絕緣特性試驗

絕緣特性試驗調(diào)試管理部劉大虎2011年03月7日

1絕緣特性測量的目的和意義檢查電氣設(shè)備絕緣性能的絕緣試驗大致可分為絕緣特性試驗和絕緣強(qiáng)度試驗。絕緣特性試驗是在較低的電壓下，以比較簡單的手段，從各種不同的角度鑒定絕緣的性能。絕緣特性試驗一般包括：絕緣電阻測量、吸收比測量、極化指數(shù)測量、介質(zhì)損耗因數(shù)測量。1絕緣特性測量的目的和意義絕緣特性試驗主要用來判斷絕緣的質(zhì)量狀態(tài)及發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的或整體缺陷，以判斷設(shè)備是否能繼續(xù)絕緣強(qiáng)度試驗的一個輔助判斷手段，出廠前的絕緣特性測量可作為日后維護(hù)上有價值的資料，以判斷設(shè)備是否老化、受潮及其他原因引起的絕緣劣化等。2絕緣特性試驗原理絕緣電阻是外施電壓除以全電流后的值，由于電流是隨時間變化的量。該電流通常由三部分組成：位移電流、吸收電流、泄漏電流組成。位移電流即電容電流，一般經(jīng)0.5s基本衰減完畢；吸收電流是絕緣介質(zhì)的極化，衰減較慢；泄漏電流是介質(zhì)內(nèi)部或表面移動的帶電粒子產(chǎn)生的傳導(dǎo)電流，一般不隨時間變化。全電流的這種衰減現(xiàn)象稱之為介質(zhì)的吸收。2絕緣特性試驗原理由于總的電流隨著時間的增加而逐漸衰減，因此絕緣電阻隨著增加逐漸上升，并趨向穩(wěn)定。特別是絕緣性能良好時，需要很長的時間才能達(dá)到穩(wěn)定值，且絕緣電阻值較高。反之，如果絕緣性能不好時，由于電阻電流較大，很快電流就達(dá)到穩(wěn)定值，且絕緣電阻值較低。由此將60s與15s絕緣電阻值之比稱為吸收比；10min與1min絕緣電阻值之比稱為極化指數(shù)。2絕緣特性試驗原理3絕緣特性試驗方法絕緣電阻試驗一般采用絕緣電阻表法，屬于直流試驗方法。一般直接讀取15s和60的絕緣電阻值，R60/R15即吸收比；或讀取1min與10min絕緣電阻值，R10/R1比值即極化指數(shù)。3150kVA和10kV以下變壓器測量60s絕緣時一般采用2500V絕緣電阻表（量程不低于10000M）。其他使用5000V（量程不低于100000M）的絕緣電阻表。3絕緣特性試驗方法由于測量時受到表面污穢或周圍大氣條件（特別是相對溫度較高時）的影響，常會使得絕緣電阻降低很多，在實際測量中應(yīng)充分考慮這些因素。一般在試驗后，必須將電極短路接地10min以上，將剩余電荷盡量放完，然后再進(jìn)行下一試驗。3絕緣特性試驗方法3絕緣特性試驗方法4絕緣電阻試驗結(jié)果的判定絕緣電阻、吸收比及極化指數(shù)的測量是評價電氣設(shè)備絕緣質(zhì)量的方法之一。由于絕緣電阻測試只需一個兆歐表就可以進(jìn)行，而且是一種非破壞性試驗，在現(xiàn)場使用十分方便，因此被廣泛采用，通過絕緣電阻的測量有助于對絕緣狀況做出正確的分析判斷。絕緣電阻在某一電壓范圍內(nèi)大致為不變的值，當(dāng)絕緣介質(zhì)受潮劣化或絕緣介質(zhì)中存在缺陷時，在較低的電壓下，絕緣電阻就呈現(xiàn)較低值。絕緣電阻的測定結(jié)果與溫度有關(guān)，當(dāng)溫度上升時，絕緣電阻下降，一般測量溫度要求在10-40度，溫度小于85%。對于新安裝和大修的電氣設(shè)備進(jìn)行的試驗，稱為交接驗收試驗，其目的是鑒定電氣設(shè)備本身及其安裝和大修的質(zhì)量。交接驗收試驗和預(yù)防性試驗的目的是一致的。由于電力設(shè)備在設(shè)計和制造過程中，不免存在一些質(zhì)量問題，而且在安裝過程中也可能出現(xiàn)損壞，由此將造成一些潛伏性缺陷。電力設(shè)備在運行中經(jīng)常處于熱，化學(xué)，機(jī)械振動以及其他因素的影響，其絕緣易出現(xiàn)劣化，甚至失去絕緣性能，造成事故。5外施交流耐壓試驗5.1目的：為保證出廠的電氣設(shè)備安全可靠運行，必須使得設(shè)備的絕緣電氣強(qiáng)度符合要求，即考核設(shè)備在正常工作和非正常狀態(tài)下（如遭雷電過電壓、操作過電壓）能安全可靠運行，因此需對設(shè)備進(jìn)行短時工頻耐壓的試驗。5外施交流耐壓試驗5.2原理：短時工頻耐受電壓試驗是對絕緣施加一次相應(yīng)的額定耐受電壓（有效值），其持續(xù)時間為1min。外施耐壓試驗時，被試?yán)@組及其引線或相連元件均承受同一試驗電壓，而非被試?yán)@組則短路接地。外施耐壓試驗的目的是考核繞組對地和繞組之間的主絕緣強(qiáng)度

