高压开关设备的试验与状态诊断教材

1、高压开关设备的试验与状态诊断 第一节 高压开关设备的绝缘预防性试验 绝缘预防性试验指使用较低的试验电压或用不会对被试设 备绝缘产生累积损伤效应的方法，根据绝缘介质中发生的各种 物理过程(极化、吸收、电导等)，测量绝缘的各种参数(绝缘电 阻和吸收比或极化指数、泄漏电流、介质损耗角正切等)，以及 与极化吸收过程有关的特性(主要表现为电阻时间的变化规律 )和绝缘冷却媒质的一系列其他特性(化学成分、油中水分及气 体含量等)，从而判断设备的绝缘能力，及时发现可能的劣化现 象，还可以通过历次试验积累的数据，综合分析绝缘特性随时 间的变化趋势，从而能显著提高对被试设备内部绝缘缺陷的判 断。 一、绝缘电阻测量 测量绝缘电阻是所有型式断路器试验中的基本项 目，对于不同型式的断路器则有不同的要求，应使用 不同电压等级的兆欧表。 高压多油断路器的绝缘部件有套管、绝缘拉杆、 灭弧室和绝缘油等。测量目的主要是检查拉杆对地绝 缘，故应在断路器合闸状态下进行测试。通过该项目 能较灵敏地发现拉杆受潮、裂纹、表面沉积污染、弧 道灼痕等贯穿性缺陷，对引出线套管的严重绝缘缺陷 也能有所反映。 高压少油断路器的绝缘部件有瓷套

2、、绝缘拉杆和 绝缘油等。在断路器合闸状态下，主要检查拉杆对地 绝缘。对35kV以下包含有绝缘子和绝缘拐臂的绝缘； 在断路器分闸状态下，主要检查各断口之间的绝缘以 及内部灭弧室是否受潮或烧伤。 对于真空断路器、压缩空气断路器和SF6断路器， 主要测量支持瓷套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻， 一般使用2500V的兆欧表，其值应大于5000 M。 辅助回路和控制回路的绝缘电阻测量时，首先要 做好必要的安全措施，然后使用500V（或1000V）兆 欧表进行测试，其值应大于2M。对于500kV断路器 ，应用1000V兆欧表测量，其值应大于2M。 根据兆欧表测量的读数结合绝缘材料的种类，可 以初步判别其吸潮、清洁度、绝缘性能，从而可初步 决定设备缺陷的程度。兆欧表测试合格后才允许选择 （根据设备种类、电压高低）后面所述其他高级方法 作真实性考核。 规程对油断路器整体绝缘电阻值未作规定，而用 有机物制成的拉杆的绝缘电阻值不应低于下表所列数 值。 试验类别额定电压 （kV） 242440.572.5252363 交接12003000600010000 大修后10002500500010000 运行中30

3、0100030005000 油断路器绝缘电阻的要求 （M） 二、介质损耗角正切测量 1. 多油断路器 测量40.5kV及以上非纯瓷套管和多油断路器的 tg，主要目的是检查套管及其它绝缘部件如灭弧室 、绝缘提杆、油箱绝缘围屏、绝缘油等的绝缘状态。 试验时，首先进行分闸状态下的试验，即将被试 断路器与外界引线脱离，并在分闸状态下对每支套管 进行测量。若测量结果超出规定限值或与以前有显著 增大时，必须落下油箱，进行分解试验，逐次缩小缺 陷的可疑范围，直到找出缺陷部位。 2. 少油断路器和其它断路器 少油断路器一般不做此项试验，因其绝缘结构主要是瓷绝 缘和环氧玻璃丝布类绝缘，不存在套管受潮问题。在少油断路 器的瓷套中虽然充有绝缘油，但由于断路器本身电容量很小（ 仅十到几十皮法），再加上接线、仪表、温度和周围电场等因 素的影响，测量数据往往分散性很大，难以判断其规律性。因 此，tg 难于有效地发现绝缘缺陷。 但对于有并联电容器的，则应测量并联电容器的电容值和 tg。测得的电容值与出厂值比较应无明显变化，电容值偏差 在5范围内，10kV下的tg值不大于下列数值 油纸绝缘： 0.005 膜纸复合绝缘

