2、电力设备绝缘试验技术

第一部分电力设备预防性试验技术方瑞明博士/教授Email:[e-mail]‹第1章绝缘电阻测量‹第2章泄漏电流测量‹第3章介质损耗角正切测量‹第4章局部放电试验‹第5章绝缘油试验‹第6章交、直流耐压试验‹第七章试验结果的综合分析与判断本篇内容引言电气设备绝缘预防性试验已成为保证现代电力系统安全可靠运行的重要措施之一。这种试验除了在新设备投入运行前在交接、安装、调试等环节中进行外，更多的是对运行中的各种电气设备的绝缘定期进行检查，以便及早发现绝缘缺陷，及时更换或修复，防患于未然。绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，有些绝缘缺陷是在设备制造过程中产生和潜存下来的，还有一些绝缘缺陷则是在设备运行过程中由外界影响因素的作用下逐渐发展和形成的。就其存在的形态而言，绝缘缺陷可分为两大类：①集中性缺陷；②分散性缺陷由于缺陷种类很多、影响各异，所以绝缘预防性试验的项目也就多种多样。每个项目所反映的绝缘状态和缺陷性质亦各不相同，故同一设备往往要接受多项试验，才能作出比较准确的判断和结论。第一章绝缘电阻测量绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态昀基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均会有明显的吸收现象，使外电路中出现一个随时间而衰减的吸收电流。¾1.1绝缘电阻与吸收比的测量¾1.2目前常用的绝缘电阻测试测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。绝缘电阻是反映绝缘性能的昀基本的指标之一，通常都用兆欧表来测量绝缘电阻。用兆欧表来测量电气设备的绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘试验中。一般兆欧表从外观上看有三个接线端子，它们是“线路”端子L-接于被试设备的高压导体上；“地”端子E-接于被试设备或外壳或地上；“屏蔽”(“互环“)端子-接于被试设备的高压互环，以消除表面泄露电流的影响。1.1绝缘电阻与吸收比的测量1.1绝缘电阻与吸收比的测量目前常用的测量绝缘电阻的仪表•手摇式兆欧表代表产品：ZC-7等•晶体管式兆欧表代表产品：ZC-13ZC-14ZC-30GJC-2500GJC-5000•数字式兆欧表代表产品：GZ-2.5~5kV，GZ-5A、GZ-8图中G为手摇(或电动)直流发电机，也可能是交流发电机经晶体二极管整流。M为流比计式的测量机构，包括处在永磁磁场内的可动部分电压线圈LV和电流线圈LA。在把被试物接到两个测量端子L和E之间时，摇动发电机手柄，直流电压就加到两个并联的支路上。图1-1兆欧表的原理接线图手摇式兆欧表第一个支路电流通过电阻和电压线圈LV。第二个支路电流通过被试电阻和电流线圈LA。两个线圈中电流产生的力矩方向相反。在力矩差的作用下，使可动部分旋转，两个线圈所受的力也随之改变。当到达平衡时，指针偏转的角度α正比于／。AI1R2RVIVIAI图1-1兆欧表的原理接线图•需要指出的是：对于流比计测量结构的兆欧表来说，虽然其指针偏转角的大小仅与电流比（IV/IA）有关，与端电压无关。但是被试品的绝缘电阻与所加电压的高低有关。•因此，但兆欧表的端电压急剧降低时，所测得的绝缘电阻值已经不能反映绝缘的真实状态了。同时，不同类型的兆欧表负载特性不同，故测出的数值也不同。为了进行比较，昀好在测量中用相同型号的兆欧表。用和分别表示t=0和t=∞时测得的绝缘电阻，则：图2双层复合电介质及其等效电路0RR∞0rRRrR=+RR∞=01RRRr∞=+测量原理：式中，21212121221122()(),()RRRRCCRRRrRCRC++=+=−过渡过程的时间常数：121212()RRTCCRR=++(1)(2)测量原理：对于实际绝缘来说，由于结构不均匀，吸收电流的起始值常大于泄漏电流值，此时：012RRRr∞=+通常测定的是15s及60s时的绝缘及。并把后者对前者的比值称为绝缘的吸收比K。一般认为如K＜1.3，就可判断为绝缘可能受潮。