。5外施交流耐壓試驗5外施交流耐壓試驗5.3試驗方法：以變壓器為例。試驗接線原理圖如下：5外施交流耐壓試驗對高壓繞組進(jìn)行外施耐壓試驗時，將高壓繞組首末端相連，高壓繞組首末端U1和U2為同一電位，設(shè)高壓繞組對地電容為C1，高壓繞組對低壓繞組為C12，低壓繞組對地電容為C2。高壓繞組中從U1和U2端流過的電流方向相反，此電流產(chǎn)生的磁通在鐵心中的方向相反，這樣就變?yōu)橥ㄟ^空隙的漏磁，且在高壓繞組上下各一半繞組中閉合，5外施交流耐壓試驗漏磁在繞組中會有感應(yīng)電動勢產(chǎn)生，因此繞組中點M的電位將和U1、U2端不同，但因電容電流很小，漏磁又通過空隙，漏磁鏈極小，故M點的電位和U1及U2的電位差別很小；低壓繞組情況類似，可以認(rèn)為高壓繞組近似處于同一電位，低壓繞組均處于地電位。不正確的接線：5外施交流耐壓試驗高壓繞組的末端U2不接地，低壓繞組U2端接地，U1端懸浮，鐵心接地，油箱接地。高壓繞組短接，低壓繞組短接不接地。5外施交流耐壓試驗5外施交流耐壓試驗試驗要求：試驗加壓要在試驗電壓的1/3以下合閘，檢查測量裝置指示是否政黨，然后盡快升壓，當(dāng)電壓高于75%額定耐壓值時，則應(yīng)以0.02U/s的速率上升，這樣既能避免試品在接近試驗電壓U時耐壓時間過長，又能在儀表上準(zhǔn)確讀數(shù)。在試驗電壓下保持規(guī)定時間后，應(yīng)迅速降壓，在降低到試驗電壓的1/3以下時，才可以分閘。不能在較高的電壓下突然切斷，以避免可能出現(xiàn)瞬變過程而導(dǎo)致發(fā)生過電壓損壞設(shè)備或儀表。5外施交流耐壓試驗在試驗過程中如果發(fā)生放電或擊穿，則應(yīng)立即切斷電源，因為放電或擊穿后產(chǎn)生的過電壓可能導(dǎo)致試品損壞。5外施交流耐壓試驗5.4外施耐壓試驗結(jié)果的判斷：在外施耐壓試驗時，如果未發(fā)現(xiàn)內(nèi)部絕緣擊空或局部損傷，則試驗合格。目前，在工頻耐壓試驗中主要還是依賴儀表指示的變化和被試品有否異常聲響來進(jìn)行判斷。在試驗過程中，儀表指示穩(wěn)定不變，被試品無異常聲響則可以判斷試品通過外施耐壓試驗。如果儀表指示發(fā)生變化，被試品內(nèi)部有放電聲響則說明有問題，未能通過試驗。在試驗過程中，如儀表無明顯變化，但試品內(nèi)部有異響，應(yīng)重復(fù)試驗，并找出原因，消除異響。5外施交流耐壓試驗5.5試驗操作：檢查試品型號規(guī)格及試驗電壓；試品的絕緣性能試驗（絕緣電阻、介損）是否已試驗；試品外殼接地良好；非被試?yán)@組短接并接地；對可能有空氣的部位應(yīng)放氣；測量端子接線是否正確；5外施交流耐壓試驗確定試驗變壓器的容量及額定電壓，如需要時應(yīng)選擇補(bǔ)償裝置的容量；檢查測量和保護(hù)設(shè)備；按規(guī)程要求接線并注意對地距離；發(fā)出施加電壓信號并按要求升壓并仔細(xì)觀察試品試驗過程中的狀態(tài)；填寫試驗記錄，包括試驗電壓、電流、試驗結(jié)果、日期、人員等。26工頻諧振耐壓試驗的優(yōu)點減少電源容量（包括變壓器、調(diào)壓器等）試品擊穿時的故障電流減小電源中的諧波成分大大減少并聯(lián)諧振：當(dāng)輸出電壓滿足要求，而試驗變壓器的容量不夠時，還可以考慮并聯(lián)諧振的方法6直流耐壓試驗6.1特點：試驗設(shè)備輕便，容量小可同時測量泄漏電流。局放小，對絕緣的損傷小。不如交流耐壓實驗更接近真實工況。286直流耐壓試驗6.1整流直流高壓的獲得一半波整流和全波整流高壓硅堆承受兩倍的電源電壓電壓脈動系數(shù)29一半波整流和全波整流30二倍壓整流回路(a)兩倍電壓（b)兩倍電壓（c）三倍電壓帶上負(fù)載后，三種倍壓裝置的輸出電壓會降低，并出現(xiàn)脈動31二倍壓整流回路(a)兩倍電壓（b)兩倍電壓（c）三倍電壓帶上負(fù)載后，三種倍壓裝置的輸出電壓會降低，并出現(xiàn)脈動32倍壓整流回路33三串級直流高壓裝置空載時，各點電壓為：兩級直流高壓裝置34串級直流高壓裝置35串級直流高壓裝置的參數(shù)計算平均電壓：

