國網(wǎng)保定供電公司 趙京生 盧 謙 劉 穎 孫 政 趙海霞

交流耐壓試驗的分類與探討

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電氣試驗中的交流耐壓試驗是鑒定電氣設(shè)備絕緣強度最直接的方法，能充分反映電氣設(shè)備在交流電壓下運行時的實際情況，能真實有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。它對于判斷電氣設(shè)備能否投入運行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。本文對交流耐壓試驗的三個分類（即：工頻交流耐壓試驗、串聯(lián)諧振耐壓試驗和感應(yīng)耐壓試驗）分別從原理以及試驗方法注意事項等方面進行了討論和總結(jié)，對現(xiàn)場設(shè)備的實際試驗過程有一定的指導(dǎo)作用。

工頻交流耐壓試驗；串聯(lián)諧振耐壓試驗；感應(yīng)耐壓試驗

0 引言

按照試驗的性質(zhì)和要求，電氣試驗分為特性試驗和絕緣試驗兩大類[1]。

特性試驗主要是對電力設(shè)備的電氣或機械方面的某些特性進行試驗，如斷路器導(dǎo)電回路的接觸電阻，互感器的變比、極性，斷路器的分合閘時間、速度及同期性等。

絕緣試驗一般分為：(1)非破壞性試驗；(2)破壞性試驗。

非破壞性試驗是指在較低電壓下，用不損傷設(shè)備絕緣的辦法來判斷絕緣缺陷的試驗，如絕緣電阻吸收比試驗、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗、泄漏電流試驗、油色譜分析試驗等。這類試驗對發(fā)現(xiàn)缺陷有一定的作用與有效性。但這類試驗中的絕緣電阻試驗、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗、泄漏電流試驗由于電壓較低，發(fā)現(xiàn)缺陷的靈敏性還有待于提高。但目前這類試驗仍然是一種必要的不可放棄的手段。

破壞性試驗，如交流耐壓試驗、直流耐壓試驗，用比較高的試驗電壓考驗設(shè)備的絕緣水平。這類試驗優(yōu)點是易于發(fā)現(xiàn)設(shè)備的集中性缺陷，考驗設(shè)備絕緣水平。缺點在于電壓較高，個別情況下給被測試設(shè)備造成一定損傷。

應(yīng)當(dāng)指出，破壞性試驗必須在非破壞性試驗合格之后進行，以避免對絕緣的無辜損傷乃至擊穿。例如互感器受潮后，絕緣電阻、介質(zhì)損耗因數(shù)tanδ試驗不合格，但經(jīng)過烘干處理后絕緣仍可恢復(fù)。若在未處理前就進行交流耐壓試驗，將可能導(dǎo)致絕緣擊穿，造成絕緣修復(fù)困難。

本文主要針對交流耐壓試驗進行研究和總結(jié)。交流耐壓試驗是鑒定電氣設(shè)備絕緣強度最直接的方法，能充分反映電氣設(shè)備在交流電壓下運行時的實際情況，能真實有效地發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷。它對于判斷電氣設(shè)備能否投入運行具有決定性的意義，也是保證設(shè)備絕緣水平、避免發(fā)生絕緣事故的重要手段。

1 交流耐壓試驗分類

交流耐壓試驗可以分成以下三種[2]：(1)工頻交流耐壓試驗；(2)串聯(lián)諧振耐壓試驗：(3)感應(yīng)耐壓試驗。

下面將分別對三種交流耐壓試驗進行討論和研究。

1.1 工頻交流耐壓試驗

圖1 工頻耐壓試驗原理接線圖

工頻交流耐壓試驗[3]由工頻交流電源供電，通過控制器向調(diào)壓器供電，調(diào)壓器改變輸出電壓的幅值，經(jīng)試驗變壓器將低電壓變換成高電壓，向被試品供電。交流耐壓試驗的接線，應(yīng)按被試品的電壓、容量和現(xiàn)場實際試驗設(shè)備條件來決定。圖1是一種典型的試驗接線。

但是，由于在工頻條件下被試品電容量較大，或者試驗電壓要求較高，對試驗裝置的電源容量相應(yīng)的也有較高的要求。而傳統(tǒng)的工頻耐壓裝置（交流耐壓試驗變壓器）卻存在單件體積大，重量重，不便于現(xiàn)場搬運，而且不便于任意組合，靈活性較差等問題。使得工頻交流耐壓試驗在現(xiàn)場基本被淘汰。

