絕緣的高電壓試驗(yàn)定義和技術(shù)

1、絕緣的高電壓試驗(yàn)定義和技術(shù)什么是絕緣的高電壓試驗(yàn)？ 在高壓試驗(yàn)室用工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等模擬電氣設(shè)備的絕緣在運(yùn)行中受到的工作電壓，用以考驗(yàn)各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力。特點(diǎn)：具有破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。 一般放在非破壞性試驗(yàn)項(xiàng)目合格通過之后進(jìn)行，以避免或減少不必要的損失。 難點(diǎn)問題： 由于輸電電壓和相應(yīng)的試驗(yàn)電壓在不斷提高，要獲得各種符合要求的試驗(yàn)用高電壓越來越困難，這是高電壓試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展中首先需要解決的問題。 本章主要內(nèi)容： 本章介紹產(chǎn)生各種試驗(yàn)電壓的高電壓設(shè)備、各種高電壓的測量方法以及絕緣高電壓試驗(yàn)的接線和實(shí)施方法。第一節(jié) 工頻高電壓試驗(yàn) 工頻高電壓試驗(yàn)不僅僅為

2、了檢驗(yàn)絕緣在工頻交流工作電壓下的性能，也用來等效地檢驗(yàn)絕緣對操作過電壓和雷電過電壓地耐受能力。 本節(jié)主要介紹工頻高電壓的產(chǎn)生原理和工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖。一、工頻高電壓的產(chǎn)生 通常采用高壓試驗(yàn)變壓器或其串級裝置來產(chǎn)生。 對電纜、電容器等電容量較大的被試品，可采用串聯(lián)諧振回路來獲得試驗(yàn)用的工頻高電壓。 工頻高壓裝置是高壓試驗(yàn)室中最基本的設(shè)備，也是產(chǎn)生其他類型高電壓的設(shè)備基礎(chǔ)部件。 （一）高壓試驗(yàn)變壓器6特點(diǎn)試驗(yàn)變壓器本身應(yīng)有很好的絕緣，但絕緣裕度小 試驗(yàn)過程中要嚴(yán)格限制過電壓。 例如：500750kV試驗(yàn)變壓器的絕緣五分鐘試驗(yàn)電壓僅比其額定電壓高1015。額定電壓高而容量不大 試驗(yàn)變壓器高壓側(cè)

3、電流 和額定容量 都主要取決于被試品的電容。 （5-1）（5-2）外觀上的特點(diǎn)：油箱本體不大而其高壓套管又長又大。 單套管式試驗(yàn)變壓器：額定電壓一般不超過 250300kV 雙套管式試驗(yàn)變壓器：最高額定電壓達(dá)750kV 試驗(yàn)變壓器與連續(xù)運(yùn)行時(shí)間不長，發(fā)熱較輕，因而不需要復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)。 漏抗大，短路電流較小，可降低機(jī)械強(qiáng)度方面的要求。 輸出電壓波形很難完美，需要采取措施加以修正。 試驗(yàn)變壓器的接線與結(jié)構(gòu)示意圖如51。 (二)試驗(yàn)變壓器串級裝置變壓器的體積和重量近似地與其額定電壓的三次方成比例。 當(dāng)所需的工頻試驗(yàn)電壓很高（例如超過750kV）時(shí)，再采用單臺(tái)試驗(yàn)變壓器來產(chǎn)生在技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上不合理。

4、大于1000kV時(shí)，采用若干臺(tái)試驗(yàn)變壓器組成串級裝置來滿足要求。 由兩臺(tái)單套管試驗(yàn)變壓器組成的串級裝置示意圖如圖5-2所示。T2的容量為T1的容量為 顯然，雖然這兩臺(tái)試驗(yàn)變壓器地初級電壓相同，次級電壓也相同，但它們的容量和高壓繞組結(jié)構(gòu)都不同，因而不能互換位置。 整套串級裝置的制造容量為 串級裝置的輸出容量卻只有 因而裝置的容量利用率 （5-3） 級串級裝置的容量利用率 試驗(yàn)變壓器的臺(tái)數(shù)越多，容量利用率越低。這是串級裝置的固有缺點(diǎn)。因而通常很少采用 的方案。二、工頻高壓試驗(yàn)的基本接線圖工頻耐壓試驗(yàn)的實(shí)施方法： 按規(guī)定的升壓速度提升作用在被試品TO上的電壓，直到它等于所需的試驗(yàn)電壓 為止。保持1分