脈動電壓：

平均電壓降落：

可見，脈動與電壓降落與電源頻率、級數(shù)、電容量、負(fù)載電流有關(guān)脈動系數(shù)：<5%(1)(2)(3)36減少串級直流高壓裝置的脈動的方法1合理選擇級數(shù)n令得2取C’＝2CCn’的電壓為其余電容器的一半，因而其高度可減小到一半。在相同的結(jié)構(gòu)形式下，Cn’的電容量可為其他電容器的兩倍，此時電壓降落為：對于超高壓直流裝置，采用高電壓、大電容量的電容器和高頻整流是有利的與（2）式比較，減小3從上到下逐級增加電容，即Ck＝Ck’=kC實際很少采用37

直流耐壓試驗的基本接線6直流耐壓試驗在被試物上加上高于工作電壓一定倍數(shù)的試驗電壓并經(jīng)歷一定時間的一種絕緣強(qiáng)度試驗。在升壓過程中，分階段讀取在該電壓下的泄露電流值，繪出直流電壓和泄露電流的關(guān)系曲線，用以衡量在直流試驗電壓下的絕緣情況。直流耐壓試驗的原理與絕緣電阻試驗的原理相同，只是試驗電源由高壓整流裝置供給，泄露電流用微安表測量。6直流耐壓試驗絕緣良好的被試品泄露電流曲線是近似直線，當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時，電流急劇增加。接線的兩種方法：微安表接低壓與微安表接高壓。前者讀數(shù)方便，但受雜散電流影響大。6直流耐壓試驗注意：安全警戒各繞組試驗前均應(yīng)接地。試驗時僅開放被試相。再次試驗前，應(yīng)接地一小時。高壓導(dǎo)線盡量短，直徑盡量大，對地或接地體有足夠距離。升壓時將低壓側(cè)微安表短路。試驗電源盡量穩(wěn)定，可在電源處加穩(wěn)壓器，為微安表并聯(lián)電容。7局部放電測量7.1目的：傳統(tǒng)的觀點認(rèn)為，設(shè)備在經(jīng)受短時工頻耐壓和沖擊耐壓后，便可保證長期運行，但隨著電壓等級的不斷提高，在大量的運行事故中發(fā)現(xiàn)，一些電氣在沒有遭受任何過電壓的情況下，也會發(fā)生絕緣故障。造成這些故障的原因是在長期運行過程中，其內(nèi)部絕緣的某些薄弱部位在高場強(qiáng)作用下發(fā)生了局部放電，從而導(dǎo)致絕緣性能下降，在嚴(yán)重的局部放電長期作用下，甚至造成擊穿。7局部放電測量因此，對于一些高壓電氣設(shè)備在長期工作下能否安全可靠運行，僅通過短時工頻耐壓和沖擊耐壓試驗考核是不夠的，尚須考核其局部放電性能。

