交流耐壓試驗(yàn)的分類與探討

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 趙京生 盧 謙 劉 穎 孫 政 趙海霞

交流耐壓試驗(yàn)的分類與探討

國(guó)網(wǎng)保定供電公司 趙京生 盧 謙 劉 穎 孫 政 趙海霞

電氣試驗(yàn)中的交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最直接的方法，能充分反映電氣設(shè)備在交流電壓下運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況，能真實(shí)有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。它對(duì)于判斷電氣設(shè)備能否投入運(yùn)行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。本文對(duì)交流耐壓試驗(yàn)的三個(gè)分類（即：工頻交流耐壓試驗(yàn)、串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)和感應(yīng)耐壓試驗(yàn)）分別從原理以及試驗(yàn)方法注意事項(xiàng)等方面進(jìn)行了討論和總結(jié)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的實(shí)際試驗(yàn)過(guò)程有一定的指導(dǎo)作用。

工頻交流耐壓試驗(yàn)；串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)；感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

0 引言

按照試驗(yàn)的性質(zhì)和要求，電氣試驗(yàn)分為特性試驗(yàn)和絕緣試驗(yàn)兩大類[1]。

特性試驗(yàn)主要是對(duì)電力設(shè)備的電氣或機(jī)械方面的某些特性進(jìn)行試驗(yàn)，如斷路器導(dǎo)電回路的接觸電阻，互感器的變比、極性，斷路器的分合閘時(shí)間、速度及同期性等。

絕緣試驗(yàn)一般分為：(1)非破壞性試驗(yàn)；(2)破壞性試驗(yàn)。

非破壞性試驗(yàn)是指在較低電壓下，用不損傷設(shè)備絕緣的辦法來(lái)判斷絕緣缺陷的試驗(yàn)，如絕緣電阻吸收比試驗(yàn)、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)、油色譜分析試驗(yàn)等。這類試驗(yàn)對(duì)發(fā)現(xiàn)缺陷有一定的作用與有效性。但這類試驗(yàn)中的絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗(yàn)、泄漏電流試驗(yàn)由于電壓較低，發(fā)現(xiàn)缺陷的靈敏性還有待于提高。但目前這類試驗(yàn)仍然是一種必要的不可放棄的手段。

破壞性試驗(yàn)，如交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)，用比較高的試驗(yàn)電壓考驗(yàn)設(shè)備的絕緣水平。這類試驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)是易于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的集中性缺陷，考驗(yàn)設(shè)備絕緣水平。缺點(diǎn)在于電壓較高，個(gè)別情況下給被測(cè)試設(shè)備造成一定損傷。

應(yīng)當(dāng)指出，破壞性試驗(yàn)必須在非破壞性試驗(yàn)合格之后進(jìn)行，以避免對(duì)絕緣的無(wú)辜損傷乃至擊穿。例如互感器受潮后，絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗(yàn)不合格，但經(jīng)過(guò)烘干處理后絕緣仍可恢復(fù)。若在未處理前就進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)，將可能導(dǎo)致絕緣擊穿，造成絕緣修復(fù)困難。

本文主要針對(duì)交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行研究和總結(jié)。交流耐壓試驗(yàn)是鑒定電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度最直接的方法，能充分反映電氣設(shè)備在交流電壓下運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況，能真實(shí)有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。它對(duì)于判斷電氣設(shè)備能否投入運(yùn)行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。

1 交流耐壓試驗(yàn)分類

交流耐壓試驗(yàn)可以分成以下三種[2]：(1)工頻交流耐壓試驗(yàn)；(2)串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)：(3)感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。

下面將分別對(duì)三種交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行討論和研究。

1.1 工頻交流耐壓試驗(yàn)

圖1 工頻耐壓試驗(yàn)原理接線圖

工頻交流耐壓試驗(yàn)[3]由工頻交流電源供電，通過(guò)控制器向調(diào)壓器供電，調(diào)壓器改變輸出電壓的幅值，經(jīng)試驗(yàn)變壓器將低電壓變換成高電壓，向被試品供電。交流耐壓試驗(yàn)的接線，應(yīng)按被試品的電壓、容量和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際試驗(yàn)設(shè)備條件來(lái)決定。圖1是一種典型的試驗(yàn)接線。

但是，由于在工頻條件下被試品電容量較大，或者試驗(yàn)電壓要求較高，對(duì)試驗(yàn)裝置的電源容量相應(yīng)的也有較高的要求。而傳統(tǒng)的工頻耐壓裝置（交流耐壓試驗(yàn)變壓器）卻存在單件體積大，重量重，不便于現(xiàn)場(chǎng)搬運(yùn)，而且不便于任意組合，靈活性較差等問(wèn)題。使得工頻交流耐壓試驗(yàn)在現(xiàn)場(chǎng)基本被淘汰。

1.2 串聯(lián)諧振耐壓試驗(yàn)

