第2篇電氣絕緣與高電壓實驗

1、第二篇 電氣設(shè)備與高電壓試驗1 高電壓與絕緣技術(shù)是一門理論與實驗緊密結(jié)合的學科，由于其依賴的電介質(zhì)理論尚不夠完善，高電壓與電氣絕緣的很多問題必須通過試驗來解釋；電氣設(shè)備絕緣設(shè)計、故障檢測與診斷等也都必須借助試驗來完成。2高電壓技術(shù)所涉及的試驗可分為兩大類：高電壓試驗電氣絕緣試驗 近年來，由于國民經(jīng)濟發(fā)展的要求，我國開始大力發(fā)展超高壓、特高壓輸電技術(shù)，直流800kV、交流1000kV的輸電電壓等級都是世界首屈一指，很多技術(shù)問題沒有任何可借鑒的經(jīng)驗，而另一方面電壓等級的提高對電氣設(shè)備絕緣的可靠性提出了更高的要求，這些問題都必須依靠先進而完善的試驗體系及試驗方法才能得以很好的解決。 3根據(jù)是否需要停

2、電測試，電氣絕緣試驗可以分為:離線試驗在線檢測 離線試驗主要指的是目前常規(guī)的預(yù)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(shè)備尤其是超高壓、特高壓電氣設(shè)備絕緣在線檢測技術(shù)的發(fā)展必將成為一種趨勢。 4第4章 絕緣的預(yù)防性試驗第5章 電氣絕緣高電壓試驗第6章 電氣絕緣在線檢測本篇內(nèi)容5第4章 絕緣的預(yù)防性試驗 電氣設(shè)備絕緣預(yù)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(shè)備投入運行前在交接、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)中進行外，更多的是對運行中的各種電氣設(shè)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(fù)，防患于未然。 6 絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺

3、陷而引起，有些絕緣缺陷是在設(shè)備制造過程中產(chǎn)生和潛存下來的，還有一些絕緣缺陷則是在設(shè)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。就其存在的形態(tài)而言，絕緣缺陷可分為兩大類：集中性缺陷 ；分散性缺陷 由于缺陷種類很多、影響各異，所以絕緣預(yù)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(zhì)亦各不相同，故同一設(shè)備往往要接受多項試驗，才能作出比較準確的判斷和結(jié)論。 7 4.1 絕緣電阻、吸收比與泄漏電流的測量 4.2 介質(zhì)損耗角正切的測量 4.3 局部放電的測量 4.4 絕緣油性能檢測 習題與思考題本章內(nèi)容84.1 絕緣電阻、吸收比與 泄漏電流的測量 絕緣電阻是一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕

4、緣狀態(tài)最基本的綜合性特性參數(shù)。由于電氣設(shè)備中大多采用組合絕緣和層式結(jié)構(gòu)，故在直流電壓下均會有明顯的吸收現(xiàn)象，使外電路中出現(xiàn)一個隨時間而衰減的吸收電流。94.1.1 絕緣電阻與吸收比的測量 4.1.2 泄漏電流的測量 4.1.3 目前常用的絕緣電阻測試 測量泄漏電流從原理上來說，與測量絕緣電阻是相似的，但它所加的直流電壓要高得多，能發(fā)現(xiàn)用兆歐表所不能顯示的某些缺陷，具有自己的某些特點。 10 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(shè)備的絕緣電阻被廣泛的運用在常規(guī)絕緣試驗中。 4.1.1 絕緣電阻與吸收比的測量 圖4-1 兆歐表的原理接線圖 11

5、 圖中G為手搖(或電動)直流發(fā)電機，也可能是交流發(fā)電機經(jīng)晶體二極管整流。M為流比計式的測量機構(gòu)，包括處在永磁磁場內(nèi)的可動部分電壓線圈LV和電流線圈LA。在把被試物接到兩個測量端子L和E之間時，搖動發(fā)電機手柄，直流電壓就加到兩個并聯(lián)的支路上。圖4-1 兆歐表的原理接線圖 12 第一個支路電流 通過電阻 和電壓線圈LV。第二個支路電流 通過被試電阻 和電流線圈LA。兩個線圈中電流產(chǎn)生的力矩方向相反。在力矩差的作用下，使可動部分旋轉(zhuǎn)，兩個線圈所受的力也隨之改變。當?shù)竭_平衡時，指針偏轉(zhuǎn)的角度正比于 。圖4-1 兆歐表的原理接線圖 13 用 和 分別表示t=0和t=時測得的絕緣電阻，則：圖3-16 雙層

