高压电气设备的试验与状态诊断课件

1、第一章 电气设备的绝缘试验,第一节 绝缘电阻、吸收比试验,一、绝缘电阻试验使用范围 绝缘电阻试验是电气设备绝缘试验中一种最简单、最常用的试验方法。当电气设备绝缘受潮，表面变脏，留有表面放电或击穿痕迹时，其绝缘电阻会显著下降。根据绝缘等级的不同，测试要求的区别，常采用的兆欧表输出电压有100v、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等。 二、绝缘电阻试验的主要参数及技术指标 电气设备的绝缘，不能等值为单纯的电阻，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。很多电气设备的绝缘都是多层的，如图1-1为双层电介质的一个简化等值电路。,当合上开关K将直流电压U加到绝缘上后，等值电路

2、中电流i的变化如图1-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋近于一个常数Ig； 图1-2中曲线i和稳态电流Ig之间的面积为绝缘在充电过程中从电源“吸收”的电荷Qa。这种逐渐“吸收”电荷的现象就叫做“吸收现象”。 在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。,图1-1 双层电介质简化等值电路,图1-2吸收曲线及绝缘电阻变 化曲线,工程上用“吸收比”来反映绝缘状态是否良好，吸收比一般用K表示，其定义为： K R60s / R15s （11） 式中 R60s为t=60s测得绝缘电阻

3、值，R15s为t=15s时测得的绝缘电阻值。 对于电容量较大的绝缘试品，K可采用下式表示： K R10min / R1min （12） 式中 R10min为t=10min时测得的绝缘电阻值，R1min为t=1min时测得的绝缘电阻值，K在工程上称为极化指数。 当绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1，当绝缘受潮时，K值将变小，一般认为如K1.3时，就可判断绝缘可能受潮。 三、试验设备 工程上进行绝缘电阻试验所采用的设备为兆欧表，兆欧表有三个接线端子：线路端子（L），接地端子（E），屏蔽（或保护）端子（G），被试品接在L和E之间，G用以消除绝缘试品表面泄漏电流的影响，其试验原理接线如图13所示。

4、,在绝缘试验中，如不接屏蔽端子，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积电阻的并联值，因为这时沿绝缘表面的泄漏电流同样流过兆欧表的测量回路。如果在表面上缠上几匝裸铜线，并接到端子G上，则绝缘表面泄漏电流不流过兆欧表的测量回路，这时测得的结果便是消除了表面泄漏电流影响的真实的体积电阻 四、绝缘电阻试验结果判断的基本方法 在绝缘电阻试验中，绝缘电阻的大小与绝缘材料的结构、体积有关，与所用的兆欧表的电压高低有关，还与大气条件有关，因此，不能简单的用绝缘电阻的大小或吸收比来判断绝缘的好坏。在排除了大气条件的影响后，所测绝缘电阻值和吸收比应与其出厂时的值比较，与历史数据相比较，与同批设备相比较，其变化不能超过规程

5、允许的范围。同时，应结合绝缘电阻值与吸收比的变化结合起来综合考虑。,五、测量绝缘电阻的规定 （一）测试规定（1）试验前应拆除被试设备电源及一切外连线，并将被试物短接后接地放电1min，电容量较大的应至少放电2min，以免触电。（2）校验兆欧表是否指零或无穷大。（3）用干燥清洁的柔软布擦去被试物的表面污垢，必要时可先用汽油洗净套管的表面积垢，以消除表面的影响。（4）接好线，如用手摇式兆欧表时，应用恒定转速（120r/min）转动摇柄，兆欧表指针逐渐上升，待1min后读取其他绝缘电阻值。（5）在测量吸收比时，为了在开始计算时就能在被试物上加上全部试验电压，应在兆欧表达到额定转速时再将表笔接于被试物

