断路器、GIS、电缆耐压2003.docx

二级模块三断路器、GIS、电缆耐压试验第一讲、交、直流耐压试验的目的意义在高于工作电压下进行的试验称为破坏性试验试验时在设备绝缘上加上 规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力，因此也叫耐压试验这类试 验所加电压高，考验也比较直接和严格，当然也有可能在试验过程中给绝缘造 成一定的损坏它主要有交流耐压和直流耐压等几种一、交流耐压试验的目的意义 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二、直流耐压试验的目的意义 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4-1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I(“A)800、600 -图 4-1 某汽轮发电机定子绕组各相的 图 4-2 气隙中局部放电情况 泄露电流试验曲线第三、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4-2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〜lOmin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 并读取泄漏电流值第二讲 交流耐压试验接线及试验步骤一、交流耐压试验的试验接线交流耐压试验的接线如图 4-3 所示口图 4-3 交流耐压试验接线图1-刀闸；2 熔丝；3-调压器；4-脱口开关；5-试验变压器；6-短路刀闸R - 球隙保护电阻27-高压静电电压表；8-保护球隙；9-被试品； R -保护电阻；1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：S 二 2nfCU2 X10-3 (kVA) (4—1)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R保护电阻R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1时由于负载电1流而产生较大压降与功率损耗根据实际经验 一般取R为0.1Q/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1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4-4所示电路中r是变压器 电阻，X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 X 上的电压相位差 180,如图 4-5 所示,L可以看出被试品上电压 U 会比电源电压 U 高由于电容效应的存在，就要求直Cx 1接在被试品两端测量电压图 4-4 试验变压器在耐压试验时简 化等值电路图图 4-5 电容效应引起的电压升高那么，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 坏此外还可用球隙测量工频高压，球间隙装置简单，能直接测出被测的量，有 足够的准确度（误差不超过±3％）所以在高压测量中应用得非常普遍我国的 国家标准把球隙作为测量工频高压的基本设备球隙测量高压的缺点是：通过放电才能进行测量，由于气体放电的分散性， 一般需要几次放电才能获得较准确的数值。

放电使高压回路突然短路，对设备和 试品都不利再一点是影响气体放电的因素较多，掌握不好不易得到稳定的结果 而且为使测量结果比较准确，要求球隙周围较大的空间内无其它物体，使试验场 地面积很大利用球间隙测量高压，需要注意的事项有二：一是关于球隙的选择和布置， 二是大气条件对放电的影响球间隙所构成的电场为稍不均匀电场时，放电才比较稳定我们就是利用这 一特点来测量高压的只有当球电极之间的距离与球的直径保持一定的比例时， 才构成稍不均匀电场，使放电分散性较小但是，同样的球电极在测量较高电压 时，间隙距离将相应地增加，在测量更高电压时为保持球电极之间仍是稍不均匀 电场，就应采用更大直径的球电极当然，采用过大的球电极使设备费用和试验 场地都大大增加也是不恰当的所以根据被测电压的大小选择合适的球电极，或 者对于一定大小的球电极有一合适的使用范围，这是相当重要的通常以 S／D 不大于0.75为限其中S为球电极间距离，D为球电极直径在S/DW0.5，且 满足其它条件时，能使测量准确度在3%以内当S/D>0.75以后不仅放电分 散性增加，而且周围物体对球间隙电场的分布也将有较显著的影响球电极与被 测电压上限的关系可参照高电压试验标准。

除了球电极使用范围之外，对周围物体如地面、墙壁、高压引线及其它物体 的距离也有一定要求通常这个距离与球电极直径大小有关此外对球电极本身 结构如球柄直径、表面状况等都有相应规定球间隙是利用气体介质放电来进行测量的，所以应注意大气条件对测量结果 的影响标准的球隙放电电压是指标准大气条件下，即大气压力 760mmHg(101.3 kPa),周围气温20°C如果实际测量时大气条件与标准条件不同时，应予以校 正由于在均匀或稍不均匀电场中，湿度对放电电压的影响不大，因此一般不需 校正在使用中，通常由球隙放电时的球隙距离，在相应的放电电压表中查出标准 大气条件下的放电电压值U同时由试验时的大气条件算出6值，由此可得实 际测量时，球隙的放电电压U=6 U该电压即为被测高压值此外，球间隙周围空气的污染情况也应注意如放电前球电极表面沉积的尘 埃，将会使放电数值不稳定为此，除应注意试验场地环境清洁外，在利用球隙 进行测量之前，应使球隙放几次电直到放电电压达到稳定值，然后开始正式记录 数据测量一个电压时，应在球隙上连续放电三次，每次间隔时间不得少于一分 钟以三次放电电压的算术平均值作为球隙放电电压，每个放电电压值。