1.2 串聯(lián)諧振耐壓試驗

前述及對發(fā)電機、變壓器和交聯(lián)電纜等電容量較大的被試品進行交流耐壓試驗時，需要大容量試驗設(shè)備，采用工頻耐壓試驗會存在一系列問題。這時可以采用串聯(lián)諧振試驗裝置，它能以較小的電源容量試驗較大電容和較高試驗電壓的試品，回路由被試品負載電容和與之串聯(lián)的電抗器及電源組成。

圖2為串聯(lián)諧振的等效電路及其相量圖。

圖2 串聯(lián)諧振等效電路及其相量圖

其中：

此時回路中的電流達到最大：

這時加在被試品上的電壓為：

輸出電壓與輸入電壓之比稱為試驗回路的品質(zhì)因數(shù)Q：

由于試驗回路中的 R很小，故試驗回路的品質(zhì)因數(shù)很大，因此用這種方法能用電壓較低的試驗變壓器得到較高的試驗電壓。而且當(dāng)被試品擊穿時，電路失去諧振條件（不再滿足XL=XC），電源輸出電流自動減小，試品兩端的電壓驟然下降，從而限制了對被試品的損壞程度。

目前根據(jù)調(diào)節(jié)方式的不同，串聯(lián)諧振裝置分為：工頻串聯(lián)諧振裝置、變頻串聯(lián)諧振裝置兩大類。

1.2.1 工頻串聯(lián)諧振裝置

工頻串聯(lián)諧振裝置工作頻率為50Hz，帶可調(diào)電抗器，通過調(diào)節(jié)電抗值使回路達到諧振。該電抗器的電感量能連續(xù)可調(diào)，當(dāng)試驗電壓較高時，可以作成幾個電抗器串聯(lián)使用。

試驗前根據(jù)試驗電壓確定所需電抗器串聯(lián)個數(shù)，再用電容測量儀測量被試品的電容量，據(jù)此計算達到諧振所需補償?shù)碾娙萘浚瓿稍囼灲泳€。該方法與工頻交流耐壓試驗相比，減小了對試驗電源容量的要求，但是增加了串聯(lián)電抗器和并聯(lián)電容器，步驟繁瑣，計算量大，正逐漸被變頻串聯(lián)諧振裝置取代。

1.2.2 變頻串聯(lián)諧振裝置

變頻串聯(lián)諧振裝置帶固定電抗器，工作頻率一般為30～300Hz。該裝置依靠大功率的變頻電源，調(diào)節(jié)試驗頻率，使回路達到諧振，所用電抗器的電感量是不可調(diào)的，而試驗頻率隨被試品的電容量不同而改變。

圖3為采用變頻串聯(lián)諧振裝置時交流耐壓試驗的接線原理圖。變頻串聯(lián)諧振裝置具有體積小，重量輕，可實時監(jiān)測試驗波形，一鍵鼠標(biāo)式旋鈕“傻瓜式”操作，大屏幕液晶顯示等諸多優(yōu)點，但也有很多缺點，試驗現(xiàn)場感受最明顯的就是該裝置可靠性較差，不禁碰，對環(huán)境要求高，在惡劣環(huán)境下如低溫環(huán)境，機器經(jīng)常不能正常運轉(zhuǎn)，需進一步提高其可靠性。

1.3 感應(yīng)耐壓試驗

圖3 變頻串聯(lián)諧振裝置耐壓試驗接線圖

對變壓器、電磁式電壓互感器等，常采用從二次加壓而使一次得到高壓的試驗方法來檢查被試品絕緣。這種加壓方法即為感應(yīng)耐壓試驗，它不僅可以檢查被試品的主絕緣（指繞組對地、相間和不同電壓等級繞組間的絕緣），而且還對變壓器、電壓互感器的縱絕緣（同一繞組層間及段間絕緣）也進行了考驗。而通常的交流耐壓試驗只是考驗了主絕緣，卻沒有考驗縱絕緣。

在進行感應(yīng)耐壓試驗時，因為變壓器、電磁式電壓互感器在工頻額定電壓下，鐵芯伏安特性曲線接近飽和部分。若在被試品一側(cè)施加小于或等于額定電壓，則空載電流會急劇增加，達到不能允許的程度。為了施加額定電壓又不使鐵芯磁通飽和，多采用增加頻率的方法，即倍頻耐壓方法。通常在低壓繞組上施加頻率為100～200Hz之間，2倍于額定電壓的試驗電壓，其他繞組開路。目前較多采用為頻率可調(diào)節(jié)的變頻電源作為試驗電源。

