断路器、GIS、电缆耐压2003.doc

二级模块三 断路器、GIS、电缆耐压试验第一讲、交、直流耐压试验的目的意义 在高于工作电压下进行的试验称为破坏性试验。试验时在设备绝缘上加上规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力，因此也叫耐压试验。这类试验所加电压高，考验也比较直接和严格，当然也有可能在试验过程中给绝缘造成一定的损坏。它主要有交流耐压和直流耐压等几种。一、 交流耐压试验的目的意义电力设备的绝缘结构在运行中可能会受到以下四种电压1.工频工作电压绝缘结构在其整个运行过程中，必须能够长期连续地承受工频最高工作电压，通常称之为系统最高运行相电压。2.暂时过电压它包括习惯上所指的工频电压升高和谐振过电压。工频电压升高是由于空载线路的电容效应、甩负荷和不对称接地引起的，谐振过电压则起因于含铁芯的非线性电感元件所引起的铁磁效应或谐振，其幅值较高，持续时间较长，其频率可以是工频基波，也可以是高次或分次谐波。3.操作过电压它是由于电力系统中的断路器动作产生的。这种过电压的波形很不规则，情况不同时变化甚大，可以是衰减震荡波，或是非周期性电压的冲击波。我国电力系统的操作过电压倍数如下：35kV为4.0倍；110220kV为3.0倍；330kV为2.75倍；500kV为2.0倍。4.雷电过电压它是由雷云放电产生的，幅值很高；作用时间很短。雷电过电压往往造成电力设备的绝缘破坏，积极地预防雷电过电压是电力系统安全运行的保证。 总之，我们的电力设备的绝缘结构必须能耐受以上四种电压，这就需要对我们的绝缘裕度进行考验。而之前我们介绍的其他试验方法的试验电压往往都低于电力设备的工作电压，作为安全运行的保证还不够有力。工频耐压试验所采用的试验电压比运行电压高得多，所以它可准确地考验绝缘的裕度，能有效地发现较危险的集中性缺陷。但是交流耐压试验有一重要缺点：即对于固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中一些弱点更加发展，这样，试验本身就会引起绝缘内部的累积效应，加速绝缘缺陷的发展。所以我们首先应在耐压试验之前先进行前几章我们介绍的几种试验。在进行了绝缘电阻测量、介损测试等试验之后，要先对各项试验结果进行综合分析，看看该设备是否受潮或含有缺陷。如若发现存在问题，则需预先进行处理，待缺陷消除后方可进行耐压试验；其次恰当地选择合适的耐压试验电压值是一个重要问题。一般考虑到运行中绝缘的变化，耐压试验的电压值应取得比出厂试验电压低些，而且不同情况的设备应不同对待，这主要由运行经验确定。例如在大修前发电机定子绕组的试验电压常取1315倍额定电压，对于运行二十年以上的发电机，由于绝缘较老，可取13倍额定电压来做耐压试验，但对与架空线路有直接连接的运行二十年以上的发电机，考虑到运行中大气过电压侵袭的可能性较大，为了安全，仍要求用15倍额定电压来做耐压试验。二、直流耐压试验的目的意义直流耐压试验也能确定绝缘的电气强度，与交流耐压试验相比，它的优点是：首先，可使试验设备轻小，也即大容量试品（电缆、电容器等）进行交流耐压试验时，试验设备容量往往过大（为使试验及调压设备轻便，可以采用谐振试验线路以减小电源设备容量）。其次、在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察绝缘内部集中性缺陷。试验的接线同前面介绍的泄漏电流试验相同。图4-1为一台30MW，105kV汽轮发电机各相绕组的直流泄漏电流试验曲线，当试验电压升至14kV时，A相泄漏电流突然急剧增加，经检查，A相端部对绑环有一处放电。图4-1 某汽轮发电机定子绕组各相的 图4-2 气隙中局部放电情况 泄露电流试验曲线第三、直流耐压试验比交流耐压试验更能发现电机端部的绝缘缺陷。其原因是直流下没有电容电流从线棒流出，因而无电容电流在半导体防晕层上造成的压降，故端部绝缘上的电压较高，有利于发现绝缘缺陷。第四、在电力电缆进行直流耐压试验时，通常也利用泄漏值寻找缺陷。当测得三相泄漏值相差过大或增长较快时，可依具体情况提高试验电压或延长耐压时间来发现缺陷。