《高电压实验理论》PPT课件.ppt

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,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,一、高压试验变压器（主要设备） 1、作用 （1）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电压下是否可靠工作； （2）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必需高压电源设备； （3）可以产生“长波前”的操作波电压,2、接线,3、试验变压器与电力变压器区别 （1）运行条件方面比电力变压器有利； 耐压情况、大气过电压、容量、温度 散热 （2）重要性方面不如电力变压器 放电允许情况 4、结构形式 一般采用油浸式，空气和干式较少采用 包括金属壳和绝缘壳两种，前者分为单套管和双套管,5、主要参数 电压和容量,（1）电压 一般都限制在1000kv以下，因为单台的体积和容量都按额定电压的立方上增； （2）容量 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,二、串级高压试验变压器 1、使用原因 单台超过500kv时，费用随电压迅速增加，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。 2、接线,3、优缺点 优点： （1）单台电压不必过高300500kv （2）单独使用 （3）坏了一台，其它能用 （4）可供三相试验。 缺点： （1）当串联台数大于四台时，效率降低 （2）过电压时，瞬时电压分布不均匀,三、调压装置 1、常见设备 自耦调压器：滑动碳刷、滚动触头 移圈式调压器：没有触头，二次侧是绕向相反线圈串联 电动发电机组：电动机发电机转子激磁电流发电机输出电压 2、基本要求 （1）从零开始，均匀平滑 （2）升压速度在放电电压前75%较快速度 后25%每秒不超过放电电压的2% （3）输出电压波形为正弦波 （4）工作状态要稳定,3、 “容升” 现象 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 四、交流高压串联谐振 1、使用原因：对于大静电容量试品，如电缆或者是容量大于300MW的发电机，没有对应容量的试验变压器 2、原理：利用L_C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为减少,3、原理图、等效电路图及公式推导 定义谐振回路的品质因数Q,一般在4080，使得试品试验电压远高于电源电压,4、调谐电感调谐变压器组合 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。 5、其它谐振装置 调感、调容、调电源频率 6、特点 （1）供电变压器和调压器的容量可以很小； （2）电压输出波形好，只对一种频率谐振 （3）耐压中发生闪络，谐振消失，高压消失，电弧熄灭,交流高电压的测量,1、测量方法 常规是电压互感器和电压表 实验室测量方法 （1） 测量球隙气体放电来测量未知电压的峰值； （2）利用高压静电表测量电压有效值 （3）利用分压器作为转换装置测量交流电压 （4）利用整流电容电流测量交流电压峰值 （5）利用整流充电电压测量交流电压峰值 （6）利用光电系统测量交流电压,2、测量球隙稍不均匀电场 标准表，紫铜和黄铜构成，保护电阻 优点：峰值，结构简单 缺点： （1）测量时必须放电 （2）测量稳态电压要做校正曲线 （3）制定大气条件 （4）测电压越高，球径越大 （5）不宜室外使用，灰尘、砂土、纤维,3、静电电压表 （1）定义 两个电极加压时，充满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 （2）类型 绝对仪静电电压表：计算出电压值，不需 校正 非绝对仪静电电压表：工程用，需要其他仪表校正,直流高电压的产生设备,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、超高压直流输电设备 产生方法：由整流设备转换 1、高压硅堆 组成：数个乃至数十个整流二极管串联封 装而成 优点：体积小、重量轻、机械强度高、使用简便、无辐射 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，原因与绝缘子串类似,倍压电路：输出2Um 直流高压串级发生器：输出2nUm,直流高电压的测量设备,1、测量方法 由高欧姆电阻组成电阻分压器，低压表测 由高欧姆电阻串联直流微安表测平均值 2、电阻分压器 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 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 桥式电阻分压器,冲击高电压的产生设备,1、冲击电压发生器 作用：模拟大气过电压、操作过电压、截 