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1、高电压实验理论（1）高电压实验室设备简介 沈阳工程学院 孟垂懿n n国内外高电压实验室主要特征参数国内外高电压实验室主要特征参数交流高电压的产生设备n n一、高压试验变压器（主要设备）一、高压试验变压器（主要设备）n n1 1、作用、作用n n （1 1）产生工频高电压，使之作用于被试电气设产生工频高电压，使之作用于被试电气设备绝缘上，以考验其在长时工作电压及瞬时内过备绝缘上，以考验其在长时工作电压及瞬时内过电压下是否可靠工作；电压下是否可靠工作；n n （2 2）研究高压输电线路的气体绝缘间隙、电晕）研究高压输电线路的气体绝缘间隙、电晕损耗、静电感应、长串绝缘子的闪络电压等项目损耗、静电感应
2、、长串绝缘子的闪络电压等项目必需高压电源设备；必需高压电源设备；n n （3 3）可以产生）可以产生“ “长波前长波前” ”的操作波电压的操作波电压n n n n2、接线n n3 3、试验变压器与电力变压器区别、试验变压器与电力变压器区别n n（1 1）运行条件方面比电力变压器有利；）运行条件方面比电力变压器有利；n n 耐压情况、大气过电压、容量、温度耐压情况、大气过电压、容量、温度 散散热热n n（2 2）重要性方面不如电力变压器）重要性方面不如电力变压器n n 放电允许情况放电允许情况n n4 4、结构形式、结构形式n n 一般采用油浸式，空气和干式较少采用一般采用油浸式，空气和干式较少
3、采用n n 包括金属壳和绝缘壳两种，前者分为单套管和包括金属壳和绝缘壳两种，前者分为单套管和双套管双套管n n5、主要参数n n电压和容量n n（1 1）电压）电压n n 一般都限制在一般都限制在1000kv1000kv以下，因为单台的体积以下，因为单台的体积和容量都按额定电压的立方上增；和容量都按额定电压的立方上增；n n（2 2）容量）容量n n 当已知被试品电容时，可计算出试验电流和当已知被试品电容时，可计算出试验电流和所需变压器容量所需变压器容量n n二、串级高压试验变压器n n1 1、使用原因、使用原因n n 单台超过单台超过500kv500kv时，费用随电压迅速增加，同时，费用随电
4、压迅速增加，同时机械结构和绝缘都困那、运输和安装困难；所时机械结构和绝缘都困那、运输和安装困难；所以将几台变压器绕组的电压叠加，从而使单台绝以将几台变压器绕组的电压叠加，从而使单台绝缘结构简化。缘结构简化。n n2 2、接线、接线n n3 3、优缺点、优缺点n n 优点：优点：n n （1 1）单台电压不必过高）单台电压不必过高300500kv300500kvn n （2 2）单独使用）单独使用n n （3 3）坏了一台，其它能用）坏了一台，其它能用n n （4 4）可供三相试验。）可供三相试验。n n 缺点：缺点：n n （1 1）当串联台数大于四台时，效率降低）当串联台数大于四台时，效率降
5、低n n （2 2）过电压时，瞬时电压分布不均匀）过电压时，瞬时电压分布不均匀n n三、调压装置三、调压装置n n 1 1、常见设备、常见设备n n 自耦调压器：滑动碳刷、滚动触头自耦调压器：滑动碳刷、滚动触头n n 移圈式调压器：没有触头，二次侧是绕向相移圈式调压器：没有触头，二次侧是绕向相反线圈串联反线圈串联n n 电动发电机组：电动机电动发电机组：电动机发电机转子发电机转子激磁激磁电流电流发电机输出电压发电机输出电压n n2 2、基本要求、基本要求n n （1 1）从零开始，均匀平滑）从零开始，均匀平滑n n （2 2）升压速度在放电电压前）升压速度在放电电压前75%75%较快速度较快速
6、度n n后后25%25%每秒不超过放电电压的每秒不超过放电电压的2%2%n n （3 3）输出电压波形为正弦波）输出电压波形为正弦波n n （4 4）工作状态要稳定）工作状态要稳定 3 3、 “ “容升容升” ” 现象现象 被试品大多数是电容性，施加工频电压时，被试品大多数是电容性，施加工频电压时，实际电压比按照变比归算的要大实际电压比按照变比归算的要大四、交流高压串联谐振四、交流高压串联谐振1 1、使用原因：对于大静电容量试品，如电缆或者是、使用原因：对于大静电容量试品，如电缆或者是容量大于容量大于300MW300MW的发电机，没有对应容量的试验的发电机，没有对应容量的试验变压器变压器2 2