第五、直流耐压试验对绝缘损伤较小，如果被试绝缘中有气泡时，在直流电压作用下，当作用电压较高，以至于在气泡中发生局部放电后，在电场作用下，气泡中的正负电荷将分别反向移动，停留在气泡壁上，如图4-2所示。这样，便使得外电场在气泡里的强度不断减弱，从而抑制了气泡内部的局部放电过程，当正、负电荷慢慢地通过周围的泄漏电流中和后，才会再发生一次放电。如果在交流电场中，每当电压改变一次方向，空间电荷非但不减弱，反而会加强气泡里的电场强度，因而加强了局部放电的发展。不仅如此，作交流耐压试验时，每个半波里都要发生局部放电。这种局部放电会促使油和有机绝缘材料的分解与老化、变质等，并使其绝缘性能降低，扩大其局部缺陷。因此直流耐压试验加压时间可以较长，一般采用510min。当然，直流耐压试验也是有缺点的。由于电力设备的绝缘大多数都是组合电介质，在直流电压作用下，其电压是按电阻分布的，所以交流电力设备在交流电场下的弱点用直流电压做试验就不易被发现。所以，与交流耐压试验相比，直流耐压试验的缺点是：对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。直流耐压试验电压的选取，系参考交流耐压试验电压和交直流下击穿强度之比，并主要根据运行经验来确定。例如：对发电机定子绕组取225倍额定电压；对电力电缆，3KV、 6KV、10kV的取56倍额定电压；20KV、35kV的取45倍额定电压；35kV及以上的则取3倍额定电压。直流耐压的时间可以比交流耐压长些，例如发电机试验时是每级1/2额定电压地分段升高，每阶段停留一分钟，以观察并读取泄漏电流值。电力电缆试验时，在额定电压下持续5分钟，以观察并读取泄漏电流值。第二讲 交流耐压试验接线及试验步骤一、交流耐压试验的试验接线交流耐压试验的接线如图4-3所示：图4-3 交流耐压试验接线图1-刀闸；2熔丝；3-调压器；4-脱口开关；5-试验变压器；6-短路刀闸；7-高压静电电压表；8-保护球隙；9-被试品；-保护电阻；-球隙保护电阻图中3为调压器,5为高压试验变压器。一般用高压试验变压器及调压器产生可调高压，试验电压的波形应接近正弦。调压器应尽量采用自耦式，它不仅体积小，漏抗也小，因而试验变压器激磁电流中的谐波分量在调压器上产生的压降也小，故试验变压器原边电压波形畸变较小，副边电压波形也就接近正弦。如自耦调压器的容量不够，则可以采用移圈式调压器，不过后者的漏抗较大，会使电压波形发生畸变，为改善波形可在试验变压器原边并联一电感、电容串联组成的滤波器把谐波滤去。而试验变压器选择时应注意其高压侧的额定电压应高于被试品的试验电压；其额定输出电流也应大于被试品所需的电流；试验变压器的输出容量应大于试品所需容量，即：(kVA) （4-1）为了限制击穿或放电时的短路电流，防止耐压试验时在高压侧出现振荡，回路中串有保护电阻R1。保护电阻R1的值不应太大或太小。太小起不到保护作用，太大又会使正常工作时由于负载电流而产生较大压降与功率损耗。根据实际经验一般取R1为0.1/V，并应有足够的容量。通常可利用线绕电阻或水阻作为保护电阻，与高压试验变压器接地端串联的电流表起监视被试绝缘状况的作用。短路刀闸6是保护电流表的。为得到较好波形，试验电源最好用线电压。进行交流耐压试验时，被试品一般均属电容性的，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在线圈上会产生漏抗压降，使变压器高压侧电压发生升高现象，此即电容效应。这时变压器高压侧电压高于按变比换算的电压，而且低压侧与高压侧之间的电压有相角差，如果试品的容抗一旦与试验变压器的漏抗发生串联电压谐振，则电压升高现象更为显著。从电机学中可知，变压器的简化等值电路如图4-4所示。电路中r是变压器电阻，XL是变压器漏抗，Cx为被试品电容。这样，电路就成为一简单的RLC串联回路。显然，由于Cx上的电压和XL上的电压相位差180，如图4-5所示，可以看出被试品上电压UCx会比电源电压U1高。由于电容效应的存在，就要求直接在被试品两端测量电压。图4-4 试验变压器在耐压试验时简 图4-5 电容效应引起的电压升高化等值电路图 那么，我们是如何直接在被试品两端测电压呢？