破坏性试验-交、直流耐压试验（高电压技术课件）

变压器的感应耐压试验

感应耐压试验中变频电源的获取

感应耐压试验中变频电源的获取

目前，市面上有倍频感应电压发生器可以直接使用，它们的原理与获得变频电压的方法有关，无外乎以下四种；如果没有倍频感应发生器，也可以用以下四种方法获取倍频感应电压：（1）利用两台电动机组取得高频电源用一台三相异步鼠笼电动机，驱动一台三相转子为绕线式的异步电动机，即异步倍频发生器。其原理图如下图所示。启动过程中，先启动鼠笼式电动机M1至额定转速，然后用与鼠笼式电动机相序相反的三相电源，经调压器TR对绕线式异步电动机M1定子励磁，便在定子中产生与其转子旋转方向相反的旋转磁场。由于驱动绕线式发动机转子的速度与旋转磁场的速度接近，但旋转方向相反，于是便在绕线式转子绕组中感应出数倍于系统频率的电压，其值得大小可由调压器调整定子励磁而定。值得注意的是，在启动过程中，必须先启动鼠笼式电动机，再合上调压器逐渐升压。（2）晶闸管变频调压逆变电源这种方法是应用晶闸管逆变技术来产生高频电源，这种变频电源重量轻，可利用380V低压交流电源，装置兼有调压作用。（3）用星形——开口三角形接线的变压器获得三倍频电源将三台单相变压器的一次绕组接成星形，二次绕组接成开口三角形，由三台单相变压器构成3倍频发生器远离如图12-24所示：一次侧接工频电源，适当过励磁，由于正弦波电流在饱和的铁心中产生非正弦的磁通，由此感应的电动势也是非正弦波。而其中主要成分是基波和三次谐波分量。因变压器的一次绕着接成星形，所以三次谐波没有通路，在二次的三角形开口端，三相绕组基波感应电动势的向量和为零，而三次谐波感应电动势相位相同，因此，从开口三角形输出150Hz的高频电压。（4）高频发电机组它是由一个电动机拖动一个高频的周期发电机所组成。发电机组的调压是通过改变励磁变压器，用励磁机来调节对发电机转子的励磁，从而达到发电机的定子输出电压平滑可调的目的。

通过本知识点的学习，使学生掌握感应耐压的变频电源获取方法，为今后的课程学习打下了良好的基础。变压器的感应耐压试验

感应耐压试验接线

（1）全绝缘的变压器对于全绝缘的变压器，可按图所示的接线，在变压器低压侧施加两倍及以上频率的耐压试验，而在变压器高压侧感应出相应的高电压来进行耐压试验。试验时由互感器监视电压和电流

