工厂供电中电气设备绝缘电阻测试方法的探讨与研究

张彦迪 陈江宁

[摘要]通过对工厂电气控制中的变压器、互感器、断路器、电力电缆和绝缘子绝缘电阻的测试方法的分析,提出电力设备的绝缘电阻测试的基本方法,并分析影响绝缘电阻测量结果的各种因素。

[关键词]电力设备绝缘电阻测试方法变压器互感器断路器电力电缆绝缘子

中图分类号:TM1文献标识码:A文章编号:1671-7597(2009)1210009-02

为使工厂供电中的电气设备能安全运行,除保证在额定电压下能安全运行外,在系统发生操作过电压或雷闪过电压时,也能可靠运行,电气设备绝缘强度是否合格关系很大。由于电力设备在设计和制造中可能从在着一些质量问题,而且在安装运输过程中由于电压、热、化学、机械振动等因素的影响也可能出现损坏而造成一些潜伏性缺陷,其绝缘性能会出现劣化,甚至失去绝缘性能,造成故障危害电力系统正常运行。据有关统计,电力系统中60%以上的停电事故是由设备绝缘缺陷引起的。设备绝缘部分的劣化、缺陷的发展都有一定的发展期,在这个期间,绝缘材料会发出各种物理、化学信息来反映绝缘状态的变化情况。运行人员通过预防性试验可以在缺陷发展的初级阶段就能准确及时地发现并处理,进而预防事故的发生。各种电力设备均通过串联或并联方式组合在一起,达到供电要求。这种连接在一起的电力设备组在预防性试验中需独立分别进行,例如:电力变压器、互感器、断路器、套管、电容器、电力电缆、绝缘子等。

一、绝缘电阻的试验

(一)绝缘电阻表的接线

图一用兆欧表测量绝缘电阻接线图

绝缘电阻表是测量绝缘电阻最常用的仪表。常见的绝缘电阻表根据其电压等级有500V、1000V、2500V、5000V等几种;又分为手摇式和电动式两种。测量绝缘电阻时,对额定电压为1000V以上的绕组用2500V的绝缘电阻表,其量程一般不低于10000MΩ,1000V以下者用1000V绝缘电阻表。

(二)测量步骤

1.测量前必须将被测设备电源切断,并对地短路放电,决不允许设备带电进行测量,以保证人身和设备的安全。

2.消除设备可能感应出高压电的隐患后,再进行测量。

3.清洁被测物表面,减少接触电阻。兆欧表接线柱引出的测量软线绝缘应良好,两根导线之间和导线与地之间应保持适当距离,以免影响测量精度。

4.测量前要检查兆欧表是否处于正常工作状态,主要检查其“0”和“∞”两点。即摇动手柄,使电机达到额定转速120r/min,此时指针应指向“∞”,短接兆欧表L、E端子,此时指针指向“0”位置(摇动手柄的转速太快会损坏表针);将被试品的地线接于摇表E,同时将被试品的非测量部分短接接地,被试品的另一引线不连至L端,将手柄空摇至额定转速,指针应指向“∞”,这时表明摇表可正常工作,停摇后,将L引线接到被试品上。如可能产生表面泄露电流,应加屏蔽,接在摇表G端。

5.兆欧表使用时应放在平稳、牢固的地方,且远离大的外电流导体和外磁场。

6.以120r/min的均匀速度转动摇表,待指针稳定后读取绝缘电阻值。

7.测吸收比时,应从绝缘加上全部额定电压后才开始计时,因此,可在摇表接地侧装一绝缘良好的刀闸,当摇表达到额定转速时合上刀闸,同时开始计时,在1min内,记录15s和60s时的读数,取60s时的读数为绝缘电阻值。

8.摇动兆欧表时,不能用手接触兆欧表的接线柱和被测回路,以防触电,各接线柱之间不能短接,以免损坏。测量完毕后,应立即断开火线L,然后再停止转动手柄,以免被试品电容电流反充而损坏摇表,特别是试验大容量设备更应注意。最后将被试品放电,不少于2min。

