工频交流耐压试验

工频交流耐压试验1.概述2.交流试验电压的产生3.试验设备4.试验电压的测量5.试验方法6.交流耐压试验的注意事项7.习题国电西高工频交流耐压试验1.概述交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，它对于判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。因为交流耐压试验能充分反映电气设备在交流电压下运行时的实际情况，能真实有效地发现绝缘缺陷。交流耐压试验是破坏性试验。在试验之前必须对被试品先进行绝缘电阻、吸收比、泄漏电流、介质损失角等项目的试验，若试验结果正常方能进行交流耐压试验，若发现设备绝缘情况不良，通常应先进行处理后再做耐压试验，避免造成不应有的绝缘击穿。国电西高工频交流耐压试验2.交流试验电压的产生2.1高压试验变压器回路交流耐压试验的接线，应按被试品的电压、容量和现场实际试验设备条件来决定。图1是一种典型的试验接线。国电西高工频交流耐压试验2.2串联谐振电路对于发电机、变压器、SF6组合电器(GIS)和交联电缆等电容量较大的被试品进行交流耐压试验，需要大容量的试验设备，这时可以采用串联谐振试验装置，它能以较小的电源容量试验较大电容和较高试验电压的试品，回路由被试品负载电容和与之串联的电抗器和电源组成，如图2所示。国电西高工频交流耐压试验图3为串联谐振的等效电路及其相量图。其中XL=ωL、XC=1/ωC、ω＝2πf。当XL=XC，即时电路处于谐振状态。此时回路中的电流达到最大。国电西高工频交流耐压试验加在被试品上的电压为输出电压与输入电压之比称为试验回路的品质因数Q。由于试验回路中的R很小，故试验回路的品质因数很大，因此用这种方法能用电压较低的试验变压器得到较高的试验电压。而且当被试品击穿时，电路失去谐振条件（不再满足XL=XC），电源输出电流自动减小，试品两端的电压骤然下降，从而限制了对被试品的损坏程度。国电西高工频交流耐压试验目前根据调节方式的不同，串联谐振装置分为工频串联谐振装置和变频串联谐振装置两大类。前一种工频串联谐振装置工作频率为50Hz，带可调电抗器。该电抗器的电感量能连续可调，当试验电压较高时，可以作成几个电抗器串联使用。后一种变频串联谐振装置带固定电抗器，工作频率一般为30～300Hz。该装置依靠大功率的变频电源，使回路达到谐振，所用电抗器的电感量是不可调的，而试验频率随被试品的电容量不同而改变。由于变频串联谐振装置的试验频率随不同电容量的被试品而变化，所以其使用范围受到了一定的限制。下图为电抗器可调的串联谐振装置。输出电压最高（两节电抗器串联使用时）为460kV，适用的电容量范围为1500～6000pf。国电西高工频交流耐压试验国电西高工频交流耐压试验3.试验设备交流耐压试验用的设备通常有试验变压器、调压设备、电压测量装置、保护球隙、保护电阻及相关的控制装置等。3.1高压试验变压器高压试验变压器具有电压高、容量小、持续工作时间短等特点，因此我们在进行耐压试验前应根据这些特点及被试品的实际情况来加以正确地选择。国电西高工频交流耐压试验3.1.1电压的选择我们应根据被试品该进行的试验类型，再根据相关的技术标准，如华北电力集团公司2002年《电力设备交接和预防性试验规程》、GB50150-91《电气装置安装工程电气设备交接试验标准》、DL/T《电力设备预防性试验规程》等来确定试验电压，根据该试验电压我们再来选择电压合适的试验变压器。当试验电压比较高时，可采用多级串接式试验变压器。此外，还应考虑试验变压器所需低压侧电压是否与现场电源电压、调压器相匹配等问题。国电西高工频交流耐压试验3.1.2电流的选择试验变压器的额定电流应能满足被试品的电容电流和泄漏电流的要求，一般可以按下式计算式中：I—试验变压器高压侧输出电流，mAω—角频率，ω＝2πfCX—被试品电容量，μFU—试验电压，kV还可以相应求出试验所需电源容量试验时，按P值选择变压器容量，一般不得超载运行。