5绝缘的高压试验

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1、各种预防性绝缘试验的作用 第五章 绝缘的高电压试验 什么是绝缘的高电压试验？ 在高压试验室用工频交流高压、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： 直观、可信度高、要求严格。 具有破坏性试验的性质。 一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行， 以避免或减少不必要的损失。难点问题： 由于输电电压和相应的试验电压在不断提高 ，要获得各种符合要求的试验用高电压越来 越困难，这是高电压试验技术发展中首先需 要解决的问题。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

2、压试验 的接线和实施方法。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 的耐受能力。 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。第一节 工频高电压试验 图 工频高压试验的基木接线图 AV一调压器 PV1一低压侧电压表 T一工频高压装置 R1一变压器保护电阻 TO一被测试品 R2一测量球隙保护电阻 PV2一高压静电电压表 F一测量球隙 Lf一Cf一谐波滤波器 一、工频高电压的产生 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

3、装置是高压试验室中最基本的设备，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的出现。 例如：500750kV试验变压器的绝缘五分钟试验 电压仅比其额定电压高1015。额定电压高而容量不大 , 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。 (A) （kVA） 被试品的电容和试验变压器本身的电容，uF 试验电压，kV; 电源频率，Hz。 试验变压器 试验变压器的接线与结构示意图如51。 外观上的特点：由于试验变压器的额定电压很高而容量不 大，油箱本体不大而其高压套管又长又大。高压试验变压

4、器大多数为油浸式，有金属壳及绝缘壳两 类。金属壳变玉器又可分为单套管和双套管两种。单套管 变压器的高压绕组一端接地，另一端（高压端）经高压套 管引出。双套管变压器高压绕组的中点通常与外壳相连， 这样每个套管所承受的只是额定电压U的一半，因而可以减 小套管的尺寸和重最。当高压绕组一端接地时，外壳应当 按0.5U对地绝缘起来。 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过250300kV 双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV 试验变压器连续运行时间不长，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。 工频试验

5、变压器与电力变压器的比较工频试验变压器电力变压器 (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。 时，采用若干台试验变压器组成串级 装 置来满足要求。 串级的两种方式： （1）第一种串级方式是把数台相同变压器的高压绕 组串接起来，而各台变压器的一次侧绕组（低压 绕组），除第一级外，其他都要通过绝缘变压器 接到共同的低压绕组。 （2）第二种串级方式为自耦式串级变压器，这是目 前最常用的串级方式。 由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图 如图5-2所示。这里

6、高一级的变压器的励磁电流由 前面一级的变压器来供给。图中绕组1为低压绕组 ，2为高压绕组，3为供给下一级激磁用的串级激 磁绕组。 T2的容量为 T1的容量为 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。 整套串级装置的制造容量为 串级装置的输出容量却只有 因而装置的容量利用率 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。整套装置总容量：U2I2+2U2I2+3U2I2=6U2I2 装置输出额定容量：3U2I2 容量利用率低三变压器组成的串级变压器示意

7、图 工频耐压试验方法工频交流耐压试验是检验电气设备绝缘强度的 最有效和最直接的方法。它可用来确定电气设备绝 缘耐受电压的水平，判断电气设备能否继续运行， 是避免其在运行中发生绝缘事故的重要手段。工频 耐压试验时，对电气设备绝缘施加比工作电压高得 多的试验电压，这些试验电压反映了电气设备的绝 缘水平。耐压试验能够有效地发现导致绝缘抗电强 度降低的各种缺陷。工频高压试验的基本接线图以试验变压器或其串级装置作为主设备的工频高压试验（包括耐压试验）的基本接线如图所示。试验变压 器的输出电压必须能在很大的范围内均匀地加以调节， 所以它的低压绕组应由一调压器来供电。图 工频高压试验的基木接线图 AV一调压

8、器 PV1一低压侧电压表 T一工频高压装置 R1一变压器保护电阻 TO一被测试品 R2一测量球隙保护电阻 PV2一高压静电电压表 F一测量球隙 Lf一Cf一谐波滤波器 试验变压器的调压 试验变压器的电压必须从零调节到指定值，这是其运 行方式的特点,要靠连到变压器初级绕组电路中的调压 器来进行。调压器应该满足以下基本要求： (1)电压应该平滑地调节，在有滑动触头的调压器中， 不应该发生火花。 (2) 调压器应在试验变压器的输入端提供从零到额定值 的电压，电压具有正弦波形且没有畸变。 (3) 调压器的容量应不小于试验变压器的容量。调节电压最好的设备是电动发电机组，它由安装在一 个轴上的三相同步发电