7、、原理：利用、原理：利用L_CL_C串联谐振，使试品能受到交流高串联谐振，使试品能受到交流高电压的作用，而供电设备的额定电压及容量可大电压的作用，而供电设备的额定电压及容量可大为减少为减少n n3 3、原理图、等效电路图及公式推导、原理图、等效电路图及公式推导n n定义谐振回路的品质因数定义谐振回路的品质因数Q,Q,一般在一般在40804080，使得，使得试品试验电压远高于电源电压试品试验电压远高于电源电压n n4 4、调谐电感、调谐电感调谐变压器组合调谐变压器组合n n 因为高压侧对应于电容试品那么大的电感元因为高压侧对应于电容试品那么大的电感元件不便于制作，可将调谐电感接到试验变压器的件不
8、便于制作，可将调谐电感接到试验变压器的低压侧，形成一个组合，而后者就相当于一台高低压侧，形成一个组合，而后者就相当于一台高压谐振电感，国外做成了一个元件。压谐振电感，国外做成了一个元件。n n5 5、其它谐振装置、其它谐振装置n n 调感、调容、调电源频率调感、调容、调电源频率n n6 6、特点、特点n n （1 1）供电变压器和调压器的容量可以很小；）供电变压器和调压器的容量可以很小；n n （2 2）电压输出波形好，只对一种频率谐振）电压输出波形好，只对一种频率谐振n n （3 3）耐压中发生闪络，谐振消失，高压消失，）耐压中发生闪络，谐振消失，高压消失，电弧熄灭电弧熄灭交流高电压的测量n
9、 n1 1、测量方法、测量方法n n常规是电压互感器和电压表常规是电压互感器和电压表n n实验室测量方法实验室测量方法 （1 1） 测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值；测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值； （2 2）利用高压静电表测量电压有效值）利用高压静电表测量电压有效值 （3 3）利用分压器作为转换装置测量交流电压）利用分压器作为转换装置测量交流电压 （4 4）利用整流电容电流测量交流电压峰值）利用整流电容电流测量交流电压峰值 （5 5）利用整流充电电压测量交流电压峰值）利用整流充电电压测量交流电压峰值 （6 6）利用光电系统测量交流电压）利用光电系统测量交流电压n n2 2、测量球隙
10、、测量球隙稍不均匀电场稍不均匀电场n n 标准表，紫铜和黄铜构成，保护电阻标准表，紫铜和黄铜构成，保护电阻n n 优点：峰值，结构简单优点：峰值，结构简单n n 缺点缺点：n n （1 1）测量时必须放电测量时必须放电n n （2 2）测量稳态电压要做校正曲线）测量稳态电压要做校正曲线n n （3 3）制定大气条件）制定大气条件n n （4 4）测电压越高，球径越大）测电压越高，球径越大n n （5 5）不宜室外使用，灰尘、砂土、纤维）不宜室外使用，灰尘、砂土、纤维n n3 3、静电电压表、静电电压表n n（1 1）定义）定义n n 两个电极加压时，充满异性电荷的电极受到静两个电极加压时，充满
11、异性电荷的电极受到静电机械力的作用，通过测量该静电力的大小或者电机械力的作用，通过测量该静电力的大小或者测量由该静电力产生的某一极板的偏移来反映所测量由该静电力产生的某一极板的偏移来反映所加电压的大小。可测低电压和高电压加电压的大小。可测低电压和高电压n n（2 2）类型）类型n n绝对仪静电电压表：计算出电压值，不需绝对仪静电电压表：计算出电压值，不需 校正校正n n非绝对仪静电电压表：工程用，需要其他仪表校非绝对仪静电电压表：工程用，需要其他仪表校正正直流高电压的产生设备n n使用地方：泄露电流、电容值很大的电力电缆用使用地方：泄露电流、电容值很大的电力电缆用直流代替交流耐压、超高压直流输