9.测量时应记录当时被试品的温度,气象条件和日期。

二、电力变压器绝缘电阻的测试

测量变压器绕组绝缘电阻能有效地检查出变压器绝缘整体受潮,部件表面受潮或脏污,以及贯穿性的集中性缺陷,如瓷件破裂、引线接壳、器身内有金属接地等缺陷。测量绕组绝缘电阻时应依次测量各绕组对地和对其他绕组间的绝缘电阻值。测量时,被测绕组各引线端均应短接在一起,其余非被测绕组皆短路接地。绝缘电阻和吸收比的测量顺序及部位如表1:

表1变压器绝缘电阻和吸收比的测量顺序和部位

如果变压器为自耦变压器时,自耦绕组可视为一个绕组。如三绕组变压器高、中压绕组自耦时,则共测三次,测量顺序及部位如下:(1)低压绕组高、中压绕组及地;(2)高、中、低压绕组地;(3)高、中压绕组低压绕组及地。

测量前后应对变压器的被测绕组与外壳短路充分放电(t≥2min);对新投入或大修后的变压器,应充满合格油并静止一定时间(一般110KV及以上变压器静止20h以上,3～10KV的变压器需静止5h以上。);测量时以变压器顶层油温作为测量时的温度。

《规程》并未对绝缘电阻值做具体规定,表2给出允许值供参考,另外可按下列步骤进行:(1)安装时绝缘电阻值不应低于出厂试验时的70%;(2)预防性试验时绝缘电阻值不应低于安装或大修后投入运行前的测量值的50%;(3)同期同类型变压器同类绕组的绝缘电阻不应有明显异常;(4)同一变压器绝缘电阻测量结果,一般高压绕组测量值应大于中压绕组,中压绕组测量值应大于低压绕组。

表2油浸电力变压器绕组绝缘电阻的允许值(MΩ)

三、互感器绝缘电阻测试

互感器在电力系统的电能计量、继电保护、自动控制等装置中用于变换电压或电流,运行数量多,长期处于工作状态,测量互感器绕组的绝缘电阻的主要目的是检查其绝缘是否有整体受潮或老化的缺陷。测量电压互感器和电流互感器绝缘电阻的方法基本相同。

测量时,一次绕组用2500V绝缘电阻表,二次绕组用1000V或2500V绝缘电阻表,非被测绕组应接地。实验结果可与历次数据比较,进行综合分析判断。一般情况下,一次绕组的绝缘电阻不应低于出厂值或历次测量值的60%;二次绕组一般不低于10MΩ。当电压互感器吊芯检查修理时,应用2500V绝缘摇表测量铁芯夹紧螺栓的绝缘电阻,不低于10MΩ。测量时,还应考虑并排除空气湿度、互感器表面脏污、温度等对绝缘电阻的影响,必要时,用G端子消除表面泄露影响。电容式电流互感器末屏对地绝缘电阻一般不低于1000MΩ。

四、断路器绝缘电阻测试

对断路器来讲,一般都要求测量其整体的绝缘电阻,即断路器导电回路对地的绝缘电阻。测量时应采用2500V绝缘电阻表。对空气断路器,实际是测量其支持瓷套的绝缘电阻,一般数值很高,最低不得小于5000MΩ。对于少油和多油断路器还应测量绝缘提升杆(有机材料制成)的绝缘电阻。测量结果不得小于《规程》允许值,如表3。测量提升杆绝缘电阻应在断路器调整完毕与油箱注油之前进行,以便落下油箱或打开入口接线。断路器已经充注绝缘油后,为了判断绝缘提升杆是否受潮,可在断路器合闸和分闸两种状况下分别测量套管引出线对外壳的绝缘电阻。若两次测量值相近,且不低于表3规定,说明绝缘良好。若合闸状态下绝缘电阻值远低于分闸状态下的值,说明绝缘提升杆受潮。

表3用有机材料制成的断路器绝缘提升杆的绝缘电阻允许值(MΩ)

五、套管绝缘电阻测试

套管是使高压引线安全穿过墙壁或设备箱体与其他电力设备相连接。其结构要有较小的体积和较薄的绝缘厚度,尤其套管法兰处电场强度极不均匀,对其绝缘性能要求较高。

测量绝缘电阻可以发现套管瓷套裂纹、本体严重受潮及测量小套管绝缘劣化、接地等缺陷。对已安装到变压器本体上的套管,摇测其高压导电杆对地的绝缘电阻时应连同变压器本体一起进行,而摇测抽压小套管和测量小套管对地绝缘电阻可分别单独进行。由于套管总是从最外层开始受潮,因此测量小套管对地绝缘电阻具有重要意义。《规程》规定摇测小套管对地绝缘电阻应使用2500V绝缘电阻表,其阻值一般不应低于1000MΩ。套管主绝缘的绝缘电阻不应低于10000MΩ。

