高电压技术 第六章 绝缘的高电压试验

第六章电气设备绝缘的高电压试验第一节工频高电压实验第二节直流高电压试验第三节冲击高电压试验第六章电气设备绝缘的高电压试验什么是绝缘的高电压试验？人工制造一个工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。特点：具有破坏性试验的性质。一般用于设备的各种交接期、运行试验周期、大修改造后、或怀疑设备有缺陷时进行，以试图因此发现设备隐患避免设备事故或界定责任。难点问题：由于电气设备电压和容量的不断提高，相应要获得各种符合要求的试验用高电压和大容量越来越困难，这是高电压试验技术发展中需要不断解决的问题。本章主要内容：本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验的接线和实施方法。第一节工频高电压试验工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。工频高压试验的基本接线图一、工频高电压的产生对试验设备的要求*电压---输出稳定、可平滑调节*波形---正负半波对称的正弦波*容量---交流试验变压器高压侧电流和额定容量都主要取决于被试品的电容通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。工频高压装置是高压试验中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。(一)高压试验变压器——6特点试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小，试验过程中要严格限制过电压。例如：500～750kV试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高10％～15％。试验变压器高压侧电流和额定容量都主要取决于被试品的电容。外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。单套管式试验变压器：额定电压一般不超过250～300kV双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。试验变压器的接线与结构示意图如5－1。(二)试验变压器串级装置变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。当所需的工频试验电压很高（例如超过750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济上不合理。U1000kV时，采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。原理多个试验变压器高压侧串联，一、二级变压器无互换性。图6-2特点串级变压器组仅能提供高电压小电流的高压交流试验，其励磁电流所消耗的能量多作为其高压绕组产生电压的漏电抗。由三台试验变压器组成的串级装置示意图整套设备的容量：WΣ=U2I2+2U2I2+3U2I2=6W装置的利用系数：η=WT/WΣ=3W/6W=50%显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也相同，但它们的容量和高压绕组结构都不同，因而不能互换位置。n级串级装置的容量利用率试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用n3的方案。(三)调压装置•自耦调压器---结构简单，经济、容量小•移圈式调压器•电动发电机•可控硅调压装置工频电压测量工频电压测量•1.静电电压表•2.峰值电压表工频电压测量•3.分压器—利用串联电容反比分压的原理用低压电压表来获得高电压的值。---对设备的要求---介损尽量少，电感尽可能的小。•4.球隙测量---简单、受大气状态影响大、精度不高，用于估量高压电压。工频高压试验•1.防止工频过电压•*容性负载的充电过电压—容升效应•*电流突变过电压---试品的突然放电、断电等•2.波形的崎变和改善---电源波不理想---LC虑波•3.外施电压和感应电压试验小结本节主要介绍了工频高电压的产生方法及其装置。高压试验变压器的六大特点。当所需试验电压很高时，常采用串级装置来产生所需高压。工频高电压试验的基本接线图和实施方法。第二节直流高电压试验被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。一、直流高电压的产生将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压。（一）高压整流器主要技术参数额定整流电流通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。额定反峰电压当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。当接有负载时（），电容C上的电压出现脉动现象，如图5-6所示。整流回路的基本技术参数：额定平均输出电压：额定平均输出电流：电压脉动系数（纹波系数）：对半波整流回路(二)倍压整流回路（三）串级直流高压发生器利用图5-7（b）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图5-8所示。串级装置的充电过程可利用图5-9所示的直流电源+E和-E经切换开关S给各台电容器充电的过程来加以说明。二、直流高电压试验的特点和应用范围特点：只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压－电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。。直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。直流高电压的广泛应用直流耐压试验各种输电设备的直流高压试验典型气隙的直流击穿特性超高压直流输电线上的直流电晕及其各种派生效应。各种绝缘材料和绝缘结构在直流高压下的电气性能。各种直流输电设备的直流耐压试验。小结获得直流高电压的方法有高压整流器和串级直流高压发生器。本小节介绍了用这两种方法产生直流高压的原理。直流高压试验的特点。直流高电压在各领域获得越来越广泛的应用。第三节冲击高电压试验研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用时的绝缘性能。许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。一、冲击电压发生器（一）基本回路标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。实际冲击电压发生器采用图5-19的回路。放电回路的利用系数（二）多级冲击电压发生器的工作原理单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200～300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。多级冲击电压发生器原理接线图基本原理并联充电串联放电冲击电压发生器的起动方式：自起动方式：只要将点火球隙F1的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压Uc，当F1上的电压上升到等于Uc时，F1即自行击穿，起动整套装置。方式二：使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1的主间隙击穿，以起动整套装置。（三）冲击电压发生器的近似计算由以上两式可以解得冲击电压视在波前时间利用所要求的试验电压波形（例如1.2/50）求出各个回路参数值：通常取R11的阻值应尽可能取小一些，高效率回路的情况下，R11=0计算只能作为参考，真正的波形还得依靠实测，并以其结果为依据进一步调整回路参数，直到获得所需的试验电压波形为止。产生雷电冲击截波的原理：试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全波的作用下击穿，作用在试品上的就是一个截波。截断装置的要求实放电分散性小和能准确控制截断时间。二、操作冲击试验电压的产生国家标准规定：额定电压大于220kV的超高压电气设备在出厂试验、型式试验中，不能象220kV及以下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲击耐压试验。（一）非周期性双指数冲击长波国家标准规定的标准波形为250/2500。应注意一下两个问题：（1）为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是很多，需采用高效率回路。（2）计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑充电电阻R对波形和发生器效率的影响。（二）衰减振荡波采用图5-25中IEC所推荐的一种操作波发生装置。三、绝缘的冲击高压试验方法电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。（1.2/50全波）。对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/2～5)耐压试验。内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高15％～20％。发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多得监测方法是拍摄变压器中性点处得电流示波图。电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用15次冲击法，若击穿或闪络的闪数不超过2次，即可认为改外绝缘试验合格。小结冲击高压发生器用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。本节介绍了获得雷电冲击电压全波、雷电冲击截波、操作冲击试验电压的原理及其参数的近似计算。绝缘的冲击高电压试验方法，重点介绍了三次冲击法和15次冲击法。