这种试验主要是考验变压器纵绝缘的电气强度，其是否承受住了感应耐压，还需根据试验前后的空载损耗试验才能判断。若感应耐压试验后变压器的空载损耗比感应耐压试验前明显增大，则说明变压器纵绝缘在感应耐压时可能被击穿。需要补充说明的是，在这种接线的感应耐压试验中，只能满足变压器高压侧三线之间达到试验电压，而中性点对地的感应试验电压很低，因此，对中性点和线圈的主绝缘，还需进行一次外施工频交流耐压试验，以考验其电气强度。（2）分级绝缘的变压器对于分级绝缘的三相变压器，对其主绝缘的试验，不能用外施工频交流耐压试验的方法进行。同时，因为分级绝缘的线圈是接成星形的，若用感应耐压试验方法，当线圈出线端相电压达到试验电压时，其相对地的电压仅为,所以不能用上图所示的接线方法对主绝缘进行感应耐压试验。根据变压器设计的绝缘水平和试验标准的要求，分级绝缘的变压器，其相间及相对地的绝缘水平相同，如220kV级的变压器，相间及相对地的试验电压为400kV，110kV级的变压器，相间及相对地的试验电压为200kV，所以对这些变压器进行感应耐压时，相间及相对地不可能同时达到试验电压的要求。因此，分级绝缘的变压器，只能采用单相感应耐压进行试验。此时，纵绝缘与主绝缘的试验同时用感应的方法进行，一方面试验了纵绝缘的电气强度，另一方面也试验了线圈对地和相间绝缘的电气强度。为了达到上述目的，在对分级绝缘的变压器进行感应耐压试验时，要分析被试品的结构，比较不同的接线方式，计算出线端及相对地的试验电压，选用满足试验电压的接线。一般要借助辅助变压器或非被试相线圈支撑，轮换三次，才能完成一台变压器的感应耐压试验。上图为YNd11接线的分级绝缘变压器A相进行感应耐压试验的一种接线图。非被试相B、C两相的首端并联接地，并与被试相A相串联，高频电源加于变压器低压侧a相和c相之间。当高频电源电压达到变压器低压侧两倍额定电压，且高压侧三相都处于额定分接位置时，高压侧A相绕组的感应电压也达到额定电压的两倍，B、C相上的感应电压则只达到其额定电压。由于B、C两相并联后与A相串联，这样就抬高了A相出线端的对地电位，使A相出线端与地及与B、C相出线端间的电压均达到3倍额定相电压。调整高压侧分接位置，可进一步改变此倍数，使其满足高压侧出线端对地及出线端间试验电压的要求。例如220kV分级绝缘的变压器，试验规程规定高压侧出线端对地及相间试验电压为400kV，3倍的额定线电压已接近此值，只要适当改变分接位置，即可使被试相对地的电压达到此试验电压。对B、C相进行类似于A相的试验，则各相的纵绝缘、各相出线端对地及相间的主绝缘都得到试验。

通过本知识点的学习，使学生掌握感应耐压的接线方式，为今后的课程学习打下了良好的基础。变压器的感应耐压试验

感应耐压试验的目的和原理

感应耐压试验的目的和原理前几节所讨论的交流耐压试验仅能检查全绝缘变压器的主绝缘，即高压、中压、低压绕组间及对油箱、铁心等接地部分的绝缘。

纵绝缘，即绕组匝间、层间、段间的绝缘没有得到检验，但在变压器绝缘事故中纵绝缘损坏的比重是相当大的。我们要设法使绕组匝间、层间、段间的电压加大到正常工作时的1.7～2.0倍，以此来考核纵绝缘。进行倍频感应耐压试验就是为了达到这一目的。另外，对于分级绝缘或半绝缘的电力变压器和互感器，它们的中性点绝缘水平比绕组的首端低，其线圈的电压值和对地绝缘水平，从线圈末端到首端逐步增加，所以，首、末两端宜施加不同的试验电压，如图所示

我们通常做的交流耐压试验对同一绕组首末两端所加的电压是一样大的，显然，对于分级绝缘的变压器，外施工频耐压试验无法进行。实践证明，用三倍频电源对串级式电压互感器进行感应耐压试验，能有效地检出主、纵绝缘的缺陷。感应耐压试验方法是从变压器低压侧加进比额定电压高的电压，其他绕组开路。靠变压器自身的电磁感应对变压器各绕组感应出比额定电压高的电压来进行耐压试验。由于绕组各匝间、层间、段间都相应地提高了彼此之间的电位差，所以，它不仅对变压器的主绝缘进行考验，同时对纵绝缘也进行了考验。但是，我们知道，变压器铁心的伏安特性曲线，一般设计在额定频率和电压下接近弯曲饱和部分。若用额定频率的两倍额定电压施加于被试变压器的低压端，铁心会饱和，必然使空载电流急剧增加，达到不能允许的程度。为了使在两倍额定电压下铁心仍不饱和，可以采取提高频率的方法。