6、，同时计算时间，分别读取15s和60s的读数。（6）试验完毕或重复进行试验时，必须将被试物短接后对地充分放电。这样除可保证安全外，还可提高测试的准确性。（7）记录被试设备的铭牌、规范、所在位置及气象条件等。,（二）测试时注意事项 （1）对于同杆双回架空线或双母线，当一路带电时，不得测量另一回路的绝缘电阻，以防感应高压损坏仪表和危及人身安全。对于平行线路，也同样要注意感应电压，一般不应测其绝缘电阻。在必须测量时，要采取必要措施才能进行，如用绝缘棒接线等。（2）测量大容量电机和长电缆的绝缘电阻时，充电电流很大，因而兆欧表开始指示数很小，但这并不表示被试设备绝缘不良，必须经过较长时间，才能得到正确的

7、结果。使用手摇式兆欧表测量大容量设备的绝缘电阻时，试验结束时手不能停，耍先断开L线与被测设备之间的联接，再停止转动摇表，并立即对被测设备放电和接地，防止被试设备对兆欧表反充电损坏兆欧表和被测设备所带高电压电人。（3）如所测绝缘电阻过低，应进行分解试验，找出绝缘电阻最低的部分。（4）一般应在干燥、晴天、环境温度不低于50C时进行测量。在阴雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不应进行测量。（5）测量绝缘的吸收比时，应避免记录时间带来的误差。由上述可知，变压器、发电机等设备绝缘的吸收比，是用兆欧表在加压15s和60s时记录其绝缘电阻值后计算求得的。,（6）屏蔽环装设位置。为了避免表面泄漏电流的影响，测量时

8、应在绝缘表面加等电位屏蔽环，且应靠近E端子装设。（7）兆欧表的L和E端子接线不能对调。用兆欧表测量电气设备绝缘电阻时，其正确接线方法是L端子接被试品与大地绝缘的导电部分，E端子接被试品的接地端。（8）兆欧表与被试品间的连线不能铰接或拖地，否则会产生测量误差。（9）采取兆欧表测量时，应设法消除外界电磁场干扰引起的误差。在现场有时在强磁场附近或在未停电的设备附近使用兆欧表测量绝缘电阻，由于电磁场干扰也会引起很大的测量误差。 引起误差的原因是：1）磁耦合；2）电容耦合。 （10）为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同样的兆欧表、同样的接线。当采用不同型式的兆欧表测绝缘电阻，特别是测量具有非线性电

9、阻的阀型避雷器时，往往会出现很大的差别。 当用同一只兆欧表测量同一设备的绝缘电阻时，应采用相同的接线，否则将测量结果放在一起比较是没有意义的。,六、影响测试绝缘电阻的主要因素 （一）湿度随着周围环境的变化，电气设备绝缘的吸湿程度也随着发生变化。 （二）电气设备的绝缘电阻随温度变化而变化的，其变化的程度随绝缘的种类而异。富于吸湿性的材料，受温度影响最大。 （三）表面脏污和受潮由于被试物的表面脏污或受潮会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻将明显下降。必须设法消除表面泄漏电流的影响，以获得正确的测量结果。（四）被试设备剩余电荷对有剩余电荷的被试设备进行试验时，会出现虚假现象，由于剩余电荷的存在会使测量

10、数据虚假地增大或减小，要求在试验前先充分放电10min。 （五）兆欧表容量实测表明，兆欧表的容量对绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量结果都有一定的影响。兆欧表容量愈大愈好。,七、测量结果 各种电力设备的绝缘电阻允许值，见规程规定。 将所测得的结果与有关数据比较，这是对实验结果进行分析判断的重要方法。通常用来作为比较的数据包括：同一设备的各相间的数据、出厂试验数据、耐压前后数据等。如发现异常，应立即查明原因或辅以其他测试结果进行综合分析、判断。 对于大容量设备，如大型变压器、发电加、电缆等，有时用R60/R15吸收比值不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，为更好地判断绝缘是否受潮，可采用较长时间的绝