15R60R测量原理：测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘受潮；两极间有贯穿性的导电通道；绝缘表面情况不良。测量绝缘电阻不能发现下列缺陷：绝缘中的局部缺陷：如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等；绝缘的老化。测量绝缘电阻能发现的缺陷：不论是绝缘电阻的绝对值或是吸收比都只是参考性的。如不满足昀低合格值，则绝缘中肯定存在某种缺陷；但是，如已满足昀低合格值，也还不能肯定绝缘是良好的。有些绝缘，特别是油浸的或电压等级较高的绝缘，即使有严重缺陷，用兆欧表测得的绝缘电阻值、吸收比，仍可能满足规定要求，这主要是因为兆欧表的电压较低的缘故。绝缘电阻测试方法及注意事项一、测试方法1、试验前应拆除被试设备电源及一切对外接线，并将被试物短接后接地放电1min，电容量较大的应至少放电5~10min，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，应以恒定转速摇动摇柄。兆欧表指针逐渐上升，待1min后读取其绝缘电阻值。5、在测量吸收比时，为了在开始计算时间时就能在被试物加上全部试验电压，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。(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，以免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)高压测试连接线应尽量保持架空，确需使用支撑时，要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测量结果的影响极小。(3)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，但这并不代表被试设备绝缘不良，必须经过较长时间，才能得到正确结果。测量绝缘电阻时应注意下列几点：(4)如所测绝缘电阻较低，应进行分解试验，找出绝缘电阻昀低的部分。(5)在阴雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不应进行测量。一般应在干燥、晴天、环境温度不低于5°C时进行测量。(6)屏蔽环装设位置，为了避免表面泄露电流的影响，测量时应在绝缘表面加等电位屏蔽环，且应靠近E端装设（即靠近被试品的中下部）。(7)兆欧表的L和E端子接线不能对调。(8)兆欧表与被试品间的连线不能铰接或拖地。兆欧表与被试品间的接线应采用厂家为兆欧表配备的专用线，而且两根线不能铰接或接地，否则会产生测量误差。(9)采用兆欧表测量时，应设法消除外界电磁场干扰（磁耦合或电容耦合）所引起的误差。具体措施：A.远离强电磁场进行测量；B.采用高电压等级的兆欧表；C.采用兆欧表的屏蔽端子G进行屏蔽。对于两节以上的被试品，如避雷器、耦合电容器等，可将端子Ｇ接到被测避雷器上一节的法兰上，这样，由上方高压线路引起的干扰电流由端子G经兆欧表的电源入地，而不经过电流线圈，从而避免了干扰电流的影响。对于昀上节的避雷器，可以将其上法兰接兆欧表E端子后在接地，使干扰电流直接入地。D.选用抗干扰能力强的兆欧表，如ZC-30，GZ-5A2500/5000等。(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。例如：对一台FZ-20型单元件阀型避雷器的绝缘电阻进行测量时，用2500V的ZC-7型兆欧表测得的绝缘电阻是2100MΩ，而用ZC11-5型兆欧表测量，由于两者负载特性不同，测得的绝缘电阻是1400MΩ。再如，当采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。例：测量电力变压器的绝缘电阻时，可能有三种接线：A.规程法《规程》规定，测量变压器绕组绝缘电阻时，非被试绕组接地，如下图。该接法优点：可测出被试绕组对接地部分及不同电压部分间的绝缘状况，并避免各绕组中剩余电荷造成的测量误差。