前述及對(duì)發(fā)電機(jī)、變壓器和交聯(lián)電纜等電容量較大的被試品進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)時(shí)，需要大容量試驗(yàn)設(shè)備，采用工頻耐壓試驗(yàn)會(huì)存在一系列問(wèn)題。這時(shí)可以采用串聯(lián)諧振試驗(yàn)裝置，它能以較小的電源容量試驗(yàn)較大電容和較高試驗(yàn)電壓的試品，回路由被試品負(fù)載電容和與之串聯(lián)的電抗器及電源組成。

圖2為串聯(lián)諧振的等效電路及其相量圖。

圖2 串聯(lián)諧振等效電路及其相量圖

其中：

此時(shí)回路中的電流達(dá)到最大：

這時(shí)加在被試品上的電壓為：

輸出電壓與輸入電壓之比稱為試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)Q：

由于試驗(yàn)回路中的 R很小，故試驗(yàn)回路的品質(zhì)因數(shù)很大，因此用這種方法能用電壓較低的試驗(yàn)變壓器得到較高的試驗(yàn)電壓。而且當(dāng)被試品擊穿時(shí)，電路失去諧振條件（不再滿足XL=XC），電源輸出電流自動(dòng)減小，試品兩端的電壓驟然下降，從而限制了對(duì)被試品的損壞程度。

目前根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，串聯(lián)諧振裝置分為：工頻串聯(lián)諧振裝置、變頻串聯(lián)諧振裝置兩大類。

1.2.1 工頻串聯(lián)諧振裝置

工頻串聯(lián)諧振裝置工作頻率為50Hz，帶可調(diào)電抗器，通過(guò)調(diào)節(jié)電抗值使回路達(dá)到諧振。該電抗器的電感量能連續(xù)可調(diào)，當(dāng)試驗(yàn)電壓較高時(shí)，可以作成幾個(gè)電抗器串聯(lián)使用。

試驗(yàn)前根據(jù)試驗(yàn)電壓確定所需電抗器串聯(lián)個(gè)數(shù)，再用電容測(cè)量?jī)x測(cè)量被試品的電容量，據(jù)此計(jì)算達(dá)到諧振所需補(bǔ)償?shù)碾娙萘?，完成試?yàn)接線。該方法與工頻交流耐壓試驗(yàn)相比，減小了對(duì)試驗(yàn)電源容量的要求，但是增加了串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器，步驟繁瑣，計(jì)算量大，正逐漸被變頻串聯(lián)諧振裝置取代。

1.2.2 變頻串聯(lián)諧振裝置

變頻串聯(lián)諧振裝置帶固定電抗器，工作頻率一般為30～300Hz。該裝置依靠大功率的變頻電源，調(diào)節(jié)試驗(yàn)頻率，使回路達(dá)到諧振，所用電抗器的電感量是不可調(diào)的，而試驗(yàn)頻率隨被試品的電容量不同而改變。

圖3為采用變頻串聯(lián)諧振裝置時(shí)交流耐壓試驗(yàn)的接線原理圖。變頻串聯(lián)諧振裝置具有體積小，重量輕，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)波形，一鍵鼠標(biāo)式旋鈕“傻瓜式”操作，大屏幕液晶顯示等諸多優(yōu)點(diǎn)，但也有很多缺點(diǎn)，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)感受最明顯的就是該裝置可靠性較差，不禁碰，對(duì)環(huán)境要求高，在惡劣環(huán)境下如低溫環(huán)境，機(jī)器經(jīng)常不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需進(jìn)一步提高其可靠性。

1.3 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

圖3 變頻串聯(lián)諧振裝置耐壓試驗(yàn)接線圖

對(duì)變壓器、電磁式電壓互感器等，常采用從二次加壓而使一次得到高壓的試驗(yàn)方法來(lái)檢查被試品絕緣。這種加壓方法即為感應(yīng)耐壓試驗(yàn)，它不僅可以檢查被試品的主絕緣（指繞組對(duì)地、相間和不同電壓等級(jí)繞組間的絕緣），而且還對(duì)變壓器、電壓互感器的縱絕緣（同一繞組層間及段間絕緣）也進(jìn)行了考驗(yàn)。而通常的交流耐壓試驗(yàn)只是考驗(yàn)了主絕緣，卻沒(méi)有考驗(yàn)縱絕緣。

在進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時(shí)，因?yàn)樽儔浩?、電磁式電壓互感器在工頻額定電壓下，鐵芯伏安特性曲線接近飽和部分。若在被試品一側(cè)施加小于或等于額定電壓，則空載電流會(huì)急劇增加，達(dá)到不能允許的程度。為了施加額定電壓又不使鐵芯磁通飽和，多采用增加頻率的方法，即倍頻耐壓方法。通常在低壓繞組上施加頻率為100～200Hz之間，2倍于額定電壓的試驗(yàn)電壓，其他繞組開路。目前較多采用為頻率可調(diào)節(jié)的變頻電源作為試驗(yàn)電源。

2 交流耐壓試驗(yàn)的方法和步驟

2.1 工頻和串聯(lián)諧振交流耐壓試驗(yàn)

有繞組的被試品進(jìn)行耐壓試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)將被試品繞組自身的兩端短接，非被試品繞組亦應(yīng)短接并與外殼連接后接地。交流耐壓試驗(yàn)時(shí)加至試驗(yàn)電壓后的持續(xù)時(shí)間，如無(wú)特殊說(shuō)明則均為1min。

