高压电气设备试验内容与原理(绝缘测试和断路器回路电阻测试)

高压电气设备试验内容与原理

1．1 绪论

随着电力工业的飞速发展，机组参数、系统电压等级逐步提高，电气设备的绝缘强度、系统过电压的限制水平对系统安全经济运行的影响日益突出。据统计，高压电网的各种故障多是由于高压电气设备绝缘的损坏所致，因此了解设备绝缘特性，掌握绝缘状况，不断提高电气设备绝缘水平是电力系统安全经济运行的根本保证。

高压电气设备在运行中必须保持良好的绝缘，为此从设备的制造开始，要进行一系列绝缘测试。这些测试包括：在制造时对原材料的试验、制造过程的中间试验、产品的定性及出厂试验、在使用现场安装后的交接试验、使用中为维护运行而进行的绝缘预防性试验等。其中电气设备的交接试验和预防性试验是两类最重要的试验，中华人民共和国电力行业标准和国家标准：DL/T 596—1996《电力设备预防性试验规程》和GB 50150-91《电气设备交接试验标准》详细地介绍了各项试验的内容和标准。

1．2 绝缘预防性试验

电气设备绝缘预防性试验是保证设备安全运行的重要措施，通过试验，掌握设备绝缘状况，及时发现绝缘内部隐藏的缺陷，并通过检修加以消除，严重者必须予以更换，以免设备在运行中发生绝缘击穿，造成停电或设备损坏等不可挽回的损失。绝缘预防性试验可分为两大类：一类是非破坏性试验或称绝缘特性试验，是在较低的电压下或用其他不会损坏绝缘的办法来测量的各种特性参数，主要包括测量绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗角正切值等，从而判断绝缘内部有无缺陷。实验证明，这类方法是行之有效的，但目前还不能只靠它来可靠的判断绝缘的耐电强度。另一类是破坏性试验或称耐压试验，试验所加电压高于设备的工作电压，对绝缘考验非常严格，特别是揭露那些危险性较大的集中性缺陷，并能保证绝缘有一定的耐电强度，主要包括直流耐压、交流耐压等。耐压试验的缺点是会给绝缘造成一定的损伤。

1．3 电气设备交接试验

为适应电气装置安装工程和电气设备交接试验的需要，促进电气设备交接试验新技术的推广和应用，国家标准GB 50150-91《电气设备交接试验标准》详细地介绍了各项试验的内容和标准。电气设备交接试验除了部分绝缘预防性试验还有其它一些特性试验，例如变压器直流电阻和变比测试、断路器回路电阻测试等。

1．4绝缘预防性试验的基本原理

1．4．1 绝缘电阻的测试绝缘电阻的测试是电气设备绝缘测试中应用最广泛，试验最方便的项目。绝缘电阻值的大小，能

有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷。绝缘电阻的测试最常用的仪表是绝缘电阻测试仪（兆欧表）。绝缘电阻测试仪（兆欧表）通常有100V、250V、500V、1000V、2500V和5000V等类型。使用兆欧表应按照DL/T596《电力设备预防性试验规程》的有关规定。

1．4．2泄漏电流的测试

一般直流兆欧表的电压在2.5KV以下，比某些电气设备的工作电压要低得多。如果认为兆欧表的测量电压太低，还可以采用加直流高压来测量电气设备的泄漏电流。当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下的大得多，亦即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。

测量设备的泄漏电流和绝缘电阻本质上没有多大区别，但是泄漏电流的测量有如下特点：

（1）试验电压比兆欧表高得多，绝缘本身的缺陷容易暴露，能发现一些尚未贯通的集中性缺陷。

（2）通过测量泄漏电流和外加电压的关系有助于分析绝缘的缺陷类型，如图1-1所示。

（3）泄漏电流测量用的微安表要比兆欧表精度高。

图1-1 某设备绝缘泄漏电流曲线

曲线1：绝缘良好；曲线2：绝缘受潮；

曲线3：绝缘中有未贯通的集中性缺陷；

曲线4：绝缘有击穿的危险

1．4．3直流耐压试验

直流耐压试验电压较高，对发现绝缘某些局部缺陷具有特殊的作用，可与泄漏电流试验同时进行。

直流耐压试验与交流耐压试验相比，具有试验设备轻便、对绝缘损伤小和易于发现设备的局部缺陷等优点。与交流耐压试验相比，直流耐压试验的主要缺点是由于交、直流下绝缘内部的电压分布不同，直流耐压试验对绝缘的考验不如交流更接近实际。