制造廠對這項測試技術(shù)非常重視，現(xiàn)場也通過局放試驗發(fā)現(xiàn)了多起運行中的或新安裝的設(shè)備中的缺陷。7局部放電測量7.2起始電壓和熄滅電壓：當(dāng)外施電壓逐漸上升，達(dá)到能觀察到局部放電時的最低電壓，即為局部放電起始電壓。當(dāng)外施電壓逐漸降低到觀察不到局部放電時，外施電壓的最高值即為局部放電熄滅電壓。7局部放電測量在實際測量中，為避免因測試系統(tǒng)的靈敏度不同而造成測試結(jié)果的不可對比，一般規(guī)定一個放電量水平，當(dāng)放電達(dá)到或一出現(xiàn)就超過這個水平時的外施電壓有效值就作為局部放電起始電壓，當(dāng)放電低于這個水平時的漆黑一團(tuán)電壓的最高值作為局部放電熄滅電壓。對油紙絕緣，通過起始放電電壓高于額定電壓，而對于固體絕緣，放電電壓與額定電壓相差不大。7局部放電測量實際放電量和視在放電量放電過程中，在介質(zhì)內(nèi)部移動的電荷量移為實際放電量。在施加電壓的介質(zhì)兩端出現(xiàn)的脈動電荷稱為視在放電量。實際放電量無法測量，視在放電量可以測量。7局部放電測量測量時通常將模擬實際放電的電荷注入試品兩端，以此出現(xiàn)的脈沖電壓作為基準(zhǔn)，然后與局部放電發(fā)生時的放電脈沖電壓相比較得到視在放電量，單位用皮庫（pC）表示。由于氣泡一般較小，視在放電量可能比實際放電量小得多，即使如此，視在放電量仍不失為度量實際放電量的一個合適參數(shù)。目前，均將視在放電量作為局部放電測量的直接控制參數(shù)。7局部放電測量7局部放電測量7.3試驗方法：局部放電測量方法分為電測法和非電測法兩大類。電測法應(yīng)用較多的是脈沖電流法和無線電干擾電壓法。非電測法主要有聲測法、光測法等。目前，電測法已廣泛用于局部放電的定量測量。非電測法由于至今沒有一個標(biāo)準(zhǔn)的局部放電定量方法，使其應(yīng)用受到限制。但通過測量非電信號，可測定局部放電部位。7局部放電測量脈沖電流法測試原理：當(dāng)試品Cx產(chǎn)生一次局部放電時，其兩端就會產(chǎn)生一個瞬時電壓變化，此時在被試品Cx、耦合電容Ck和檢測阻抗Zd組成的回路中產(chǎn)生一脈沖電流，脈沖電流小檢測阻抗，在其兩端產(chǎn)生脈沖電壓，將此電壓進(jìn)行采集、放大和顯示等處理，就可測定局部放電的一些如視在放電量的數(shù)據(jù)。7局部放電測量7局部放電測量下面以變壓器為例說明試驗方法及標(biāo)準(zhǔn)：對于設(shè)備最高電壓大于170KV的變壓器均要進(jìn)行局部放電測量（屬出廠試驗項目）。被試?yán)@組的中性點端子應(yīng)接地，施加電壓應(yīng)按下圖進(jìn)行，在不大于1/3U2的電壓下接通電源并增加到U2，持續(xù)