4、： 0.0025 三、泄漏电流测量 测量泄漏电流是35kV及以上少油断路器和压缩空 气断路器的重要试验项目之一，它能较灵敏地发现断 路器瓷套外表危及绝缘的严重污秽；绝缘拉杆和绝缘 受潮；少油断路器灭弧室受潮、劣化和碳化物过多等 缺陷；压缩空气断路器因压缩空气相对湿度增高而带 进潮气，使管内壁和导气管凝露等缺陷。多油断路器 解体时，其拉杆可进行该项试验。 额定电压（kV） 40.572.5252363 直流试验电压 （ kV） 204060 少油断路器和压缩空气断路器的试验电压标准 对于35kV及以上的少油断路器和空气断路器，泄 漏电流一般不大于10A，但对于220kV及以上少油断 路器提升杆（含支持瓷套）的泄漏电流不大于5A。 试验中应注意以下几点： （1）适当采用较大线径的多股绝缘软线或屏蔽线 作引线，且尽量短，以减小杂散电流的影响； （2）引线连接处，选用光滑无棱角的导体（如小 铜球）进行连接，以减小电晕损失带来的影响； （3）保持一定的升压速度。对稳定电容要充分放 电，并使每次放电的时间大致相等，以减小因电容充 电电流的不同，引起的泄漏电流读数的偏差； （4）高压直流输出端并联不

5、小于0.01F的稳压电 容，否则会引起测量值偏低。 四、交流耐压试验 断路器的交流耐压试验是鉴定断路器绝缘强度最 有效和最直接的试验项目。交流耐压试验应在分、合 闸状态下分别进行，合闸状态下主要鉴定相对地以及 相间绝缘状况；分闸状态下主要鉴定断口间的绝缘状 况。 五、测量导电回路电阻 断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动、静 触头间的接触电阻，接触电阻又由收缩电阻和表面电 阻两部分组成。 收缩电阻：由于两个导体接触时，因其表面非绝对 的光滑、平坦，只能在其表面的一些点上接触，使导 体中的电流线在这些接触处剧烈收缩，实际接触面积 大大缩小，而使电阻增加，此原因引起的接触电阻称 为收缩电阻。 表面电阻：由于各导体的接触面因氧化、硫化等 各种原因会存在一层薄膜，该膜使接触过渡区域的电 阻增大，此原因引起的接触电阻称为表面电阻（或膜 电阻）。 接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗， 使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作 时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能 力，也是反映安装检修质量的重要数据。 断路器导电回路电阻的测量 第二节 高压开关设备的动作特性试验 断路器的分

6、、合闸速度，分、合闸时间，分、合闸 不同期程度，以及分合闸线圈的动作电压，直接影响 断路器的关合和开断性能。 断路器只有保证适当的分、合闸速度，才能充分发 挥其开断电流的能力，以及减小合闸过程中预击穿造 成的触头电磨损及避免发生触头烧损、喷油，甚至发 生爆炸。 如果刚合速度降低，若合闸于短路故障时，由于 阻碍触头关合电动力的作用，将引起触头振动或使其 处于停滞状态，同样容易引起爆炸，特别是在自动重 合闸不成功情况下更是如此。反之，速度过高，将使 运动机构受到过度的机械应力，造成个别部件损坏或 使用寿命缩短。同时，由于强烈的机械冲击和振动， 还将使触头弹跳时间加长。 断路器分、合闸严重不同期，将造成线路或变压 器的非全相接入或切断，从而可能出现危害绝缘的过 电压。 断路器机械特性的某些方面是用触头动作时间和 运动速度作为特征参数来表示的，在机械特性试验中 一般最主要的是： 刚分速度 刚合速度 最大分闸速度 分闸时间、合闸时间 合分时间 分合时间以及分、合闸同期性等。 一、部分时间参量的定义 1、分闸时间 是指从断路器分闸操作起始瞬间（接到分闸指令瞬间）起 到所有极的触头分离瞬间为止的时间

7、间隔。应具有很短的合闸 时间，减少合闸时的电弧的能量，防止电弧使触头熔焊。 2、合闸时间 是指处于分位置的断路器，从合闸回路通电起到所有极触 头都接触瞬间为止的时间间隔。分闸时间必须在规定的时间范 围内。分闸时间太短，则系统短路时直流分量过大，可能会引 起分闸困难；分闸时间太长，则影响系统的稳定性。 3、分合时间 是断路器在自动重合闸时，从所有极触头分离瞬间起至首 先接触极接触瞬间为止的时间间隔。 4、合分时间 是断路器在不成功重合闸的合分过程中或单独合分操作时 ，从首先接触极的触头接触瞬间起到随后的分操作时所有极触 头均分离瞬间为止的时间间隔。 5、分闸与合闸操作同期性 是指断路器在分闸和合闸操作时，三相分断和接触瞬间的 时间差，以及同相各灭弧单元触头分断和接触瞬间的时间差， 前者称为相间同期性，后者称为同相各断口间同期性。 二、测量断路器时间参量的方法 三、速度参量的定义 1、触头刚分速度 指开关分闸过程中，动触头与静触头分离瞬间的运 动速度。技术条件无规定时，国家标准推荐取刚分后 0.01s内平均速度作为刚分点的瞬时速度，并以名义超 程的计算点作为刚分计算点。 2、触头刚合速度