为使测量准确，通常用7所示的电压互感器或高压静电电压表进行测量。而在被测的电压较高，不能直接用指示仪表测量时，通常采用电容分压器测量，在测量时应对其变比予以校准。8为保护球隙，我们将球隙8的放电电压调至耐压试验电压的11倍，这是为了防止被试品因误操作或谐振过电压时试品上出现超过试验的电压而被损坏。此外还可用球隙测量工频高压，球间隙装置简单，能直接测出被测的量，有足够的准确度（误差不超过3）。所以在高压测量中应用得非常普遍。我国的国家标准把球隙作为测量工频高压的基本设备。球隙测量高压的缺点是：通过放电才能进行测量，由于气体放电的分散性，一般需要几次放电才能获得较准确的数值。放电使高压回路突然短路，对设备和试品都不利。再一点是影响气体放电的因素较多，掌握不好不易得到稳定的结果。而且为使测量结果比较准确，要求球隙周围较大的空间内无其它物体，使试验场地面积很大。利用球间隙测量高压，需要注意的事项有二：一是关于球隙的选择和布置，二是大气条件对放电的影响。球间隙所构成的电场为稍不均匀电场时，放电才比较稳定。我们就是利用这一特点来测量高压的。只有当球电极之间的距离与球的直径保持一定的比例时，才构成稍不均匀电场，使放电分散性较小。但是，同样的球电极在测量较高电压时，间隙距离将相应地增加，在测量更高电压时为保持球电极之间仍是稍不均匀电场，就应采用更大直径的球电极。当然，采用过大的球电极使设备费用和试验场地都大大增加也是不恰当的。所以根据被测电压的大小选择合适的球电极，或者对于一定大小的球电极有一合适的使用范围，这是相当重要的。通常以SD不大于0.75为限。其中S为球电极间距离，D为球电极直径。在SD0.5，且满足其它条件时，能使测量准确度在3以内。当SD0.75以后不仅放电分散性增加，而且周围物体对球间隙电场的分布也将有较显著的影响。球电极与被测电压上限的关系可参照高电压试验标准。除了球电极使用范围之外，对周围物体如地面、墙壁、高压引线及其它物体的距离也有一定要求。通常这个距离与球电极直径大小有关。此外对球电极本身结构如球柄直径、表面状况等都有相应规定。球间隙是利用气体介质放电来进行测量的，所以应注意大气条件对测量结果的影响。标准的球隙放电电压是指标准大气条件下，即大气压力760mmHg（101.3 kPa），周围气温20。如果实际测量时大气条件与标准条件不同时，应予以校正。由于在均匀或稍不均匀电场中，湿度对放电电压的影响不大，因此一般不需校正。在使用中，通常由球隙放电时的球隙距离，在相应的放电电压表中查出标准大气条件下的放电电压值U。，同时由试验时的大气条件算出值，由此可得实际测量时，球隙的放电电压UU。，该电压即为被测高压值。此外，球间隙周围空气的污染情况也应注意。如放电前球电极表面沉积的尘埃，将会使放电数值不稳定。为此，除应注意试验场地环境清洁外，在利用球隙进行测量之前，应使球隙放几次电直到放电电压达到稳定值，然后开始正式记录数据。测量一个电压时，应在球隙上连续放电三次，每次间隔时间不得少于一分钟。以三次放电电压的算术平均值作为球隙放电电压，每个放电电压值与平均值之差不得大于3等等，这些措施都是为了保证测量结果较近于真正的被测电压值。利用球间隙测量高压时，还须在带电球极与高压引线间串入一个电阻，来限制和削弱球隙放电时由于振荡造成的过电压，并且防止球电极表面被烧坏。该电阻值可取0105V。球隙放电时，绝大部分高压将降落在保护电阻两端，因此它应有足够长度，以防止发生沿面闪络。电阻一般采用水阻，此保护电阻一般不宜拆除或测量时兼作它用。二、交流耐压试验步骤1.应对试验现场设好围栏，挂好标志牌，并派专人监视；2.试验前应将被试设备的表面擦拭干净；3.调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的110%120%，连续试验三次，应无明显差别，检查过流保护装置动作的可靠性；4.按试验接线图接好线后，检查调压器是否在“零位”，调压器3应从零升压，在试验电压以下可以稍微快一点，以后则应徐徐均匀升压，一般应在20秒钟内升至试验电压值。试验过程中要注意电压表及其他表计的变化，一旦发现异常应立即降压。