6、復(fù)合電介質(zhì)及其等效電路 14式中， 過渡過程的時間常數(shù)： (4-1) (4-2) 15 對于實際絕緣來說，由于結(jié)構(gòu)不均勻，吸收電流的起始值常大于泄漏電流值，此時： 通常測定的是15s及60s時的絕緣 及 。并把后者對前者的比值稱為絕緣的吸收比K。一般認為如K1.3，就可判斷為絕緣可能受潮。16 測量絕緣電阻能有效地發(fā)現(xiàn)下列缺陷：總體絕緣質(zhì)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。17 不論是絕緣電阻的絕對值或是吸收比都只是參考性的。如不滿足最低合格值，則絕緣中肯定存在某種

7、缺陷；但是，如已滿足最低合格值，也還不能肯定絕緣是良好的。有些絕緣，特別是油浸的或電壓等級較高的絕緣，即使有嚴重缺陷，用兆歐表測得的絕緣電阻值、吸收比，仍可能滿足規(guī)定要求，這主要是因為兆歐表的電壓較低的緣故。 18(1)試驗前應(yīng)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(yīng)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(jié)果的影響極小。(3)測量吸收比時，應(yīng)待電源電壓達穩(wěn)定后再接入試品，并開始計時。測量絕緣電阻時應(yīng)注意下列幾點：19(4)對帶有繞組的被試品，應(yīng)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(yīng)先首尾短接后再接到應(yīng)接端

8、子。(5)絕緣電阻與試品溫度有十分顯著的關(guān)系。 (6)每次測試結(jié)束時，應(yīng)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。20 測量泄漏電流相比測量絕緣電阻可使用較高的電壓。泄漏電流能夠發(fā)現(xiàn)一些尚未完全貫通的集中性缺陷。這是因為一方面加在試品上的直流電壓要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)的某些缺陷，另一方面，這時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。 4.1.2 泄漏電流的測量 21圖4-3 發(fā)電機的泄漏電流變化曲線 絕緣良好的發(fā)電機，泄漏電流值較小，且隨電壓呈線性上升，如曲線1所示；如果

9、絕緣受潮，電流值變大，但基本上仍隨電壓線性上升，如曲線2所示；22 曲線3表示絕緣中已有集中性缺陷，應(yīng)盡可能找出原因加以消除；如果在電壓尚未到直流耐壓試驗電壓 的12時，泄漏電流就已急劇上升，如曲線4所示，那么這臺發(fā)電機在運行電壓下(不必出現(xiàn)過電壓)就可能會發(fā)生擊穿。 圖4-3 發(fā)電機的泄漏電流變化曲線 23 交流電源經(jīng)調(diào)壓器接到試驗變壓器T的初級繞組上。其電壓用電壓表PV1測量；試驗變壓器輸出的交流高壓經(jīng)高壓整流元件V(一般采用高壓硅堆)接在穩(wěn)壓電容C上。圖4-4 泄漏電流試驗接線圖 24 R為保護電阻，以限制初始充電電流和故障短路電流不超過整流元件和變壓器的允許值。整流所得的直流高壓可用高

10、壓靜電電壓表PV2測得，而泄漏電流則以接在被試品TO高壓側(cè)或接地側(cè)的微安表來測量。圖4-4 泄漏電流試驗接線圖 25 目前數(shù)字兆歐表已經(jīng)基本上取代了手搖式的兆歐表。數(shù)字兆歐表由高壓發(fā)生器、測量橋路和自動量程切換顯示電路等三大部分組成。 工作原理為：經(jīng)電子線路構(gòu)成的高壓發(fā)生器將低壓轉(zhuǎn)換成高壓試驗電源，供給測量橋路；測量橋路實現(xiàn)比例式測量，將測量結(jié)果送自動量程切換顯示電路進行量程轉(zhuǎn)換和數(shù)字顯示。 目前比較常用的是BY2671數(shù)字兆歐表。 4.1.3 目前常用的絕緣電阻測試 26 4.2 介質(zhì)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

