第2篇电气绝缘与高电压实验

主讲人：陈兆权博士第二篇电气设备与高电压实验安徽理工大学5.2直流高电压实验

5.2.1直流高电压的产生5.2.2直流工频高电压的丈量5.2.3绝缘的直流耐压实验5.2.1直流高电压的产生

一些高压实验设备，如冲击电压发生器和冲击电压电流发生器，需求直流高压作电源。直流高电压在其他科技领域也有厂泛的运用，其中包括静电喷漆、静电纺织、静电除尘、X射线发生器、等离子体加速以及原子核物理研讨中都运用直流高压作为电源。为了获得直流高电压，最常用的就是变压器和整流安装的组合，另外还有经过静电方式产生直流高压。1.半波整流回路运用最广泛的产生直流高压的方法是将交流电压经过整流元件整流而获得。常用的整流设备如图5-14所示的半波整流电路〔a〕及其输出波形〔b〕。〔a〕〔b〕图5-14半波整流电路(a)及输出电压波形图(b)整流回路的根本技术参数有三个，即输出的额定直流电压〔算术平均值〕Ud,相应的额定直流电流〔平均值〕Id以及电压脉动系数S(纹波系数)。〔1〕额定平均输出电压Ud〔2〕额定平均输出电流Id〔3〕电压脉动系数S式中表示电压脉动幅度。2.倍压整流回路采用倍压整流回路可获得等于(2～3)Ｕm的直流电压。如图5-15所示，这种电路实践上可看作两个半波电路的叠加，因此它的参数计算可参照半波电路的计算原那么进展。图5-15电源变压器两端对地绝缘的倍压电路3.串级直流发生器利用图5-17(a)的倍压整流电路作为根本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流高压发生器，如图5-17(b)所示。图5-17〔a〕根本倍压整流电路图5-17(b)两极串级直流高压发生器接线图5.2.2直流工频高电压的丈量高压高组法高阻可作为放大器或分压器来运用。采用平均值型指示仪表对纹波小的直流电压进展丈量时，由于杂散电容的影响可以忽略，所以不需求对丈量高阻进展屏蔽；当对纹波较高的直流电压的最大值进展丈量时，由于杂散电容的影响，会呵斥丈量误差，可将高阻进展屏蔽或采用阻容分压器。2.旋转电位计电极在电场中旋转，由于电极间电容的变化，构成充放电电荷，经过丈量充放电电荷的大小，从而求得直流电压的最大值和平均值的一种安装。旋转电位计的丈量精度高，不确定度在1％以内。其构造如图5-18所示。图5-18旋转电位计3.静电电压表与交流电压的丈量原理一样，可丈量直流电压的平均值。但是，在任务原理上，它表示的是直流电压瞬时值平方的平均值，因此，在纹波较大的情况下，丈量值就不是直流电压的平均值，这一点必需加以留意。4.规范棒一棒间隙用球间隙丈量直流电压时，会出现下述所提到的放电电压的动摇，因此，IEC规定中，引荐运用图5-19所示构造的棒一棒间隙。图5-19直流电压丈量用棒间隙5.规范球间隙丈量安装以及丈量方法与丈量交流电压时一样。但大气中的灰尘或纤维等会引起放电电压的变化，就是说长时间加压时，放电电压能够会变得特别低。因此，在丈量直流时，引荐采用前面所述的棒一棒间隙。用球隙丈量直流电压时，应在间隙的轴垂直方向维持稳定的气流，气流最低为3m/s。6.纹波电压的丈量如图5-20所示，在电容与电阻的串联回路上施加含有纹波电压分量Ur的直流电压。当纹波电压的频率f时，电阻R两端的电压为：假设，那么UUr，可得到纹波电压。图5-20纹波电压丈量5.2.3绝缘的直流耐压实验直流高压能反映设备受潮、劣化和部分缺陷等多方面的问题。它和交流耐压实验相比主要有以下一些特点：〔1〕实验设备可以做得比较轻巧，适宜于现场预防性实验的要求。〔2〕在实验时可以同时丈量走漏电流。〔3〕直流耐压实验比之交流耐压实验更能发现电机端部的绝缘缺陷。〔4〕在直流高压下，部分放电较弱。5.3冲击高电压实验5.3.1冲击高电压的产生5.3.2冲击高电压的丈量5.3.3绝缘的冲击耐压实验5.3.1冲击高电压的产生