缺点：被测绕组套管的表面绝缘电阻对测量结果会产生影响。B.外壳屏蔽法测量高低压绕组之间的绝缘电阻时，可采用外壳屏蔽法，接线如下图。该接法优点：可消除表面泄露电流的影响。缺点：不能测量绕组对地的绝缘电阻C.套管屏蔽法若被试绕组为高压绕组，则屏蔽环应安放在高压绕组的套管上，根据高压绕组接地与否，分为两种接线方式，如右图。不同接线下的测量结果比较(11)电源电池能量的影响。对晶体管式兆欧表，要注意检查电源电池，若其能量不足，会使测得的绝缘电阻增大。。(12)对带有绕组的被试品，应先将被测绕组首尾短接，再接到L端子：其他非被测绕组也应先首尾短接后再接到应接端子。(13)每次测试结束时，应在保持兆欧表电源电压的条件下，先断开L端子与被试品的连线，以免试品对兆欧表反向放电，损坏仪表。影响绝缘电阻的因素１、湿度的影响当空气相对湿度较大，绝缘物由于毛细管作用将吸收较多的水分，使电导率增加，降低了绝缘电阻的数值。２、温度的影响电力设备的绝缘电阻是随温度变化而变化的，其变化的程度随绝缘的种类而异。（我国规定了一定温度下的标准换算系数，只能减少误差，应尽量在相近温度下测量。３、表面脏污和受潮的影响被试物表面脏污或受潮会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻显著下降。４、被试设备剩余电荷的影响剩余电荷的极性与兆欧表极性相同时会使测量结果虚假增大，否则虚假减少。（放电）影响绝缘电阻的因素５、兆欧表容量的影响结论：对容量较小的试品测量时，兆欧表容量影响较小，反之，应考虑兆欧表容量影响。推荐选用昀大输出电流1mA及以上的兆欧表。测量部位兆欧表型号绝缘电阻（兆欧）KP1R15R45R60R120R180R240R300R600R60/R15R600/R60220kV及10kV对地Hpotronic100016001850250030003150350045001.852.43ZC-4874013001500230028003000320045002.02310kV对地Hpotronic60013002000250030003750450075003.333.75ZC-484509001200230030003400370045002.673.75不同兆欧表对一台120MVA/220kV变压器绝缘电阻的测量结果(t=24°C)测量泄漏电流相比测量绝缘电阻可使用较高的电压。泄漏电流能够发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。这是因为一方面加在试品上的直流电压要比兆欧表的工作电压高得多，故能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷，另一方面，这时施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。第二章泄漏电流测量图3发电机的泄漏电流变化曲线绝缘良好的发电机，泄漏电流值较小，且随电压呈线性上升，如曲线1所示；如果绝缘受潮，电流值变大，但基本上仍随电压线性上升，如曲线2所示；曲线3表示绝缘中已有集中性缺陷，应尽可能找出原因加以消除；如果在电压尚未到直流耐压试验电压的1／2时，泄漏电流就已急剧上升，如曲线4所示，那么这台发电机在运行电压下(不必出现过电压)就可能会发生击穿。tU图3发电机的泄漏电流变化曲线交流电源经调压器接到试验变压器T的初级绕组上。其电压用电压表PV1测量；试验变压器输出的交流高压经高压整流元件V(一般采用高压硅堆)接在稳压电容C上。图4泄漏电流试验接线图•交流高压电源包括升压变压器和自耦调压器。由于试验所需电流较小，一般不超过１mA。现场试验时可考虑考虑用互感器或油试验器代替。•整流装置包括高压硅堆和稳压电容器。稳压电容器现场一般选取0.01~0.1μF,可以满足脉动因数小于3%的要求。•保护电阻器,R为保护电阻，以限制初始充电电流和故障短路电流不超过整流元件和变压器的允许值。R=（0.001~0.01）Ud/Id•整流所得的直流高压可用高压静电电压表PV2测得，而泄漏电流则以接在被试品TO高压侧或接地侧的微安表来测量。图4泄漏电流试验接线图影响测量结果