通过本知识点的学习，使学生掌握感应耐压的目的和原理，为今后的课程学习打下了良好的基础。交、直流耐压试验

交流耐压试验的目的和意义

一、交流耐压试验的目的和意义

电力设备的绝缘结构在运行中可能会受到以下四种电压

1.工频工作电压绝缘结构在其整个运行过程中，必须能够长期连续地承受工频最高工作电压，通常称之为系统最高运行相电压。2.暂时过电压它包括习惯上所指的工频电压升高和谐振过电压。工频电压升高是由于空载线路的电容效应、甩负荷和不对称接地引起的，谐振过电压则起因于含铁芯的非线性电感元件所引起的铁磁效应或谐振，其幅值较高，持续时间较长，其频率可以是工频基波，也可以是高次或分次谐波。2.暂时过电压它包括习惯上所指的工频电压升高和谐振过电压。工频电压升高是由于空载线路的电容效应、甩负荷和不对称接地引起的，谐振过电压则起因于含铁芯的非线性电感元件所引起的铁磁效应或谐振，其幅值较高，持续时间较长，其频率可以是工频基波，也可以是高次或分次谐波。3.操作过电压它是由于电力系统中的断路器动作产生的。这种过电压的波形很不规则，情况不同时变化甚大，可以是衰减震荡波，或是非周期性电压的冲击波。我国电力系统的操作过电压倍数如下：35kV为4.0倍；110～220kV为3.0倍；330kV为2.75倍；500kV为2.0倍。4.雷电过电压它是由雷云放电产生的，幅值很高；作用时间很短。雷电过电压往往造成电力设备的绝缘破坏，积极地预防雷电过电压是电力系统安全运行的保证。总之，我们的电力设备的绝缘结构必须能耐受以上四种电压，这就需要对我们的绝缘裕度进行考验。而之前我们介绍的其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压，作为安全运行的保证还不够有力。工频耐压试验所采用的试验电压比运行电压高得多，所以它可准确地考验绝缘的裕度，能有效地发现较危险的集中性缺陷。但是交流耐压试验有一重要缺点：即对于固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中一些弱点更加发展，这样，试验本身就会引起绝缘内部的累积效应，加速绝缘缺陷的发展。所以我们首先应在耐压试验之前先进行前几章我们介绍的几种试验。在进行了绝缘电阻测量、介损测试等试验之后，要先对各项试验结果进行综合分析，看看该设备是否受潮或含有缺陷。如若发现存在问题，则需预先进行处理，待缺陷消除后方可进行耐压试验；其次恰当地选择合适的耐压试验电压值是一个重要问题。一般考虑到运行中绝缘的变化，耐压试验的电压值应取得比出厂试验电压低些，而且不同情况的设备应不同对待，这主要由运行经验确定。例如在大修前发电机定子绕组的试验电压常取1．3～1．5倍额定电压，对于运行二十年以上的发电机，由于绝缘较老，可取1．3倍额定电压来做耐压试验，但对与架空线路有直接连接的运行二十年以上的发电机，考虑到运行中大气过电压侵袭的可能性较大，为了安全，仍要求用1．5倍额定电压来做耐压试验。

