浅谈发电机、变压器绝缘电阻的测试

2014-12-02侯天元

四川水力发电 2014年2期

侯天元

(四川圣达水电开发有限公司，四川乐山 614900)

1 概述

测量绝缘电阻是一项最简便而又最常用的试验方法，通常用兆欧表进行测量。从测试的仪表来看，由手摇式兆欧表发展到了数字式兆欧表;从容量上看，由以往的5000МΩ发展到现在的几百GΩ。在实践中，我们都知道如何测试发电机、变压器的绝缘电阻，但我们在发电机、变压器绝缘电阻测试过程中常常会遇到这样一些问题:这次测得的绝缘电阻比前一次测得的绝缘电阻高或低，绝缘电阻高而吸收比不满足规程要求等。笔者针对这些问题作一简单分析。

2 绝缘电阻测试的原理

从测量绝缘电阻的原理看，当在电介质上施加直流电压后，随时间衰减的电流可以看成由三种电流组成:①漏导电流。漏导电流是由离子移动产生的，其大小决定于电介质在直流电场中的导电率，所以，可以认为它是纯电阻性的电流，漏导电流随时间增长趋于稳定，其大小反映了绝缘内部是否受潮，或者是否有局部缺陷，或者表面是否脏污。因为这些原因都会引起漏导电流增加，因而其绝缘电阻减小。②几何电流。它是在加压时电源对电介质的几何电容充电时的电流，所以称之为几何电流或电容电流。它是由快速极化过程形成的位移电流，由于快速极化是瞬时完成的，因而这种电流瞬时即逝，很快趋于零。③吸收电流。吸收电流是一个随加压时间的增长而减少的电流，不过它比几何电流衰减慢的多，这是因为吸收电流是缓慢极化产生的，其值取决于电介质的性质、不均匀程度和结构。

将漏导电流、几何电流、吸收电流三者相加并绘出一条电流随时间变化的曲线，我们将其称之为吸收曲线(图1)。

图1 在直流电压下电介质内所产生的三种电流总和随时间变化曲线图

可见，曲线经过一段时间后趋于漏导电流曲线，因此，在用兆欧表进行测量时，必须等到兆欧表指示稳定后才能读数。通常认为:经过1min后漏导电流趋于稳定。由于流过绝缘介质的电流有表面电流和体积电流之分，而表面电流只反映表面状态，因此可以将其屏蔽掉。因此，绝缘电阻确切的定义为:作用于绝缘上的电压与稳态体积电流之比，即:

式中 IW为稳态时的体积泄漏电流;U为作用于绝缘上的电压;Rj为绝缘的体积电阻。

根据上述原理进行分析，我们可以通过测得被试品在1min时绝缘电阻的大小来检测出绝缘是否存在有贯通性的集中缺陷、整体受潮或贯通性受潮。［1］

3 发电机、变压器绕组绝缘电阻测试中应注意的

事项

3．1 电容量小的被试品的吸收比小是正常的

2010年7月，在XX水电厂#1厂变(型号为:SCB10-630/13．8)交接性试验中，使用ZC11D—10型(2500V、0～2500МΩ)摇表，在温度25℃、湿度75%情况下，测得该变压器高压侧绕组的绝缘电阻为:R15″=750 МΩ、R60″=750 МΩ，吸收比等于1。根据公式Rj=U/IW，可见IW很快趋于稳定，而IW由i1、i2、i3三部分组成。i1为几何电流，很快趋于零;i2为吸收电流，缓慢减小;i3为漏导电流，基本恒定。因为i2吸收电流受被试品电容量大小的影响，从公式中可以看出:i2减少的也快，说明该变压器高压侧绕组的电容量偏小。从理论上看，被试品的吸收比试验适用于较大容量的发电机、变压器。

3．2 大容量的被试品需要测试极化指数

2012年11月22日，在XX水电厂#1机组预防性试验中，在温度为22℃、湿度为45%时测得3×63MW的发电机定子绕组绝缘电阻(绝缘为环氧云母)数据见表1。

我们知道，测量被试品的吸收比能检测出被试品的受潮程度。根据规程:环氧云母绝缘的定子绕组吸收比不应小于1．6或极化指数不小于2。［2］通过表1可以看出所测得的吸收比远远大于1．6，但不能作为判断发电机定子绕组的受潮程度。因为在1min时定子绕组的绝缘电阻还没有稳定下来，所以，对于大容量的发电机、变压器绕组，应测试其极化指数。