11、缘电阻比值进行衡量，称为绝缘的极化指数。极化指数测量加压时间较长，用手摇兆欧表很难控制转速稳定，一般采用电动兆欧表测量。,第二节 泄漏电流和直流耐压试验,一、泄漏电流 测量泄漏电流所用的设备要比兆欧表复杂，一般用高压整流设备进行测试。由于试验电压高，所以就容易暴露绝缘本身的弱点，用微安表直测泄漏电流，这可以做到随时进行监视，灵敏度高。并且可以用电压和电流、电流和时间的关系曲线来判断绝缘的缺陷。因此，它属于非破坏性试验。 1、泄漏电流的特点 （1）试验电压高，并且可随意调节。 （2）泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。 （3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表

12、测出的绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。 （4）可以用或的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。 （5）测量原理 当直流电压加于被试设备时，其充电电流（几何电流和吸收电流）随时间的增加而逐渐衰减至零，而泄漏电流保持不变。故微安表在加压一定时间后其指示数值趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似等于漏导电流即泄漏电流。,2、影响测量结果的主要因素 （一）高压连接导线 由于接往被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场 强高于约20kV/cm时（决定于导线直径、形状等），沿导线表面的空 发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会结果回来而流 过微安表，因而影响测量结果的准确度。 一般都把微安表固

13、定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽 线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。 （二）表面泄漏电流 泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种。表面泄漏 电流的大小，只要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污 等。为真实反映绝缘内部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只 是体积电流。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏 电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难，因而必须 消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。 消除影响的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线 与接地端要保持足够的距离；另一种是采用屏蔽环将表面泄漏电流 直接短接，使之不流过微安表。,（三）温度

14、与绝缘电阻测量相似，温度对泄漏电流测量结果有显著影响。 所不同的是温度升高，泄漏电流增大。 （四）电源电压的非正弦波形 在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦 波形。如果供给整流设备的交流低压不时正线波，则对测量结果是 有影响的。影响电压波形的主要是三次谐波。 （五）加压速度 对被试设备的泄漏电流本身而言，它与加压速度无关，但是用 微安表所读取得并不一定是真实的泄漏电流，而可能是保护吸收电 流在内的合成电流。 (六)微安表接在不同位置时 在测量接线中，微安表接的位置不同，测得的泄漏电流竖直也 不同，因而对测量结果有很大影响 （七）试验电压极性 （1）电渗透现象使不同极性试验电压

15、下油纸绝缘电气设备的泄 漏电流测量值不同。电渗透现象是指在外加电场作用下，液体通过 多孔固体的运动现象，它是胶体中常见的电动现象之一。,（2）试验电压极性小于对引线电晕电流的影响 在不均匀、不对称电场中，外加电压极性不同，其放电过程及 放电电压不同的现象，称为极性效应。 3、测量时的操作规定 （1）按接线图接好线，并由专人认真检查接线和仪器设备，当 确认无误后，方可通电及升压。 （2）在升压过程中，应密切监视被试设备、实验回路及有关表 记。微安表的读数应在升压过程中，按规定分阶段进行，且需要有 一定的停留时间，以避开吸收电流。 （3）在测量过程中，若有击穿、闪络等异常现象发生，应马上 降压，以

16、断开电源，并查明原因，详细记录，待妥善处理后，再继 续测量。 （4）实验完毕、降压、断开电源后，均应对被试设备进行充分 放电。 （5）若是三相设备，同理应进行其它两项测量。 （6）按照规定的要求进行详细记录。,4、测量中的问题 在电力系统交接和预防性实验中，测量泄漏电流时，常遇到的 主要异常情况如下。 （一）从微安表中反映出来的情况 （1）指针来回摆动。这可能是由于电源波动、整流后直流电压的脉动系数比较大以及试验回路和被试设备有充放电过程所致。若摆动不大，又不十分影响读数，则可取其平均值；若摆动很大，影响读数，则可增大主回路和保护回路中的滤波电容的电容量。必要时可改变滤波方式。 （2）指针周期