2 交流耐壓試驗的方法和步驟

2.1 工頻和串聯(lián)諧振交流耐壓試驗

有繞組的被試品進行耐壓試驗時，應(yīng)將被試品繞組自身的兩端短接，非被試品繞組亦應(yīng)短接并與外殼連接后接地。交流耐壓試驗時加至試驗電壓后的持續(xù)時間，如無特殊說明則均為1min。

2.2 感應(yīng)耐壓試驗

對變壓器、電磁式電壓互感器進行倍頻感應(yīng)耐壓試驗時，通常在低壓繞組上施加試驗電壓，高壓繞組感應(yīng)到高壓，其他繞組開路。感應(yīng)耐壓試驗時間可按下式計算：

但持續(xù)時間不得小于15s。

2.3 實驗步驟及注意事項

交流耐壓試驗升壓必須從零開始，切不可沖擊合閘。升壓速度在75%試驗電壓以前，可以是任意的，自75%電壓開始應(yīng)均勻升壓，約為每秒2%試驗電壓的速率升壓（以 DL 474.4-92《現(xiàn)場絕緣試驗實施導(dǎo)則 交流耐壓試驗》為準(zhǔn)）。耐壓試驗后，迅速均勻降壓到零，然后切斷電源。

任何被試品在進行交流耐壓試驗前，應(yīng)先進行其他絕緣試驗，合格后再進行耐壓試驗。通常在耐壓試驗前后均應(yīng)測量絕緣電阻。另外，充油設(shè)備若經(jīng)濾油或運輸，耐壓試驗前還應(yīng)將試品靜置一段時間，以排除內(nèi)部可能殘存的空氣。

接上試品，接通電源，開始升壓進行試驗。升壓過程中應(yīng)密切監(jiān)視高壓回路，監(jiān)聽被試品有何異常的響聲。升至試驗電壓，開始計時。時間到后，降壓然后切斷電源。試驗中如無破壞性放電發(fā)生，則認為通過耐壓試驗。在升壓和耐壓過程中，如發(fā)現(xiàn)電流表指示急劇增加，調(diào)壓器往上升方向調(diào)節(jié)，出現(xiàn)電流上升、電壓基本不變甚至有下降的趨勢，被試品冒煙、焦臭、閃絡(luò)、燃燒或發(fā)出擊穿響聲，應(yīng)立即停止升壓，降壓停電后檢查原因。這些現(xiàn)象如查明是絕緣部分出現(xiàn)的，則認為被試品交流耐壓試驗不合格。如確定被試品的表面閃絡(luò)是由于空氣濕度或表面臟污等所致，應(yīng)將被試品清潔干燥處理后，再進行試驗。

有時耐壓試驗進行了數(shù)十秒鐘，中途因故失去電源，使試驗中斷，在查明原因，恢復(fù)電壓后，應(yīng)重新進行全時間的持續(xù)耐壓試驗，不可僅進行 “補足時間”的試驗。

交流耐壓試驗結(jié)束，降壓和切斷電源后，試品中殘余的電荷，自動反向經(jīng)過試驗變壓器高壓繞組對地放電，因此試品對地放電問題沒有像直流耐壓試驗?zāi)菢又匾?。但對于需要更換高壓接線，有較多人工換線操作的工作，為防止電源側(cè)隔離開關(guān)或接觸器不慎突然來電等意外情況，在更換接線時應(yīng)在試品上懸掛接地放電棒，以保證人身安全。在再次升壓前，先取下放電棒，以防帶接地放電棒升壓。

試驗。

3 結(jié)論

本文對交流耐壓試驗進行了總結(jié)，討論了不同交流耐壓試驗的原理和優(yōu)缺點，并對交流耐壓試驗的方法步驟進行了簡單的介紹。

應(yīng)當(dāng)指出，在現(xiàn)場進行試驗時，應(yīng)該根據(jù)被試品的種類和現(xiàn)場實際情況合理選擇交流耐壓試驗方法，靈活接線，以完成試驗要求。同時，雖然交流耐壓試驗在判斷設(shè)備絕緣狀況時是決定性和不可替代的，但也不可忽視其他試驗的重要性。只有通過對試品各種試驗結(jié)果的綜合分析，才能對設(shè)備的情況作出更準(zhǔn)確的判斷。

[1]陳天翔,王寅仲,海世杰.電氣試驗[M].北京:中國電力出版社,2009:42-53.

[2]李建明,朱康.高壓電氣設(shè)備試驗方法[M].北京:中國電力出版社,2010:55-63.

[3]周澤存,沈其工,方渝,等.高電壓技術(shù)[M].北京:中國電力出版社,2007:146-159.

趙京生（1988—），男，河北易縣人，助理工程師，主要從事電氣設(shè)備試驗類工作。