高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)

關(guān)于高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)

電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)已成為保證現(xiàn)代電力系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要措施之一。這種試驗(yàn)除了在新設(shè)備投入運(yùn)行前在交接、安裝、調(diào)試等環(huán)節(jié)中進(jìn)行外，更多的是對運(yùn)行中的各種電氣設(shè)備的絕緣定期進(jìn)行檢查，以便及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，及時更換或修復(fù)，做到防患于未然。絕緣故障大多因內(nèi)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(yù)防性試驗(yàn)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(yàn)，才能做出比較準(zhǔn)確的判斷和結(jié)論。第2頁,共46頁，2024年2月25日，星期天高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)技術(shù)所涉及的試驗(yàn)可分為兩大類：高電壓試驗(yàn)絕緣的預(yù)防性試驗(yàn)根據(jù)是否需要停電測試，電氣設(shè)備試驗(yàn)可以分為：離線試驗(yàn)在線檢測離線試驗(yàn)主要指的是目前常規(guī)的預(yù)防性試驗(yàn)，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(shí)施，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。第3頁,共46頁，2024年2月25日，星期天電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)第4頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的目

絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺陷而引起，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(yùn)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(dāng)絕緣內(nèi)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(yù)防性試驗(yàn)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(yàn)，才能作出比較準(zhǔn)確的判斷和結(jié)論。第5頁,共46頁，2024年2月25日，星期天常見試驗(yàn)項目：測量絕緣電阻，吸收比，泄漏電流，介質(zhì)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，2024年2月25日，星期天絕緣電阻、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(yīng)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(zhì)或絕緣表面所形成的電流。第7頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

絕緣電阻是反映絕緣性能的最基本的指標(biāo)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(yùn)用在常規(guī)絕緣試驗(yàn)中。

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(dǎo)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，2024年2月25日，星期天(1)試驗(yàn)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(rèn)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(dá)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(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。測量絕緣電阻時應(yīng)注意下列幾點(diǎn)：第9頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

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(jīng)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，2024年2月25日，星期天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(jié)構(gòu)和體積尺寸的影響。一般以作為設(shè)備絕緣狀態(tài)良好的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)將值和值結(jié)合起來考慮，方能作出比較準(zhǔn)確的判斷。第11頁,共46頁，2024年2月25日，星期天大容量電氣設(shè)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(shí)狀態(tài)，用極化指數(shù)再進(jìn)行判斷。

極化指數(shù)某些集中性缺陷雖已相當(dāng)嚴(yán)重，以致在耐壓試驗(yàn)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?yàn)槿毕菸簇灤┙^緣?？梢妰H憑上述試驗(yàn)結(jié)果判斷絕緣狀態(tài)是不夠的。第12頁,共46頁，2024年2月25日，星期天泄漏電流的測量實(shí)際反映絕緣電阻值，但有一些特點(diǎn)：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(yàn)電壓值后，要保持1min再讀出最后的泄漏電流值。當(dāng)絕緣良好時，泄漏電流應(yīng)保持穩(wěn)定，且其值很小。

第13頁,共46頁，2024年2月25日，星期天發(fā)電機(jī)的泄漏電流變化曲線

第14頁,共46頁，2024年2月25日，星期天泄漏電流試驗(yàn)接線圖

第15頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

介質(zhì)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(yán)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(jī)、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tanδ。

第16頁,共46頁，2024年2月25日，星期天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(biāo)準(zhǔn)，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，2024年2月25日，星期天介質(zhì)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(yàn)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，2024年2月25日，星期天局部放電的測量

絕緣內(nèi)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，2024年2月25日，星期天表征局部放電的參量

視在放電量放電重復(fù)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，2024年2月25日，星期天局部放電檢測方法電檢測法聲測法光測法化學(xué)檢測法其他檢測法第21頁,共46頁，2024年2月25日，星期天絕緣油性能檢測

在高壓電氣設(shè)備中，絕緣油得到了廣泛的應(yīng)用。高壓電氣設(shè)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(shè)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，2024年2月25日，星期天

變壓器油的試驗(yàn)內(nèi)容很多，主要試驗(yàn)內(nèi)容有：電氣性能的試驗(yàn)：（1）電阻率的測量；（2）介質(zhì)損耗因數(shù)（tanδ）的測量；（3）介電常數(shù)的測量；（4）電氣強(qiáng)度的試驗(yàn)。2.物理、化學(xué)性能的試驗(yàn)：（1）酸值試驗(yàn)；（2）凝固點(diǎn)試驗(yàn)；（3）閃火點(diǎn)試驗(yàn)；（4）粘度試驗(yàn)；（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，2024年2月25日，星期天電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)是變壓器油的一項常規(guī)試驗(yàn)。它是用來闡明變壓器油被水分和其他懸浮物質(zhì)物理污染的程度。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)方法是：將變壓器油倒入專門設(shè)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，2024年2月25日，星期天油中溶解氣體的氣相色譜分析