国电西高工频交流耐压试验3.2调压器调压器应能从零开始平滑地调节电压，以满足试验所需的任意电压。调压器的输出波形，应尽可能地接近正弦波，容量也应满足试验变压器的要求，通常与试验变压器容量相同。常用的调压器有自耦调压器、移圈调压器和感应调压器等。由于移圈调压器的输出电压波形在某一范围内有较大的畸变，所以现场最好少使用移圈调压器调压。3.2.1自耦调压器它利用变动碳刷接触的位置，改变一次绕组与二次绕组的匝数比，以达到调压的目的。由于自耦调压器具有体积小、重量轻及波形好等优点，所以其应用比较广泛。但又因为其是用碳刷接触调压，所以容量受到限制，所以常用于500V及以下小容量调压。国电西高工频交流耐压试验国电西高工频交流耐压试验3.2.2移圈调压器移圈调压器是通过移动一个自身短路的动绕组（线圈）的位置改变主绕组和副绕组之间的磁链，从而改变其输出电压。其原理接线如图6所示。A、B为两个匝数相等、绕向相反串在一起的主、副绕组，另外还有一个可上下移动的短路绕组K，其匝数也与A、B相同。当短路绕组K位于最下端时，电源电压全降落在绕组A上，所以输出电压为零；随着绕组K的上移，绕组A的电压降低，而绕组B的电压升高，所以输出电压就会增加，当绕组K位于最上端时，输出电压达到最高。国电西高工频交流耐压试验3.3保护电阻试验变压器的高压输出端应串接保护电阻，用来降低试品闪络或击穿时变压器高压绕组出口端的过电压，并能限制短路电流。此保护电阻的取值一般为0.1～0.5Ω/V，并应有足够的热容量和长度。该电阻的阻值不易太大，否则会引起正常工作时回路产生较大的压降和功耗。保护电阻可采用水电阻或绕线电阻，若选用绕线电阻则应注意其匝间绝缘的强度，以免匝间闪络。保护电阻的长度可以如下选择：当试品击穿或闪络时，保护电阻不应发生沿面闪络，它的长度应能耐受最大试验电压，并有适当的裕度。保护电阻的最小长度可以参照表一选用。国电西高工频交流耐压试验表一：保护电阻最小长度与保护球隙串联的保护电阻，其电阻值通常取1Ω/V，电阻的长度也同样根据表一选用。试验电压kV电阻长度mm50250100500150800国电西高工频交流耐压试验4.试验电压的测量交流试验电压的测量装置（系统）一般可采用电容（或电阻）分压器与低压电压表、高压电压互感器、高压静电电压表等测量系统。交流试验电压测量装置（系统）的测量误差应满足GB311.4《高电压试验技术》中规定的要求，即测量误差不应大于3％。4.1在试验变压器低压侧测量试验电压的测量一般应在高压侧进行，但对于小容量的被试品也可在试验变压器的低压侧测取，然后再通过变比换算到高压侧。计算式为：U2=KU1。这适用于负荷容量比电源容量小得多，测量精度要求不是很高的情况。国电西高工频交流耐压试验4.2用电压互感器测量将电压互感器的一次侧并接于被试品，在其二次侧测量电压，然后根据测得的电压经电压互感器变比计算出高压侧电压。为保证测量的准确度，一般要求电压互感器准确度不低于1级，电压表不低于0.5级。4.3用高压静电电压表测量用高压静电电压表可以直接测量工频高压的有效值。但其缺点是：额定电压1000V及以上的静电电压表的电极暴露在外面，受外界干扰大，现场不宜使用，多用于试验室内。国电西高工频交流耐压试验4.4用电容分压器测量电容分压器如图所示，由C1、C2两电容器组成，并接在被试品两端，用电压表测C2上的电压U2，然后按分压比算出高压侧电压U1。由于流过C1、C2的电流所以，分压比为当C2C1时，2212121UCUCCCCI12121CCCUU2121UCCU工频交流耐压试验4.5用球隙测量在交流耐压试验中，球隙不仅可以作为保护用，还可以用作测量用。球隙测量高电压的原理是在一定的大气条件下，一定直径的铜球，球隙间的放电电压决定于球隙距离。用球隙测量高压时，只有当球隙放电时，才能从相应的表中（可查阅GB311.6-83《高电压试验技术第五部分测量球隙》）查得电压。每次放电必须跳闸，而且放电时可能产生振荡，也可能引起过电压，所以球隙测量电压不大方便。