5、鐘，沒有發(fā)現(xiàn)絕緣擊穿或局部損傷，可認(rèn)為合格通過。小 結(jié)本節(jié)主要介紹了工頻高電壓的產(chǎn)生方法及其裝置。高壓試驗(yàn)變壓器的六大特點(diǎn)。當(dāng)所需試驗(yàn)電壓很高時(shí)，常采用串級裝置來產(chǎn)生所需高壓。工頻高電壓試驗(yàn)的基本接線圖和實(shí)施方法。被試品的電容量很大的場合（例如長電纜段、電力電容器等），用工頻給交流高電壓進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)會(huì)出現(xiàn)很大的電容電流，要求試驗(yàn)裝置具有很大的容量，很難做到。這時(shí)用直流高電壓試驗(yàn)來代替工頻高電壓試驗(yàn)。 直流輸電工程的增多促使直流高電壓試驗(yàn)的廣泛應(yīng)用。 第二節(jié) 直流高電壓試驗(yàn)一、直流高電壓的產(chǎn)生將工頻高電壓經(jīng)高壓整流器而變換成直流高電壓。 利用倍壓整流原理制成的直流高壓串級裝置（或稱串級直流高壓

6、發(fā)生器)能產(chǎn)生出更高的直流試驗(yàn)電壓。 直流高壓發(fā)生器 滿足ZGF2400-90便攜式直流高壓發(fā)生器通用技術(shù)條件。用于6-500KV氧化鋅避雷器直流1mA電壓（U1mA）及0.75 U1mA下的泄漏電流試驗(yàn)、電力電纜及其它電氣設(shè)備泄漏電流試驗(yàn)。技術(shù)參數(shù) 額定輸入電壓：AC220V10%，50Hz0.5Hz 額定輸出電壓：60400KV 額定輸出電流：210mA 紋波系數(shù)： 1% 高壓指示誤差：2% 電流指示誤差：2%上海交大600kV直流電壓發(fā)生器 （一）高壓整流器 主要技術(shù)參數(shù)額定整流電流：通過整流器的正向電流在一個(gè)周期內(nèi)的平均值。 額定反峰電壓：當(dāng)整流器阻斷時(shí)，其兩端容許出現(xiàn)的最高反向電壓峰

7、值。 電路空載時(shí)整流器兩端承受的反向電壓最大反向電壓 當(dāng)接有負(fù)載時(shí)（ ），電容 上的電壓出現(xiàn)脈動(dòng)現(xiàn)象，如圖5-6所示。 整流回路的基本技術(shù)參數(shù)： 額定平均輸出電壓： 額定平均輸出電流： 電壓脈動(dòng)系數(shù)（紋波系數(shù)）： 對半波整流回路（5-4）(二) 倍壓整流回路 前兩種可獲得等于 的直流電壓，而后一種可以獲得等于 的直流電壓。（三）串級直流高壓發(fā)生器 利用圖5-7（b）中的倍壓整流電路作為基本單元，多級串聯(lián)起來即可組成一臺(tái)串級直流高壓發(fā)生器，如圖5-8所示。串級裝置的充電過程可利用圖5-9所示的直流電源-E和+E經(jīng)切換開關(guān)S給各臺(tái)電容器充電的過程來加以說明。二、直流高電壓試驗(yàn)的特點(diǎn)和應(yīng)用范圍特點(diǎn)：

