第2篇电气绝缘与高电压实验

1、第二篇 电气设备与高电压试验1 高电压与绝缘技术是一门理论与实验紧密结合的学科，由于其依赖的电介质理论尚不够完善，高电压与电气绝缘的很多问题必须通过试验来解释；电气设备绝缘设计、故障检测与诊断等也都必须借助试验来完成。2高电压技术所涉及的试验可分为两大类：高电压试验电气绝缘试验 近年来，由于国民经济发展的要求，我国开始大力发展超高压、特高压输电技术，直流800kV、交流1000kV的输电电压等级都是世界首屈一指，很多技术问题没有任何可借鉴的经验，而另一方面电压等级的提高对电气设备绝缘的可靠性提出了更高的要求，这些问题都必须依靠先进而完善的试验体系及试验方法才能得以很好的解决。 3根据是否需要停

2、电测试，电气绝缘试验可以分为:离线试验在线检测 离线试验主要指的是目前常规的预防性试验，而随着电气绝缘可靠性要求的提高和状态维修体制的实施，高压电气设备尤其是超高压、特高压电气设备绝缘在线检测技术的发展必将成为一种趋势。 4第4章 绝缘的预防性试验第5章 电气绝缘高电压试验第6章 电气绝缘在线检测本篇内容5第4章 绝缘的预防性试验 电气设备绝缘预防性试验已成为保证现代电力系统安全可靠运行的重要措施之一。这种试验除了在新设备投入运行前在交接、安装、调试等环节中进行外，更多的是对运行中的各种电气设备的绝缘定期进行检查，以便及早发现绝缘缺陷，及时更换或修复，防患于未然。 6 绝缘故障大多因内部存在缺

3、陷而引起，有些绝缘缺陷是在设备制造过程中产生和潜存下来的，还有一些绝缘缺陷则是在设备运行过程中由外界影响因素的作用下逐渐发展和形成的。就其存在的形态而言，绝缘缺陷可分为两大类：集中性缺陷 ；分散性缺陷 由于缺陷种类很多、影响各异，所以绝缘预防性试验的项目也就多种多样。每个项目所反映的绝缘状态和缺陷性质亦各不相同，故同一设备往往要接受多项试验，才能作出比较准确的判断和结论。 7 4.1 绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量 4.2 介质损耗角正切的测量 4.3 局部放电的测量 4.4 绝缘油性能检测 习题与思考题本章内容84.1 绝缘电阻、吸收比与 泄漏电流的测量 绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝

4、缘状态最基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均会有明显的吸收现象，使外电路中出现一个随时间而衰减的吸收电流。94.1.1 绝缘电阻与吸收比的测量 4.1.2 泄漏电流的测量 4.1.3 目前常用的绝缘电阻测试 测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。 10 绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一，通常都用兆欧表来测量绝缘电阻。用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘试验中。 4.1.1 绝缘电阻与吸收比的测量 图4-1 兆欧表的原理接线图 11

5、 图中G为手摇(或电动)直流发电机，也可能是交流发电机经晶体二极管整流。M为流比计式的测量机构，包括处在永磁磁场内的可动部分电压线圈LV和电流线圈LA。在把被试物接到两个测量端子L和E之间时，摇动发电机手柄，直流电压就加到两个并联的支路上。图4-1 兆欧表的原理接线图 12 第一个支路电流 通过电阻 和电压线圈LV。第二个支路电流 通过被试电阻 和电流线圈LA。两个线圈中电流产生的力矩方向相反。在力矩差的作用下，使可动部分旋转，两个线圈所受的力也随之改变。当到达平衡时，指针偏转的角度正比于 。图4-1 兆欧表的原理接线图 13 用 和 分别表示t=0和t=时测得的绝缘电阻，则：图3-16 双层

6、复合电介质及其等效电路 14式中， 过渡过程的时间常数： (4-1) (4-2) 15 对于实际绝缘来说，由于结构不均匀，吸收电流的起始值常大于泄漏电流值，此时： 通常测定的是15s及60s时的绝缘 及 。并把后者对前者的比值称为绝缘的吸收比K。一般认为如K1.3，就可判断为绝缘可能受潮。16 测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。测量绝缘电阻不能发现下列缺陷：绝缘中的局部缺陷：如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等；绝缘的老化。17 不论是绝缘电阻的绝对值或是吸收比都只是参考性的。如不满足最低合格值，则绝缘中肯定存在某种

7、缺陷；但是，如已满足最低合格值，也还不能肯定绝缘是良好的。有些绝缘，特别是油浸的或电压等级较高的绝缘，即使有严重缺陷，用兆欧表测得的绝缘电阻值、吸收比，仍可能满足规定要求，这主要是因为兆欧表的电压较低的缘故。 18(1)试验前应将试品接地放电一定时间。对容量较大的试品，一般要求5-10min (2)高压测试连接线应尽量保持架空，确需使用支撑时，要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测量结果的影响极小。(3)测量吸收比时，应待电源电压达稳定后再接入试品，并开始计时。测量绝缘电阻时应注意下列几点：19(4)对带有绕组的被试品，应先将被测绕组首尾短接，再接到L端子：其他非被测绕组也应先首尾短接后再接到应接端