當(dāng)電器中存在局部過熱、電弧放電或某些內(nèi)部故障時絕緣油或固體絕緣材料會發(fā)生裂解，就會產(chǎn)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(zhì)，不同性質(zhì)的故障，分解產(chǎn)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(zhì)、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，2024年2月25日，星期天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(chǔ)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(diǎn)，但它的應(yīng)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(chǎn)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(biāo)。變壓器在投運(yùn)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，2024年2月25日，星期天電氣絕緣高電壓試驗(yàn)第27頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)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(yàn)電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，在出廠時、安裝調(diào)試時或大修后需要進(jìn)行各種高電壓試驗(yàn)。在高壓試驗(yàn)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(shè)備的絕緣在運(yùn)行中受到的工作電壓，從而實(shí)現(xiàn)對電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行耐壓試驗(yàn)以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。具有破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。一般放在非破壞性試驗(yàn)項目合格通過之后進(jìn)行，以避免或減少不必要的損失。第28頁,共46頁，2024年2月25日，星期天工頻高電壓的產(chǎn)生與測量通常采用高壓試驗(yàn)變壓器或其串級裝置來產(chǎn)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(yàn)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(yàn)第29頁,共46頁，2024年2月25日，星期天工頻高壓試驗(yàn)的基木接線圖工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖第30頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)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(yàn)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(dá)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(rèn)為該試品的工頻耐壓試驗(yàn)合格通過。工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法第31頁,共46頁，2024年2月25日，星期天直流高電壓的產(chǎn)生直流高電壓試驗(yàn)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，2024年2月25日，星期天直流高電壓的測量1.高壓高組法2.旋轉(zhuǎn)電位計3.靜電電壓表4.標(biāo)準(zhǔn)棒一棒間隙5.標(biāo)準(zhǔn)球間隙6.紋波電壓的測量第33頁,共46頁，2024年2月25日，星期天絕緣的直流耐壓試驗(yàn)

直流高壓能反映設(shè)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(yàn)相比主要有以下一些特點(diǎn)：（1）試驗(yàn)設(shè)備可以做得比較輕巧，適合于現(xiàn)場預(yù)防性試驗(yàn)的要求。（2）在試驗(yàn)時可以同時測量泄漏電流。（3）直流耐壓試驗(yàn)比之交流耐壓試驗(yàn)更能發(fā)現(xiàn)電機(jī)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，2024年2月25日，星期天多級沖擊電壓發(fā)生器原理接線圖

沖擊高電壓試驗(yàn)第35頁,共46頁，2024年2月25日，星期天沖擊高電壓的測量

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，2024年2月25日，星期天絕緣的沖擊耐壓試驗(yàn)方法

電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的雷電沖擊耐壓試驗(yàn)采用三次沖擊法，即對被測試品施加三次正極性和三次負(fù)極性雷電沖擊試驗(yàn)電壓（1.2/50us）對變壓器和電抗器類設(shè)備的內(nèi)絕緣，還要再進(jìn)行雷電沖擊截波（1.2/2～5us）耐壓試驗(yàn)，它對繞組絕緣（特別是其縱絕緣）的考驗(yàn)往往比雷電沖擊全波試驗(yàn)更加嚴(yán)格。電力系統(tǒng)外絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)通?？刹捎?5次沖擊法，即對被測試品施加正、負(fù)極性沖擊全波試驗(yàn)電壓各16次，相鄰兩次沖擊的時間間隔應(yīng)不小于1min。在每組15次沖擊的試驗(yàn)中，如果擊穿或閃絡(luò)的閃數(shù)不超過2次，即可認(rèn)為該外絕緣試驗(yàn)合格。內(nèi)、外絕緣的操作沖擊高壓試驗(yàn)的方法與雷電沖擊全波試驗(yàn)完全相同。第37頁,共46頁，2024年2月25日，星期天牽引供電設(shè)備試驗(yàn)第38頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

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(shè)備，對這些變壓器需進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，以保證牽引變電所安全運(yùn)行。牽引變壓器預(yù)防性試驗(yàn)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(zhì)損耗因數(shù)tanδ；

(4)交流耐壓試驗(yàn)；

(5)測量電容型套管的介質(zhì)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(jié)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(qiáng)度試驗(yàn)及油中溶解氣體色譜分析；

(12)有載分接開關(guān)的動作特性試驗(yàn)。牽引變壓器第39頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

根據(jù)《規(guī)程》規(guī)定，互感器交接和預(yù)防性試驗(yàn)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(zhì)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(yàn)；

(4)油箱和套管中絕緣油試驗(yàn)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(yàn)；

(7)局部放電試驗(yàn)?；ジ衅鞯?0頁,共46頁，2024年2月25日，星期天

高壓斷路器的預(yù)防性試驗(yàn)項目主要有：

(1)絕緣電阻試驗(yàn)；

(2)少油斷路器的泄漏電流試驗(yàn)；

(3)測量斷路器并聯(lián)電容的C和tan