1.冲击发生器的根本原理冲击电压发生器的原理图如图5-22所示。图5-22冲击电压发生器原理图2.根本回路规范雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。

——波尾时间常数——波前时间常数

图5-23(a)双指数函数冲击电压波波尾，波前，图5-24(a)可获得冲击电压波前的回路(b)可获得冲击电压波尾的回路实践冲击电压发生器采用图5-26的回路。

图5-26冲击电压发声器常用回路

放电回路的利用系数

3.多级冲击电压发生器单级冲击电压发生器能产生的最高电压普通不超越200～300kV。因此采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需求的冲击高电压波。

多级冲击电压发生器原理接线图:

图5-27多级冲击电压发生器的原理接线图根本原理:并联充电，串联放电

图5-28冲击电压发生器充电过程等值电路图5-29冲击电压发生器放电过程等值电路冲击电压发生器的起动方式：自起动方式：只需将点火球隙F1的极间间隔调理到使其击穿电压等于所需的充电电压，当F1上的电压上升到等于时，F1即自行击穿，起动整套安装。方式二：使各级电容器充电到一个略低于F1击穿电压的程度上，处于预备动作的形状，然后利用点火安装产生一点火脉冲，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,起动整套安装。5.3.2冲击高电压的丈量目前最常用的丈量冲击电压的方法有：①分压器-示波器；②丈量球隙；③分压器-峰值电压表。球隙和峰值电压表只能丈量电压峰值，示波器那么能记录波序，即不仅指示峰值而且能显示电压随时间的变化过程。1.分压器与数字记录仪〔示波器〕图5-30冲击电压丈量系统由于可同时测定波形和峰值，所以在丈量中被广泛运用。由于数字记录仪的输入电压普通小于数百伏，所以常和分压器一同构成冲击电压丈量系统来进展丈量，如图5-30所示。2.规范球间隙(1)多级法以预期的50%放电电压的2～3%作为电压级差，对被测试品分级施加冲击电压，每级施加电压10次。至少要加4级电压。要求在最低一级电压时的放电次数近于零，而在最高一级电压时，近于全部放电。求出每级电压下的放电次数与施加次数之比P〔即放电频率〕后，将其按电压值标于正态概率纸上，给出拟合直线P=f(U)，在此直线上对应于概率P=0.5的电压值即为50%放电电压。(2)升降法估计50%放电电压的预期值后，取Ui的2～3％为电压增量△U，先施加冲击电压Ui一次，如未引起放电，那么下次施加电压应为Ui＋△U，如U1已引起放电，那么下次施加电压应为Ui一△U，以后的加压都按下述规律：凡上次加压如已引起放电，那么下次加压比上次电压低△U，凡上次加压未引起放电。那么下次加压比上次电压高△U。这样反复加压20～40次，分别计算出各级电压下Ui下的加压次数ni，按下式求出50%放电电压:(3)冲击峰值电压表其任务原理如图5-33所示，冲击电压经整流后对电容器充电，然后经过高输入阻抗的放大器，可测得充电电压。图5-33冲击峰值电压表5.3.3绝缘的冲击耐压实验电气设备内绝缘的雷电冲击耐压实验采用三次冲击法，即对被测试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击实验电压〔1.2/50s〕对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要再进展雷电冲击截波〔1.2/2～5s〕耐压实验，它对绕组绝缘〔特别是其纵绝缘〕的考验往往比雷电冲击全波实验更加严厉。电力系统外绝缘的冲击高压实验通常可采用15次冲击法，即对被测试品施加正、负极性冲击全波实验电压各16次，相邻两次冲击的时间间隔应不小于1min。在每组15次冲击的实验中，假设击穿或闪络的闪数不超越2次，即可以为该外绝缘实验合格。内、外绝缘的操作冲击高压实验的方法与雷电冲击全波实验完全一样。小结获得直流高电压的方法有半波整流回路、倍压整流回路和串级直流发生器。6种直流工频高电压的丈量方法。利用直流高压对电器设备进展耐压实验有重要的实践意义，并随着直流输电系统的运用将会有更大的开展。〔本章完〕获得冲击高电压的方法有单级冲击电压发生器和多级冲击电压发生器。冲击高电压的两种丈量方法：分压器与数字记录仪和规范球间隙。电气设备内绝缘的雷电冲击耐压实验采用三次冲击法。电力系统外绝缘的冲击高压实验通常可采用15次冲击法。第六章电气绝缘在线检测离线时电气绝缘预防性实验和高电压实验具有如下缺陷：一、需求停电进展，而不少重要的电力设备不能随便地停顿运转；二、检测间隔周期较长，不能及时发现绝缘缺点；三、停电后的设备形状与运转时的设备形状不相符，影响诊断的正确性。在线检测是在电力设备运转的形状下延续或周期性检测绝缘的情况，因此可以防止以上缺陷，另外建立一套电气绝缘在线检测系统也是实施电力设备形状维修和建立无人值守变电站的根底。在线检测和形状维修带来的经济效益是非常显著的。电气绝缘在线检测是一门多学科交叉交融的综合技术，自20世纪70年代以来，电气绝缘在线检测与缺点诊断的技术程度不断提高，在线检测产品大量投入市场。