六、电力电缆绝缘电阻测试

检查电力电缆最简单的方法就是测量绝缘电阻。通过测量可以检查出电缆绝缘受潮老化缺陷,还可以判别出电缆在耐压试验时所暴露出的绝缘缺陷。电力电缆的绝缘电阻,是指电缆芯线对外皮或电缆某芯线对其他芯线及外皮间的绝缘电阻。测量时除测量相芯线外,非被测相芯线应短路接地。额定电压1000V以下的电缆可用1000V绝缘摇表,1000V及以上的电缆用2500V绝缘摇表,6KV以上摇表也可用5000V摇表。

电力电缆的绝缘电阻与电缆的长度、测量时的温度及电缆终端头或套管表面脏污、潮湿有很大关系。测量时应将电缆终端头表面擦拭干净,并进行表面屏蔽。可将不同温度时的绝缘电阻值换算为20℃时的值。换算公式:

R20℃=RtKt

式中:

R20℃-换算到20℃时的绝缘电阻值,MΩ;

Rt-温度为t时实测的绝缘电阻值,MΩ;

Kt-温度换算系数。

多芯电缆在测量绝缘电阻后,可用不平衡系数来分析判断其绝缘状况。不平衡系数等于同一电缆中各芯线绝缘电阻中的最大值与最小值之比,绝缘良好的电缆不平衡系数一般不大于2。

七、绝缘子绝缘电阻的测试

电力系统中使用的大量绝缘子承担绝缘和机械固定作用。绝缘子在运行中,由于受电压、温度、机械力以及化学腐蚀等作用,绝缘性能会劣化,出现不能承受过电压的零值绝缘子。因此检测出不良绝缘子并及时更换是保证电力系统安全运行的一项重要工作。测量绝缘电阻可以发现绝缘子裂纹或瓷质受潮等缺陷。绝缘良好的绝缘子的绝缘电阻一般很高,劣化绝缘子的绝缘电阻明显下降,仅为数十兆欧、数百兆欧甚至几兆欧。由于绝缘子数量大,用绝缘电阻表摇测其绝缘电阻工作量太大,因此仅在带电检测出零值绝缘子位置后,停电更换该零值绝缘子前,为保证准确性才摇测绝缘电阻。《规程》规定,用2500V及以上绝缘电阻表摇测绝缘子绝缘电阻,多元件支持绝缘子的每一元件和每片悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300MΩ。当带电测出绝缘子为零值绝缘子,但其绝缘电阻大于300MΩ时,应摇测其相邻良好绝缘子,比较两者绝缘电阻,若绝缘电阻值相差较大仍应视为不合格。

八、影响绝缘电阻的因素

影响绝缘电阻的因素主要有:1.温度的影响,一般情况下,绝缘电阻随温度的升高而降低;2.湿度和电力设备表面脏污的影响,湿度和脏污可以大大降低绝缘电阻;3.残余电荷的影响,残余电荷会造成绝缘电阻偏大或偏小;4.感应电压的影响,感应电压强烈时可能损坏绝缘电阻表或造成指针乱摆,得不到真实测量值。

预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节,是保证电力系统安全运行的有效手段之一。电力设备的绝缘电阻测试是电力设备预防性试验中不可缺少的一个步骤。做好绝缘电阻试验为耐压试验做好准备和在设备运行中作为预防设备绝缘事故的检测手段,保证电力系统安全运行,保证工厂可靠供电。

参考文献:

[1]陈天翔、王寅仲,电气试验[M].第一版,北京:中国电力出版社,2005.

[2]DL/T596-1996,电力设备预防性试验规程[M].北京:中国电力出版社,1997.

[3]能源部基本建设司,火电厂电气设备起动调试[M].北京:中国电力出版社,1992.10.

[4]胡国根、王战铎,高电压技术[M].重庆:重庆大学出版社,1996.1.

作者简介:

张彦迪(1979-),女,助教,主要从事电力系统自动化专业教学及高电压技术研究;陈江宁(1981-),男,助教,主要从事电工测量及仪表方面的教学与研究。