交流耐压试验的分类与探讨

2015-12-29国网保定供电公司赵京生赵海霞

电子世界 2015年22期

国网保定供电公司赵京生卢谦刘颖孙政赵海霞

交流耐压试验的分类与探讨

国网保定供电公司赵京生卢谦刘颖孙政赵海霞

电气试验中的交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，能充分反映电气设备在交流电压下运行时的实际情况，能真实有效地发现绝缘缺陷。它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。本文对交流耐压试验的三个分类（即：工频交流耐压试验、串联谐振耐压试验和感应耐压试验）分别从原理以及试验方法注意事项等方面进行了讨论和总结，对现场设备的实际试验过程有一定的指导作用。

工频交流耐压试验；串联谐振耐压试验；感应耐压试验

0 引言

按照试验的性质和要求，电气试验分为特性试验和绝缘试验两大类[1]。

特性试验主要是对电力设备的电气或机械方面的某些特性进行试验，如断路器导电回路的接触电阻，互感器的变比、极性，断路器的分合闸时间、速度及同期性等。

绝缘试验一般分为：(1)非破坏性试验；(2)破坏性试验。

非破坏性试验是指在较低电压下，用不损伤设备绝缘的办法来判断绝缘缺陷的试验，如绝缘电阻吸收比试验、介质损耗因数tanδ试验、泄漏电流试验、油色谱分析试验等。这类试验对发现缺陷有一定的作用与有效性。但这类试验中的绝缘电阻试验、介质损耗因数tanδ试验、泄漏电流试验由于电压较低，发现缺陷的灵敏性还有待于提高。但目前这类试验仍然是一种必要的不可放弃的手段。

破坏性试验，如交流耐压试验、直流耐压试验，用比较高的试验电压考验设备的绝缘水平。这类试验优点是易于发现设备的集中性缺陷，考验设备绝缘水平。缺点在于电压较高，个别情况下给被测试设备造成一定损伤。

应当指出，破坏性试验必须在非破坏性试验合格之后进行，以避免对绝缘的无辜损伤乃至击穿。例如互感器受潮后，绝缘电阻、介质损耗因数tanδ试验不合格，但经过烘干处理后绝缘仍可恢复。若在未处理前就进行交流耐压试验，将可能导致绝缘击穿，造成绝缘修复困难。

本文主要针对交流耐压试验进行研究和总结。交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，能充分反映电气设备在交流电压下运行时的实际情况，能真实有效地发现绝缘缺陷。它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。

1 交流耐压试验分类

交流耐压试验可以分成以下三种[2]：(1)工频交流耐压试验；(2)串联谐振耐压试验：(3)感应耐压试验。

下面将分别对三种交流耐压试验进行讨论和研究。

1.1 工频交流耐压试验

图1 工频耐压试验原理接线图

工频交流耐压试验[3]由工频交流电源供电，通过控制器向调压器供电，调压器改变输出电压的幅值，经试验变压器将低电压变换成高电压，向被试品供电。交流耐压试验的接线，应按被试品的电压、容量和现场实际试验设备条件来决定。图1是一种典型的试验接线。

但是，由于在工频条件下被试品电容量较大，或者试验电压要求较高，对试验装置的电源容量相应的也有较高的要求。而传统的工频耐压装置（交流耐压试验变压器）却存在单件体积大，重量重，不便于现场搬运，而且不便于任意组合，灵活性较差等问题。使得工频交流耐压试验在现场基本被淘汰。

1.2 串联谐振耐压试验

前述及对发电机、变压器和交联电缆等电容量较大的被试品进行交流耐压试验时，需要大容量试验设备，采用工频耐压试验会存在一系列问题。这时可以采用串联谐振试验装置，它能以较小的电源容量试验较大电容和较高试验电压的试品，回路由被试品负载电容和与之串联的电抗器及电源组成。

图2为串联谐振的等效电路及其相量图。

图2 串联谐振等效电路及其相量图

其中：

此时回路中的电流达到最大：

这时加在被试品上的电压为：

输出电压与输入电压之比称为试验回路的品质因数Q：

由于试验回路中的 R很小，故试验回路的品质因数很大，因此用这种方法能用电压较低的试验变压器得到较高的试验电压。而且当被试品击穿时，电路失去谐振条件（不再满足XL=XC），电源输出电流自动减小，试品两端的电压骤然下降，从而限制了对被试品的损坏程度。

目前根据调节方式的不同，串联谐振装置分为：工频串联谐振装置、变频串联谐振装置两大类。

1.2.1 工频串联谐振装置

工频串联谐振装置工作频率为50Hz，带可调电抗器，通过调节电抗值使回路达到谐振。该电抗器的电感量能连续可调，当试验电压较高时，可以作成几个电抗器串联使用。

试验前根据试验电压确定所需电抗器串联个数，再用电容测量仪测量被试品的电容量，据此计算达到谐振所需补偿的电容量，完成试验接线。该方法与工频交流耐压试验相比，减小了对试验电源容量的要求，但是增加了串联电抗器和并联电容器，步骤繁琐，计算量大，正逐渐被变频串联谐振装置取代。

