，會使測量結果虛假的減小。因此，對大容量的設備進行絕緣電阻測量前，應對設備進行充分的放電。 此外，兆歐表的連線鉸接或拖地也會使測量結果變小，外界電場的干擾以及測量時L端子和E端子接反都會對結果產(chǎn)生一定的影響，測量時應全面考慮，綜合判斷。377. 直流泄漏試驗的原理及方法直流泄漏試驗的原理及方法38直流泄漏試驗的原理直流泄漏試驗的原理 測量絕緣體的直流泄漏電流與測量絕緣電阻的原理基本相同。 不同之處 是直流泄漏試驗的電壓一般比兆歐表電壓高，并可任意調(diào)節(jié)，因而可以比兆歐表更有效地

17、發(fā)現(xiàn)絕緣中一些尚未貫通的集中性絕緣缺陷。 一般直流兆歐表的電壓在2.5KV以下，比某些電氣設備的工作電壓要低得多。如果認為兆歐表的測量電壓太低，還可以采用加直流高壓來測量電氣設備的泄漏電流。39直流泄漏試驗的特點測量設備的泄漏電流和絕緣電阻本質上沒有多大區(qū)別，但是泄漏電流的測量有如下特點：（1）試驗電壓比兆歐表高得多，絕緣本身的缺陷容易暴露，能發(fā)現(xiàn)一些尚未貫通的集中性缺陷。（2）通過測量泄漏電流和外加電壓的關系有助于分析絕緣的缺陷類型，如圖所示。（3）泄漏電流測量用的微安表，精度高，對缺陷的反映靈敏度高。 4041直流泄漏試驗的方法直流泄漏試驗的方法 直流泄漏電流與直流耐壓試驗的測量一致。 但

18、作用不同，前者是用于檢查絕緣狀況，試驗電壓相對較低。后者是考驗絕緣的耐電強度，其試驗電壓較高。42試驗步驟（1）根據(jù)已有的試驗設備和被試設備的條件，選擇合適的試驗接線。（2）繪出試驗接線圖，進行接線。（3）試驗前必須經(jīng)第二人檢查，察看接線是否正確，各儀表的量程、位置是否合乎規(guī)定，調(diào)壓器是否在零位。（4）微安表如裝有短路刀閘，必須置于短路位置，如為多量程者，在試驗之初，還應接于最大量程上。（5）給上電源電壓以后，再合上升壓回路開關，調(diào)節(jié)高壓側的輸出電壓，使其分級逐步升高到所需要的試驗電壓值。一般每一試驗分成5級逐級升高。（6）試驗前必須先測量試具與接線的泄漏電流，并記錄下來。確定無異狀后，才能將

19、被試物接入試驗回路進行試驗。最后從測定被試物時所得到的泄漏電流中，減去試驗設備與接線本身的泄漏電流即為被試物的實際泄漏電流值，試驗設備與接線本身的泄漏電流比例過大，會影響試驗結果的正確性，如有這種情況，應采取措施。（7）升壓試驗前，應先打開微安表的短路閘刀，看微安表有無指數(shù)。若有較大的指數(shù)時，應查明其原因，經(jīng)清除后，再行試驗。（8）按照已經(jīng)劃分并計算出的各級電壓，逐段升高電壓。每升壓一次，待微安表的指示穩(wěn)定后，即可讀取相應的泄漏電流值（一般在調(diào)到該級試驗電壓后一分鐘），并作好記錄。如微安表指針稍有擺動，可讀取擺動范圍的平均值。如果發(fā)現(xiàn)泄漏電流有迅速上升的現(xiàn)象或其它異?，F(xiàn)象，應立即停止實驗。對不

20、要求作直流耐壓試驗的設備，只要測出各級試驗電壓所對應的泄漏電流值即可。（9）試驗完畢，應先將調(diào)壓器退回零位，切斷調(diào)壓器電源，再切斷其它附屬試驗設備的電源，最后切斷總電源。（10）每次試驗完畢，必須將被試物經(jīng)電阻對地放電。根據(jù)放電火花的大小，大概了解被試電氣設備的絕緣情況。放電時應使用絕緣棒，并帶橡膠絕緣手套。43注意事項必須遵守高壓試驗操作注意事項采用半波整流接線方法時，整流二極管的最高使用電壓，不得超過其額定反峰電壓的一半。負極性直流電壓下對絕緣的考核更嚴格，應采用負極性。連接到被試物上的高壓導線，應短而絕緣良好，并應使其對地及其它接地部分有足夠的距離，以減少雜散電流的干攏。盡量以高壓接微安