5.升压至试验电压后，加压一分钟。规定这个时间是为便于观察被试品的情况；同时也是为使已开始击穿的缺陷来得及暴露出来。耐压时间不能超过一分钟，以免使绝缘击穿。6.加压一分钟后，缓慢降低电压；7.试验结束后，要先放电，再拆线。第三讲 直流耐压试验接线及注意事项一、直流耐压试验的试验接线 直流耐压试验的接线图与泄漏电流测试相同，比交流耐压试验多一个高压硅堆整流装置，其目的是把交流高压转变为直流高压。根据变压器、电容器、硅堆等元件参数可以组成不同的整流电路，其中常用的有半波整流电路、倍压整流电路和串级整流电路等。 基本的半波整流电路如图4-6所示。整流元件D的额定电压是指允许加在整流元件上的最大反向电压的峰值。对于容性负荷(般高压绝缘试验大多为容性负荷)，则输出整流电压的最大允许峰值仅为整流元件额定电压的半。整流元件D的额定电流，是指允许长时间通过整流元件的直流电流(平均值)。如果通流时间很短，则整流元件有一定的过载能力。以额定电流为150mA的硅堆为例，其允许过载特性如图4-7所示。被试品击穿或稳压电容G初始充电时，有可能造成超过允许的过流。为了防护这种过流情况，通常应在整流元件前图4-6 半波整流电路图T-高压试验变压器； D-整流元件； C-稳压电容；-被试品； -保护电阻； -限流电阻图4-7 当时硅堆的过载特性面串联一保护电阻，其阻值的选择应满足保护的要求。对于额定电流较大，持续运行时间较长的情况，为了减少保护电阻中的压降和功率损耗，也可与过电流继电器、快速熔断器等配合，以减小保护电阻的值。过电流时继电保护切断电源的时间一般考虑为0.5s,如缺乏整流元件确切的过载特性曲线，则可以估计，对应于0.5s的允许电流。图4-6中的作用是：当被试品击穿时，限制电容C的放电电流。 国家标准规定：直流试验电压系指其算术平均值。直流电压的脉动幅值是最大值与最小值之差的一半。脉动因数为脉动幅值与算术平均值之比。一般规定加于被试品上的直流试验电压的脉动因数应不大于3。图4-8倍压整流电路之一图4-6所示的半波整流电路的脉动因素为：式中负载(被试品)两端的平均电压； 流过负载的平均电流； 电源频率。 如欲得更高的电压并充分利用变压器的功率，则可采用如图4-8所示的电路。如电源变压器输出电压峰值为，则被试品上可以得到对称的电压，其峰值最大可达。 应该注意，达种电路中被试品的两极都不允许接地，必须将被试品的两极对地绝缘起来，其耐压值分别达和。这在实际工作中常常是很不方便的，有时甚至是不可能的，欲避免此缺点，可采用如图4-9所示的电路。此时被试品可以有一极接地，但电源变压器高压绕组出线端A对地绝缘应耐，而出线端B的对地绝缘应耐+,这就不能采用通用的一端接地的试验变压器，所以，仍然是不够理想的。图4-9 倍压整流电路之二图4-10 倍压整流电路之三 被试品和变压器均允许有一极接地的倍压整流电路如图4-10所示。下面简要地阐述这种电路的工作原理。假定电源电势为负半波时开始，当电源电势为负时，整流元件闭锁，导通；电源电势经、使电容充电，B端为正，A端为负；电容上最大可能达到的电位差为接近于U；此时B点的电位接近于地电位。当电源电势由逐渐升高时，B点的电位也随之被抬高，此时便闭锁。当B点的电位比J点为正时(开始时，尚未充电，J点电位为零)，导通，电源电势经、向充电，J点电位逐渐升高(对地为正)。当电源电势由+U逐渐下降，B点电位即随之降落。当B点电位低于J点电位时，整流元件便闭锁。当B点电位继续下降到对地为负时，导通，电源电势再经使充电。以后即重复上述过程。如果负荷电流为零且略去整流元件的压降，则理论上，最后B点电位将在0+2U范围内变化，而J点的电位将达+2U。 上述电路，均只能得到倍压。如欲得更高的电压，可采用串接整流电路如图4-11所示，它实际上就是图4-10电路的迭加。 采用这种电路需注意两点： (1)串接级数增加时；压降和脉动度增大甚烈。 (2)当被试品击穿时，除右边电容柱(串联)经对已击穿的被试品放电外，左边电容柱(串联)也将经、对已击穿的被试品放电，这就要求保护电阻的值应有足够大，以保证流过和的放电电流对和无损。