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直流耐压试验的目的和意义

直流耐压试验的目的和意义

直流耐压试验也能确定绝缘的电气强度，与交流耐压试验相比，它的优点是：

首先，可使试验设备轻小，也即大容量试品（电缆、电容器等）进行交流耐压试验时，试验设备容量往往过大（为使试验及调压设备轻便，可以采用谐振试验线路以减小电源设备容量）。其次、在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察绝缘内部集中性缺陷。试验的接线同前面介绍的泄漏电流试验相同。图为一台30MW，10．5kV汽轮发电机各相绕组的直流泄漏电流试验曲线，当试验电压升至14kV时，A相泄漏电流突然急剧增加，经检查，A相端部对绑环有一处放电。第三、直流耐压试验比交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。其原因是直流下没有电容电流从线棒流出，因而无电容电流在半导体防晕层上造成的压降，故端部绝缘上的电压较高，有利于发现绝缘缺陷。第四、在电力电缆进行直流耐压试验时，通常也利用泄漏值寻找缺陷。当测得三相泄漏值相差过大或增长较快时，可依具体情况提高试验电压或延长耐压时间来发现缺陷。第五、直流耐压试验对绝缘损伤较小，如果被试绝缘中有气泡时，在直流电压作用下，当作用电压较高，以至于在气泡中发生局部放电后，在电场作用下，气泡中的正负电荷将分别反向移动，停留在气泡壁上，如图所示。这样，便使得外电场在气泡里的强度不断减弱，从而抑制了气泡内部的局部放电过程，当正、负电荷慢慢地通过周围的泄漏电流中和后，才会再发生一次放电。如果在交流电场中，每当电压改变一次方向，空间电荷非但不减弱，反而会加强气泡里的电场强度，因而加强了局部放电的发展。不仅如此，作交流耐压试验时，每个半波里都要发生局部放电。这种局部放电会促使油和有机绝缘材料的分解与老化、变质等，并使其绝缘性能降低，扩大其局部缺陷。因此直流耐压试验加压时间可以较长，一般采用5～10min。当然，直流耐压试验也是有缺点的。由于电力设备的绝缘大多数都是组合电介质，在直流电压作用下，其电压是按电阻分布的，所以交流电力设备在交流电场下的弱点用直流电压做试验就不易被发现。所以，与交流耐压试验相比，直流耐压试验的缺点是：对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。直流耐压试验电压的选取，系参考交流耐压试验电压和交直流下击穿强度之比，并主要根据运行经验来确定。例如：对发电机定子绕组取2～2．5倍额定电压；对电力电缆，3KV、6KV、10kV的取5～6倍额定电压；20KV、35kV的取4～5倍额定电压；35kV及以上的则取3倍额定电压。直流耐压的时间可以比交流耐压长些，例如发电机试验时是每级1/2额定电压地分段升高，每阶段停留一分钟，以观察并读取泄漏电流值。电力电缆试验时，在额定电压下持续5分钟，以观察并读取泄漏电流值。

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交流耐压试验的试验接线

交流耐压试验的试验接线

交流耐压试验的接线如图

图中3为调压器,5为高压试验变压器。一般用高压试验变压器及调压器产生可调高压，试验电压的波形应接近正弦。调压器应尽量采用自耦式，它不仅体积小，漏抗也小，因而试验变压器激磁电流中的谐波分量在调压器上产生的压降也小，故试验变压器原边电压波形畸变较小，副边电压波形也就接近正弦。如自耦调压器的容量不够，则可以采用移圈式调压器，不过后者的漏抗较大，会使电压波形发生畸变，为改善波形可在试验变压器原边并联一电感、电容串联组成的滤波器把谐波滤去。而试验变压器选择时应注意其高压侧的额定电压应高于被试品的试验电压；其额定输出电流也应大于被试品所需的电流；

试验变压器的输出容量应大于试品所需容量，即：(kVA)为了限制击穿或放电时的短路电流，防止耐压试验时在高压侧出现振荡，回路中串有保护电阻R1。保护电阻R1的值不应太大或太小。太小起不到保护作用，太大又会使正常工作时由于负载电流而产生较大压降与功率损耗。根据实际经验一般取R1为0.1Ω/V，并应有足够的容量。通常可利用线绕电阻或水阻作为保护电阻，与高压试验变压器接地端串联的电流表起监视被试绝缘状况的作用。短路刀闸6是保护电流表的。为得到较好波形，试验电源最好用线电压。进行交流耐压试验时，被试品一般均属电容性的，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在线圈上会产生漏抗压降，使变压器高压侧电压发生升高现象，此即电容效应。这时变压器高压侧电压高于按变比换算的电压，而且低压侧与高压侧之间的电压有相角差，如果试品的容抗一旦与试验变压器的漏抗发生串联电压谐振，则电压升高现象更为显著。从电机学中可知，变压器的简化等值电路如图所示。电路中r是变压器电阻，XL是变压器漏抗，Cx为被试品电容。这样，电路就成为一简单的R－L－C串联回路。显然，由于Cx上的电压和XL上的电压相位差180，如图所示，可以看出被试品上电压UCx会比电源电压U1高。由于电容效应的存在，就要求直接在被试品两端测量电压。那么，我们是如何直接在被试品两端测电压呢？为使测量准确，通常用7所示的电压互感器或高压静电电压表进行测量。而在被测的电压较高，不能直接用指示仪表测量时，通常采用电容分压器测量，在测量时应对其变比予以校准。8为保护球隙，我们将球隙8的放电电压调至耐压试验电压的1．1倍，这是为了防止被试品因误操作或谐振过电压时试品上出现超过试验的电压而被损坏。