9、机和直流或交流电动机组成， 电压的调节用改变发电机的励磁来实现。更简单和便宜的调压设备是感应调压器，它们有的做成带移动式绕组的变压器或自耦变压器形式 ，有的做成制动的带转子绕组的异步电动机形式 （电位调整器）。感应调压器的特点是调压平稳，并且没有滑动触头。采用了各种消除高次谐波的方法，例如在制 动电机的定子和转子上安置“斜”槽，以保证被调节的电压具有接近正弦的波形。目前，已生产出 了多种不同容量的感应调压器；但一般广泛采用 试验室类型自耦调压器来进行小容量试验设备的 调压。工频耐压试验的实施方法如下：按规定的升压速 度提升作用在被测试品TO上的电压，直到等于所需的 试验电压U为止，这时开始计算

10、时间。为了让有缺陷 的试品绝缘来得及发展局部放电或完全击穿，达到U后还要保持一段时间，一般取一分钟就够了。如果在 此期间没有发现绝缘击穿或局部损伤（可通过声响、 分解出气体、冒烟、电压表指针剧烈摆动、电流表指 示急剧增大等异常现象作出判断）的情况，即可认为 该试品的工频耐压试验合格通过。2. 试验中需注意问题(1)防止工频高压试验中可能出现的过电压 在工频高压试验中，大多数试品是电容性的。当试验变压器施加工频高压时，往往会在试品上产生“容升”效应，也就是实际作用到试品上的电压值会超过高压侧所应输出的电压值。另外，对初级绕组突然加压，而不是由零逐渐升高电压,或者，当输出电压较高时突然切断电源，都

11、有可能由于过渡过程而在试验回路中产生过电压。防止产生这种过电压的办法是在变压器出线端与被测试品之间串接一适当阻值的保护电阻，它的作用是：保护电阻的数值不宜太大或太小，阻值太小短路电流过大 ，起不到应有的保护作用；阻值太大会在正常工作时由于负 载电流而有较大的电压降和功率损耗，从而影响加在被测试 品上的电压值。试验变压器高压侧的电压可以用高压静电电压表PV2或测 量球隙F来测量。测量球隙还能防止因操作失误而出现高电 压的作用，而让PV2承担测量高压的任务。 (2) 试验电压的波形畸变与改善措施 在进行工频高压试验中，有些测量电压的仪表，所测 得的是电压的有效值，不少电气产品的试验，也只提出电压

12、有 效值的要求。而工频放电（或击穿）一般决定于电压的幅 值。限制短路电流 阻尼放电回路的振荡过程当波形畸变时，电压幅值与有效值之比不再是 。此时若根据有效值乘 来求幅值，就会造成较大的试验误差。造成试验变压器输出波形畸变的最主要原因是由于试验变压器或调压装置的铁芯在使用到磁化曲线的饱和段时，励磁电流呈非正弦波的缘故。由于输入电源电压的波形本身不标准也会造成电压波形的畸变。下图为改善工频试验变压器输出波形的一种常用方法。在变压器原边绕组并联一个LC串联谐振回 路。图 试验变压器原边并联LC谐振回路以改善波形若主要需减弱三次谐波，则LC回路可按 来选择其参数， 为基波角频率，即50Hz。这样使励磁

13、电流中的三次谐波分量有了短路回路，可保证输出电压基本上为正弦波。若还存在五次谐波分量，则可再并联另一个LC串联谐振回路，并按 来选择其参数，滤波电容一般可选取C=610F。 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。 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

14、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。 电路空载时整流器两端承受的反向电压 最大反向电压 当接有负载时（ ），电容C上的整流电压的最大值 U max将不可能再等于Um，而是要比它低一个U;在整流器 处于静止状态时，电容C上的电压也不再保持恒定，将因 RL放电而逐渐下降，直至某一最小值U min为止，因为这时 第二个周期的充电过程开始了，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 负载电阻RL越小（负载越大）

15、，输出电压的脉动幅度越大； 而增大滤波电容C或提高电源频率f，均可减小电压脉动。 (二) 倍压整流回路 三种倍压整流电路，前二种可获得等于2Um的直 流电压，而后一种可获得等于3Um的直流电压。 （a）中，电源T在正半波期间流经整流器V1向电容器C1充 电，负半波时则经V2向C2充电，最后C1和C2上的电压均 达到Um，它们叠加起来即可在输出端获得2Um的直流电 压。这种倍压整流回路实质上是两个半波整流回路的叠加 。（b）中，电源在负半波期间经V1向C1充电，而正半波期 间电源与C1串联起来经V2向C2充电，所以最后C2上也获 得2Um的直流电压。（c）中,电源在正半波期间经V1向C1充电，经V2向C2充电 ，负半波期间电源与C1和