图4-11 串接整流电路二、直流高压的测量直流高压的测量方法有三种，一是高阻器与微安表串联的测量系统；二是电阻分压器与低压电压表的测量系统；三是高压静电电压表。1.高阻器与微安表串联的测量系统如图4-12所示。图中R1、R2组成的电阻分压器，在直流电压作用下没有电容电流，所以电阻分压器R1中只有电流I流过，若R1为分压器的高压臂电阻，R2为低压臂电阻，则U1I R1电流I一般用微安表测量。如用静电电压表测量，则 （4-2）其中分压比是图4-12 高阻器与微安表串联测量直流高压的原理接线图R1数值的选择视被测电压大小而定，一般取流过R1的电流为数百微安至1毫安。R1值太高会造成测量误差，因高电压下高压臂会有电晕电流，沿绝缘材料的泄漏电流等（均是微安级）使上二式发生误差。若R1中的工作电流大大超过杂散电流，则这种杂散电流的影响便可不计。2.电阻分压器与低压电压表测量系统 如图4-13所示：图4-13 电阻分压器与低压电压表测量系统-高压臂电阻 -低压臂等效电阻 L-同轴电缆 M-测压仪表电阻分压器的高压臂实质上也是高阻器，其低压臂的电阻较小，它的两端跨接电压表，用来测量直流试验电压。若低压电压表的指示值为，分压器的分压比为,则被测的直流试验电压为可按进行选择，的数值由、及确定。即 （4-3）根据所接电压表的形式可测量出直流电压的算术平均值、有效值或最大值。3.高压静电电压表。高压静电电压表是测量直流电压均方根值的一种很方便的仪表，用它有可以直接测量几伏到几百千伏的直流电压。它的优点是：内阻大，基本上不吸收功率。当电压脉动因素不超过20%时，可以认为有效值与算术平均值是接近相等的。合格的静电电压表是能够满足上述对电压平均值测量准确度的要求的，只是它不能测量电压的脉动。 三、直流高压试验注意事项 对直流高压试验来说，特别需要注意：试验装置应能在试验电压下供给被试品的泄漏电流、吸收电流、内外局部放电电流及被试品击穿前瞬时临界泄漏电流的需要，不得引起过大的内部压降以至使测量结果造成较大的误差。应该估计到：某些被试品在击穿前瞬时的临界泄漏电流是相当大的，例如，极不均匀电场长气隙击穿或沿面闪络，特别是湿污状态下的沿面闪络，击穿前瞬时的临界泄漏电流将达安培级。在这样大的泄漏电流下，如欲不至引起过大的动态压降，最根本和有效的措施是增大交流电源的容量，同时要安装适当电容量的滤波电容器。 对绝缘作直流耐压试验时，为避免在电源合闸的过渡过程中产生过电压，应从相当低的电压值开始施加电压。在75试验电压值以下时，应以均匀速度缓慢地升高电压，以保证试验人员能从仪表上精确读数。超过75试验电压值后，应以每秒2试验电压的速度上升到100试验电压值，在此值下保持规定时间后，切除交流电源，并通过适当的电阻使滤波电容器放电。 对电压的极性或正、负极性电压施加的次序，在有关的标准中有规定，一般规定为：如确认某一极性对绝缘作用较严重，可只做这一极性的耐压试验。 直流耐压试验完毕后，首先应切断高压电源，一般需待试品上的电压降至一半的试验电压以下，将被试品经电阻接地放电，最后直接接地放电。对于大容量试品，需放电5min以上，以使试品上的充电电荷放尽。另外，对附近的电力设备有感应静电电压的可能时，也应予以放电或事先短接。对于现场组装的倍压整流装置，要对各级电容器逐级放电后，才能进行更改接线或结束试验，拆除接线。四、直流耐压试验步骤直流耐压试验的试验步骤同交流耐压。只是，它经常与泄漏电流试验同时做。第四讲 电缆的耐压试验第五讲 GIS现场交流耐压试验1.现场耐压试验的必要性和有效性 GIS在工厂整体组装完成以后进行调整试验，在试验合格后，以运输单元的方式运往现场安装工地。运输过程中的机械振动、撞击等可能导致GIS元件或组装件内部紧固件松动或相对位移。安装过程中，在联结、密封等工艺处理方面可能失误，导致电极表面刮伤或安装错位引起电极表面缺陷；空气中悬浮的尘埃、导电微粒杂质和毛刺等在安装现场又难以彻底清理；国内外还曾出现将安装工具遗忘在GIS内的情况。这些缺陷如未在投运前检查出来，将引发绝缘事故。出于试验设备和条件所限，早期的GIS产品多数未进行严格的现场耐压试验。