12、电设备直流代替交流耐压、超高压直流输电设备n n产生方法：由整流设备转换产生方法：由整流设备转换n n1 1、高压硅堆、高压硅堆n n组成：数个乃至数十个整流二极管串联封组成：数个乃至数十个整流二极管串联封 装而成装而成n n优点：体积小、重量轻、机械强度高、使用简便、优点：体积小、重量轻、机械强度高、使用简便、无辐射无辐射n n注意：硅堆在加反向电压时，电压分布不均匀，注意：硅堆在加反向电压时，电压分布不均匀，越靠近高压侧单管承受的电压越大，原因与绝缘越靠近高压侧单管承受的电压越大，原因与绝缘子串类似子串类似n n倍压电路：输出倍压电路：输出2U2Ummn n直流高压串级发生器：输出直流高压
13、串级发生器：输出2nU2nUmm直流高电压的测量设备n n1 1、测量方法、测量方法n n由高欧姆电阻组成电阻分压器，低压表测由高欧姆电阻组成电阻分压器，低压表测n n由高欧姆电阻串联直流微安表测平均值由高欧姆电阻串联直流微安表测平均值n n2 2、电阻分压器、电阻分压器n n构成：由许多电阻元件串联而成，外面套以绝缘构成：由许多电阻元件串联而成，外面套以绝缘筒，固定在绝缘支架上筒，固定在绝缘支架上n n测量误差：电阻值不稳定，原因是电阻本身发热、测量误差：电阻值不稳定，原因是电阻本身发热、处于高压侧电晕放电和绝缘支架漏电处于高压侧电晕放电和绝缘支架漏电n n桥式电阻分压器桥式电阻分压器冲击高
14、电压的产生设备n n1 1、冲击电压发生器、冲击电压发生器n n作用：模拟大气过电压、操作过电压、截作用：模拟大气过电压、操作过电压、截n n 断波，破坏取决于幅值和波前陡度断波，破坏取决于幅值和波前陡度n n几种波形：雷电波（全波、截波）几种波形：雷电波（全波、截波）n n 操作冲击电压波（波前、波尾操作冲击电压波（波前、波尾n n 比雷电波大）比雷电波大）n n结构：电容器串联放电获得高压，每台电容器结构：电容器串联放电获得高压，每台电容器n n 有不同电位，放在相应的位置上，户外、有不同电位，放在相应的位置上，户外、n n 户内，固定、移动，结构分阶梯式、塔户内，固定、移动，结构分阶梯式
15、、塔n n 式、圆筒式式、圆筒式n n截断波：冲击电压下，绝缘发生破坏，冲击电压截断波：冲击电压下，绝缘发生破坏，冲击电压尾部突然急降为零，称为截波，对电气设备的匝尾部突然急降为零，称为截波，对电气设备的匝间绝缘危害很大，所以变压器出厂前做截波实验间绝缘危害很大，所以变压器出厂前做截波实验冲击高电压的测量设备n n1 1、测量方法、测量方法n n包括峰值测量和波形记录两方面（纳秒）包括峰值测量和波形记录两方面（纳秒）n n（1 1）测量球隙）测量球隙n n（2 2）分压器与数字存储示波器组成的测量系统）分压器与数字存储示波器组成的测量系统n n（3 3）微分积分与数字存储示波器组成测量系统）微
16、分积分与数字存储示波器组成测量系统n n（4 4）光电测量系统）光电测量系统n n2 2、冲击高电压分压器、冲击高电压分压器n n组成：高达几十万伏或几百万伏的冲击高压转换成组成：高达几十万伏或几百万伏的冲击高压转换成n n 示波器等记录仪能够测量的低电压示波器等记录仪能够测量的低电压n n分类：电阻分压器：极限电压分类：电阻分压器：极限电压2MV2MV，雷电冲击电压，雷电冲击电压n n 电容分压器：测量操作冲击电压电容分压器：测量操作冲击电压n n 阻容分压器：串联形式多阻容分压器：串联形式多n n接线：接线：n n产生电压系统产生电压系统n n测量电压系统测量电压系统n n3 3、高压示波
17、器（很少使用）、高压示波器（很少使用）n n4 4、数字存储示波器、数字存储示波器n n 特色：把一次过程被测波形在屏幕上特色：把一次过程被测波形在屏幕上“ “锁住锁住” ”，n n 而且还可以存储内存，用于计算机分析而且还可以存储内存，用于计算机分析n n 结构：结构：D/AD/A示波器示波器n n 数字码数字码计算机计算机n n5 5、光电测量系统、光电测量系统n n 优点：提高测量仪器及工作人员安全，减弱优点：提高测量仪器及工作人员安全，减弱n n 射线干扰和寄生信号对测量回路干扰；射线干扰和寄生信号对测量回路干扰；n n 缺点：稳定性较差缺点：稳定性较差n n 调制方式：调幅、调频、数