1．4．4交流耐压试验

交流耐压试验对绝缘的考验非常严格,能有效地发现较危险的集中性缺陷。它是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，对于

判断电气设备能否投入运行具有决定性的意义,也是保证设备绝缘水平、避免发生绝缘事故的重要手段。

交流耐压试验有时可能使绝缘中的一些弱点更加发展，因此在试验前必须对试品先进行绝缘电阻、吸收比、泄漏电流和介质损耗等项目的试验，若试验结果合格方能进行交流耐压试验。否则,应及时处理，待各项指标合格后再进行交流耐压试验,以免造成不应有的绝缘损伤。

1．4．5介质损耗因数tgδ测试

介质损耗因数tgδ是反映绝缘性能的基本指标之一。介质损耗因数tgδ反映绝缘损耗的特征参数，它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。

介质损耗因数tgδ与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试验电压、试品尺寸等因素无关，更便于判断电气设备绝缘变化情况。因此介质损耗因数tgδ为高压电气设备绝缘测试的最基本的试验之一。

介质损耗因数tgδ可以有效的发现绝缘的下列缺陷：

（1）受潮；（2）穿透性导电通道；（3）绝缘内含气泡的游离，绝缘分层、脱壳；（4）绝缘有脏污、劣化老化等。

常用名词解释

1．电介质：又称绝缘材料，简称绝缘，是电工中应用最广泛的材料之一。

2．绝缘电阻：加直流电压于电介质，经过一定时间极化过程结束后，流过电介质的泄漏电流对应的电阻称绝缘电阻。

3．吸收比：在同一次试验中，60s时的绝缘电阻值与15s时的绝缘电阻值之比。

4．极化指数：在同一次试验中，10min时的绝缘电阻值与1min 时的绝缘电阻值之比。

5．介质损耗：在外加电压作用下，电介质中的一部分电能被转换为热能，这种现象称为介质损耗。

6．阻性电流：有损耗的介质可以用一个理想电容和一个有效电阻的并联电路表示，通过电阻的电流称阻性电流。

7．容性电流：有损耗的介质可以用一个理想电容和一个有效电阻的并联电路表示，通过电容的电流称容性电流。

8．全电流：有损耗的介质可以用一个理想电容和一个有效电阻的并联电路表示，通过电容的容性电流与通过电阻的阻性电流的相量和称全电流。

9．介质损耗角：电介质中全电流与电容电流之间的夹角（通常用表示），称为介质损耗角。

10．在线测量：对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。

11．在线监测：在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。

12．状态检修：由美国通用电气公司等提出要从以时间为基准的检修方式发展到以设备运行状态为基准的检修方式。

13．预防性试验：为了发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏，对设备进行的检查、试验或监测，也包括取油样或气样进行的试验。

14．变比：变压器高压侧绕组与低压侧绕组匝数之比称为变比，近似可用高压侧与低压侧额定电压之比表示。

15．伏安特性：加在电气设备或者元件两端电压和通过电流的关系叫伏安特性。

介损专题

一．测量介质损耗角正切值tg 有何意义？

介质损耗角正切值又称介质损耗因数或简称介损。测量介质损耗因数是一项灵敏度很高的试验项目，它可以发现电力设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积被试设备贯通和未贯通的局部缺陷。例如：某台变压器的套管，正常tg 值为0.5％，而当受潮后tg 值为3.5％，两个数据相差7倍；而用测量绝缘电阻检测，受潮前后的数值相差不大。

由于测量介质损耗因数对反映上述缺陷具有较高的灵敏度，所以在电工制造及电力设备交接和预防性试验中都得到了广泛的应用。变压器、发电机、断路器等电气设备的介损测试《规程》都作了规定。

二．当前国内介损测试仪的现状及技术难点？

介损测试仪的技术发展很快，以前在电力系统广泛使用的QS1西林电桥正被智能型的介损测试仪取代，新一代的介损测试仪均内置升压设备和标准电容，并且具有操作简单、数据准确、试验结果读取方便等特征。虽然目前介损测试技术发展很快，但与国际水平相比，在很多方面仍有很大差距，差距主要表现在以下几个方面：