8、指开关在合闸过程中，动触头与静触头接触瞬间的 运动速度。技术条件无规定时，国家标准一般推荐取 刚合前0.01s内平均速度作为刚合点的瞬时速度，并以 名义超程的计算点作为刚合计算点。 3、最大分闸速度 指开关分闸过程中区段平均速度的最大值，但区段 长短应按技术条件规定，如无规定，按0.01s计算。 四、测量断路器速度参量的方法 五、高压开关综合测试仪 第三节 SF6断路器的检查与诊断 采用SF6气体作为绝缘和灭弧介质的断路器称为SF6断路器。 由于SF6气体具有优良的绝缘性能和电弧下的灭弧能力，无可燃 、爆炸的特点，使其在高压和超高压断路器中获得广泛的应用 ，并成为发展方向。目前500kV电网几乎全部采用SF6断路器。 SF6断路器具有下列特点：（1）SF6断路器以SF6气体为绝缘 灭弧介质，耐电强度高，灭弧能力强。（2）允许断路次数多， 检修周期长。（3）检修维护方面，SF6断路器比油断路器省时 省力。（4）SF6断路器所配用机构为弹簧储能型，优于油断路 器所用电磁或液压机构。 一、现场耐压试验 SF6断路器按结构可分为落地罐式和瓷柱式。 落地罐式SF6断路器的充气外壳是接地的金属体，

9、一 般在运抵现场后组装充气，如有杂物或因运输中内部 零件发生位移，将改变原设计的电场分布。组装后进 行现场耐压试验能够发现隐形缺陷。 相关规程规定，对落地罐式SF6断路器在现场要进行 合闸对地及断口间的耐压试验。 断口试验时，应在分闸状态两端轮流加压，另一端 接地。 瓷柱式SF6断路器外壳是瓷套，对地绝缘强度高。 对变开距的瓷柱式SF6断路器，其断口开距大，可不 做耐压试验； 对定开距的瓷柱式SF6断路器，其断口间隙较短，如 有杂质或毛刺存在，会在耐压试验时被清除，所以要 进行现场耐压试验。 二、电阻检测 SF6断路器的电阻检测可以对设备是否老化，是否存 在内部设备腐蚀、内部温度过高和机械性能是否良好 等状况进行推断，与SF6气体纯度检测、微水检测等方 法结合，可以更准确地对SF6电气设备工作状态进行诊 断。 电阻检测用直流压降法测量，电流不小于100A。 故障诊断实例 某电厂220 kV II段母线发生故障后，对220 kVII段母线有关气室进行SO2、H2S含量的测试，发 现21B断路器室中气体分解产物严重超标，H2S含量 为121. 8 L/ L，SO2含量超过200L/ L，认为该气 室内存在严重的放电性故障。21 B断路器气室三相 连通，在打开上部盖板后，发现B相气室动触头侧下 部的均压环对底板均压环和端部封板有严重放电痕 迹，不仅表面熔化，且有两处出现铝板烧穿的孔洞 ，在放电位置的底部封板周围有大量的灰白色粉末 和融化的铝质颗粒。 运行人员时有发现某水电厂断路器C相内存在间 歇性异常响声，对其进行SF6气体分解物含量测试， 发现C相的SO2含量和H2S含量均大于200L/ L (用电 化学传感器进行测试，检测器量程为200L/ L)，后 取气回实验室用检测管测得其SO2含量为550L/ L， H2S含量为0，HF含量为15L/ L。经返厂解体检查发 现，断路器动触头与绝缘拉杆连接的销钉与销孔的 配合间隙大，出现悬浮电位放电，使得杆销处放电 烧损，当放电严重时，就出现较大的异常响声。 某220kV变电站刀闸发热，一般情况下，刀闸触 头发热的处理是对两边的触头分别进行打磨、涂抹 导电膏以增强其导流能力。但该刀闸在按上述方法 处理后，未能达到预期效果。后通过对拍摄的红外 热像图进行分析，发现该相刀

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