18、字脉冲、光电效应调制方式：调幅、调频、数字脉冲、光电效应冲击电流产生及测量设备n n1 1、冲击电流发生器、冲击电流发生器n n定义：绝缘击穿时，流过的大电流伴随热和力的定义：绝缘击穿时，流过的大电流伴随热和力的n n 破坏作用，而产生模拟大电流的设备破坏作用，而产生模拟大电流的设备n n分类：指数波和方波分类：指数波和方波n n基本原理：许多电容器并联放电产生大电流基本原理：许多电容器并联放电产生大电流n n2 2、冲击电路测量、冲击电路测量n n测量主要是峰值和波形测量主要是峰值和波形n n方法：分流器和数字示波器方法：分流器和数字示波器n n分流器：低阻值和极低电感值的电阻器分流器：低阻
19、值和极低电感值的电阻器n n结构：双股对折、同轴管式、盘式结构：双股对折、同轴管式、盘式高电压试验理论（2） 现场电气设备常见实验方法n n现行电力设备预防性试验主要项目现行电力设备预防性试验主要项目一、绝缘电阻、吸收比实验n n1 1、定义、定义n n绝缘电阻、吸收比绝缘电阻、吸收比n n2 2、原理、原理n n直流电压，直流电压，60s60sn n3 3、工具、工具n n兆欧表：机械式兆欧表：机械式一摇两圈三端子一摇两圈三端子n n 数字式数字式电源键电源键-n n两者区别：前者接线路两者区别：前者接线路L L端应该是在摇匀后接入；端应该是在摇匀后接入；n n 后者先接线，在加压后者先接线
20、，在加压n n4、原理接线n n5、操作步骤n n检验摇表是否指零或者无限大。检验摇表是否指零或者无限大。n n将被试品表面擦拭干净。将被试品表面擦拭干净。n n按照实验原理接线图先将按照实验原理接线图先将G G接地侧的接线头接接地侧的接线头接到被试品的接地端，然后将摇表放置在水平到被试品的接地端，然后将摇表放置在水平位置，以均匀恒定转速转动摇表的手柄（约位置，以均匀恒定转速转动摇表的手柄（约120120转转/ /分），这时候将分），这时候将L L线路侧的接线头接到线路侧的接线头接到被试品的高电位侧，一分钟后或者指针稳定被试品的高电位侧，一分钟后或者指针稳定不再继续上升，读取绝缘电阻值不再继续
21、上升，读取绝缘电阻值n n再作吸收比实验时，开始计算时间的时刻是再作吸收比实验时，开始计算时间的时刻是在将在将L L线路侧接到高电位的时刻开始，分别记线路侧接到高电位的时刻开始，分别记录录15s15s和和60s60s的绝缘电阻值的绝缘电阻值n n读数结束后，撤掉读数结束后，撤掉L L线路侧的接线头，注意：此线路侧的接线头，注意：此时摇表一定要继续摇动，因为防止被试品向摇时摇表一定要继续摇动，因为防止被试品向摇表反充电而使摇表受到损伤。表反充电而使摇表受到损伤。n n用放电棒接触被试品的高电压侧，对其放电。用放电棒接触被试品的高电压侧，对其放电。n n将摇表的屏蔽端子与被试品的屏蔽环相连（在将摇
22、表的屏蔽端子与被试品的屏蔽环相连（在被试电容器的瓷套管上用导线圈一金属箍作为被试电容器的瓷套管上用导线圈一金属箍作为屏蔽环），检验表面泄漏电流对绝缘电阻测值屏蔽环），检验表面泄漏电流对绝缘电阻测值的影响，若现象不明显，可将被试品套管表面的影响，若现象不明显，可将被试品套管表面弄脏在作此实验。弄脏在作此实验。n n*数字式兆欧表均为按键操作数字式兆欧表均为按键操作n n6 6、注意事项、注意事项n n（1 1）试验电压的选择）试验电压的选择n n（2 2）测前断开连线，对被试品充分放电）测前断开连线，对被试品充分放电n n（3 3）读数后，先断回路，再断电源）读数后，先断回路，再断电源n n（4
23、 4）记录温度，换算，温度升高，绝缘电）记录温度，换算，温度升高，绝缘电n n 阻降低，吸收比降低。阻降低，吸收比降低。n n7 7、数据分析、数据分析n n（1 1）绝缘电阻与规程数据比对；与出厂、）绝缘电阻与规程数据比对；与出厂、n n 交接、历年试验比较不应明显降低交接、历年试验比较不应明显降低n n（2 2）吸收比）吸收比K K值与值与1.31.3作比对作比对n n（3 3）局限性）局限性能发现设备中贯穿性导电通道、受能发现设备中贯穿性导电通道、受n n 潮、表面脏污，此时潮、表面脏污，此时R R显著下降；显著下降；n n 不能发现绝缘中局部损坏、裂缝等不能发现绝缘中局部损坏、裂缝等二
