电气设备绝缘的高电压试验与安全防护措施

苏毅

（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545006）

1 引言

电气设备绝缘的高电压试验对于电气设备的安全稳定运行具有重要意义。电气设备绝缘在长期运行中不但受到工作电压还会收到各种过电压的影响，所以高压实验室中通过模拟工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压来检测各种设备的绝缘耐压能力［1－7］。

高电压试验在高电压下进行试验，其安全问题至关重要，高电压试验中的安全防护问题必须引起注意［8，9］。

2 工频高电压试验

工频高电压试验是检测电气设备绝缘常进行的试验，其好处在于不仅可以检验设备绝缘在工频电压下的性能，而且还可以检验设备对操作过电压与雷电过电压的承受能力，可以避免进行雷电冲击和操作冲击试验的设备仪器和实验技术的复杂与高难度。

进行工频高电压试验时，工频高电压一般采用高压试验变压器或者将其串联起来产生，对于容量较大的被试品，如电容器、电缆等，可以采用串联谐振回路来获得工频高电压。

工频高电压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压设备的基础部件。试验变压器一般为油浸式变压器，工作原理与一般电力变压器相似，但是结构和工作条件有较多不同。

（1）试验变压器容量一般不大

其高压侧电流I与额定容量P取决于被试品的电容大小:

式中:C—被试品与试验变压器的电容；

f—电源频率；

u—试验电压。

被试品击穿或者放电时只需要提供给被试品电容电流；如果被试品被击穿时，开关会立即切断电源，不出长时间出现短路电流。

（2）试验变压器应有较强的绝缘

由于需要产生的工频电压很高，要求试验变压器必须有较强的绝缘。但是其绝缘裕度不需要太大，因为其在试验室内工作，与一般电力变压器不同，不会受到雷电与操作过电压。

（3）试验变压器体积不大

试验变压器的额定电压较高，但是一般容量不大，所以其本体不大，外观上的一个明显特点是高压套管长而大。

（4）试验变压器的结构较简单

试验变压器与一般电力变压器相比运行时间较短，发热较轻，不需要有复杂的冷却系统，因而在额定功率与额定电压下不宜长时间运行。

当所需的工频试验电压较高时，单台试验变压器由于绝缘难度和造价的问题，就不满足试验要求，一般采用几台试验变压器串级的方式产生高电压，常用的串级方式是自耦式连接，高一级变压器的励磁电流由前一级高压绕组的累接绕组供给。

工频高压试验的基本电路图如图1所示，其以试验变压器或其串级装置为主要设备。

图1 工频高压试验基本电路图

图中:AV为调压器；

PV1为低压侧电压表；

PV2为高压静电电压表；

T为工频高压试验变压器；

Lf与Cf组成滤波器；

R1为变压器保护电阻；

F为测量球隙；R2为测量球隙保护电阻；

TO为被试品。

具体的试验方法如下:在被试品上按规定的速度提高电压，提升到额定电压，开始计算时间。为了发现有缺陷的被试品的局部放电与击穿，提升到额定电压后需要持续一段时间，工程中一般取1min，如果在这段时间内没有出现绝缘击穿或者局部损伤的现象，就可以认为该被试品的工频耐压试验合格。

3 冲击高电压试验

电气设备绝缘的冲击高电压试验与工频高电压试验相比，测试仪器与实验设备要求较高、投资大，测试技术也比较复杂，在工程试验中冲击耐压试验一般不列入设备绝缘预防性试验中，但为了研究电气设备的雷电过电压与操作过电压的绝缘性能，在很多高电压试验室中都装设了冲击高电压发生器，用来产生操作冲击电压波与雷电冲击电压波。

冲击高电压试验用的标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波，表示形式如下:

式中:τ1—波尾时间常数；

τ2—波前时间常数。

冲击电压发生器的常用回路如图2所示。

图2 冲击电压发生器回路

以图2为基础，近似分析输出电压波形与回路元件参数之间的关系，C2上的电压可表示为:

其中:

由于C1＞＞C2，则:

根据冲击电压波前时间T1的定义，可知:当t=t1时，u2（t1）=0.3U2m；当t=t2时，u2（t2）=0.9U2m，则:

或:

而且:

或:

由式（8）和（9）可得:

则:

解出:

C2上的电压可表示为:

其中:

计算化简后得:

电气设备绝缘的冲击高电压试验采用三次冲击法，对被试品施加三次负极性与三次正极性冲击试验电压，对电抗器与变压器类的电气设备还需要进行冲击截波的耐压试验。

3 高电压试验的安全防护措施

高电压试验中的安全问题至关重要，因为在高电压下进行试验，可能由于工作人员的疏忽，人体与带高电压设备部分的距离小于安全距离时，极有可能发生人身伤亡事故。而且由于错接试验电路或错加更高的试验电压，很可能使被试设备或试验设备发生损坏。

为了有效防止意外事故的发生，必须做好以下各项安全技术措施:

（1）在进行高电压试验前，充分作好预备工作，拟定好实验方案，必须严格执行《电业安全工作规程》中的相关内容；

（2）在进行试验之前，试验负责人应对每个参加试验的人员明确分工，具体说明有关安全的注重事项；

（3）高压试验工作必须有两人以上共同配合，才能开展工作，并应明确其中有经验的一人为试验负责人，负安全责任；

（4）试验设备的容量，仪表的量程必须在试验前考虑合适，仪表的转换开关、插头和调压器及滑杆的转动方向，必须判明且正确无误；

（5）试验装置的电源开关应使用明显断开的双极开关，以便区分合闸或分闸两种工作状态，交直流耐压、直流泄漏电流试验的电源应装设可靠的过流保护装置，最低限度也应装设熔断件或瞬时电流脱扣开关以及红绿指示灯；

（6）高压试验一般由较低一级的试验人员负责接线，之后由试验负责人负责检查；

（7）试验设备和被试验设备的金属外壳均应接地，高压试验引线应尽量缩短，截面应足够大；

（8）试验结束后，应拆除自装的接地短路线，恢复被试设备实验前的接线，拆除安全网并清理和检查现场，不应遗忘工具和其他物件，确保被试设备和场地恢复试验前的状况。

5 结束语

电气设备在制造、运输、安装和运行中都有可能会产生绝缘缺陷，特别是在长期运行过程中，电气设备受到电场、热效应、机械应力、化学腐蚀以及环境条件等因素的影响，其绝缘品质将逐渐劣化，极可能导致绝缘系统的破坏，因此做好电气设备的高压试验工作至关重要。

［1］李光范，王晓宁，李鹏，等.1000kV特高压电力变压器绝缘水平及试验研究［J］.电网技术，2008，32（3）:l－6.

［2］贺以燕.工频高压试验设备的现状及其发展（上）［J］.变压器，1994，5:2 －5.

［3］贺以燕.工频高压试验设备的现状及其发展（下）［J］.变压器，1994，6:2 －6.

［4］张文亮，张国兵.特高压GIS现场工频耐压试验与变频谐振装置限频方案原理［J］.中国电机工程学报，2007，27（24）:1 －4.

［5］张文亮，张国兵.特高压交流试验电源特点探讨及比较［J］.中国电机工程学报，2007，27（4）:1 －4.

［6］华中工学院，上海交通大学.高电压试验技术［M］.北京:水利电力出版社，1985.

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［8］仲崇山，韩筱慧，吴冰，等.高压试验人身安全防护系统的研制［J］.华中电力，2009，22（5）:25 －28.

［9］曹小龙，曹小虎，吉玲，等.高压试验工作中应重视的安全问题［J］.电力安全技术，2010，12（12）:55 －57.