断波，破坏取决于幅值和波前陡度 几种波形：雷电波（全波、截波） 操作冲击电压波（波前、波尾 比雷电波大） 结构：电容器串联放电获得高压，每台电容器 有不同电位，放在相应的位置上，户外、 户内，固定、移动，结构分阶梯式、塔 式、圆筒式,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,1、测量方法 包括峰值测量和波形记录两方面（纳秒） （1）测量球隙 （2）分压器与数字存储示波器组成的测量系统 （3）微分积分与数字存储示波器组成测量系统 （4）光电测量系统 2、冲击高电压分压器 组成：高达几十万伏或几百万伏的冲击高压转换成 示波器等记录仪能够测量的低电压 分类：电阻分压器：极限电压2MV，雷电冲击电压 电容分压器：测量操作冲击电压 阻容分压器：串联形式多,接线： 产生电压系统 测量电压系统,3、高压示波器（很少使用） 4、数字存储示波器 特色：把一次过程被测波形在屏幕上“锁住”， 而且还可以存储内存，用于计算机分析 结构：D/A示波器 数字码计算机 5、光电测量系统 优点：提高测量仪器及工作人员安全，减弱 射线干扰和寄生信号对测量回路干扰； 缺点：稳定性较差 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,1、冲击电流发生器 定义：绝缘击穿时，流过的大电流伴随热和力的 破坏作用，而产生模拟大电流的设备 分类：指数波和方波 基本原理：许多电容器并联放电产生大电流 2、冲击电路测量 测量主要是峰值和波形 方法：分流器和数字示波器 分流器：低阻值和极低电感值的电阻器 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,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,1、定义 绝缘电阻、吸收比 2、原理 直流电压，60s 3、工具 兆欧表：机械式一摇两圈三端子 数字式电源键- 两者区别：前者接线路L端应该是在摇匀后接入； 后者先接线，在加压,4、原理接线,5、操作步骤 检验摇表是否指零或者无限大。 将被试品表面擦拭干净。 按照实验原理接线图先将G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位置，以均匀恒定转速转动摇表的手柄（约120转/分），这时候将L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不再继续上升，读取绝缘电阻值 再作吸收比实验时，开始计算时间的时刻是在将L线路侧接到高电位的时刻开始，分别记录15s和60s的绝缘电阻值,读数结束后，撤掉L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表反充电而使摇表受到损伤。 用放电棒接触被试品的高电压侧，对其放电。 将摇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弄脏在作此实验。 *数字式兆欧表均为按键操作,6、注意事项 （1）试验电压的选择 （2）测前断开连线，对被试品充分放电 （3）读数后，先断回路，再断电源 （4）记录温度，换算，温度升高，绝缘电 阻降低，吸收比降低。 7、数据分析 （1）绝缘电阻与规程数据比对；与出厂、 交接、历年试验比较不应明显降低 （2）吸收比K值与1.3作比对 （3）局限性能发现设备中贯穿性导电通道、受 潮、表面脏污，此时R显著下降； 不能发现绝缘中局部损坏、裂缝等,二、直流泄露及直流耐压试验,1、定义及实验原理 泄露电流、原理与绝缘电阻相同，与其区别是“三电压一电流”，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 2、试验接线 微安表在高压侧：准确；但需屏蔽，读数 不方便，适合被试品一端接地 微安表在低压侧：读数方便，适合被试品不接地,3、微安表保护 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，试品有可能击穿，击穿后短路电流将微安表烧毁 方式：短接开关 4、数据分析 （1）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，与标准曲线进行比对； （2）测量值应小于规定值 （3）与历年试验结果比较 5、直流耐压试验与泄露一起做，代替交流耐压 原因：容量、局放、缺陷 关键：确定等价关系 时间510m,三、介质损耗角正切值tg试验,1、定义 反应损耗大小 2、原理 串并联得出P与tg成正比例关系 3、测量工具 电桥：老式（两桥臂）、新式（三桥臂） 4、干扰及消除方法 电场干扰加屏蔽、移相电源和倒相法 磁场干扰很少，桥体本事极性开关 现在都做到箱体里面,5、注意事项 （1）尽可能分部测试 （2）测量应选取合适温度 （3）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 （4）测量绕组的tg时，必须将其首尾短接 （5）注意消除被试品表面泄露电流