电气设备的绝缘实验（下）

绝缘油试验

本节只讲述绝缘油的电气性能试验，关于油中溶解气体的气相色谱分析将在第二章详细说明。

一、电气强度试验

试验方法：

电气强度试验，即测量绝缘油的瞬时击穿电压值。试验接线与交流耐压试验相同，即在绝缘油中放上一定形状的标准试验电极，电极间加上工频电压，并以一定的速率逐渐升压，直至电极间的油隙击穿为止。该电压即绝缘油的击穿电压（KV），或换算为击穿强度（KV / cm）。

试验步骤及注意事项：

清洗油杯：试验前电极和油杯应先用汽油、苯或四氯化碳洗净烘干，洗涤时用洁净的丝绢，不可用布和棉纱。电极表面有烧伤痕迹的不可再用。调整好电极间距离，使其保持2.5毫米。油杯上要加玻璃盖或玻璃罩。试验在室温15~35℃，湿度不高于75 % 的条件下进行。

油样处理：

试油样送到试验室后，必须在不破坏原有储藏密封的状态下放置。

相当时间，直至油样接近室温。在油倒出前，应将储油容器颠倒数次，使油均匀混合，并尽可能不产生气泡。然后用被试油杯和电极冲洗两、三次。再将被试油杯壁徐徐注入油杯。盖上玻璃盖或玻璃罩，静置10分钟。

加压试验：

调节调压器使电压从零升起，升压速度约3千伏 / 秒，直至油隙击穿，并记录击穿电压值。这样重复试验5次，取平均值。击穿时的电流限制为了减少油击穿后产生的碳粒，应将击穿时的电流限制在5毫安左右。在每次击穿后要对电极间的油进行充分搅拌，并静置5分钟后再重复试验。

二、tgδ值的测量

1、试验方法

试验接线和使用仪器

试验时应按所用电桥说明书要求进行接线。目前我国使用较多的有关仪器有以下几种。

（１）油杯有单圆筒式、双圆筒式及三接线柱电极式的。采用最多的是单圆筒式，又叫圆柱形电极。包括外电极（高压电极）、内电极（测量电极）和屏蔽电极三部分。

（２）交流平衡电桥常用的国产电桥有QS3型或其它可测量tgδ值小于0.01 % 灵敏度较高的电桥。

2、试验步骤

（１）清洗油杯：试验前先用有机溶剂将测量油杯仔细清洗并烘干，（以防附着于电极上的任何污舞杂质及水分潮气等影响试验结果。

（２）适当的试验电压和温度试验电压由测量油杯电极间隙大小而定，一般应保证间隙上的电场强度为1千伏 / 毫米。在注油试验前，还必须对空杯进行1.5倍工作电压的耐压试验。由于绝缘油的tgδ值随温度的升高而按指数规律剧增，因此除了在常温下测量油的tgδ值外，还必须将被直油样升温（变压器油要升温至70℃，电缆油要升温至100℃），测量高温下tgδ值。

按有关标准规定，对于变压器油、新油和再生油升温至70℃时的tgδ值应不大于0.5 % ，运行中的油70℃时的tgδ值应不大于2 % ，电缆油100℃时的tgδ值应不大于0.5 % 。

交流耐压试验

交流耐压试验是对电气设备绝缘外加交流试验电压，该试验电压比设备的额定工作电压要高，并持续一定的时间（一般为1min）。交流耐压试验是一种最符合电气设备的实际运行条件的试验，是避免发生绝缘事故的一项重要的手段。因此，交流耐压试验是各项绝缘试验中具有决定性意义的试验。

一、交流工频耐压试验

1、试验变压器耐压的接线原理

交流耐压试验的接线，应按被试品的要求（电压、容量）和现有试验设备条件来决定。通常试验时采用是成套设备（包括控制及调压设备）。图1 - 7中给出交流工频耐压试验的接线图。

S1、S2——开关；FU——熔断器；T1——调压器；T2——试验变压器；KM——过流继电器；P1、P2——测量线圈；R1——保护电阻；R2——球隙保护电阻；G——保护球隙；C1、C2——电容分压器；Cx——被试绝缘

在图中接于测量线圈P1、P2的电压表属于低压侧测量，可以通过变比换算到高压侧。而接于C1和C2之间电压表属于高压侧测量，这是现场常用的方法，它可以避免由于容性电流而使被试设备端电压升高所带来的影响。

2、串联谐振、并联谐振及串并联谐振的试验方法

对于大型发电机组、变压器、GIS、交联电缆等大容量较大的试品的交流耐压试验，需要大容量的试验变压器、调压器以及电源。现场往往难以办到，即使有试验设备，也需动用大型汽车、吊车等，费力费时。在此情况下，可根据具体情况分别采用串联、并联或串并联谐振的方法来进行现场试验。串并联谐振可通过调节电感来实现，也可通过调节频率或电容来实现。但该试验大多是针对现场大电容设备进行的，因而电容是确定的，一般采用调感或调频来进行谐振补偿。