8、只有微安級泄漏電流，試驗(yàn)設(shè)備的容量較小。 試驗(yàn)時(shí)可同時(shí)測量泄漏電流，由所得得“電壓電 流”曲線能有效地顯示絕緣內(nèi)部的集中性缺陷或受潮。 用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)時(shí)，能使電機(jī)定子繞組的端部絕緣也受到較高電壓的作用，發(fā)現(xiàn)端部絕緣中的缺陷。 非破壞性試驗(yàn)的性質(zhì)。 直流電壓下，絕緣內(nèi)的電壓分布由電導(dǎo)決定，因而與交流運(yùn)行電壓下的電壓分布不同，所以交流電氣設(shè)備的絕緣考驗(yàn)不如交流耐壓試驗(yàn)?zāi)菢咏咏鼘?shí)際。 直流高電壓的廣泛應(yīng)用 直流耐壓試驗(yàn) 各種輸電設(shè)備的直流高壓試驗(yàn) 典型氣隙的直流擊穿特性 超高壓直流輸電線上的直流電暈及其各種派生效應(yīng)。 各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)在直流高壓下的電氣性能。 各種直流輸電設(shè)備的直流耐壓試驗(yàn)。 小

9、 結(jié)獲得直流高電壓的方法有高壓整流器和串級直流高壓發(fā)生器。本小節(jié)介紹了用這兩種方法產(chǎn)生直流高壓的原理。 直流高壓試驗(yàn)的特點(diǎn)。 直流高電壓在各領(lǐng)域獲得越來越廣泛的應(yīng)用。研究電氣設(shè)備在運(yùn)行中遭受雷電過電壓和操作過電壓的作用時(shí)的絕緣性能 。 許多高壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊電壓發(fā)生器，用來產(chǎn)生試驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。 高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)時(shí)或大修后都必須進(jìn)行沖擊高壓試驗(yàn)。 第三節(jié) 沖擊高電壓試驗(yàn)一、沖擊電壓發(fā)生器（一）基本回路 標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波采用的是非周期性雙指數(shù)波。 （5-5）波尾時(shí)間常數(shù) 波前時(shí)間常數(shù)波尾，波前， 實(shí)際沖擊電壓發(fā)生器采用圖5-19的回路。放電回路的利用系

10、數(shù)（5-10）（二）多級沖擊電壓發(fā)生器的工作原理單級沖擊電壓發(fā)生器能產(chǎn)生的最高電壓一般不超過200300kV。 因而采用多級疊加的方法來產(chǎn)生波形和幅值都能滿足需要的沖擊高電壓波。 5400kV，527kJ沖擊電壓發(fā)生裝置 500kV標(biāo)準(zhǔn)雷電波發(fā)生器 上海交大3000kV沖擊電壓發(fā)生器 多級沖擊電壓發(fā)生器原理接線圖 基本原理 并聯(lián)充電， 串聯(lián)放電 自起動(dòng)方式一：只要將點(diǎn)火球隙F1的極間距離調(diào)節(jié) 到使其擊穿電壓等于所需的充電電壓Uc，當(dāng) F1上的電壓上升到等于Uc時(shí)，F(xiàn)1即自行擊 穿，起動(dòng)整套裝置。沖擊電壓發(fā)生器的起動(dòng)方式：自起動(dòng)方式二：使各級電容器充電到一個(gè)略低于F1擊穿電壓 的水平上，處于準(zhǔn)備

11、動(dòng)作的狀態(tài)，然后利用點(diǎn)火 裝置產(chǎn)生一點(diǎn)火脈沖，送到點(diǎn)火球隙F1中的一個(gè) 輔助間隙上使之擊穿并引起F1的主間隙擊穿，以 起動(dòng)整套裝置。（三）沖擊電壓發(fā)生器的近似計(jì)算波前式中波前時(shí)間常數(shù)根據(jù)沖擊視在波前時(shí)間T1的定義由以上兩式可以解得 沖擊電壓視在波前時(shí)間（5-16）C2上的電壓u2可近似用下式表示式中波尾時(shí)間常數(shù)視在半峰時(shí)間 計(jì)算只能作為參考，真正的波形還得依靠實(shí)測，并以其結(jié)果為依據(jù)進(jìn)一步調(diào)整回路參數(shù)，直到獲得所需的試驗(yàn)電壓波形為止。 利用所要求的試驗(yàn)電壓波形（例如）求出各個(gè)回路參數(shù)值： 通常取 的阻值應(yīng)盡可能取小一些，高效率回路的情況下，產(chǎn)生雷電沖擊截波的原理： 試品上并聯(lián)一個(gè)適當(dāng)?shù)慕財(cái)嚅g隙，