21、表讀數(shù)，確保反映絕緣內(nèi)部的泄漏電流。必須注意被試電氣設備的溫度和表面泄漏電流對試驗結果的影響高壓引線應使用屏蔽線以避免引線泄漏電流對結果的影響，高壓引線不應產(chǎn)生電暈。直流泄漏電流值應符合有關標準規(guī)定，并為以后預試比較判斷留存依據(jù)。44發(fā)電機直流耐壓及泄漏試驗接線A.微安表在高壓 B.微安表在低壓458.介質損失角正切值的tg的原理及測量46電介質的損耗 在交流或直流電場中，電介質都要消耗電能，稱為電介質損耗。電介質的損耗分以下三類： 電導損耗 游離損耗 極化損耗 工程實際中，無法明確區(qū)分損耗種類，以介質中流過電流的有功與無功分量比值表示，即tg47tg大小與介質性質有關。與絕緣體的結構、形狀、

22、幾何尺寸無關。48 通過測量tg，可以反映出絕緣的一系列缺陷，如絕緣老化、受潮，油或浸漬物臟污、絕緣中氣氣隙放電等。 tg不能反映大電容被試物的局部集中缺陷。不能反映大電容被試物的局部集中缺陷。主設備容量愈大,其電容量亦愈大,在電力系統(tǒng)中的位置亦愈重要,而用tg來判斷其絕緣狀況的靈敏度則愈低. 在tg的機理研究中,把絕緣結構看成是并聯(lián)回路,其設備的總的介質損耗: tg=(C1tg1+C2tg2+Cntgn)/(C1+C2+Cn)由此式可看出電容量對tg的影響.例如,某臺變壓器絕緣的某部分(如瓷套管)有缺陷,介質損耗顯著升高,甚至達到不能允許的程度,而其余部分良好. 所以常用分解測量tg的方法來

23、更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。49絕緣中存在氣隙時介質損失角與外加電壓的關系曲線從tg增加的陡度，可反映出絕緣老化的程度，如發(fā)電機的介損增量試驗。50測量用儀器交流平衡電橋：西林電橋 QS1：包括橋體及標準電容器兩部分，與QS3西林電橋相比，雖然測量精度較低，但攜帶方便、操作簡單，適合現(xiàn)場使用。由于電橋及標準電容器CN專門加強絕緣，可反接線測量。 QS3：橋體是按低壓設計，只能按正接線使用，通常在試驗室內(nèi)作較精密的測量，如校驗QS1型電橋，測量絕緣油等。交流不平衡電橋：M型介質試驗器數(shù)字式自動介損電橋 AI6000E51QS1型西林電橋原理電橋平衡時，G中電流為零， Zx/Z3=Zn/Z452 Cx=Cn

24、(R4/R3); tgx=CxRx=C4R4 通常取R4=10000/，f=50 tg=1000000C4(以F計)=C4（以F計）即當電橋調(diào)到平衡時，即當電橋調(diào)到平衡時，C4的微法數(shù)就等于被的微法數(shù)就等于被試品的試品的tg值值同時測量電容同時測量電容Cx,有時對于判斷絕緣狀況也是有時對于判斷絕緣狀況也是價值的。價值的。53QS1型西林電橋的使用 額定工作電壓為10kV。接線方式接線方式 正接線：正常接線，要求兩極對地絕緣。橋體處于低壓，安全方便不受被試品對地寄生電容影響，測量準確 反接線：適用于一極接地情況。橋體處于高壓，高壓電極連同引線的寄生電容將與被試電容并聯(lián)，誤差大。5455QS1西林

25、電橋的外界干擾現(xiàn)場試驗時，存在電場、磁場及表面電導等的干擾。（一）電場干擾消除方法 屏蔽法 倒相法 移相法（二）磁場干擾消除方法 遠離 轉換角度 檢流計的（三）被試品表面電導的影響56AI-6000E型自動抗干擾精密介質損型自動抗干擾精密介質損耗測量儀耗測量儀57 一、主要功能 具有正/反接線，內(nèi)/外標準電容，內(nèi)/外高壓多種工作模式，可做各種常規(guī) 介損試驗，不需外接任何輔助設備。 一體化設計，大屏幕背光LCD顯示，中文圖文菜單，緩速連續(xù)升壓，可迅速 降壓，電流電壓實時監(jiān)示。 測試數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，可自動分辨電容、電感、電阻型試品 采用變頻抗干擾，在200%干擾下仍能準確測量。 自動識別50Hz / 60Hz電網(wǎng)。 支持發(fā)電機供電，即使頻率波動大，也可正常工作。 具有自動識別外接電源頻率38Hz72Hz功能，支持用串連諧振電源做高電壓 介損試驗。 具有CVT自激磁測量接口，C1/C2可一次 接線同時測出，無須換線和外接 任何配件。 可以設置高壓電壓/電流、低壓電壓/電流4個