（1）抗干扰能力

由于介质损耗测试是一个灵敏度很高的项目，因此测试数据也极易受到外界电场的干扰，目前介损测试仪采取的抗干扰方法主要有：倒相法、移相法、异频法等。虽然这些方法能在一定

程度下解决干扰的问题，但当外界干扰很强的情况下，仍会产生较大的偏差。

（2）反接法的测试精度问题

现场很多电力设备均已接地，因此必须使用反接法进行检测，但反接时，影响测试数据的因素较多，往往数据会有很大偏差，特别是当被试品容量较小（如套管），高压导线拖地测试时（有些介损测试仪所配高压导线虽能拖地使用，但对地泄漏电流较大），会严重影响测试的准确度。

三．什么是“全自动反干扰源”，与其它几种抗干扰方法相比有何特点？

所谓“全自动反干扰源”，即仪器内部有一套检测装置，能检测到外界干扰信号的幅值和相位，将相关信息传送给CPU，CPU 输出指令给“反干扰源控制装置”，该装置会在仪器内部产生一个和干扰信号幅值相同但相位相反的“反干扰信号”，与“干扰信号”叠加抵消，以达到抗干扰的目的。由于在整个测试过程，“反干扰源”自动产生，用户无需干预，我们称之为“全自动反干扰源”。

四．传统的抗干扰方法主要有倒相法、移相法、异频法等，其工作原理如何？

1、倒相法

将仪器工作电源正、反两次倒相测试，将两次测试结果进行分析处理，达到抗干扰目的，该方法在外界干扰很弱的情况下有一定的效果。

2、移相法

思路缘于“倒相法”，只是将工作电源倒相改为移相至干扰信号相位相同而达到减弱干扰影响的目的，实践表明，在干扰强烈的情况下，数据仍然偏差较大。

3、异频法

这是近几年来发展起来的一种方法，其基本原理是工作电源的频率不是50Hz，即与工频不同，这样采样信号为两个不同频率信号（测试电流和干扰电流）的叠加，通过模拟滤波器和数字滤波器对信号滤波，衰减工频信号，以达到抗干扰的目的，实践表明：该方法的抗干扰能力优于“倒相法”和“移相法”，但在一些特定场合下，由于干扰影响，数据仍有偏差，甚至出现负值。另外，由于其自身原理特点存在几个方面的矛盾：

（1）频率的选择问题：频率与工频越接近，抗干扰能力越弱，但等效性越好；频率与工频越远，抗干扰能力越强，但等效性越差。

（2）为了增强等效性，有的仪器使用了“双变频”，即可选用两种频率进行测试，比如40Hz和60Hz，但问题是两种频率测试结果不一致怎么办？只作简单的平均处理能与工频等效

吗？

（3）模拟滤波器均存在相移问题，固定的相移可由计算机补偿，但当温度等条件变化引起相移特性发生变化后，就会严重影响介损值的测试结果。

回路电阻专题

一、高压断路器为什么需检测回路电阻？

高压断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动、静触头间的接触电阻。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能力。因此，断路器每相导电回路电阻值是断路器安装、检修、质量验收的一项重要数据。

二、为什么规程规定必须用至少100A直流电流来检测开关回路电阻？

1、由于开关触头之间存在氧化膜，如果用较小的电流检测，由于氧化膜的影响测试结果一般偏大很多，但氧化膜在大电流下是能被击穿的，理论上，测试电流只要不超过额定电流，应该是越大越好，但规程在制定的时候考虑到当时国内相关仪器的生产水平，作出了不得小于100A电流的规定。