17、性摆动。这可能是由于回路存在的反充电所致，或者是被试设备绝缘不良产生周期性放电造成的。 （3）指针突然冲击。若向小冲击，可能是电源回路引起的；若向大冲击，可能是试验回路或被试设备出现闪络或产生间歇性放电引起的。 （4）指针指示数值随测量时间而发生变化。若逐渐下降，则可能是由于充电电流减小或被试设备表面绝缘电阻上升所致；若逐渐上升，往往是被试设备绝缘老化引起的。 （5）测压用微安表不规则摆动。这可能是由于测压电阻断线或接触不良所致。 （6）指针反指。这可能是由于被试设备经测压电阻放电所致。 （7）接好线后，未加压时，微安表有指示。这可能是外界干扰太强或地电位抬高引起的。,（二）从泄漏电流数值上反

18、映出来的情况 （1）泄漏电流过大。这可能是由于测量回路中各设备的绝缘状况不佳或屏蔽不好所致，遇到这种情况时，应首先对实验设备和屏蔽进行认真检查，例如电缆电流偏大应先检查屏蔽。若确认无上述问题，则说明被试设备绝缘不良。 （2）泄漏电流过小。这可能是由于线路接错，微安表保护部分分流或有断脱现象所致。 （3）当采用微安表在低压侧读数，且用差值法消除误差时，可能会出现负值。这可能是由于高压线过长、空载时电晕电流大所致。因此高压引线应当尽量粗、短、无毛刺。 （三）硅堆的异常情况 在泄漏电流测量中，有时发生硅堆击穿现象，这是由于硅堆选择不当、均压不良或质量不佳所致。 5、测量结论 对泄漏电流测量结果进行分

19、析、判断可从下述几方面着手。 （一）与规定值比较 泄漏电流的规定值就是其允许的标准，它是在生产实践中根据积累多年的经验制订出来的，一般能说明绝缘状况。对于一定的设备，具有一定的规定标准。这是最简便的判断方法。,（二）比较对称系数法 在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之 中的最大值和最小值的比）进行分析、判断。一般说来不对称系数 不大于2。 （三）查看关系曲线法 （四）空载电流对试验结果的影响 二、直流耐压试验 直流耐压试验与交流耐压相比有以下几个特点： （1）设备较轻便。 （2）绝缘无介质极化损失。 （3）可制作伏安特性。 （4）在进行直流耐压试验时，一般都兼做泄漏电流测量，

20、由于直流 耐压试验时所加电压较高，故容易发现缺陷。 （5）易于发现某些设备的局部缺陷。 综上所述，直流耐压试验能够发现某些交流耐压所不能发现的 缺陷。但这两试验不能互相代替，必须同时应用于预防性试验中， 特别是电机、电缆等更应当作直流试验。,（一）试验电压的确定 进行直流耐压试验时，外施电压的数值通常应参考该绝缘的交 流耐压试验电压和交、直流下击穿电压之比，但主要是根据运行经 验来确定。 （二）实验电压的极性 电力设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘，外绝缘对地电场可以近 似用棒板电极构成的不对称、极不均匀电场中，气体间隙相同时 ，由于极性效应，负棒正极的火花放电电压是正棒负极的火花 放电电压的2倍多

21、。 应指出，直流耐压试验的时间可比交流耐压试验的时间（1min ）长些。直流耐压试验结果的分析判断，可参阅交流耐压试验分析 判断的有关原则。,第三节 电气设备的介质损失角正切值试验,电介质就是绝缘材料。当研究绝缘物质在电场作用下所发生的 物理现象时，把绝缘物质称为电介质； 当绝缘物上加交流电压时，可以把介质看成为一个电阻和电容 并联组成的等值电路，如图1-4（a）所示。根据等值电路可以作出 电流和电压的相量图，如图1-4（b）所示。由相量图可知，介质损 耗由产生，夹角大时，就越大，故称为介质损失角， 其正切值为 ： 介质损耗为：,测量 （ ）的灵敏度较高，可以发现绝缘的整体受潮、劣化、 变质及

22、小体积设备的局部缺陷。 一、介质损失角正切值的测量原理 对套管、电力变压器、互感器、电容器等一般做此项试验。 图1-5 （a）正接线 （b）反接线 （c）对角线接线 西林电桥的两个高压桥臂，分别由试品ZN及无损耗（ ）的标准电容器CN组成；两个低压桥臂，分别由无感电阻R3及无感电阻R4与电容C4并联组成，如上图所示。 其中，有,(二) 角差测量法测量tg 非平衡法测量tg接线示意图 上图所示为角差法典型的测量原理接线图，其工作原理如下： 测量tg实际上就是测量流过试品容性电流与全电流的相角差 ，在试验时同时测量流过标准电容器电流（其相角与流过试品的容 性电流的相角一致）和流过试品的电流（全电流