（1）串联补偿

当试验变压器的额定电压小于所需试验电压，但电流额定量能满足试品试验电流的情况下，可采用串联补偿的方法进行试验。

利用串联谐振做耐压试验有两个优点：①若被试品击穿，则谐振终止，高压消失；②击穿后电流下降，不致于造成被试品击穿点扩大。

（2）并联谐振（电流谐振）法

当试验变压器的额定电压能满足试验电压的要求，但电流达不到被试品所需的试验电流时，可采用并联谐振对电流加以补偿，以解决容量不足的问题。其接线图如图1 - 21示，并联回路两支路的感抗和容抗分别为XC和XL，当XC＝XL时，回路产生谐振。这时虽然两个支路的电流都很大，但回路的总电流I≈0，XC上的电压等于电源电压。

当采用积木式电抗器进行补偿时，首次根据试验电压确定电抗器的串联个数及分接头的位置，再确定电抗器的并联数，使得补偿电流IL、试品电流IC及变压器TT额定输出电流In满足关系，即可进行试验。

（3）串并联谐振法

除了以上的串联、并联谐振外，当试验变压器的额定电压和额定电流都不能满足试验要求时，可同时运用串、并联谐振电路，通常成为串并联补偿法，其接线如图1－10所示。

（4）采用串联、并联谐振和串并联谐振法的注意事项

1）电源电压和频率要求稳定，应避免用电阻器调压；

2）回路电阻R1要求足够的热容量，并保持稳定；

3）试验电压直接在被试品两端测量；

4）电感线圈应满足电流和绝缘强度的要求；

5）对于并联谐振法，当被试品击穿而谐振停止时，试验变压器有过流的可能，因此，要求过流速断保护能可靠动作；

6）对于串联谐振法，当被试品击穿时，回路中的电流减小电压降低，所以，除了正常的过流保护外，还应有欠压保护措施。

二、试验注意事项

（1）必须在被试设备的非破坏性试验都合格后才能进行此项试验，如果有缺陷（例如受潮），应排除缺陷后进行。

（2）被试设备的绝缘表面应擦干净，对多油设备应使油静止一定的时间。

（3）应控制升压速度，在1 / 3试验电压以前可以快一些，其后应以每秒钟3 % 的试验电压连续升到试验电压值。

（4）实验前后应比较绝缘电阻、吸收比，不应有明显的变化。

（5）应排除湿度、温度、表面脏污等影响。

三、操作规定

（1）试验前应了解被试设备的非破坏性试验项目是否合格，一殷应在所有非破坏试验项目全部做完，且合格以后才做交流耐压试验，若有缺陷或异常，应在排除缺陷（如受潮时要干燥）或异常后再进行试验。

（2）试验现场应围好遮栏，挂好标志牌，并派专人监视。

（3）试验前应将被试设备的绝缘表面擦拭干净。对多油设备应按有关规定使油静止一定时间，如大容量变压器，应使油静止12 - 20h，3~10kV变压器，应使油静止5~6h后再做试验。

（4）调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的105 % ~110 % ，连续试验三次，应无明显差别，并检查过流保护装置动作的可靠性。

（5）根据试验接线图接好线后，应由专人检查，确认无误（包括引线对地距离、安全距离等）后方可准备加压。

（6）加压铅要检查调压器是否在“零位”，若在“零位”方可加压，而且要在高呼“加高压”后才能实施操作。

（7）升压过程中应监视电压表及其他表计的变化，当升至0.5倍额定试验电压时，读取被试设备的电容电流；当升至额定电压时，开始计算时间，时间到后缓慢降下电压。

（8）对于升压速度，在1 / 3试验电压以下可以稍快一些，其后升压应均匀，约按每秒3 % 试验电压升压，或升至额定试验电压的时间为10~15s。

（9）实验中若发现表针摆动或被试设备、实验设备发出异常响声、冒烟、冒火等，应立即降下电压，在高压侧挂上地线后，查明原因。

（10）被试设备无明显规定者，一般耐压时间为1min，对绝缘棒等用具，耐压时间为5min，实验后应在挂上接地棒后触摸有关部位，应无发热现象。

（11）试验电压值要认真确定，特别是发电机的耐压试验，一定要严格监督不耍升高到规定值以上。

（12）实验前后应测量被试设备的绝缘电阻及吸收比，两次测量结果不应有明显差别。

四、交流耐压试验结果的分析

（1）被试设备一般经过交流耐压试验，在规定的持续时间内不发生击穿为合格，反之为不合格。

（2）当被试设备为有机绝缘材料，经试验后，立刻进行触摸，如出现普遍或局部发热，都认为绝缘不良，需要处理（如烘烤），然后再进行试验。

（3）对组合绝缘设备或有机绝缘材料，耐压前后期绝缘电阻不应下降30％，否则就认为不合格。对于纯瓷绝缘或表面以瓷绝缘为主的设备，易受当时气候条件的影响，可酌情处理。