事故统计表明，虽然不能保证经过现场耐压试验的GIS不会在运行中发生绝缘事故，但是没有进行现场耐压试验的GIS却大都发生了事故，因此国内外近年来已取得共识。GIS必须进行现场耐压试验。GIS的现场耐压可采用交流电压、振荡操作冲击电压和振荡雷电冲击电压等试验装置进行。交流耐压试验是现场GIS耐压试验最常见的方法，它能够有效地检查内部导电微粒的存在、绝缘子表面污染、电场严重畸变等故障；雷电冲击耐压试验对检查异常的电场结构(如电极损坏)非常有效。由于GIS导电部分对外壳的等值电容较大，现场一般采用振荡雷电冲击电压试验装置进行；操作冲击电压试验能够有效地检查内部GIS存在的绝缘污染、异常电场结构等故障，现场一般也采用振荡型试验装置。目前，由于试验设备和条件所限，现场一般只做交流耐压试验，因此，本节主要介绍GIS现场交流耐压试验。2.现场交流耐压试验设备目前的GIS现场交流耐压试验一般采用三种试验设备，即工频试验变压器、调感式串联谐振耐压试验装置和调频式串联谐振耐压试验装置。工频试验变压器由于其设备庞大笨重现场运输困难，一般仅适宜于在现场进行110kV电压等级的GIS，且试验过程中若被试品发生闪络或击穿，短路电流极易烧伤被试品。自从有了串联谐振耐压试验装置以后，现场已很少再使用工频试验变压器做耐压设备。调感式串联谐振耐压试验装置采用铁芯气隙可调节的高压电抗器，其缺点是噪音大、机械结构复杂、设备笨重、运输困难，但试验电压频率一般为工频。调频式串联谐振耐压试验装置采用固定的高压电抗器，试验回路由可控硅变频电源装置供电，频率在一定范围内调节，其特点是尺寸小、质量轻、品质因数高，可带电磁式电压互感器同时试验，无“试验死区”，但试验电压频率非工频，且由于变频电源装置内电子元器件很多，其可靠性稍差。随着电子技术的进步，其可靠性已大大提高。目前国内外大多采用调频式串联谐振耐压试验装置进行现场GIS交流耐压试验。(1)串联谐振耐压试验装置的原理图4-16所示为串联谐振试验回路的原理图，试品上电压和电源电压的关系为： (4-5)当调节电源频率或电抗器电感使回路达到谐振条件，即时 （4-6） （4-7）式中 谐振回路的品质因数。 串联谐振耐压试验装置的质量轻，品质因数Q较高，可达50以上，所需电源容量仅为工频试验变压器的1Q。被试品闪络击穿时，回路的电流仅为试品击穿前回路电流的1Q，对被试品的破坏小，同时输出电压波形好。图4-16 串联谐振试验回路原理图C-被试品电容； L-高压电抗器的电感； R-回路中等值电阻；-电源电压； -试品上电压图4-17 调感式串联谐振耐压试验装置结构原理图TR-调压器； T-输出变压器； L-可调电抗；、-分压器； -被试品(2)串联谐振耐压试验装置的结构原理调感式串联谐振耐压试验装置结构原理如图4-17所示。图中，是被试品GIS的等值电容和分压器的等值电容C之和，L是电抗器的电感量。当调节电抗器使 （4-8）时电抗上的压降在数值上等于电容上的压降，即 （4-9）试验回路电流为 （4-10）输出变压器T供给的电压大小由回路品质因数Q值确定，其值为： （4-11） （3）调频式串联谐振耐压试验装置。调频式串联谐振耐压试验装置结构原理如图4-18所示，当调节变频柜输出电压频率达到谐振条件，即 （4-12）时，各参数同样满足式（4-8）式（4-11）。图4-18 调频式串联谐振耐压试验装置结构原理图FC-变频电源柜； T1-输入变压器； T2-输出变压器；L-固定高压电抗器； 、-分压器； -被试品3.现场交流耐压试验程序(1）被试品要求GIS应完全安装好，气体充气到额定密度，已完成主回路电阻测量、各元件试验以及气体微水含量和检漏试验。所有电流互感器二次绕组短路接地，电压互感器二次绕组开路并接地。交流耐压试验前，应将下列设备与GIS隔离开来：a)高压电缆和架空线；b)电力变压器和大多数电磁式电压互感器(若采用调频式串联谐振耐压试验装置，试验回路经频率计算不会引起磁饱和，且耐压标准一样，也可以与主回路一起做耐压)；c)避雷器和保护火花间隙。GIS的每一新安装部分都应进行耐压试验，同时，对扩建部分进行耐压时，相邻设备原有部分应断电并接地。否则，对于突然击穿给原有部分设备带来的不良影响应采取特殊措施。