2、由于断路器接触电阻很小，只有用很高的电流检测，才能保证一定的精度，抗干扰能力也越强。

三、HLY-200型回路电阻的测试电流多大？与同类产品相比，在电流源上有何不同？

HLY-100型的最大输出电流是100A，HLY-200型为200A，HLY-600型为600A。与同类产品相比，在电流源方面，区别还是很大的：

1、大电流与轻便的完美结合，例如：HLY-200型在保证200A 电流输出的同时，整机重量仅5.5kg左右，而其他公司同类产品100A型就要达到15kg。

2、能长时间连续输出大电流，而有些同类产品仅能瞬间输出大电流，即“脉冲式”电源，在击穿开关触头氧化膜的能力上差别是巨大的。

3、数控恒流源式，电流输出由软件选择输出，无机械性调整装置，稳定、可靠。

10KV(6KV)配电网中氧化锌避雷器现场测试的意义

——YBL-3型氧化锌避雷器现场测试仪

［关键词］配电网，氧化锌避雷器，现场测试，TE1075测试仪

电力系统10KV（6KV）配电网中，以前常用管式避雷器作为保护线路和配电变压器遭受雷击的措施。近几年随着避雷器技术

的发展，由于氧化锌避雷器的明显优点，所以氧化锌避雷器逐步取代了其它类型的避雷器，从而得到广泛应用。

10KV配电网是电力网中电力线路结构、使用环境最复杂的一个环节。对于数目众多的配电变压器和电缆线路等都要装设避雷器作为防雷保护，因此，10KV配电网中避雷器故障的概率较大。若10KV配电网中避雷器发生故障，主要有下列危害：1、若避雷器未完全击穿，避雷器泄漏增大，会造成线损增加，不利于电力网的经济运行。

2、若避雷器被击穿，造成一点接地故障，由于避雷器故障是隐形故障，需要消耗大量人力物力寻找故障点；若出现两个避雷器不同相别接地故障，会造成开关保护动作而使用户停电，影响生产和生活。

3、避雷器爆炸会波及周围其他设备，造成事故扩大。

所以，电力系统的安全评估已把配电系统避雷器的检测提高到发电厂、变电所避雷器检测的同等要求。《电力设备预防性试验规程》第14.2条中对金属氧化物避雷器的直流测试作了明确规定。

针对10KV电力网的特点，本公司开发了专门针对10KV(或者6KV)配电网的TE1075型氧化锌避雷器现场测试仪，仪器具有以下特点：

1、现场对避雷器测试不需要线路停电，只要断开跌落式保险（令克）即可。

2、仪器在测量1mA下的电压U1mA时，同时可获得0.75U1mA 时的泄漏电流值，操作十分简便。

3、自带充电式电源，克服了多数情况下现场无交流电源的困难。

综上所述，YBL-3型氧化锌避雷器现场测试仪是配电网中氧化锌避雷器测试的最佳选择，对配电网的经济运行、安全运行和提高供电的可靠性起着重要作用。

为什么要用大电流测量断路器的回路电阻？

——超一流的TE200型高精度回路电阻测试仪

［关键词］回路电阻，接触电阻，200A，TE200型

电力系统许多大电流电气设备在预防性试验和交接试验中需要准确测量回路的电阻值。断路器是电力系统重要的电气设备，国标GB763、GB50150和电力行业标准DL/T596对断路器导电回路电阻的测量均作了规定：应采用直流压降法测量，电流不小于100A。

断路器导电回路的电阻主要取决于断路器的动、静触头间的接触电阻。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能

力，在一定程度上影响短路电流的切断能力。因此，断路器每相导电回路电阻值是断路器安装、检修和质量验收的一项重要数据。

接触电阻的测量有许多种方法。日本学者Isao Minowa提出用超导量子器件测量接触电阻，H.Archi提出利用电解槽法测量接触电阻，波兰学者Jerzy Kaczarek提出用三次谐波法测量接触电阻，这些方法一般是在实验室条件下进行电接触研究所采用的方法。工程中，通常采用四端子法来测量实际触点的接触电阻。

以前，通常采用直流双臂电桥测量断路器的接触电阻。但是，当使用双臂电桥进行断路器导电回路电阻的测量时，由于双臂电桥测量回路通过的是微弱的电流，难以消除电阻较大的氧化膜，测出的电阻示值偏大，但氧化膜在大的电流下很容易被击穿，不妨碍正常电流通过。因此，测试采用直流压降法测试时，电流不得太小。

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度回路电阻测试仪”，采用最新电源技术，突破了困扰多年的技术难题，输出电流达到了200A，但体积很小，重量只有意想不到的5.5kg，真正实现了“特试特人”的追求“更精确、更先进、更完善”。体积小、重量轻、接线简单的“TE200型高精度回路电阻测试仪”使以前很麻烦的现场断路器回路电阻的测试变得更轻松、更方便。

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