12、讓它在雷電沖擊全波的作用下?lián)舸?，作用在試品上的就是一個(gè)截波。 截?cái)嘌b置的要求實(shí)放電分散性小和能準(zhǔn)確控制截?cái)鄷r(shí)間。二、操作沖擊試驗(yàn)電壓的產(chǎn)生國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：額定電壓大于220kV的超高壓電氣設(shè)備在出廠試驗(yàn)、型式試驗(yàn)中，不能象220kV及以下的高壓電氣設(shè)備那樣以工頻耐壓試驗(yàn)來等效取代操作沖擊耐壓試驗(yàn)。 （一）非周期性雙指數(shù)沖擊長波國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)波形為250/2500s。應(yīng)注意一下兩個(gè)問題： （1） 為大大拉長波前，又使發(fā)生器的利用系數(shù)降低不是很多，需采用高效率回路。 （2） 計(jì)算操作波回路參數(shù)時(shí)，不能用前面介紹的雷電波時(shí)的近似計(jì)算法來計(jì)算操作波回路參數(shù)；要考慮充電電阻R對波形和發(fā)生器效率的影響。

13、（二） 衰減振蕩波 采用圖5-25中IEC所推薦的一種操作波發(fā)生裝置。三、絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)方法電氣設(shè)備內(nèi)絕緣的雷電沖擊耐壓試驗(yàn)采用三次沖擊法，即對被試品施加三次正極性和三次負(fù)極性雷電沖擊試驗(yàn)電壓。（全波）。 對變壓器和電抗器類設(shè)備的內(nèi)絕緣，還要進(jìn)行雷電沖擊截波（5 S )耐壓試驗(yàn)。 內(nèi)絕緣沖擊全波耐壓試驗(yàn)應(yīng)在被試品上并聯(lián)球隙，并將它的放電電壓整定得比試驗(yàn)電壓高1520。 發(fā)現(xiàn)絕緣內(nèi)的局部損傷或故障，目前用得最多得監(jiān)測方法是拍攝變壓器中性點(diǎn)處得電流示波圖。 電力系統(tǒng)外絕緣的沖擊高壓試驗(yàn)通常采用15次沖擊法，若擊穿或閃絡(luò)的閃數(shù)不超過2次，即可認(rèn)為改外絕緣試驗(yàn)合格。 小 結(jié)沖擊高壓發(fā)生器用來產(chǎn)生試

14、驗(yàn)用的雷電沖擊電壓波和操作沖擊電壓波。 本節(jié)介紹了獲得雷電沖擊電壓全波、雷電沖擊截波、操作沖擊試驗(yàn)電壓的原理及其參數(shù)的近似計(jì)算。 絕緣的沖擊高電壓試驗(yàn)方法，重點(diǎn)介紹了三次沖擊法和15次沖擊法。高電壓試驗(yàn)除了要有產(chǎn)生各種試驗(yàn)電壓的高壓設(shè)備，還必須要有能測量這些高電壓的儀器和設(shè)備。 電力系統(tǒng)中，廣泛應(yīng)用電壓互感器配上低電壓表來測量高電壓；但此法在試驗(yàn)室中用得很少。試驗(yàn)室條件下廣泛應(yīng)用高壓靜電電壓表、峰值電壓表、球隙測壓器、高壓分壓器等儀器測量高電壓。 國標(biāo)規(guī)定，高電壓的測量誤差一般應(yīng)控制在3以內(nèi)。 第四節(jié) 高電壓測量技術(shù) 一、高壓靜電電壓表 兩個(gè)特制的電極間加上電壓 ，電極間就會(huì)受到靜電力 的作用

15、，而且 的大小與 的數(shù)值有固定關(guān)系，設(shè)法測量 的大小就確定所加電壓 的大小。利用這一原理制成的儀表即為靜電電壓表，它可以用來測量低電壓，也可以在高壓測量中得到應(yīng)用。 若采用的是消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，那么由 靜電場理論，易求得但儀表不可能反映力的瞬時(shí)值 ，而只能反映其平均值 為了盡可能減少極間距離和儀表體積，極間應(yīng)采用均勻電場，所以高壓靜電電壓表的電極均采用消除了邊緣效應(yīng)的平板電極，如圖5-26所示。 靜電電壓表的優(yōu)點(diǎn) 內(nèi)阻抗特別大，幾乎不消耗什么能量能測量相當(dāng)高的交流和直流電壓二、峰值電壓表（一）利用整流電容電流來測量交流高壓 圖5-27（a） 利用整流電容電流來測量交流高壓的峰值電壓表原