23、），这样可测得到 二者之间的相角差，从而可以计算tg的数值。 二、测量中的抗干扰措施 为了消除或减少由电场干扰引起的误差，采用平衡法测量时可 以采用如下措施： （1）加设屏蔽,（2）采用移相电源 （3）倒相法 采用非平衡法测量时，可采用如下措施： （1）采用异频电源。（2）补偿法。通过计算机数据处理，将测量 数据进行补偿，使得测量波形为不畸变的正弦波形后，计算得到tg 和C。 三、影响测试的主要因素及分析判断 （一）影响因素 （1）温度的影响。值受温度影响而变化，为了比较试验结果，对同 一设备在不同温度下的变化必须将结果归算到一个巩固的基准温度 ，一般归算到20。 （2）湿度的影响。在不同的湿

24、度下测得的值也是有差别的，应在空 气相对湿度小于80%下进行试验。 （3)绝缘的清洁度和表面泄漏电流的影响。这可以用清洁和干燥表面 来将损失减到最小，也可采用涂硅油等办法来消除这种影响。 （二）分析 （1）和电力设备预防性试验规程的要求值作比较。 （2）对逐年的试验结果应进行比较，在两个试验间隔之间的试验测 量值不应该有显著的增加或降低。,（3）当值未超过规定值时，可以补充电容量来分析，电容量不应该 有明显的变化。 （4）应充分考虑温度等的影响，并进行修正。 （5）通过测=f（U）的曲线，观察是否随电压而上升，来判断绝缘 内部是否有分层、裂纹等缺陷。 （三）综合判断 根据现场试验经验，现将电气

25、设备绝缘预防性试验结果的综合分 析判断概括为比较法。它包括下列内容： （1）与设备历年（次）试验结果相互比较，因为一般的电气设备都 应定期地进行预防性试验，如果设备绝缘在运行过程中没有什么变 化，则历次的试验结果都应当比较接近。如果有明显的差异，则说 明绝缘可能有缺陷。 （2）与同类型设备试验结果相互比较。因为对同一类型的设备而言 ，其绝缘结构相同，在相同的运行和气候条件下，其测试结果应大 致相同。若悬殊很大，则说明绝缘可能有缺陷。 （3）同一设备相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的绝 缘情况应当基本一样，如果三相试验结果相互比较差异明显，则说 明有异常的绝缘可能有缺陷。 （4）与电力

26、设备预防性试验规程规定的“允许值”相互比较。对 有些试验项目，电力设备预防性试验规程规定了“允许值”，若测 量值超过“允许值”，应认真分析，查找原因，或在结合其他试验项目 来查找缺陷。,第四节 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

27、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1535，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

28、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、tg值的测量 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。 （）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。 （）交流平衡电桥 常用的国产电桥有QS3型或其它可测量tg值小于0.01%灵敏度较高的电桥。,2、试验步骤 （）清洗油杯 ：试验前

29、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。 （）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tg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tg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tg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tg值应不大于0.5%，运行中的油70时的tg值应不大于2% ，电缆油100时的tg值应不大于0.5%。,第五

30、节 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17中给出交流工频耐压试验的接线图。 图17 交流耐压试验接线图,S1、S2开关；FU熔断器；T1调压器；T2试验变 压器；K

31、M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

32、、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。,图1-8 串联补偿接线图 利用串联谐振做耐压试验有两个优点：若被试品击穿，则谐振 终止，高压消失；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

33、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XCXL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I0，XC上的电压等于电源电 压。,图1-9 并联补偿接线图 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，

34、其接线如图110所示。,图1-10串并联补偿法接线图 （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），

35、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

36、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，310kV变压器，应使油静止56h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。