(2）试验电压的加压方法试验电压应施加到每相导体和外壳之间，每次一相，其他非试相的导体应与接地的外壳相连，试验电压一般由进出线套管加进去，试验过程中应使GIS每个部件都至少施加一次试验电压。同时，为避免在同一部位多次承受电压而导致绝缘老化，试验电压应尽可能分别由几个部位施加。现场一般仅做相对地交流耐压，如果断路器和隔离开关的断口在运输、安装过程中受到损坏，或已经过解体，应做断口交流耐压，耐压值与相对地交流耐压值可取同一数值。若GIS整体电容量较大，耐压试验可分段进行。(3）交流耐压试验程序GIS现场交流耐压试验的第一阶段是“老练净化”，其目的是清除GIS内部可能存在的导电微粒或非导电微粒。这些微粒可能是由于安装时带入没清理干净，或是多次操作后产生的金属碎屑，或是紧固件的切削碎屑和电极表面的毛刺而形成的。“老练净化”可使可能存在的导电微粒移动到低电场区或微粒陷阱中和烧蚀电极表面的毛刺，使其不再对绝缘起危害作用。“老练净化”电压值应低于耐压值，时间可取数分钟到数十分钟。第二阶段是耐压试验，即在“老练净化”过程结束后进行耐压试验，时间为1min。试验程序可选用如图4-19所示三种，现场的具体实施方案应与制造厂和用户商议。图4-19中，(a)、(b)、(c)为三种不同的加压程序图。(4）现场耐压试验的判据如果GIS的每一部件均已按选定的完整试验程序耐受规定的试验电压而无击穿放电，则认为整个GIS通过试验。在试验过程中如果发生击穿放电，则应根据放电能量和放电引起的各种声、光、电、化学等各种效应以及耐压试验过程中进行的其他故障诊断技术所提供的资料进行综合判断。遇有放电情况，可采取下述步骤：a)施加规定的电压，进行重复试验，如果设备或气隔还能经受，则该放电是自恢复放电。如果重复试验电压达到规定值和规定时间时，则认为耐压试验通过。如果重复试验再次失败按b)项进行。b)设备解体，打开放电气隔，仔细检查绝缘情况。再一次进行规定的耐压试验。(5）GIS耐压试验击穿故障的定位方法若GIS分段后进行耐压试验的进出线和间隔较多，而试验过程中发生非自恢复放电或击穿，仅靠人耳的监听来判断故障发生的确切部位将比较困难，且容易发生误判而浪费人力、物力和对设备造成不必要的损害。目前国内外一般采用基于监测耐压试验过程中放电产生的冲击波而引起外壳振动的振动波的原理研制的故障定位器，以确定放电间隔。每次耐压试验前，将探头分别安装在被试部分，特别是断路器、隔离开关、母线与各间隔的连接部位绝缘子附近的外壳上。若有的间隔由于探头数量有限未安装，但有放电或击穿发生而监测装置未预报，则应根据监听放电的情况，降压断电后移动探头，重新升压直到找到放电或击穿部位。图4-19 交流耐压试验程序图现场交流耐压试验电压值系统额定运行交流电压第六讲 断路器耐压试验 模块1 断路器耐压试验【模块描述】本模块介绍断路器耐压试验的方法和技术要求。通过试验工作流程的介绍，掌握断路器耐压试验前的准备工作和相关安全、技术措施、试验方法、技术要求及测试数据分析判断。一、试验目的交流耐压试验是鉴定设备绝缘强度最有效和最直接的试验项目。对断路器进行耐压试验的目的是为了检查断路器的安装质量，考核断路器的绝缘强度。（一）工频试验变压器的选择1. 工频试验变压器（1）电压选择。根据被试品的试验电压，选用具有合适电压的工频试验变压器。试验电压较高时，也可采用多级串接式试验变压器，并检查试验变压器所需低压侧电压是否与现场电源电压、调压器相配。（2）电流选择。电流可按下式计算I=CxU式中I试验变压器高压侧应输出的电流，mA; 角频率，=2f; Cx被试品电容量，F，Cx可以从测tan中得到或根据制造厂资料； U试验电压，KV。（3）容量选择。相应求出试验所需电源容量，计算式为 P=CxU2103 (KVA)在试验时，按P值选择试验变压器容量，一般不得超负荷运行。 2调压器选用接触式单相调压器，要求：波形畸变小和阻抗电压低；从零起升压，能实现连续、平稳调压；容量按下式计算P0=0.751P式中 P0调压器容量，kVA； P试验变压器容量，kVA。 3保护电阻 保护电阻R1，一般取0.10.5V，并应有足够的热容量和长度。与保护球隙串联的保护电阻R2，其电阻值通常取1V。 