16、理(二)利用電容器充電電壓來測量交流電壓圖5-27（b）利用電容器充電電壓來測量交流高壓的峰值電壓表原理注意事項(xiàng)： 選用沖擊峰值電壓表時(shí)，要注意其響應(yīng)時(shí)間是否合適于被測波形的要求，并應(yīng)使其輸入阻抗盡可能大。 利用峰值電壓表，可直接讀出沖擊電壓的峰值，與用球隙測壓器測峰值相比，可大大簡化測量過程。 但是被測電壓波形必須是平滑上升的，否則就會(huì)產(chǎn)生誤差。 指示儀表可以是指針式表計(jì)，也可以是具有存儲(chǔ)功能的數(shù)字式電壓表。 三、球隙測壓器 唯一能直接測量高達(dá)數(shù)兆伏的各類高壓峰值的測量裝置。由一對直徑相同的金屬球構(gòu)成，測量誤差約23工作原理基于一定直徑（D）的球隙在一定極間距離（d）時(shí)的放電（擊穿）電壓為一

17、定值。擊穿時(shí)延小，具有比較穩(wěn)定的放電電壓值和較高的測量精度 50%沖擊放電電壓與靜態(tài)（交流或直流）放電電壓的幅值幾乎相等。 不必對濕度進(jìn)行校正（一）球隙的優(yōu)點(diǎn)(二)球隙的放電電壓 國際電工委員會(huì)綜合比較了各國高壓試驗(yàn)室所得 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)編制成標(biāo)準(zhǔn)球隙放電電壓表。R1為限流電阻，R2為球隙測壓器的專用保護(hù)電阻。用球隙測量沖擊電壓時(shí)，應(yīng)通過調(diào)節(jié)極距來達(dá)到50放電概率，此時(shí)被測電壓即等于球隙在這一距離時(shí)的50沖擊放電電壓。 確定50%的放電概率常用10次加壓法，即對球隙加上10次同樣的沖擊電壓，如有46次發(fā)生了放電，即可認(rèn)為已達(dá)到50放電概率。確定球隙或其他自恢復(fù)絕緣的50沖擊放電電壓： 多極法 或固定

18、電壓值，逐級調(diào)節(jié)球隙距離；或固定球隙距離，逐級改變所加沖擊電壓的幅值。得到放電概率P與所加電壓U（或球隙距離d)的關(guān)系曲線，從而得到P50時(shí)的U50 （或d50%) 升降法 預(yù)先估計(jì)一個(gè)大致50擊穿電壓的23作級差 ，凡是加壓引起擊穿，則下次加壓比上次高 。反復(fù)加壓2040次，分別統(tǒng)計(jì)各級電壓 的加壓次數(shù)四、高壓分壓器分壓比的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性 分出的電壓與被測高電壓波形的相似性 被測電壓很高時(shí)，采用高壓分壓器來分出一小部分電壓，然后利用靜電電壓表、峰值電壓表、高壓脈沖示波器等來測量。 技術(shù)要求：分壓比 每一個(gè)分壓器均由高壓臂和低壓臂組成，在低壓臂上得到的就是分給測量儀器的低電壓u2，總電壓u1與u2之比稱為分壓比（N）（一）電阻分壓器 高、低壓臂均為電阻，如圖所示。圖中的放電管F起保護(hù)作用。 高壓試驗(yàn)室中，電阻反壓器的測量回路如圖531所示，同軸電纜可以避免輸出波形在這段距離內(nèi)受到周圍電磁場的干擾。終端并聯(lián)匹配電阻R以避免沖擊波在終端處的反射。 （二）電容分壓器分壓比 電容分壓器也存在對地雜散電容，但由于分壓器本身也