表1 XX水电厂#1发电机定子绕组绝缘电阻测试数据表

3．3 湿度对绝缘电阻的影响特别大

2012年12月25日下午(温度为10℃，湿度为90%)，在XX水电厂220kV、75000kVA#2变压器预防性试验中，测得高压绕组对低压绕组及地的绝缘电阻为6000МΩ。26日中午，又重新测其绝缘电阻大于16000МΩ(此时温度为15℃，湿度为70%)。从测量绝缘电阻的原理看，25日下午温度低，不会导致测量结果偏大，只有湿度会引起测量结果偏大，因为当时潮气大，表面泄漏必然大，即IW较大，故测得的绝缘值低。所以，我们测量绝缘电阻一般要求在干燥、晴天进行，尽管规程规定测量时湿度应小于80%［2］，但为测试结果的准确性，应尽量在晴天，温度高于5℃、湿度小于70%以下进行。

3．4 容量不同的兆欧表对大电容被试品测得的结果不一致，对电容小的被试品测得的结果却相近

表2是2010年11月YY水电厂#1机组预试中用两只兆欧表(兆欧表一:ZC11D-10，最大输出电流值0．28 ～0．3mA;兆欧表二:PC27-2H，最大输出电流值2mA)测得的3×15MW的发电机定子绕组绝缘电阻的数据(温度为15℃，湿度为65%)。

表2 YY水电厂#1发电机定子绕组绝缘电阻测试数据表

对表2的数据进行分析，可以看出兆欧表容量不同测得大容量被试品的结果不一致。但是，对电容量小的试品，用两只容量不同的兆欧表测得的结果却相近。

表3是对YY水电厂一台干式变压器高压侧绕组绝缘电阻测试的结果，该变压器的型号为:SCL—298/12．5，容量295kVA，接线组别为 YD—11。

对表3数据进行分析，可以看出对电容量小的试品，用两只容量不同的兆欧表测得的结果却相近。

表3 YY水电厂——干式变压器高压侧绕组绝缘电阻测试数据表

通过对表2、表3进行综合分析得知，兆欧表的容量对大电容试品测得结果的影响较大。笔者从测量绝缘电阻的原理分析造成这种现象的原因。根据Rj=U/IW，对于大电容被试品，容量大的兆欧表能提供大的输出电流，吸收电流i2衰减的就快些，也就是说充电时间短些。而容量小的兆欧表不能提供大的输出电流，吸收电流衰减就慢得多，所以，容量大的兆欧表对具有良好绝缘的大电容试品来说测得的绝缘往往高些，因此，一般推荐选用最大输出电流1mA以上的兆欧表。为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同一型号的兆欧表。

3．5 注意温度的影响

一般在温度升高时，加速了电介质内部离子的运动。被试品内的水分在低温时与绝缘物结合得较紧密;当温度升高时，在电场作用下水分向两极伸长，这样，在纤维物质中，呈细长线状的水分粒子拉长，使其电导增加，从而降低了绝缘电阻。一般情况下，应尽可能在相近温度下测试绝缘电阻，因为进行温度换算会受被试品材料、新旧程度、干燥程度等因素影响，将导致较大误差。

3．6 被试品受潮和表面脏污将影响测量结果

被试品受潮和表面脏污将影响测量结果，因为其表面泄漏电流将增大。

3．7 将被试品充分放电

对于吸收现象显著的被试品在试验前后的放电时间不少于5min。对于10000pF以上的大容量设备要求在试验前后先充分放电10min。如果被试品存在残余电荷，当剩余电荷的极性与兆欧表的极性相同时，会使测量结果虚假的增大;当剩余电荷的极性与兆欧表的极性相反时，会导致测量结果不真实，可能增大或减小。

除此之外，我们在测试发电机、变压器绝缘电阻中还应注意以下问题:根据被试品的电压等级，正确选择兆欧表的电压;校验兆欧表是否指零或无穷大;兆欧表需要放置平稳、牢固;被试品的连线不能绞接或触地(手摇式兆欧表或者测试导线不带屏蔽线的数字式摇表);兆欧表的L端和E端子的接线不能对调，屏蔽环装设位置应靠近E端子，应设法消除外界电磁场干扰引起的误差;在使用手摇式兆欧表测试中，摇柄应由慢渐快120 r/min匀速转动。

4 对测试结果的判断

在排除了人为因素与外界因素后，笔者对测得的结果进行了分析判断:(1)所测得的绝缘电阻值应大于规程规定的允许数值;(2)将测得的结果与有关数据进行比较，观察绝缘电阻发生变化的趋势，通常可用来作比较的数据包括:同一设备各相间的数据、同类设备间的数据、出厂试验数据、耐压前后等;(3)如发现数据异常，应查明原因或与其他测试结果进行综合分析、判断。