11、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(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解成幾個部分，然后分別測量它們的tan。 27 4.2.1 西林電橋測量法的基本原理 4.2.2 西林電橋測量法的電磁干擾 4.2.3 西林電橋測量法的其他影響因素本節(jié)內(nèi)容284-6 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。 4.2.1 西林電橋測量法的基本原理 29根據(jù)電容平衡原理，當: 式中Zx、

12、Zn、Z3、Z4分別是電橋的試樣阻抗，標準電容器阻抗以及橋臂Z3和Z4的阻抗 解所得方程式，得 (4-6) （4-7） （4-8） （4-9） 30當 時，試樣電容可近似地按下式計算： （4-10） 因此，當橋臂電阻R3，R4和電容CN，C4已知時就可以求得試樣電容和損耗角正切，計算出Cx后，根據(jù)試樣與電極的尺寸在計算其相對介電常數(shù)。 31 通常橋臂阻抗要比Z3和Z4大得多，所以工作電壓主要作用在橋臂阻抗上，因此它們被稱為高壓臂，而Z3和Z4為低壓臂，其作用電壓往往只有數(shù)伏。為了確保人身和設(shè)備安全，在低壓臂上并聯(lián)有放電管（A、B兩點對地），以防止在R3、C4等需要調(diào)節(jié)的元件上出現(xiàn)高壓。 32

13、電橋達到平衡時的相量圖見圖4-7，其中電橋的平衡是通過R3和C4來改變橋臀電壓的大小和相位來實現(xiàn)的。在實際操作中，由于R3和Z4相互之間也有影響，故需反復(fù)調(diào)節(jié)R3和C4，才能達到電橋的平衡。 圖4-7 西林電橋平衡時的相量圖 33 由于絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接放在接地底座上的，換言之，被試品的一極往往是固定接地的。這時就不能用上述正接線來測量它們的tan，而應(yīng)改用圖4-8所示的反接線法進行測量。 圖4-8 西林電橋反接線原理圖 34 在現(xiàn)場進行測量時，試品和橋體往往處在周圍帶電部分的電場作用范圍之內(nèi)，雖然電橋本體及連接線都如前所述采取了屏蔽，但對試品通常無法做到全部屏蔽。這時等值干擾電

14、源電壓就會通過對試品高壓電極的雜散電容產(chǎn)生干擾電流，影響測量。 圖4-9 外接電源引起的電磁干擾 4.2.2 西林電橋測量法的電磁干擾 35 消除或減小由于電場干擾引起的誤差，可以采取下列措施 ：（1）加設(shè)屏蔽，用金屬屏蔽罩或網(wǎng)把試品與干擾源隔開。（2）采用移相電源 （3）倒相法 圖4-10移相電源消除干擾的接線圖 364.2.3 西林電橋測量法的其他影響因素 1.溫度的影響 溫度對tan值的影響很大，具體的影響程度隨絕緣材料和結(jié)構(gòu)的不同而異。一般來說，tan隨溫度的增高而增大。現(xiàn)場試驗時的絕緣溫度是不一定的，所以為了便于比較，應(yīng)將在各種溫度下測得的tan值換算到20時的值。 37圖4-11 與試驗電壓的典型關(guān)系曲線1良好的絕緣 2絕緣中存在氣隙 3受潮絕緣 2. 試驗電壓的影響 383. 試品電容量的影響 對于電容量較小的試品(例如套管、互感器等)，測量tan能有效地發(fā)現(xiàn)局部集中性缺陷和整體分布性缺陷。但對電容量較大的試品(例如大中型發(fā)電機、變壓器、電力電纜、電力電容器等)測量tan只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷 4. 試品表面泄漏的影響 試品表面泄漏電阻總是與試品等值電阻Rx并聯(lián)，顯然會影響所測得的tan值，這在試品的Cx較小時尤需注意。 39小 結(jié)絕緣電阻是一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)