1.2.2 变频串联谐振装置

变频串联谐振装置带固定电抗器，工作频率一般为30～300Hz。该装置依靠大功率的变频电源，调节试验频率，使回路达到谐振，所用电抗器的电感量是不可调的，而试验频率随被试品的电容量不同而改变。

图3为采用变频串联谐振装置时交流耐压试验的接线原理图。变频串联谐振装置具有体积小，重量轻，可实时监测试验波形，一键鼠标式旋钮“傻瓜式”操作，大屏幕液晶显示等诸多优点，但也有很多缺点，试验现场感受最明显的就是该装置可靠性较差，不禁碰，对环境要求高，在恶劣环境下如低温环境，机器经常不能正常运转，需进一步提高其可靠性。

1.3 感应耐压试验

图3 变频串联谐振装置耐压试验接线图

对变压器、电磁式电压互感器等，常采用从二次加压而使一次得到高压的试验方法来检查被试品绝缘。这种加压方法即为感应耐压试验，它不仅可以检查被试品的主绝缘（指绕组对地、相间和不同电压等级绕组间的绝缘），而且还对变压器、电压互感器的纵绝缘（同一绕组层间及段间绝缘）也进行了考验。而通常的交流耐压试验只是考验了主绝缘，却没有考验纵绝缘。

在进行感应耐压试验时，因为变压器、电磁式电压互感器在工频额定电压下，铁芯伏安特性曲线接近饱和部分。若在被试品一侧施加小于或等于额定电压，则空载电流会急剧增加，达到不能允许的程度。为了施加额定电压又不使铁芯磁通饱和，多采用增加频率的方法，即倍频耐压方法。通常在低压绕组上施加频率为100～200Hz之间，2倍于额定电压的试验电压，其他绕组开路。目前较多采用为频率可调节的变频电源作为试验电源。

2 交流耐压试验的方法和步骤

2.1 工频和串联谐振交流耐压试验

有绕组的被试品进行耐压试验时，应将被试品绕组自身的两端短接，非被试品绕组亦应短接并与外壳连接后接地。交流耐压试验时加至试验电压后的持续时间，如无特殊说明则均为1min。

2.2 感应耐压试验

对变压器、电磁式电压互感器进行倍频感应耐压试验时，通常在低压绕组上施加试验电压，高压绕组感应到高压，其他绕组开路。感应耐压试验时间可按下式计算：

但持续时间不得小于15s。

2.3 实验步骤及注意事项

交流耐压试验升压必须从零开始，切不可冲击合闸。升压速度在75%试验电压以前，可以是任意的，自75%电压开始应均匀升压，约为每秒2%试验电压的速率升压（以 DL 474.4-92《现场绝缘试验实施导则交流耐压试验》为准）。耐压试验后，迅速均匀降压到零，然后切断电源。

任何被试品在进行交流耐压试验前，应先进行其他绝缘试验，合格后再进行耐压试验。通常在耐压试验前后均应测量绝缘电阻。另外，充油设备若经滤油或运输，耐压试验前还应将试品静置一段时间，以排除内部可能残存的空气。

接上试品，接通电源，开始升压进行试验。升压过程中应密切监视高压回路，监听被试品有何异常的响声。升至试验电压，开始计时。时间到后，降压然后切断电源。试验中如无破坏性放电发生，则认为通过耐压试验。在升压和耐压过程中，如发现电流表指示急剧增加，调压器往上升方向调节，出现电流上升、电压基本不变甚至有下降的趋势，被试品冒烟、焦臭、闪络、燃烧或发出击穿响声，应立即停止升压，降压停电后检查原因。这些现象如查明是绝缘部分出现的，则认为被试品交流耐压试验不合格。如确定被试品的表面闪络是由于空气湿度或表面脏污等所致，应将被试品清洁干燥处理后，再进行试验。

有时耐压试验进行了数十秒钟，中途因故失去电源，使试验中断，在查明原因，恢复电压后，应重新进行全时间的持续耐压试验，不可仅进行 “补足时间”的试验。

交流耐压试验结束，降压和切断电源后，试品中残余的电荷，自动反向经过试验变压器高压绕组对地放电，因此试品对地放电问题没有像直流耐压试验那样重要。但对于需要更换高压接线，有较多人工换线操作的工作，为防止电源侧隔离开关或接触器不慎突然来电等意外情况，在更换接线时应在试品上悬挂接地放电棒，以保证人身安全。在再次升压前，先取下放电棒，以防带接地放电棒升压。