高压电气设备试验技术

关于高压电气设备试验技术

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，做到防患于未然。绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，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，才能做出比较准确的判断和结论。第2页,共46页，2024年2月25日，星期天高压电气设备试验技术所涉及的试验可分为两大类：高电压试验绝缘的预防性试验根据是否需要停电测试，电气设备试验可以分为：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，高压电气设备绝缘在线检测技术的发展必将成为一种趋势。第3页,共46页，2024年2月25日，星期天电气设备绝缘预防性试验第4页,共46页，2024年2月25日，星期天

绝缘预防性试验的目

绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，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。当绝缘内部出现缺陷后，就会在它们的电气特性上反映出来。我们就可以通过测量这些特性的变化来发现潜在的缺陷，然后采取措施消除隐患。我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。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。第5页,共46页，2024年2月25日，星期天常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等。TE571（数字式局部放电测试仪）▲▼绝缘电阻测试仪第6页,共46页，2024年2月25日，星期天绝缘电阻、吸收比与泄漏电流的测量绝缘电阻在绝缘上施加一直流电压U时，此电压与出现的电流i的比值。吸收比在电流衰减过程中的两个瞬间t=15s和t=60s时的两个电流值I15和I60或两个相应的绝缘电阻值R60和R15的比值。泄漏电流在没有故障和不另行施加电压的情况下，电器中相互绝缘的金属部件之间，或带电部件与接地部件之间，通过周围介质或绝缘表面所形成的电流。第7页,共46页，2024年2月25日，星期天

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。

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。绝缘电阻和吸收比的测量第8页,共46页，2024年2月25日，星期天(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。

(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。测量绝缘电阻时应注意下列几点：第9页,共46页，2024年2月25日，星期天

对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来替代

原理：令和瞬间的两个电流值的和比值。

（4－12）

已经接近于稳态绝缘电阻值，恒大于1,越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。第10页,共46页，2024年2月25日，星期天吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。一般以作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的虽大于1.3，但值却很低；有些，但值却很高。所以应将值和值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。第11页,共46页，2024年2月25日，星期天大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再进行判断。

极化指数某些集中性缺陷虽已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比或极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。第12页,共46页，2024年2月25日，星期天泄漏电流的测量实际反映绝缘电阻值，但有一些特点：加在试品上的直流电压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缺陷。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。在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。

第13页,共46页，2024年2月25日，星期天发电机的泄漏电流变化曲线

第14页,共46页，2024年2月25日，星期天泄漏电流试验接线图

第15页,共46页，2024年2月25日，星期天

介质损耗角正切的测量

tanδ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tanδ随电压而变化的曲线，可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。但是，测量tanδ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tanδ。

第16页,共46页，2024年2月25日，星期天4-6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。

西林电桥测量法的基本原理

第17页,共46页，2024年2月25日，星期天介质损耗角正切测量的影响因素外界电磁场的干扰影响温度的影响试验电压的影响试品电容量的影响试品表面泄漏的影响第18页,共46页，2024年2月25日，星期天局部放电的测量

绝缘内部气隙局部放电的等值电路

局部放电时电压电流变化曲线

第19页,共46页，2024年2月25日，星期天表征局部放电的参量

视在放电量放电重复率放电能量平均放电电流放电的均方率 放电功率局部放电起始电压局部放电熄灭电压第20页,共46页，2024年2月25日，星期天局部放电检测方法电检测法声测法光测法化学检测法其他检测法第21页,共46页，2024年2月25日，星期天绝缘油性能检测

在高压电气设备中，绝缘油得到了广泛的应用。高压电气设备的主要部件均浸在绝缘油中，绝缘油还将填充到容器的各个部分，将设备中的空气排除，起到绝缘和散热的作用。

目前，我国使用较多的绝缘油就是变压器油。除变压器油外，还有多种绝缘油(液体绝缘材料)，如电容器油、硅油、十二烷基苯、电缆油、蓖麻油、二芳基乙烷(S油)等。第22页,共46页，2024年2月25日，星期天

变压器油的试验内容很多，主要试验内容有：电气性能的试验：（1）电阻率的测量；（2）介质损耗因数（tanδ）的测量；（3）介电常数的测量；（4）电气强度的试验。2.物理、化学性能的试验：（1）酸值试验；（2）凝固点试验；（3）闪火点试验；（4）粘度试验；（5）变压器油的气相色谱分析和液相色谱分析。第23页,共46页，2024年2月25日，星期天电气强度试验

电气强度试验是变压器油的一项常规试验。它是用来阐明变压器油被水分和其他悬浮物质物理污染的程度。

电气强度试验方法是：将变压器油倒入专门设备油杯中，以一定速率上升的交流电压加在油杯上，直至变压器油击穿，变压器油击穿时的电压，即为此次变压器油的击穿电压。第24页,共46页，2024年2月25日，星期天油中溶解气体的气相色谱分析

当电器中存在局部过热、电弧放电或某些内部故障时绝缘油或固体绝缘材料会发生裂解，就会产生较大量的各种烃类气体和H2、CO、CO2

等气体，因而把这类气体称为故障特征气体。

不同的绝缘物质，不同性质的故障，分解产生的气体成分是不同的。因此，分析油中溶解气体的成分、含量及其随时间而增长的规律，就可以鉴别故障的性质、程度及其发展情况。（1）看特征气体的组分和主次（2）看特征气体的含量（3）看特征气体含量随时间的增长率第25页,共46页，2024年2月25日，星期天绝缘油的高效液相色谱分析

