高电压技术概要.ppt

什么是绝缘的高电压试验？在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。,第五章绝缘的高电压试验,特点：,具有破坏性试验的性质。一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避免或减少不必要的损失。,难点问题：,由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，要获得各种符合要求的试验用高电压越来越困难，这是高电压试验技术发展中首先需要解决的问题。,本章主要内容：,本章介绍产生各种试验电压的高电压设备、各种高电压的测量方法以及绝缘高电压试验的接线和实施方法。,第一节工频高电压试验,工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。本节主要介绍工频高电压的产生原理和工频高压试验的基本接线图。,一、工频高电压的产生,通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用的工频高电压。工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的设备基础部件。,（一）高压试验变压器6特点,试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小试验过程中要严格限制过电压。例如：500750kV试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高1015。,额定电压高而容量不大,试验变压器高压侧电流和额定容量都主要取决于被试品的电容。,（5-1）,（5-2）,外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。,单套管式试验变压器：额定电压一般不超过250300kV双套管式试验变压器：最高额定电压达750kV,试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。,试验变压器的接线与结构示意图如51。,(二)试验变压器串级装置,变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。当所需的工频试验电压很高（例如超过750kV）时，再采用单台试验变压器来产生在技术和经济上不合理。大于1000kV时，采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。,由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图5-2所示。,T2的容量为,T1的容量为,显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也相同，但它们的容量和高压绕组结构都不同，因而不能互换位置。,整套串级装置的制造容量为,串级装置的输出容量却只有,因而装置的容量利用率,（5-3）,级串级装置的容量利用率,试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的固有缺点。因而通常很少采用的方案。,二、工频高压试验的基本接线图,工频耐压试验的实施方法：,按规定的升压速度提升作用在被试品TO上的电压，直到它等于所需的试验电压为止。保持1分钟，没有发现绝缘击穿或局部损伤，可认为合格通过。,小结,本节主要介绍了工频高电压的产生方法及其装置。高压试验变压器的六大特点。当所需试验电压很高时，常采用串级装置来产生所需高压。工频高电压试验的基本接线图和实施方法。,被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流高电压试验来代替工频高电压试验。直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。,第二节直流高电压试验,一、直流高电压的产生,将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生器)能产生出更高的直流试验电压。,直流高压发生器,满足ZGF2400-90便携式直流高压发生器通用技术条件。用于6-500KV氧化锌避雷器直流1mA电压（U1mA）及0.75U1mA下的泄漏电流试验、电力电缆及其它电气设备泄漏电流试验。技术参数额定输入电压：AC220V10%，50Hz0.5Hz额定输出电压：60400KV额定输出电流：210mA纹波系数：1%高压指示误差：2%电流指示误差：2%,上海交大600kV直流电压发生器,（一）高压整流器主要技术参数,额定整流电流：通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。额定反峰电压：当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。,电路空载时整流器两端承受的反向电压,最大反向电压,当接有负载时（），电容上的电压出现脉动现象，如图5-6所示。,整流回路的基本技术参数：,额定平均输出电压：,额定平均输出电流：,电压脉动系数（纹波系数）：,对半波整流回路,（5-4）,(二)倍压整流回路,前两种可获得等于的直流电压，而后一种可以获得等于的直流电压。,（三）串级直流高压发生器,利用图5-7（b）中的倍压整流电路作为基本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图5-8所示。,串级装置的充电过程可利用图5-9所示的直流电源-E和+E经切换开关S给各台电容器充电的过程来加以说明。,二、直流高电压试验的特点和应用范围,特点：只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。试验时可同时测量泄漏电流，由所得得“电压电流”曲线能有效地显示绝缘内部的集中性缺陷或受潮。,用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现端部绝缘中的缺陷。非破坏性试验的性质。直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。,直流高电压的广泛应用,直流耐压试验各种输电设备的直流高压试验典型气隙的直流击穿特性超高压直流输电线上的直流电晕及其各种派生效应。各种绝缘材料和绝缘结构在直流高压下的电气性能。各种直流输电设备的直流耐压试验。,小结,获得直流高电压的方法有高压整流器和串级直流高压发生器。本小节介绍了用这两种方法产生直流高压的原理。直流高压试验的特点。直流高电压在各领域获得越来越广泛的应用。,研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用时的绝缘性能。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波。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。,第三节冲击高电压试验,一、冲击电压发生器,（一）基本回路,标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。,（5-5）,波尾时间常数,波前时间常数,波尾，,波前，,实际冲击电压发生器采用图5-19的回路。,放电回路的利用系数,（5-10）,（二）多级冲击电压发生器的工作原理,单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过200300kV。