搜索
高压电气设备试验及电气设备故障诊断技术长沙理工大学高电压技术研究所责任申明:以下各章内容,其版权均为长沙理工大学高电压技术研究所所有,若有侵权,违者必究。若要使用,须取得长沙理工大学高电压技术研究所同意。第一章电气设备的绝缘试验第一节绝缘电阻、吸收比试验一、绝缘电阻试验使用范围绝缘电阻试验是电气设备绝缘试验中一种最简单、最常用的试验方法。当电气设备绝缘受潮，表面变脏，留有表面放电或击穿痕迹时，其绝缘电阻会显著下降。根据绝缘等级的不同，测试要求的区别，常采用的兆欧表输出电压有100v、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等。二、绝缘电阻试验的主要参数及技术指标电气设备的绝缘，不能等值为单纯的电阻，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。很多电气设备的绝缘都是多层的，如图1-1为双层电介质的一个简化等值电路。当合上开关K将直流电压U加到绝缘上后，等值电路中电流i的变化如图1-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋近于一个常数Ig；图1-2中曲线i和稳态电流Ig之间的面积为绝缘在充电过程中从电源“吸收”的电荷Qa。这种逐渐“吸收”电荷的现象就叫做“吸收现象”。在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。1R2R1C2CUiSRi,tgIaiiRo图1-1双层电介质简化等值电路图1-2吸收曲线及绝缘电阻变化曲线工程上用“吸收比”来反映绝缘状态是否良好，吸收比一般用K表示，其定义为：K＝R60s/R15s（1－1）式中R60s为t=60s测得绝缘电阻值，R15s为t=15s时测得的绝缘电阻值。对于电容量较大的绝缘试品，K可采用下式表示：K＝R10min/R1min（1－2）式中R10min为t=10min时测得的绝缘电阻值，R1min为t=1min时测得的绝缘电阻值，K在工程上称为极化指数。当绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1，当绝缘受潮时，K值将变小，一般认为如K1.3时，就可判断绝缘可能受潮。三、试验设备工程上进行绝缘电阻试验所采用的设备为兆欧表，兆欧表有三个接线端子：线路端子（L），接地端子（E），屏蔽（或保护）端子（G），被试品接在L和E之间，G用以消除绝缘试品表面泄漏电流的影响，其试验原理接线如图1－3所示。在绝缘试验中，如不接屏蔽端子，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积电阻的并联值，因为这时沿绝缘表面的泄漏电流同样流过兆欧表的测量回路。如果在表面上缠上几匝裸铜线，并接到端子G上，则绝缘表面泄漏电流不流过兆欧表的测量回路，这时测得的结果便是消除了表面泄漏电流影响的真实的体积电阻四、绝缘电阻试验结果判断的基本方法在绝缘电阻试验中，绝缘电阻的大小与绝缘材料的结构、体积有关，与所用的兆欧表的电压高低有关，还与大气条件有关，因此，不能简单的用绝缘电阻的大小或吸收比来判断绝缘的好坏。在排除了大气条件的影响后，所测绝缘电阻值和吸收比应与其出厂时的值比较，与历史数据相比较，与同批设备相比较，其变化不能超过规程允许的范围。同时，应结合绝缘电阻值与吸收比的变化结合起来综合考虑。M123ELG1－电缆金属铠装；2－电缆绝缘；3－导电芯图1－3绝缘电阻试验原理接线示意图五、测量绝缘电阻的规定（一）测试规定（1）试验前应拆除被试设备电源及一切外连线，并将被试物短接后接地放电1min，电容量较大的应至少放电2min，以免触电。（2）校验兆欧表是否指零或无穷大。（3）用干燥清洁的柔软布擦去被试物的表面污垢，必要时可先用汽油洗净套管的表面积垢，以消除表面的影响。（4）接好线，如用手摇式兆欧表时，应用恒定转速（120r/min）转动摇柄，兆欧表指针逐渐上升，待1min后读取其他绝缘电阻值。（5）在测量吸收比时，为了在开始计算时就能在被试物上加上全部试验电压，应在兆欧表达到额定转速时再将表笔接于被试物，同时计算时间，分别读取15s和60s的读数。（6）试验完毕或重复进行试验时，必须将被试物短接后对地充分放电。这样除可保证安全外，还可提高测试的准确性。（7）记录被试设备的铭牌、规范、所在位置及气象条件等。