（4）在试验过程中若空气湿度、温度、或表面脏污等的影响，仅引起表面滑闪放电或空气放电，则不应认为不合格。在经过清洁、干燥等处理后，在进行试验；若并非由于外界因素影响，而是由于瓷件表面釉层绝缘损伤、老化等引起的（如加压后表面出现局部红火），则应认为不合格。

（5）精心综合分析、判断。应当指出，有的设备及时通过了耐压试验，也不一定说明设备毫无问题，特别是像变压器那样有绕组的设备，即使进行了耐压试验，也往往不能检出匝间、层间等缺陷，所以必须汇同其他试验项目所得的结果进行综合判断。除上述测量方法外，还可以进行色谱分析、微水分析、局部放电测量等。

冲击电压试验

为了研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压作用时的绝缘性能，在许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击电压被。许多高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲击高压试验。冲击电压发生器是高压实验室的基本设备之一，冲击试验电压要比设备绝缘正常运行时承受的电压高出很多。随着输电电压等级的不断提高，冲击电压发生器的最高电压也相应提高才能满足试验要求。

一、冲击电压波形的定义

绝缘耐受冲击电压的能力与施加的电压波形有关，而实际的冲击电压波形具有分散性，即每次的波形参数会有不同，为了保证多次冲击试验的重复性和不同试验条件下试验结果的可比较性，必须规定统一的冲击电压波形参数。我国对标准冲击电压波形的规定和国际电工委员会（IEC）标准相同。

对于实际的冲击电压波形，其起始部分通常比较模糊，在最大值附近的波形比较平坦，很难确定起始零点和到达最大值的时间。所以实际中通常采用视在波头时间和视在半峰值时间来定义冲击电压波形。按照国际电工委员会（IEC）标准，实际冲击电压波形参数的定义如图所示。

标准冲击电压波形的参数为：

波头时间：1.2μs±30％

半峰值时间：50μs±20％

幅值：±3％

二、单级冲击电压发生器

（一）单级冲击电压发生器的原理

非周期性冲击电压波可由两个指数电压波形叠加而成，由于远大于，在波头时间范围内，，可将电压波形近似用下式表示

其波形如图1 - 12所示。

（二）冲击电压发生器波形和回路参数的关系

可以计算出，图1 - 13回路的电压利用系数最高，称为高效率回路。实际的单级冲击电压发生器电路如图1 - 13所示。

冲击电压发生器的试品一般是容性负载，在做冲击电压试验时，利用试品的等效电容做波头电容C2。

对于上图所示的典型放电回路可以列出下面的方程

解上面的方程可以得到u2时间的变化为：

式中，U0－球隙放电前电容器C1上的充电电压。

K－回路系数，K = C1R2 / （ - ）

－波尾时间常数。

－波头时间常数。

三、多级冲击电压发生器

１、多级冲击电压发生器的原理

由于受到高压硅堆参数等因素的限制，单级冲击电压发生器输出的冲击电压幅值一般不超过200～300kV，所以实际中要获得更高的冲击电压幅值，需采用多级冲击电压发生器。

图1 - 14多级冲击电压发生器的原理电路图

多级冲击电压发生器的基本原理是：并联充电、串联放电。即先对多个电容器并联充电，然后这些电容器自动串联起来放电，以产生很高的冲击电压幅值。

２、三电极球隙

上述的单级和多级冲击电压发生器，其输出冲击电压的产生并不是等到电容器充到一定电压时自动输出，而是充到一定电压后停止充电，人为控制输出冲击电压，这就要用到三电极球隙。对于单级冲击电压发生器就直接采用一个三电极球隙，对多级冲击电压发生器，只用一个三电极球隙替代第一级放电球隙G1。

三电极球隙简单地是一个可以人为触发放电的球隙，其结构如图

三电极球隙工作的原理是，当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g击穿，利用间隙g击穿时产生的火花触发主间隙G的击穿。此时应防止间隙G击穿时，高电位沿电极3瞬间贯入低压脉冲回路。