因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。,5400kV，527kJ冲击电压发生装置,500kV标准雷电波发生器,上海交大3000kV冲击电压发生器,多级冲击电压发生器原理接线图,基本原理,并联充电，,串联放电,自起动方式一：只要将点火球隙F1的极间距离调节到使其击穿电压等于所需的充电电压Uc，当F1上的电压上升到等于Uc时，F1即自行击穿，起动整套装置。,冲击电压发生器的起动方式：,自起动方式二：使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的水平上，处于准备动作的状态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙F1中的一个辅助间隙上使之击穿并引起F1的主间隙击穿，以起动整套装置。,（三）冲击电压发生器的近似计算,波前,式中波前时间常数,根据冲击视在波前时间T1的定义,由以上两式可以解得,冲击电压视在波前时间,（5-16）,C2上的电压u2可近似用下式表示,式中波尾时间常数,视在半峰时间,计算只能作为参考，真正的波形还得依靠实测，并以其结果为依据进一步调整回路参数，直到获得所需的试验电压波形为止。,利用所要求的试验电压波形（例如1.2/50s）求出各个回路参数值：,通常取,的阻值应尽可能取小一些，高效率回路的情况下，,产生雷电冲击截波的原理：,试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全波的作用下击穿，作用在试品上的就是一个截波。截断装置的要求实放电分散性小和能准确控制截断时间。,二、操作冲击试验电压的产生,国家标准规定：额定电压大于220kV的超高压电气设备在出厂试验、型式试验中，不能象220kV及以下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效取代操作冲击耐压试验。,（一）非周期性双指数冲击长波,国家标准规定的标准波形为250/2500s。应注意一下两个问题：,（1）为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是很多，需采用高效率回路。,（2）计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波时的近似计算法来计算操作波回路参数；要考虑充电电阻R对波形和发生器效率的影响。,（二）衰减振荡波,采用图5-25中IEC所推荐的一种操作波发生装置。,三、绝缘的冲击高压试验方法,电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。（1.2/50S全波）。对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波（1.2/25S)耐压试验。内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压整定得比试验电压高1520。,发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多得监测方法是拍摄变压器中性点处得电流示波图。电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用15次冲击法，若击穿或闪络的闪数不超过2次，即可认为改外绝缘试验合格。,小结,冲击高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波。本节介绍了获得雷电冲击电压全波、雷电冲击截波、操作冲击试验电压的原理及其参数的近似计算。绝缘的冲击高电压试验方法，重点介绍了三次冲击法和15次冲击法。,高电压试验除了要有产生各种试验电压的高压设备，还必须要有能测量这些高电压的仪器和设备。电力系统中，广泛应用电压互感器配上低电压表来测量高电压；但此法在试验室中用得很少。试验室条件下广泛应用高压静电电压表、峰值电压表、球隙测压器、高压分压器等仪器测量高电压。国标规定，高电压的测量误差一般应控制在3以内。,第四节高电压测量技术,一、高压静电电压表,两个特制的电极间加上电压，电极间就会受到静电力的作用，而且的大小与的数值有固定关系，设法测量的大小就确定所加电压的大小。利用这一原理制成的仪表即为静电电压表，它可以用来测量低电压，也可以在高压测量中得到应用。,若采用的是消除了边缘效应的平板电极，那么由静电场理论，易求得,但仪表不可能反映力的瞬时值，而只能反映其平均值,为了尽可能减少极间距离和仪表体积，极间应采用均匀电场，所以高压静电电压表的电极均采用消除了边缘效应的平板电极，如图5-26所示。,静电电压表的优点内阻抗特别大，几乎不消耗什么能量能测量相当高的交流和直流电压,二、峰值电压表,（一）利用整流电容电流来测量交流高压,图5-27（a）利用整流电容电流来测量交流高压的峰值电压表原理,(二)利用电容器充电电压来测量交流电压,图5-27（b）利用电容器充电电压来测量交流高压的峰值电压表原理,注意事项：选用冲击峰值电压表时，要注意其响应时间是否合适于被测波形的要求，并应使其输入阻抗尽可能大。利用峰值电压表，可直接读出冲击电压的峰值，与用球隙测压器测峰值相比，可大大简化测量过程。但是被测电压波形必须是平滑上升的，否则就会产生误差。指示仪表可以是指针式表计，也可以是具有存储功能的数字式电压表。,三、球隙测压器,唯一能直接测量高达数兆伏的各类高压峰值的测量装置。由一对直径相同的金属球构成，测量误差约23工作原理基于一定直径（D）的球隙在一定极间距离（d）时的放电（击穿）电压为一定值。,击穿时延小，具有比较稳定的放电电压值和较高的测量精度50%冲击放电电压与静态（交流或直流）放电电压的幅值几乎相等。不必对湿度进行校正,（一）球隙的优点,(二)球隙的放电电压,国际电工委员会综合比较了各国高压试验室所得,实验数据编制成标准球隙放电电压表。,R1为限流电阻，R2为球隙测压器的专用保护电阻。,用球隙测量冲击电压时，应通过调节极距来达到50放电概率，此时被测电压即等于球隙在这一距离时的50冲击放电电压。确定50%的放电概率常用10次加压法，即对球隙加上10次同样的冲击电压，如有46次发生了放电，即可认为已达到50放电概率。,确定球隙或其他自恢复绝缘的50冲击放电电压：,多极法,或固定电压值，逐级调节球隙距离；或固定球隙距离，逐级改变所加冲击电压的幅值。得到放电概率P与所加电压U（或球隙距离d)的关系曲线，从而得到P50时的U50（或d50%),升降法预先估计一个大致50击穿电压的23作级差，凡是加压引起击穿，则下次加压比上次高。反复加压2040次，分别统计各级电压的加压次数,四、高压分压器,分压比的准确度和稳定性分出的电压与被测高电压波形的相似性,被测电压很高时，采用高压分压器来分出一小部分电压，然后利用静电电压表、峰值电压表、高压脉冲示波器等来测量。,技术要求：,分压比,每一个分压器均由高压臂和低压臂组成，在低压臂上得到的就是分给测量仪器的低电压u2，总电压u1与u2之比称为分压比（N）,（一）电阻分压器,高、低压臂均为电阻，如图所示。,图中的放电管F起保护作用。,高压试验室中，电阻反压器的测量回路如图531所示，同轴电缆可以避免输出波形在这段距离内受到周围电磁场的干扰。终端并联匹配电阻R以避免冲击波在终端处的反射。,（二）电容分压器,分压比,电容分压器也存在对地杂散电容，但由于分压器本身也是电容，所以杂散电容只会引起幅值误差，而不会引起波形畸变。,（三）阻容分压器,电容分压器在冲击电压作用下存在着一系列高频振荡回路，其中的电磁振荡将使分压器输出电压波形发生畸变。阻容分压器可阻尼各处的振荡。,什么是高压脉冲示波