（二）测试时注意事项（1）对于同杆双回架空线或双母线，当一路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应高压损坏仪表和危及人身安全。对于平行线路，也同样要注意感应电压，一般不应测其绝缘电阻。在必须测量时，要采取必要措施才能进行，如用绝缘棒接线等。（2）测量大容量电机和长电缆的绝缘电阻时，充电电流很大，因而兆欧表开始指示数很小，但这并不表示被试设备绝缘不良，必须经过较长时间，才能得到正确的结果。使用手摇式兆欧表测量大容量设备的绝缘电阻时，试验结束时手不能停，耍先断开L线与被测设备之间的联接，再停止转动摇表，并立即对被测设备放电和接地，防止被试设备对兆欧表反充电损坏兆欧表和被测设备所带高电压电人。（3）如所测绝缘电阻过低，应进行分解试验，找出绝缘电阻最低的部分。（4）一般应在干燥、晴天、环境温度不低于50C时进行测量。在阴雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不应进行测量。（5）测量绝缘的吸收比时，应避免记录时间带来的误差。由上述可知，变压器、发电机等设备绝缘的吸收比，是用兆欧表在加压15s和60s时记录其绝缘电阻值后计算求得的。（6）屏蔽环装设位置。为了避免表面泄漏电流的影响，测量时应在绝缘表面加等电位屏蔽环，且应靠近E端子装设。（7）兆欧表的L和E端子接线不能对调。用兆欧表测量电气设备绝缘电阻时，其正确接线方法是L端子接被试品与大地绝缘的导电部分，E端子接被试品的接地端。（8）兆欧表与被试品间的连线不能铰接或拖地，否则会产生测量误差。（9）采取兆欧表测量时，应设法消除外界电磁场干扰引起的误差。在现场有时在强磁场附近或在未停电的设备附近使用兆欧表测量绝缘电阻，由于电磁场干扰也会引起很大的测量误差。引起误差的原因是：1）磁耦合；2）电容耦合。（10）为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同样的兆欧表、同样的接线。当采用不同型式的兆欧表测绝缘电阻，特别是测量具有非线性电阻的阀型避雷器时，往往会出现很大的差别。当用同一只兆欧表测量同一设备的绝缘电阻时，应采用相同的接线，否则将测量结果放在一起比较是没有意义的。六、影响测试绝缘电阻的主要因素（一）湿度随着周围环境的变化，电气设备绝缘的吸湿程度也随着发生变化。（二）电气设备的绝缘电阻随温度变化而变化的，其变化的程度随绝缘的种类而异。富于吸湿性的材料，受温度影响最大。（三）表面脏污和受潮由于被试物的表面脏污或受潮会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻将明显下降。必须设法消除表面泄漏电流的影响，以获得正确的测量结果。（四）被试设备剩余电荷对有剩余电荷的被试设备进行试验时，会出现虚假现象，由于剩余电荷的存在会使测量数据虚假地增大或减小，要求在试验前先充分放电10min。（五）兆欧表容量实测表明，兆欧表的容量对绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量结果都有一定的影响。兆欧表容量愈大愈好。七、测量结果各种电力设备的绝缘电阻允许值，见规程规定。将所测得的结果与有关数据比较，这是对实验结果进行分析判断的重要方法。通常用来作为比较的数据包括：同一设备的各相间的数据、出厂试验数据、耐压前后数据等。如发现异常，应立即查明原因或辅以其他测试结果进行综合分析、判断。对于大容量设备，如大型变压器、发电加、电缆等，有时用R60/R15吸收比值不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，为更好地判断绝缘是否受潮，可采用较长时间的绝缘电阻比值进行衡量，称为绝缘的极化指数。极化指数测量加压时间较长，用手摇兆欧表很难控制转速稳定，一般采用电动兆欧表测量。第二节泄漏电流和直流耐压试验一、泄漏电流测量泄漏电流所用的设备要比兆欧表复杂，一般用高压整流设备进行测试。由于试验电压高，所以就容易暴露绝缘本身的弱点，用微安表直测泄漏电流，这可以做到随时进行监视，灵敏度高。并且可以用电压和电流、电流和时间的关系曲线来判断绝缘的缺陷。因此，它属于非破坏性试验。1、泄漏电流的特点（1）试验电压高，并且可随意调节。