地鐵車輛耐壓試驗方法研究

王宇鑫

（長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司，吉林 長春 130062）

0 引言

隨著科學(xué)水平的不斷發(fā)展，我國交通建設(shè)發(fā)展迅速，軌道交通普及較快，規(guī)模較大，不斷改善了人們的出行便捷性，目前地跌、輕軌在各種交通方式中占據(jù)極其重要的位置。在地鐵投入正常使用之前，對其進(jìn)行完整的試驗過程必不可少，其中耐壓試驗極為重要。

耐壓試驗是指通過各類試驗方法檢驗電氣設(shè)備、電氣裝備及相關(guān)儀器儀表、電氣線路、電氣線纜能夠承受電壓的能力。地鐵車輛耐壓是對所用線纜施加高電壓進(jìn)行絕緣功能測試，從而避免車輛在正常行駛過程中，線纜出現(xiàn)絕緣擊穿及短路、斷路等問題造成車輛故障，事故發(fā)生和人員傷亡[1]。

耐壓試驗主要包括交流耐壓試驗和直流耐壓試驗2 種。二者各有特點，無法相互代替。目的都在于檢測設(shè)備、裝置、線路和線纜的絕緣性能。

1 直流耐壓試驗

在直流電壓的作用下，絕緣介質(zhì)中的電壓根據(jù)絕緣電阻系數(shù)進(jìn)行分布，當(dāng)絕緣存在局部缺陷時，大部分直流電壓施加在與缺陷串聯(lián)的未損壞的那部分上面，因此，損壞部分容易暴露出來，直流耐壓試驗比交流耐壓試驗易于發(fā)現(xiàn)線纜等局部的缺陷[3]。

1.1 原理

主要原理如下。1）參照地鐵車輛的直流測試電壓的標(biāo)準(zhǔn)，施加一定等級的直流試驗電壓。通過對泄漏電流的測試，可以發(fā)現(xiàn)局部損傷、絕緣油劣化等各類絕緣缺陷，比傳統(tǒng)的絕緣電阻表測試絕緣電阻更為簡單和精確，同時更容易發(fā)現(xiàn)問題[2]。2）泄漏電流與加壓時間的長短具有某種關(guān)系，實際上也就是吸收電流與加壓時間的長短有某種關(guān)系，會隨其變化而變化。在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的直流試驗電壓下，當(dāng)絕緣受環(huán)境影響（如潮濕等）或有某種缺陷時，電流隨加壓時間下降得比較慢，兩者不是線性關(guān)系，曲線圖可以直觀地表現(xiàn)出來；而正常良好的絕緣，從曲線圖中可見電流與施加電壓在一定范圍內(nèi)表現(xiàn)出線性關(guān)系。因此，做出泄漏電流與施加電壓之間的關(guān)系曲線，通過對比分析，可以直觀便捷地發(fā)現(xiàn)某些缺陷。

1.2 特點

主要特點有3 個。1）直流試驗電壓較高，并可隨意調(diào)節(jié)。2）可以用精度和靈敏度較高的電流表多次重復(fù)測試泄漏電流，并完成對比。 3）根據(jù)泄漏電流可以換算出絕緣電阻值。

圖1 微安級電流表接在高壓試驗圖

圖2 微安級電流表接在低壓試驗圖

圖3 倍壓整流電路試驗圖

1.3 方法

測試泄漏電流時經(jīng)常應(yīng)用半波整流電路完成。半波整流電路包括了交流電源、整流電路、保護(hù)電阻和微安級電流表。微安級電流表用于測量泄漏電流，表的量程根據(jù)需求適當(dāng)選擇。測試方法包括以下4 種。1）微安級電流表接在高壓側(cè)。其試驗圖如圖1 所示。其中，TR 為自耦調(diào)壓器，TT 為試驗變壓器，PV1 為低壓電壓表，PV2 為高壓靜電電壓表，V 為高壓二極管，R 為保護(hù)電阻，C 為電容，Cx 為被試品，PA 為微安表。測量的原理是歐姆定律。由于不會受到高壓雜散電流的影響，因此這種測量方法應(yīng)用范圍較廣，而且測量泄漏電流的結(jié)果較為準(zhǔn)確，精度可以保證。但是需要注意的是微安級電流表及其引線應(yīng)加屏蔽線或屏蔽套，而且由于微安表處于高壓測，讀數(shù)及切換量程應(yīng)當(dāng)謹(jǐn)慎處理。 2）微安級電流表接在低壓側(cè)。其試驗圖如圖2 所示。其中當(dāng)被試品的接地端能與地分開時，采用（a）的接線，如果不能分開，采用（b）的接線。這種測試方法使用的器件同微安級電流表接在高壓側(cè)。測量原理是通過測量變壓器低壓端側(cè)電壓，利用變壓器的變比換算出直流高壓測的近似值，這種測量方法忽略了泄漏電流及保護(hù)電阻的壓降，因此，測量精度不能保證。同時需要注意的是為了減小直流電壓的脈動，在被試品上需要并聯(lián)濾波電容器。當(dāng)微安級電流表處于低壓測，具有讀數(shù)較為安全、切換量程方便的優(yōu)點。 3）如果想獲得壓值較高的直流電壓，需要倍壓整流電路實現(xiàn)。通常倍壓整流電路的輸出電壓接近試驗變壓器高壓側(cè)峰值電壓的2倍。其試驗圖如圖3 所示。其中T 為調(diào)壓器，V1 和V2 均為二極管，C1和C2均為電容。該電路輸出對地為2 倍最大峰值電壓的直流電壓，而且可采用一端接地的變壓器。當(dāng)電源電壓為負(fù)半波時，電源變壓器經(jīng)二極管V1 對C1充電到Umax，正半波時，變壓器電壓與電容器C1上的電壓疊加，經(jīng)二極管V2 對電容器C2充電，如果C1＞C2，則C2很快充到2Umax。一般C1=C2，C2要經(jīng)過若干個周期之后才能充到2Umax。 4）當(dāng)需要較高的直流電壓，而倍壓電路又不能滿足要求時，可用多級串接線路。其中T 為調(diào)壓器，V1 至V6 均為二極管，C1至C2均為電容。