高效液相色谱法是以液体作为流动相的一种色谱分析法，它的基本概念及理论基础与气相色谱是一致的，但又有不同之处。与气相色谱相比较，高效液相色谱同样具有高灵敏、高效能和高速度的特点，但它的应用范围更加广泛。

糠醛化合物是纤维性绝缘材料绝缘裂化的特有产物，其来源具有唯一性，其浓度高低代表了变压器老化的最佳指标。变压器在投运初期，因不会涉及到绝缘油的处理问题，可以通过测量油中糠醛含量值作为判断变压器绝缘状况的原始依据。第26页,共46页，2024年2月25日，星期天电气绝缘高电压试验第27页,共46页，2024年2月25日，星期天

电气设备的绝缘在运行中除了长期受到工作电压（工频交流电压或直流电压）的作用外，还会受到各种过电压的侵袭。为了检验电气设备的绝缘强度，在出厂时、安装调试时或大修后需要进行各种高电压试验。在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，从而实现对电气设备绝缘进行耐压试验以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。具有破坏性试验的性质。一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避免或减少不必要的损失。第28页,共46页，2024年2月25日，星期天工频高电压的产生与测量通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。测量球隙峰值电压表静电电压表分压器工频高电压试验第29页,共46页，2024年2月25日，星期天工频高压试验的基木接线图工频高压试验的基本接线图第30页,共46页，2024年2月25日，星期天

工频耐压试验的实施方法如下：按规定的升压速度提升作用在被测试品TO上的电压，直到等于所需的试验电压U为止，这时开始计算时间。为了让有缺陷的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟就够了。如果在此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指示急剧增大等异常现象作出判断）的情况，即可认为该试品的工频耐压试验合格通过。工频耐压试验的实施方法第31页,共46页，2024年2月25日，星期天直流高电压的产生直流高电压试验1.半波整流回路2.倍压整流回路3.串级直流发生器第32页,共46页，2024年2月25日，星期天直流高电压的测量1.高压高组法2.旋转电位计3.静电电压表4.标准棒一棒间隙5.标准球间隙6.纹波电压的测量第33页,共46页，2024年2月25日，星期天绝缘的直流耐压试验

直流高压能反映设备受潮、劣化和局部缺陷等多方面的问题。它和交流耐压试验相比主要有以下一些特点：（1）试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求。（2）在试验时可以同时测量泄漏电流。（3）直流耐压试验比之交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。（4）在直流高压下，局部放电较弱。第34页,共46页，2024年2月25日，星期天多级冲击电压发生器原理接线图

冲击高电压试验第35页,共46页，2024年2月25日，星期天冲击高电压的测量

目前最常用的测量冲击电压的方法有：①分压器-示波器；②测量球隙；③分压器-峰值电压表。球隙和峰值电压表只能测量电压峰值，示波器则能记录波序，即不仅指示峰值而且能显示电压随时间的变化过程。

第36页,共46页，2024年2月25日，星期天绝缘的冲击耐压试验方法

电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被测试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压（1.2/50us）对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要再进行雷电冲击截波（1.2/2～5us）耐压试验，它对绕组绝缘（特别是其纵绝缘）的考验往往比雷电冲击全波试验更加严格。电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可采用15次冲击法，即对被测试品施加正、负极性冲击全波试验电压各16次，相邻两次冲击的时间间隔应不小于1min。在每组15次冲击的试验中，如果击穿或闪络的闪数不超过2次，即可认为该外绝缘试验合格。内、外绝缘的操作冲击高压试验的方法与雷电冲击全波试验完全相同。第37页,共46页，2024年2月25日，星期天牵引供电设备试验第38页,共46页，2024年2月25日，星期天

牵引变电所的变压器有：牵引变压器、电力变压器和所用变压器，它们是牵引变电所最主要的电力设备，对这些变压器需进行预防性试验，以保证牵引变电所安全运行。牵引变压器预防性试验项目主要有：

(1)测量绕组绝缘电阻和吸收比或极化指数；

(2)测量绕组泄漏电流：

(3)测量绕组介质损耗因数tanδ；

(4)交流耐压试验；

(5)测量电容型套管的介质损耗因数tanδ和电容值；

(6)测量轭铁和穿芯螺栓的绝缘电阻，测量铁芯对地、铁芯对轭铁粱、穿芯螺栓对铁芯的绝缘电阻；

(7)测量绕组直流电阻；

(8)检查绕组分接位的电压比；

(9)检查三相变压器的联结组别或单相变压器的极性；

(10)测量空载电流和空载损耗；

(11)绝缘油介电强度试验及油中溶解气体色谱分析；

(12)有载分接开关的动作特性试验。牵引变压器第39页,共46页，2024年2月25日，星期天

根据《规程》规定，互感器交接和预防性试验项目如下：

(1)测量互感器绕组及末屏的绝缘电阻；

(2)测量35kV及以上互感器一次绕组连同套管的介质损耗因数tan8；

(3)绕组连同套管一起对外壳的交流耐压试验；

(4)油箱和套管中绝缘油试验及油中溶解气体色谱分析；

(5)测量铁芯夹紧螺栓(可接触到的)绝缘电阻；

(6)互感器的极性、变比、励磁特性等特性试验；

(7)局部放电试验。互感器第40页,共46页，2024年2月25日，星期天

高压断路器的预防性试验项目主要有：

(1)绝缘电阻试验；

(2)少油断路器的泄漏电流试验；

(3)测量断路器并联电容的C和tan