试验记录、试验报告和试验结果分析

电气设备在运行中受到运行条件和外部条件的影响一些参数会发生变化，如负载电流的影响，各种过电压的影响，短路故障的影响，和温度、湿度的影响，另外绝缘介质在运行过程中会产生自然老化，承受内、内过电压影响时会产生绝缘积累效应。预防性试验的目的就是每隔一定的周期通过一定的试验项目把电气设备的运行状态和参数测试出来，从而判别电气设备是否能够安全运行，有无安全隐患。

一、试验记录及试验报告

试验记录应全面、准确的记录如下内容和数据

1、试验日期及天气条：如试验日期、天气、温度、湿度等。

2、被试设备的铭牌数据，产品序号，安装位置。

3、试验设备及仪表、仪器的型号，编号及校验状况。

4、试验方法和接线。

5、试验数据。

6、试验分析及结论。

7、试验人员的签名。

二、试验数据的确定

在试验时应一般采用如下方法对试验数据和结果进行处理：

（1）试验接线、试验方法误差，接线试验方法是否正确，试验电压、电流测量是否准确，比如做直流泄漏试验时，试验电压是否从高压测直接测量，微安表所接的位置是否合适，是否加了合格的滤波电容？特别是在做避雷器等非线性元件的直流泄漏电流试验时如果电压测量不准则会造成泄漏电流较大的误差。还有做介质损试验时接线不同测量结果也会有较大的差异。

（2）仪表、仪器误差，仪表、仪器在长途运输，搬运和使用中会损坏，或产生较大误差，如不能及时检查、校对就会对试验结果造成严重形响。特别是一些测量表计、仪器如分压器、互感器，各种仪表等损坏后如不能及时发现，就会对试验结果产生较大的影响。

（3）被试品的表面状况，对绝缘试验来说，被试品的表面状况对试验结果会产生很大的影响，所以在试验前应彻底清擦被试品表面或采取屏蔽措施排除被试品表面污秽对试验结果的影响。

（4）环境条件，特别是温度、湿度对试验结果会造成很大的影响，所以一般绝缘试验不要在阴雨天气进行，不要在气温低于5oC，和高于40oC时做，不要在空气湿度大于80℅时做，如能换算到标准状态的应尽量换算到标准状态。

（5）各种干扰的影响，对于发电厂、变电所的电气设备，往往处于电场干扰、磁场干扰等复杂的电磁环境下，而大多项目如绝缘介质损试验，局部放电试验等，容易受干扰的影响，会使试验结果产生较大的偏差，因而在试验时要采取切实可行的措施来排除干扰对试验的影响。

三、试验结果的分析

我们对电气设备做一系列的试捡项目，目的就是通过试验来判定被试设备的运行状态，有无潜伏性故障。那么我们应如何对试验数据进行分析，从而得出结论性的东西呢？一般我们对试验结果做如下处理：

（1）把试验结果与规程、标准比，看是否符合规程标准的要求。在电力系统中，交接试验有交接试验标准，预防性试验有预防性试验标准，对绝大多数产品来说还有国家标准，那么我们做什么试验，就要和什么标准相对照，看试验结果是否符合国家标准和行业标准的要求？试验数据是否在规程标准的范围内？如是，则是正常的。如超出规程、标准的范围，则应找出原因。

（2）把试验结果与历史数据比，有些参数在规程标准中并没有给出合格的绝对值，有些不做规定，有些要求与出厂，或前次试验数据相比较，规定了一个方向或两个方向的变化值。这就要求我们建立完善的设备试验档案，确设备参数的变化规律。

（3）把试验结果与同类设备的试验结果相比较，在电力系统中进行交接或预防性试验时，往往都是对一批设备做试验，这时可把试验结果或数据与同类设备的试验结果相比较，或把其中一相设备的试验结果与另外两相相比较，一般正常的情况下，不会有较大的差别。如差别过大，则应找出原因。

（4）把试验结果进行多种试验项目数据的综合分析，一个试验项目往往不能说明电气设备的真实状态，需要对多个试验项目数据的综合分析，这就要求我们对电气设备能做的试验项目尽量做全，还要求对试验项目分门别类，进行归纳总结，比如属于绝缘类别的项目有哪些？属于设备特性类的项目有哪些？

（5）把试验结果同设备的结构和组成结合起来，要求能尽量的熟悉电气设备的内部结构和材料组成。这样对那些项目反映电气设备的那些部位，哪些参数变化说明哪些部位出了问题？

（6）把试验结果同设备的运行情况结合起来进行分析，设备的状态往往与设备的运行工况有很大关系。如设备绝缘的老化与设备运行时所带负荷的大小、运行时间，特别是过负荷时间有关；绝缘积累效应和放电性故障，与有无近区短路、雷击等异常运行有关；电网异常运行故障性质不同对电气设备造成的损伤也不同，那么反映在试验结果数据也就会有差异，必要时可安排特殊试验项目对电气设备进行试验。