2.2 感應(yīng)耐壓試驗(yàn)

對(duì)變壓器、電磁式電壓互感器進(jìn)行倍頻感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時(shí)，通常在低壓繞組上施加試驗(yàn)電壓，高壓繞組感應(yīng)到高壓，其他繞組開路。感應(yīng)耐壓試驗(yàn)時(shí)間可按下式計(jì)算：

但持續(xù)時(shí)間不得小于15s。

2.3 實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)

交流耐壓試驗(yàn)升壓必須從零開始，切不可沖擊合閘。升壓速度在75%試驗(yàn)電壓以前，可以是任意的，自75%電壓開始應(yīng)均勻升壓，約為每秒2%試驗(yàn)電壓的速率升壓（以 DL 474.4-92《現(xiàn)場(chǎng)絕緣試驗(yàn)實(shí)施導(dǎo)則 交流耐壓試驗(yàn)》為準(zhǔn)）。耐壓試驗(yàn)后，迅速均勻降壓到零，然后切斷電源。

任何被試品在進(jìn)行交流耐壓試驗(yàn)前，應(yīng)先進(jìn)行其他絕緣試驗(yàn)，合格后再進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。通常在耐壓試驗(yàn)前后均應(yīng)測(cè)量絕緣電阻。另外，充油設(shè)備若經(jīng)濾油或運(yùn)輸，耐壓試驗(yàn)前還應(yīng)將試品靜置一段時(shí)間，以排除內(nèi)部可能殘存的空氣。

接上試品，接通電源，開始升壓進(jìn)行試驗(yàn)。升壓過(guò)程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽被試品有何異常的響聲。升至試驗(yàn)電壓，開始計(jì)時(shí)。時(shí)間到后，降壓然后切斷電源。試驗(yàn)中如無(wú)破壞性放電發(fā)生，則認(rèn)為通過(guò)耐壓試驗(yàn)。在升壓和耐壓過(guò)程中，如發(fā)現(xiàn)電流表指示急劇增加，調(diào)壓器往上升方向調(diào)節(jié)，出現(xiàn)電流上升、電壓基本不變甚至有下降的趨勢(shì)，被試品冒煙、焦臭、閃絡(luò)、燃燒或發(fā)出擊穿響聲，應(yīng)立即停止升壓，降壓停電后檢查原因。這些現(xiàn)象如查明是絕緣部分出現(xiàn)的，則認(rèn)為被試品交流耐壓試驗(yàn)不合格。如確定被試品的表面閃絡(luò)是由于空氣濕度或表面臟污等所致，應(yīng)將被試品清潔干燥處理后，再進(jìn)行試驗(yàn)。

有時(shí)耐壓試驗(yàn)進(jìn)行了數(shù)十秒鐘，中途因故失去電源，使試驗(yàn)中斷，在查明原因，恢復(fù)電壓后，應(yīng)重新進(jìn)行全時(shí)間的持續(xù)耐壓試驗(yàn)，不可僅進(jìn)行 “補(bǔ)足時(shí)間”的試驗(yàn)。

交流耐壓試驗(yàn)結(jié)束，降壓和切斷電源后，試品中殘余的電荷，自動(dòng)反向經(jīng)過(guò)試驗(yàn)變壓器高壓繞組對(duì)地放電，因此試品對(duì)地放電問(wèn)題沒(méi)有像直流耐壓試驗(yàn)?zāi)菢又匾５珜?duì)于需要更換高壓接線，有較多人工換線操作的工作，為防止電源側(cè)隔離開關(guān)或接觸器不慎突然來(lái)電等意外情況，在更換接線時(shí)應(yīng)在試品上懸掛接地放電棒，以保證人身安全。在再次升壓前，先取下放電棒，以防帶接地放電棒升壓。

試驗(yàn)。

3 結(jié)論

本文對(duì)交流耐壓試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，討論了不同交流耐壓試驗(yàn)的原理和優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)交流耐壓試驗(yàn)的方法步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹。

應(yīng)當(dāng)指出，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)該根據(jù)被試品的種類和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況合理選擇交流耐壓試驗(yàn)方法，靈活接線，以完成試驗(yàn)要求。同時(shí)，雖然交流耐壓試驗(yàn)在判斷設(shè)備絕緣狀況時(shí)是決定性和不可替代的，但也不可忽視其他試驗(yàn)的重要性。只有通過(guò)對(duì)試品各種試驗(yàn)結(jié)果的綜合分析，才能對(duì)設(shè)備的情況作出更準(zhǔn)確的判斷。

[1]陳天翔,王寅仲,海世杰.電氣試驗(yàn)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2009:42-53.

[2]李建明,朱康.高壓電氣設(shè)備試驗(yàn)方法[M].北京:中國(guó)電力出版社,2010:55-63.

[3]周澤存,沈其工,方渝,等.高電壓技術(shù)[M].北京:中國(guó)電力出版社,2007:146-159.

趙京生（1988—），男，河北易縣人，助理工程師，主要從事電氣設(shè)備試驗(yàn)類工作。