8、子。(5)绝缘电阻与试品温度有十分显著的关系。 (6)每次测试结束时，应在保持兆欧表电源电压的条件下，先断开L端子与被试品的连线，以免试品对兆欧表反向放电，损坏仪表。20 测量泄漏电流相比测量绝缘电阻可使用较高的电压。泄漏电流能够发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。这是因为一方面加在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，故能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷，另一方面，这时施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 4.1.2 泄漏电流的测量 21图4-3 发电机的泄漏电流变化曲线 绝缘良好的发电机，泄漏电流值较小，且随电压呈线性上升，如曲线1所示；如果

9、绝缘受潮，电流值变大，但基本上仍随电压线性上升，如曲线2所示；22 曲线3表示绝缘中已有集中性缺陷，应尽可能找出原因加以消除；如果在电压尚未到直流耐压试验电压 的12时，泄漏电流就已急剧上升，如曲线4所示，那么这台发电机在运行电压下(不必出现过电压)就可能会发生击穿。 图4-3 发电机的泄漏电流变化曲线 23 交流电源经调压器接到试验变压器T的初级绕组上。其电压用电压表PV1测量；试验变压器输出的交流高压经高压整流元件V(一般采用高压硅堆)接在稳压电容C上。图4-4 泄漏电流试验接线图 24 R为保护电阻，以限制初始充电电流和故障短路电流不超过整流元件和变压器的允许值。整流所得的直流高压可用高

10、压静电电压表PV2测得，而泄漏电流则以接在被试品TO高压侧或接地侧的微安表来测量。图4-4 泄漏电流试验接线图 25 目前数字兆欧表已经基本上取代了手摇式的兆欧表。数字兆欧表由高压发生器、测量桥路和自动量程切换显示电路等三大部分组成。 工作原理为：经电子线路构成的高压发生器将低压转换成高压试验电源，供给测量桥路；测量桥路实现比例式测量，将测量结果送自动量程切换显示电路进行量程转换和数字显示。 目前比较常用的是BY2671数字兆欧表。 4.1.3 目前常用的绝缘电阻测试 26 4.2 介质损耗角正切的测量 tan能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小电容试品中的严重局部性缺陷。由于tan随电

11、压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。但是，测量tan不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆(它们的电容量都很大)绝缘中的局部性缺陷，这时应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的tan。 27 4.2.1 西林电桥测量法的基本原理 4.2.2 西林电桥测量法的电磁干扰 4.2.3 西林电桥测量法的其他影响因素本节内容284-6 西林电桥原理接线图 图中Cx，Rx为被测试样的等效并联电容与电阻，R3、R4表示电阻比例臂，Cn为平衡试样电容Cx的标准，C4为平衡损耗角正切的可变电容。 4.2.1 西林电桥测量法的基本原理 29根据电容平衡原理，当: 式中Zx、

12、Zn、Z3、Z4分别是电桥的试样阻抗，标准电容器阻抗以及桥臂Z3和Z4的阻抗 解所得方程式，得 (4-6) （4-7） （4-8） （4-9） 30当 时，试样电容可近似地按下式计算： （4-10） 因此，当桥臂电阻R3，R4和电容CN，C4已知时就可以求得试样电容和损耗角正切，计算出Cx后，根据试样与电极的尺寸在计算其相对介电常数。 31 通常桥臂阻抗要比Z3和Z4大得多，所以工作电压主要作用在桥臂阻抗上，因此它们被称为高压臂，而Z3和Z4为低压臂，其作用电压往往只有数伏。为了确保人身和设备安全，在低压臂上并联有放电管（A、B两点对地），以防止在R3、C4等需要调节的元件上出现高压。 32

13、电桥达到平衡时的相量图见图4-7，其中电桥的平衡是通过R3和C4来改变桥臀电压的大小和相位来实现的。在实际操作中，由于R3和Z4相互之间也有影响，故需反复调节R3和C4，才能达到电桥的平衡。 图4-7 西林电桥平衡时的相量图 33 由于绝大多数电气设备的金属外壳是直接放在接地底座上的，换言之，被试品的一极往往是固定接地的。这时就不能用上述正接线来测量它们的tan，而应改用图4-8所示的反接线法进行测量。 图4-8 西林电桥反接线原理图 34 在现场进行测量时，试品和桥体往往处在周围带电部分的电场作用范围之内，虽然电桥本体及连接线都如前所述采取了屏蔽，但对试品通常无法做到全部屏蔽。这时等值干扰电

14、源电压就会通过对试品高压电极的杂散电容产生干扰电流，影响测量。 图4-9 外接电源引起的电磁干扰 4.2.2 西林电桥测量法的电磁干扰 35 消除或减小由于电场干扰引起的误差，可以采取下列措施 ：（1）加设屏蔽，用金属屏蔽罩或网把试品与干扰源隔开。（2）采用移相电源 （3）倒相法 图4-10移相电源消除干扰的接线图 364.2.3 西林电桥测量法的其他影响因素 1.温度的影响 温度对tan值的影响很大，具体的影响程度随绝缘材料和结构的不同而异。一般来说，tan随温度的增高而增大。现场试验时的绝缘温度是不一定的，所以为了便于比较，应将在各种温度下测得的tan值换算到20时的值。 37图4-11 与试验电压的典型关系曲线1良好的绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘 2. 试验电压的影响 383. 试品电容量的影响 对于电容量较小的试品(例如套管、互感器等)，测量tan能有效地发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品(例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等)测量tan只能发现整体分布性缺陷 4. 试品表面泄漏的影响 试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx并联，显然会影响所测得的tan值，这在试品的Cx较小时尤需注意。 39小 结绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构