37、 （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1015s。 （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

38、 （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

39、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。,第六节 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

40、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

41、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128所示。,图1-11 实际的冲击电压波形 标准冲击电压波形的参数为： 波头时间： 1.2s30 半峰值时间：50s20 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。,冲击电压波头波形图,（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

42、电路如图1-34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 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200300kV，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

43、：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。下图是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原理电路图三电极球隙 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

44、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。,图1-15 三电极球隙的结构,第七节 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

45、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

46、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

47、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

48、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

49、）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

50、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。,第二章 绝缘油的气相色谱试验与分析,第一节 充油电气设备内部主要绝缘材料的性能,充油电气设备内部的主要绝缘材

51、料有变压器油、纸和纸板等A级绝缘材料，当运行年限为20年左右时，最高允许温度为105。 一、变压器油的性能 变压器油的耐电强度、传热性及热量都比空气好得多，因此目前国内外的电气设备，特别是大中型电力变压器和电抗器、电流互感器、电压互感器等基本上都采用油浸式结构，并且变压器油起着绝缘和散热的双重作用。,运行中的变压器油质量标准如表21 运行中变压器油质量标准,运行中变压器油的质量随着老化程度与所含杂质等条件不同而变化很大，除能判断变压器故障的项目（如油中溶解气体色谱分析等）外，通常不能单凭任何一种试验项目作为评价油质状态的依据，应根据几种主要特性指标进行综合分析，并随变压器电压等级和容量不同而有

52、所区别。表22为运行中变压器油常规检验周期及检验项目。,表22 运行中变压器油常规检验周期及检验项目,由于充油电气设备容量和运行条件的不同，油质老化的速度也不一样。当变压器用油的PH值接近4.4或颜色骤然变深，其他某项指标接近允许值或不合格时，应缩短检验周期，增加检验项目，必要时采取有效处理措施。 二、固体绝缘材料的性能 充油电气设备的内绝缘常采用油纸绝缘结构，所用的植物纤维纸及其制品包含电缆纸、电话纸、皱纹纸、金属皱纹纸、点胶绝缘纸、绝缘纸板等。 变压器油与绝缘纸相结合构成的油纸绝缘结构具有很高的耐电强度，比两者分开单独的（油和纸）任何一种材料都高得多。由于油的绝缘强度和介电系数低于纤维质，

53、油承受较大的电场强度，因此，用纸把油分成一定数量的小油隙，既可以消除油中纤维杂质的积累而不易形成“小桥”，又可以使电场均匀，提高绝缘的电气强度。,油纸绝缘的缺点是油和纸两者均易被污染，只要含百分之几的杂质，影响就相当严重。因此，在工艺过程中要尽可能地获得较纯净的油和纸，并根据此选择合适的工作场强，才能保证变压器绝缘结构的可靠性。 1绝缘纸 纸的分子结构有羟基，宏观上为多孔结构，极易吸引水分，在正常大气条件下含水分为7%9%，饱含时可达15%。纸易被干燥，即使在空气中加热也可干燥至含水分仅0.1%，而在真空中可大大提高干燥速度。由于纸和水的亲和力较油和水的亲和力强，因此，一般纸都从油中吸收水分，

54、并且纸吸收水分后不会与油平均分担水分而影响耐电强度、绝缘老化和机械强度。同时还应指出，纸在干燥过程中不仅很难驱出纸层中的最后残存水分（约0.1%），而且一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解而放出的水分，两者难以直接区分。 纸受热能分解放出气体的比例约为H2O：CO：CO2=70：12：18，其中CO、CO2是由纸纤维焦化所致。由于变压器绝缘中纤维上承担的工作场强并不高，通常不需要干燥到含0.1%水分这一危险临界值。实际上，不仅纸的热老化与水分和氧的存在有关，也与其他参数有非常复杂的关系。一般说来，除非纸被油完全浸透，否则纸中都会有空气或其他气体的空隙。空隙所分担的电压比纸高得多，如果空隙发生