通过本知识点的学习，使学生掌握交流耐压的接线和设备作用，为今后的课程学习打下了良好的基础。交、直流耐压试验

交流耐压试验步骤

交流耐压试验步骤

1.应对试验现场设好围栏，挂好标志牌，并派专人监视；

2.试验前应将被试设备的表面擦拭干净；3.调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的110%～120%，连续试验三次，应无明显差别，检查过流保护装置动作的可靠性；4.按试验接线图接好线后，检查调压器是否在“零位”，调压器3应从零升压，，在试验电压以下可以稍微快一点，以后则应徐徐均匀升压，一般应在20秒钟内升至试验电压值。试验过程中要注意电压表及其他表计的变化，一旦发现异常应立即降压。5.升压至试验电压后，加压一分钟。规定这个时间是为便于观察被试品的情况；同时也是为使已开始击穿的缺陷来得及暴露出来。耐压时间不能超过一分钟，以免使绝缘击穿。6.加压一分钟后，缓慢降低电压；7.试验结束后，要先放电，再拆线。

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直流高压的测量

直流高压的测量

直流高压的测量方法有三种，一是高阻器与微安表串联的测量系统；二是电阻分压器与低压电压表的测量系统；三是高压静电电压表。

1.高阻器与微安表串联的测量系统如图12-12所示。图中R1、R2组成的电阻分压器，在直流电压作用下没有电容电流，所以电阻分压器R1中只有电流I流过，若R1为分压器的高压臂电阻，R2为低压臂电阻，则U1＝IR1电流I一般用微安表测量。如用静电电压表测量，则＝

其中分压比是

R1数值的选择视被测电压大小而定，一般取流过R1的电流为数百微安至1毫安。R1值太高会造成测量误差，因高电压下高压臂会有电晕电流，沿绝缘材料的泄漏电流等（均是微安级）使上二式发生误差。若R1中的工作电流大大超过杂散电流，则这种杂散电流的影响便可不计。2.电阻分压器与低压电压表测量系统,则被测的直流试验电压为：电阻分压器的高压臂R1实质上也是高阻器，其低压臂的电阻R2较小，它的两端跨接电压表，用来测量直流试验电压。若低压电压表的指示值为Ｕ２，分压器的分压比为

根据所接电压表的形式可测量出直流电压的算术平均值、有效值或最大值。3.高压静电电压表。高压静电电压表是测量直流电压均方根值的一种很方便的仪表，用它有可以直接测量几伏到几百千伏的直流电压。它的优点是：内阻大，基本上不吸收功率。当电压脉动因素不超过20%时，可以认为有效值与算术平均值是接近相等的。合格的静电电压表是能够满足上述对电压平均值测量准确度的要求的，只是它不能测量电压的脉动。

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直流高压试验的注意事项

直流高压试验的注意事项

对直流高压试验来说，特别需要注意：试验装置应能在试验电压下供给被试品的泄漏电流、吸收电流、内外局部放电电流及被试品击穿前瞬时临界泄漏电流的需要，不得引起过大的内部压降以至使测量结果造成较大的误差。应该估计到：某些被试品在击穿前瞬时的临界泄漏电流是相当大的，例如，极不均匀电场长气隙击穿或沿面闪络，特别是湿污状态下的沿面闪络，击穿前瞬时的临界泄漏电流将达安培级。在这样大的泄漏电流下，如欲不至引起过大的动态压降，最根本和有效的措施是增大交流电源的容量，同时要安装适当电容量的滤波电容器。

对绝缘作直流耐压试验时，为避免在电源合闸的过渡过程中产生过电压，应从相当低的电压值开始施加电压。在75％试验电压值以下时，应以均匀速度缓慢地升高电压，以保证试验人员能从仪表上精确读数。超过75％试验电压值后，应以每秒2％试验电压的速度上升到100％试验电压值，在此值下保持规定时间后，切除交流电源，并通过适当的电阻使滤波电容器放电。

对电