6.2.1部分放电的在线监测系统6.2.2部分放电分析与缺点诊断6.2部分放电在线监测部分放电的在线检测分为电测法和非电测法两大类，其中电测法中的脉冲电流法是离线条件下丈量电气设备部分放电的根本方法，也是目前在部分放电在线检测的主要手段，其优点是灵敏度高。电测法中的射频丈量法等也都运用到了在线检测中。电测法的缺陷是由于现场存在着严重的电磁干扰，将大大降低检测灵敏度和信噪比。6.2.1部分放电的在线监测系统脉冲电流法在线检测的组成及关键技术：电流传感器抗干扰技术图6‑6部分放电检测系统原理框架图电流信号i1(t)和二次侧线圈两端的感应电压〔即输出信号〕e(t)的关系为：电流传感器〔6-3〕传感器的积分方式有两种，分别适用于宽带型和窄带型传感器。宽带型电流传感器即信号电压u(t)和所检测的电流i1(t)成线性关系〔6-6〕谐振型电流传感器〔6-15〕干扰来源：线路或其它临近设备的电晕放电和内部的部分放电电力系统的载波通讯和高频维护信号对检测的干扰可控硅整流设备引起的干扰无线电广播的干扰其他周期性干扰上述干扰能够经过以下三种途径进入检测系统：〔1〕从检测系统的工频电源进入，故检测系统的电源宜由隔离变压器加上低通滤波器供电，以抑制这种干扰。〔2〕经过电磁耦合进入检测系统，故检测系统包括连线应很好的屏蔽，或利用光电隔离和光纤传输信号，以减少干扰。〔3〕干扰信号经过传感器进入检测系统，这种干扰和部分放电信号混合在一同，上述方法不能抑制这种干扰，需求采用其他的措施。抗干扰技术选择适宜的检测频带，避开现场的干扰频带差动平衡系统：差动平衡系统主要用于抑制共模干扰其他图6－10差动平衡系统原理图6.2.2部分放电分析与缺点诊断部分放电信号分析是指如何从测试信号中提取有关放电的信息，普通采用数字信号处置技术，目前常用的方法主要有：时域分析频域分析时频结合分析人工神经网络分析部分放电信号分析时域分析是最根本的数学分析方法，例如分析放电信号的幅值，幅值与时间〔或相位〕、放电次数的关系，并且在显示设备上输出信号的波形，为此需求根据波形的采集要求确定所需的采样率和采集的数据长度，并将信号完好地记录下来。频域分析又称频谱分析，是分析某些放电特征在频域上的变化，如幅度谱、相位谱、能量谱和功率谱等，目前最常用的方法是快速傅里叶变换〔FFT〕。2.放电类型的方式识别方式识别是一种重要的诊断手段，于90年代运用于电力设备的放电识别，目前已被广泛运用于部分放电在线检测与缺点诊断。图6‑12方式识别过程表示图变压器绝缘体系中的放电类型很多，不同的放电类型对绝缘的破坏作用有很大差别，因此有必要对各种放电类型加以区分。变压器超高频部分放电的神经网络方式识别是将计算机辅助测试系统测得的电磁信号经放大、滤波后进展A/D转换，然后把提取