4电压表 试验电压必须在高压侧测量，并以峰值表为准(峰值表读数除以2)。因此，选用数字式、多量程峰值电压表。5分压器 选用相应电压等级的电容分压器。 (二)串联谐振耐压装置 1调感式串联谐振耐压试验装置 调感式串联谐振耐压试验装置原理接线，如图 图中，被试品的等值电容与分压器的等值电容之和为Cx, L上是电抗器的电感量。当调节电抗器使感抗等于容抗： （4-8）此时电感上电压与电容上电压大小相等，方向相反。电抗上的压降在数值上等于电容上的压降，即 （4-9）试验回路电流为 （4-10）输出变压器T供给的电压大小由回路品质因数Q值确定，其值为： （4-11）此时串联谐振耐压电源实验容量应大于： S=U2CxQ 2.调频式串联谐振耐压试验装置。调频式串联谐振耐压试验装置结构原理如图4-18所示，当调节变频柜输出电压频率达到谐振条件，即 （4-12）时，各参数同样满足式（4-8）式（4-11）。图4-18 调频式串联谐振耐压试验装置结构原理图FC-变频电源柜； T1-输入变压器； T2-输出变压器；L-固定高压电抗器； 、-分压器； -被试品根据被试断路器实验电压值及电容量选择串联谐振耐压试验装置、电抗器及试验电源。三、危险点分析及控制措施 1防止高处坠落 使用梯子应有人扶持或绑牢，在断路器上作业应系好安全带。 2防止高处落物伤人 高处作业应使用工其袋，上下传递物件应用绳索拴牢传递，严禁抛掷。 3防止工作人员触电 拆、接试验接线前，应将被试设备对地放电。加压前应与检修负责人协调，不允许有交叉作业。 工作人员应与带电部位保持足够的安全距离。试验人员之间应口号联系清楚，加压过程中应有人监护 并呼唱。试验仪器的金属外壳应可靠接地，仪器操作人员必须站在绝缘垫上。 四、测试前的准备工作 1了解被试设备现场情况及试验条件 查勘现场，查阅相关技术资料，包括该设备历年试验数据及相关规程等，掌握该设备运行及缺陷情况。 2测试仪器、设备准备 选择合适的试验变压器及控制台、串联谐振耐压装置、保护电阻、球隙、电容分压器、数字多量程峰值电压表、绝缘电阻表、放电棒、绝缘操作杆、接地线、高压导线、万用表、温(湿)度计、电工常用工具、白布、安全带、安全帽、试验临时安全遮栏、标示牌等，并查阅测试仪器、设备及绝缘 工器具检定证书的有效期。 3办理工作票并做好试验现场安全和技术措施向其余试验人员交代工作内容、带电部位、现场安全措施、现场作业危险点，明确人员分工及试验程序。 五、现场测试步骤及要求 (一)试验接线(1)断路器工频耐压试验原理接线，如图所示。(2)断路器耐压试验接线如下图所示。油断路器耐压试验应在合闸状态导电部分对地之间和在分闸状态的断口间分别进行。对于三相共箱式的油断路器应作相间耐压，试验时一相加压其余两相接地；对瓷柱式SF6定开距型断路器只做断口间耐压。SF6罐式断路器耐压试验方式应为合闸对地，分闸状态两端轮流加压，另一端接地。 (二)试验步骤 (1)将被试断路器接地放电，拆除或断开断路器对外的一切连线。 (2)测试绝缘电阻应正常。 (3)按图进行接线，榆查试验接线正确、调压器在零位后，不接试品升压，将球隙的放电电压整定在12倍额定试验电压所对应的放电距离。 (4)断开试验电源，降低电压为零，将高压引线接上试品，接通电源，开始升压进行试验(当采用串联谐振试验装置时，在较低的激磁电压下调谐电感或频率找谐振点；当被试品上电压达到最高时，即达到试验回路的谐振点，可以开始升压进行试验)。 (5)升压必须从零(或接近于零)开始，切不可冲击合闸。升压速度在75试验电压以前可以是任意的，自75电压开始应均匀升压，约为每秒2试验电压的速率升压。升压过程中应密切监视高压回路和仪表指示监听被试品有何异响。升至试验电压，开始计时并读取试验电压。时间到后，迅速均匀降压到零(或13试验电压以下)，然后切断电源，放电、挂接地线。试验中如尤破坏性放电发生则认为通过耐压试验。(6)测试绝缘电阻，其值应允明显变化(般绝缘电阻下降不大于30)。 六、试验注意事项 (1)进行绝缘试验时，被试品温度应不低于+5。户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高