（2）泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。（3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。（4）可以用或的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。（5）测量原理当直流电压加于被试设备时，其充电电流（几何电流和吸收电流）随时间的增加而逐渐衰减至零，而泄漏电流保持不变。故微安表在加压一定时间后其指示数值趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似等于漏导电流即泄漏电流。2、影响测量结果的主要因素（一）高压连接导线由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约20kV/cm时（决定于导线直径、形状等），沿导线表面的空发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会结果回来而流过微安表，因而影响测量结果的准确度。一般都把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。（二）表面泄漏电流泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种。表面泄漏电流的大小，只要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污等。为真实反映绝缘内部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。消除影响的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够的距离；另一种是采用屏蔽环将表面泄漏电流直接短接，使之不流过微安表。（三）温度与绝缘电阻测量相似，温度对泄漏电流测量结果有显著影响。所不同的是温度升高，泄漏电流增大。（四）电源电压的非正弦波形在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。如果供给整流设备的交流低压不时正线波，则对测量结果是有影响的。影响电压波形的主要是三次谐波。（五）加压速度对被试设备的泄漏电流本身而言，它与加压速度无关，但是用微安表所读取得并不一定是真实的泄漏电流，而可能是保护吸收电流在内的合成电流。(六)微安表接在不同位置时在测量接线中，微安表接的位置不同，测得的泄漏电流竖直也不同，因而对测量结果有很大影响（七）试验电压极性（1）电渗透现象使不同极性试验电压下油纸绝缘电气设备的泄漏电流测量值不同。电渗透现象是指在外加电场作用下，液体通过多孔固体的运动现象，它是胶体中常见的电动现象之一。（2）试验电压极性小于对引线电晕电流的影响在不均匀、不对称电场中，外加电压极性不同，其放电过程及放电电压不同的现象，称为极性效应。3、测量时的操作规定（1）按接线图接好线，并由专人认真检查接线和仪器设备，当确认无误后，方可通电及升压。（2）在升压过程中，应密切监视被试设备、实验回路及有关表记。微安表的读数应在升压过程中，按规定分阶段进行，且需要有一定的停留时间，以避开吸收电流。（3）在测量过程中，若有击穿、闪络等异常现象发生，应马上降压，以断开电源，并查明原因，详细记录，待妥善处理后，再继续测量。（4）实验完毕、降压、断开电源后，均应对被试设备进行充分放电。（5）若是三相设备，同理应进行其它两项测量。（6）按照规定的要求进行详细记录。4、测量中的问题在电力系统交接和预防性实验中，测量泄漏电流时，常遇到的主要异常情况如下。（一）从微安表中反映出来的情况（1）指针来回摆动。这可能是由于电源波动、整流后直流电压的脉动系数比较大以及试验回路和被试设备有充放电过程所致。若摆动不大，又不十分影响读数，则可取其平均值；若摆动很大，影响读数，则可增大主回路和保护回路中的滤波电容的电容量。必要时可改变滤波方式。（2）指针周期性摆动。这可能是由于回路存在的反充电所致，或者是被试设备绝缘不良产生周期性放电造成的。（3）指针突然冲击。若向小冲击，可能是电源回路引起的；若向大冲击，可能是试验回路或被试设备出现闪络或产生间歇性放电引起的。（4）指针指示数值随测量时间而发生变化。若逐渐下降，则可能是由于充电电流减小或