24、、直流泄露及直流耐压试验n n1 1、定义及实验原理、定义及实验原理n n泄露电流、原理与绝缘电阻相同，与其区别是泄露电流、原理与绝缘电阻相同，与其区别是“ “三电压一电流三电压一电流” ”，因其试验电压高，所以能发现，因其试验电压高，所以能发现尚未贯通两电极的集中性缺陷尚未贯通两电极的集中性缺陷n n2 2、试验接线、试验接线n n微安表在高压侧：准确；但需屏蔽，读数微安表在高压侧：准确；但需屏蔽，读数n n 不方便，适合被试品一端接地不方便，适合被试品一端接地n n微安表在低压侧：读数方便，适合被试品不接地微安表在低压侧：读数方便，适合被试品不接地n n3 3、微安表保护、微安表保护n n
25、原因：对于发电机、电缆等设备，其泄露电流和原因：对于发电机、电缆等设备，其泄露电流和直流耐压同时进行，因其直流电压很高，试品有直流耐压同时进行，因其直流电压很高，试品有可能击穿，击穿后短路电流将微安表烧毁可能击穿，击穿后短路电流将微安表烧毁n n方式：短接开关方式：短接开关n n4 4、数据分析、数据分析n n（1 1）对于重要设备如发电机、变压器，测量多点）对于重要设备如发电机、变压器，测量多点电压电流数值，绘制伏安曲线，与标准曲线进行电压电流数值，绘制伏安曲线，与标准曲线进行比对；比对；n n（2 2）测量值应小于规定值）测量值应小于规定值n n（3 3）与历年试验结果比较）与历年试验结果
26、比较n n5 5、直流耐压试验与泄露一起做，代替交流耐压、直流耐压试验与泄露一起做，代替交流耐压n n 原因：容量、局放、缺陷原因：容量、局放、缺陷n n 关键：确定等价关系关键：确定等价关系 时间时间510m 510m 三、介质损耗角正切值tg试验n n1 1、定义、定义n n反应损耗大小反应损耗大小n n2 2、原理、原理n n串并联得出串并联得出P P与与tgtg 成正比例关系成正比例关系n n3 3、测测量工具量工具n n电桥电桥：老式（两：老式（两桥桥臂）、新式（三臂）、新式（三桥桥臂）臂）n n4 4、干、干扰扰及消除方法及消除方法n n电场电场干干扰扰加屏蔽、移相加屏蔽、移相电电
27、源和倒相法源和倒相法n n磁磁场场干干扰扰很少，很少，桥桥体本事极性开关体本事极性开关n n现现在都做到箱体里面在都做到箱体里面n n5 5、注意事项、注意事项n n（1 1）尽可能分部测试）尽可能分部测试n n（2 2）测量应选取合适温度）测量应选取合适温度n n（3 3）试验电压最好接近被试品的额定电压，但不）试验电压最好接近被试品的额定电压，但不能超过电桥的额定电压能超过电桥的额定电压n n（4 4）测量绕组的）测量绕组的tgtg 时时，必，必须须将其首尾短接将其首尾短接n n（5 5）注意消除被）注意消除被试试品表面泄露品表面泄露电电流影响，与流影响，与试试品品本身本身电电容有关，容有
28、关，C C越小，影响越大越小，影响越大n n6 6、分析判断、分析判断n n能能发现发现大面大面积积分布性缺陷，但个分布性缺陷，但个别别局部非局部非贯贯穿不穿不易易发现发现n n与与规规定定值值比比对对；小于；小于规规定定值值，但是有明，但是有明显显增增长过长过快，也要注意快，也要注意n n接线：四、工频交流耐压及串联谐振试验n n产生及测量如前一部分所述产生及测量如前一部分所述n n注意点注意点：n n（1 1）绕组试验首尾相连绕组试验首尾相连n n（2 2）试验前后，都要测绝缘电阻，如果后面的绝）试验前后，都要测绝缘电阻，如果后面的绝缘电阻下降前面的缘电阻下降前面的30%30%，认为试品不合格，认为试品不合格n n（3 3）被试品是否击穿，应看被试品电压表指示）被试品是否击穿，应看被试品电压表指示n n谢谢大家，请多提宝贵意见！谢谢大家，请多提宝贵意见！