国电西高工频交流耐压试验5试验方法5.1一般规定有绕组的被试品进行耐压试验时，应将被试品绕组自身的两端短接，非被试品绕组亦应短接并与外壳连接后接地。交流耐压试验时加至试验电压后的持续时间，如无特殊说明则均为1min。升压必须从零开始，切不可冲击合闸。升压速度在75％试验电压以前，可以是任意的，自75％电压开始应均匀升压，约为每秒2％试验电压的速率升压（以DL474.4-92《现场绝缘试验实施导则交流耐压试验》为准）。耐压试验后，迅速均匀降压到零，然后切断电源。国电西高工频交流耐压试验5.2试验步骤任何被试品在进行交流耐压试验前，应先进行其他绝缘试验，合格后再进行耐压试验。通常在耐压试验前后均应测量绝缘电阻。另外，充油设备若经滤油或运输，耐压试验前还应将试品静置一段时间，以排除内部可能残存的空气。接上试品，接通电源，开始升压进行试验。升压过程中应密切监视高压回路，监听被试品有何异常的响声。升至试验电压，开始计时。时间到后，降压然后切断电源。试验中如无破坏性放电发生，则认为通过耐压试验。在升压和耐压过程中，如发现电流表指示急剧增加，调压器往上升方向调节，出现电流上升、电压基本不变甚至有下降的趋势，被试品冒烟、焦臭、闪络、燃烧或发出击穿响声，应立即停国电西高工频交流耐压试验止升压，降压停电后检查原因。这些现象如查明是绝缘部分出现的，则认为被试品交流耐压试验不合格。如确定被试品的表面闪络是由于空气湿度或表面脏污等所致，应将被试品清洁干燥处理后，再进行试验。对35kV穿墙套管及母线支持绝缘子进行交流耐压试验时，有时在瓷套表面发生较强烈的局部放电现象，只要不发生线段对地的闪络或击穿，可认为耐压合格。有时耐压试验进行了数十秒钟，中途因故失去电源，使试验中断，在查明原因，恢复电压后，应重新进行全时间的持续耐压试验，不可仅进行“补足时间”的试验。国电西高工频交流耐压试验6.交流耐压试验的注意事项6.1容升效应及电压谐振试验变压器所接的被试品大多是电容性的，在交流耐压时，容性电流在试验变压器绕组上产生漏抗压降，造成实际作用到被试品上的电压值超过按变比计算的高压侧所应输出的电压值，这就是容升效应。其简化等值电路及相量图如右图所示。国电西高工频交流耐压试验被试品电容及试验变压器漏抗越大，则容升效应越明显。所以我们在进行较大容量试品的交流耐压试验时，要求直接在被试品端部进行电压测量，以免被试品受到过高的电压作用。此外，由于被试品电容与试验变压器、调压器的漏抗形成串联回路，一旦被试品容抗与试验变压器、调压器漏抗之和相等或接近时，发生串联电压谐振，造成试品端电压显著升高，危急试验变压器和被试品的绝缘。在试验大电容量的被试品时应注意预防发生电压谐振，为此，除在高压侧直接测量试验电压外，并应在被试品并接球隙进行保护。国电西高工频交流耐压试验6.2保护球隙距离的整定对重要的试品（如发电机、变压器等）进行交流耐压试验时，宜在高压侧设置保护球隙，该球隙的放电距离对发电机一般可整定在1.1～1.15倍额定试验电压所对应的放电距离；对变压器整定在1.15～1.2倍，且保护球隙应在现场施加已知电压进行整定。不同距离球隙的放电电压可参见GB311.6-83《高电压试验技术第五部分测量球隙》，以及教材后的附录C。这里还需说明的是：一般我们做试验所需整定电压其相对应的球隙距离不一定刚好能从表中查到，这就需要我们做相应的换算，找出我们所需整定电压相对应的球隙距离。如表二所示（该表节取自GB311.6-83《高电压试验技术第五部分测量球隙》中的续表1）：国电西高工频交流耐压试验表二：kV（峰值）比如我们的球直径为10cm，需整定的电压为110kV，而这电压不能直接从表中查到，所以需用插值法求得。因为115－105＝10，4.5－4.0＝0.5，所以每1kV对应的距离为0.05cm，5kV就是0.25cm，因此我们所需整定球隙的距离为4.0＋0.25＝4.25cm。球隙距离cm球直径cm1012.5154.01051