55、局部放电，将会使油纸绝缘逐渐腐蚀绝缘而最终导致损坏。,电缆纸。电缆纸是充油变压器主要绝缘材料之一，一般是由未漂白硫酸盐纸浆经抄纸而制成。在充油电力变压器中，一般采用DLZ-08和DLZ-12型电缆纸，其厚度分别为0.08mm和0.12mm。电缆纸主要用作导线绝缘、纸圈层间绝缘和引线包扎绝缘等。 对于超大型高压电力变压器，为了提高纸圈匝绝缘的电气强度，可采用高气密性、高均匀性的绝缘纸，如厚度为0.075mm和0.045mm的纸圈匝绝缘纸。0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高27.6%36%。为了提高绝缘纸的耐热性，近年来国内外研制成了多种改性的耐热绝缘纸，如将纸浆在

56、有碱性触媒下使纤维素与氰乙烯起化学反应，以氰乙基换普通纤维分子中最容易老化的第一羟基，经氰化处理后的使用温度可提高20。如果使用温度不变，氰化纸可延长使用寿命，并能减轻变压器的重量。 电话纸。电话纸由硫酸盐纸浆制成，主要用作线圈导线绝缘和线圈端的端绝缘。在充油电力变压器中采用型号为DH-50型的电话纸，其厚度为0.55%mm，卷成宽度为50010mm纸卷。 皱纹纸。皱纹纸是将底纸为纤维绝缘纸的绝缘纸经加工而成。各种皱纹纸的引申率分别为15%，20%，30%，50%，100%，200%和300%，目前采用的皱纹纸型号为JW-50，底纸分低密度和高密度两种。,以高密度纤维绝缘纸为底纸和单方向引伸率

57、为20%的皱纹纸，一般用作匝绝缘。底纸厚度为0.0750.125mm，并有两种不同的颜色。当第二层与第一层匝间绝缘颜色不同时，容易发现第一层绝缘纸有无跑层现象。 以高密度纤维绝缘纸为底纸和具有双方向引伸率的皱纹纸，一般用作引线绝缘。这种皱纸的底纸厚0.1mm，包括皱纹高度为0.45mm，长度方向引申率为50%，垂直于长度方向引申率为20%。由于它可使引线弯曲时最小半径小于绝缘后引线外径的4倍，加之浸油性能好，抗张强度、撕裂强度和伸长率都比电缆纸高，因此，目前在变压器线圈的引线中已广泛采用这种皱纹纸包扎绝缘。 金属皱纹纸。在底纸为0.075mm的纤维绝缘纸一面上粘0.0075mm的铝箔，可制成0

58、.5mm厚的金属皱纹纸。它的引申率至少为60%，可用作电屏蔽材料。由于它有较高的引申率和柔软性，可制成任意形状的光滑表面，即可制成宽度为1000mm的大张金属皱纹纸带，也可制成宽度为12.5，20，25，30，40，50，75，100mm等的金属皱纹纸带。,点胶绝缘纸。如在底纸厚度为0.080.5mm纤维绝缘纸的单面或双面涂以环氧树脂胶点，可制成胶层厚度为0.01250.025mm、黏合强度达450kPa的点胶绝缘纸，可作为层间绝缘。 这种纸在120或150分别烘焙40min或80min后，胶层固化而使各层纸粘固在一起，机械强度增加，当用作中小型变压器层式线圈的层间绝缘时，可使抗短路机械力的能力有所提高。同时，由于绝缘纸上的树脂涂层是呈点胶状，涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂渗透于纤维纸中，从而可保证绝缘材料中气体的排出和油的浸入，可将局部放电对绝缘的损坏程度减少到最小。 2绝缘纸板 它由木质纤维或掺有适量棉纤维的混合纸浆经抄纸、压光而制成。目前有木质纤维和棉纤维各占一半的50/50型和不掺棉纤维的100/100型两种纸板。 从表23中的纤维程度可以看出，棉纤维中含99%以上纯纤维素，而木纤维中的纤维素只占80%左右，并还含一定的纤维素和木质。易吸收水分的纤维素和木质混合在一起将增加吸湿能力，同时也增强纤维的结构作用。木质具有