多級串接直流電路當(dāng)電源為負(fù)半波時，V1、V3、V5 導(dǎo)通，正半波時，V2、V4、V6 導(dǎo)通。當(dāng)試驗變壓器電壓為Umax時，因此空載時直流高壓端輸出電壓可達(dá)6Umax。其試驗圖如圖4 所示。

2 交流耐壓試驗

2.1 原理

為了更靈敏準(zhǔn)確有效地查出局部缺陷，考驗被試品絕緣承受過電壓的能力，需要進(jìn)行交流耐壓試驗，這類實驗通常能夠模擬實際運(yùn)行情況，能夠有效地發(fā)現(xiàn)缺陷，消除安全隱患。但交流耐壓試驗具有一定的破壞性，可能導(dǎo)致被試品的擊穿[4]。

2.2 特點

特點如下。1）工頻串聯(lián)諧振試驗電路的工作頻率為50 Hz，電路中有可調(diào)電抗器，其電感量能連續(xù)可調(diào)。2）變頻串聯(lián)諧振試驗電路工作頻率一般在30 Hz～300 Hz。該電路需要依靠大功率的變頻電源才能使回路達(dá)到諧振的狀態(tài)，電路中的電抗器不可調(diào)。因此應(yīng)用范圍不廣。

2.3 方法

交流耐壓試驗主要由變壓器、調(diào)壓器、電壓測量設(shè)備、保護(hù)電阻等裝置組成。變壓器具有電壓高、容量小等特點。調(diào)壓器能從零開始平滑地調(diào)節(jié)試驗所需的電壓。測量試驗電壓的方法通常包括以下3 種。1）在試驗變壓器低壓側(cè)測量。測量的原理是通過測量變壓器低壓端側(cè)電壓，通過變壓器的變比換算出高壓測的近似值，這種測量方法適用于負(fù)荷容量小，忽略了泄漏電流及保護(hù)電阻的壓降，因此測量精度不能保證，在對精度要求不高的場合可以應(yīng)用[5]。2）用高壓靜電電壓表直接測量。 用高壓靜電電壓表直接測量電壓的有效值。這種方法易受干擾，無法滿足現(xiàn)場的實際情況。3）電容式分壓器測量。其試驗圖如圖5 所示。其中U1為高壓側(cè)電壓，C1為高壓臂電容，C2為低壓臂電容，C1和C2串聯(lián)并接于被試品Cx兩端，r 為電阻，便于消除C2殘留電荷，U2為測試端。

圖4 多級串接線路試驗圖

圖5 電容分壓測量試驗圖

分壓器結(jié)果簡單，精度較高，結(jié)果為：

分壓器具有可選擇峰值讀數(shù)和有效值讀數(shù)的選擇鍵，適合于現(xiàn)場和試驗室各種場合使用。

2.4 步驟

首先完成絕緣試驗，當(dāng)絕緣實驗合格之后再進(jìn)行耐壓試驗。耐壓試驗前后需要完成絕緣電阻值的測量。 連接好測試電路，接通交流電源，逐漸升壓，完成實驗。升壓過程中應(yīng)當(dāng)重點觀察是否有異常狀況發(fā)生。當(dāng)電壓提升至試驗電壓后，開始計時，滿足試驗時間后，逐漸降壓，最后切斷電源。 升壓、耐壓和降壓過程中，如發(fā)現(xiàn)電流值表急劇增加，被試品冒煙、燃燒和擊穿等狀況時，應(yīng)該立即降壓并終止試驗，檢查原因。試驗中無放電情況發(fā)生，則代表完成了耐壓試驗[6]。3）上述現(xiàn)象如果由絕緣部分出現(xiàn)，則認(rèn)為交流耐壓試驗不合格。如果由于溫度、濕度、表面污漬等外在環(huán)境影響，則處理被試品后再進(jìn)行試驗。

3 比較

交流耐壓試驗需要較大容量的試驗設(shè)備。直流耐壓試驗只需要小容量的試驗設(shè)備。良好的絕緣泄漏電流與施加電壓呈線性關(guān)系直線上升，電流值一般較小，如果受潮或有缺陷存在時，電流值會變大，泄漏電流超標(biāo)，這時應(yīng)當(dāng)及時查找原因。試驗時可以根據(jù)具體情況適當(dāng)?shù)奶岣唠妷褐祷蛘哐娱L耐壓時間來發(fā)現(xiàn)缺陷。直流耐壓試驗中，電壓較高會使局部放電，但是放電電荷所產(chǎn)生的反電場抑制局部放電，對絕緣損傷較小；而交流耐壓試驗中，電壓相位不斷變化，發(fā)生放電后，會促使絕緣材料的分解和老化，降低絕緣性能，同時使局部缺陷擴(kuò)大，因此是一種破壞性試驗。

4 結(jié)語

交聯(lián)聚乙烯絕緣電纜電性能優(yōu)良、安裝方便捷、而且制造工藝不復(fù)雜，目前已被廣泛采用。然而，直流耐壓試驗不能有效地發(fā)現(xiàn)高壓交聯(lián)聚乙烯主絕緣電纜的缺陷，因此建議耐壓試驗以交流耐壓試驗為主，準(zhǔn)確掌握電纜各部位的運(yùn)行狀況，以直流耐壓試驗為輔，及時發(fā)現(xiàn)某些局部缺陷，減少故障。