关于高压电气设备的绝缘预防性试验研究

林灏凡

（南方电网科学研究院高电压技术研究所，广东广州，510063）

1 绝缘预防性试验

1.1 绝缘预防性试验

一般来说，高压电气试验主要分为预防性试验及交接性试验。依据设备划分主要包括：对变压器试验、对电压互感器试验、对电流互感器试验、对避雷器试验、对断路器试验、对电力电缆试验、对高压母排试验、多高压电机试验。对于不同的设备应严格按照严格规程规定试验项目和内容进行试验。其中绝缘耐压试验是最基本和重要的电气试验。电气设备绝缘预防性试验是保证设备安全运行的重要措施，通过试验，掌握设备绝缘状况，及时发现绝缘内部隐藏的缺陷，并通过检修加以消除，严重者必须予以更换，以免设备在运行中发生绝缘击穿，造成停电或设备损坏等不可挽回的损失。绝缘预防性试验可分为两大类：一类是非破坏性试验或称绝缘特性试验，是在较低的电压下或用其他不会损坏绝缘的办法来测量的各种特性参数，主要包括测量绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗角正切值等，从而判断绝缘内部有无缺陷。实验证明，这类方法是行之有效的，但目前还不能只靠它来可靠的判断绝缘的耐电强度。另一类是破坏性试验或称耐压试验，试验所加电压高于设备的工作电压，对绝缘考验非常严格，特别是揭露那些危险性较大的集中性缺陷，并能保证绝缘有一定的耐电强度，主要包括直流耐压、交流耐压等。耐压试验的缺点是会给绝缘造成一定的损伤。电气设备交接试验为适应电气装置安装工程和电气设备交接试验的需要，促进电气设备交接试验新技术的推广和应用，国家标准GB 50150-91《电气设备交接试验标准》详细地介绍了各项试验的内容和标准。电气设备交接试验除了部分绝缘预防性试验还有其它一些特性试验，例如变压器直流电阻和变比测试、断路器回路电阻测试等。不同类型的电气设备虽然试验标准不同，但是都要根据相关的试验规程对每个试验项目进行严格操作。我们经常进行的绝缘耐压试验就是最重要与最基本的高压试验之一[2]。

1.2 绝缘的缺陷及试验种类

绝缘的缺陷通常可分为两大类，一类为悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆由于局部有气隙在工作电压作用下发生局部放电而损坏，以及其他的机械损伤、受潮等集中性缺陷。另一类为电机、变压器、套管等绝缘中的有机材料受潮、老化、变质等电气设备整体绝缘性能下降的分布性缺陷。绝缘内部有上述两种类型缺陷后，它的特性就会发生一定的变化。电气设备的绝缘缺陷，有些是制造时潜伏下的，另一些则是运行中在外界作用影响下发展起来的，即累积效应。外界作用有：工作电压、过电压、大气影响（如潮湿等）、机械力、热、化学等，当然这些外界作用的影响程度亦和制造质量有关。目前，还不能做到使电气设备的绝缘在运行中不发生明显的劣化，所以，在电力系统中经常进行预防性试验，及时发现缺陷，可减少许多事故的发生。绝缘特性试验亦称非破坏性试验，是指在较低的电压下或使用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。实践证明，这类方法是有效的，但目前还不能只靠它来可靠地判断绝缘的耐压水平。

绝缘耐压试验亦称破坏性试验，这类试验对绝缘的考验是严格的，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，它能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。耐压试验是在绝缘特性试验之后才进行，如果非破坏性试验已表明绝缘存在不正常情况，则必须在查明原因并加以消除后再进行耐压试验，以避免不应有的击穿。例如套管大修时，当用非破坏性试验判断出绝缘受潮后，首先是进行干燥，待受潮现象消除后才做耐压试验。

电气设备必须在常年使用中保持高度的可靠性，为此，必须对设备按设计的规格进行各种试验。在制造厂有：对所有原材料的试验，制造过程的中间试验，产品定型及出厂试验；在使用场合有：安装后的交接试验，使用中为维护运行安全而进行的绝缘预防性试验等。通过试验，掌握电气设备绝缘情况，可保证产品质量或及早发现其缺陷，从而进行相应的维护与检修，以保证设备的正常运行[3]。

2 绝缘预防性试验的基本原理

2.1 绝缘电阻的测试

绝缘电阻的测试是电气设备绝缘测试中应用最广泛，试验最方便的项目。绝缘电阻值的大小，能有效地反映绝缘的整体受潮、污秽以及严重过热老化等缺陷。绝缘电阻的测试最常用的仪表是绝缘电阻测试仪（兆欧表）。绝缘电阻测试仪（兆欧表）通常有100V、250V、500V、1000V、2500V和5000V等类型。使用兆欧表应按照DL/T596《电力设备预防性试验规程》的有关规定。

2.2 泄漏电流的测试

一般直流兆欧表的电压在2.5KV以下，比某些电气设备的工作电压要低得多。如果认为兆欧表的测量电压太低，还可以采用加直流高压来测量电气设备的泄漏电流。当设备存在某些缺陷时，高压下的泄漏电流要比低压下的大得多，亦即高压下的绝缘电阻要比低压下的电阻小得多。测量设备的泄漏电流和绝缘电阻本质上没有多大区别，但是泄漏电流的测量有如下特点：（1）试验电压比兆欧表高得多，绝缘本身的缺陷容易暴露，能发现一些尚未贯通的集中性缺陷。（2）通过测量泄漏电流和外加电压的关系有助于分析绝缘的缺陷类型。（3）泄漏电流测量用的微安表要比兆欧表精度高。

2.3 直流耐压试验

直流耐压试验电压较高，对发现绝缘某些局部缺陷具有特殊的作用，可与泄漏电流试验同时进行。直流耐压试验与交流耐压试验相比，具有试验设备轻便、对绝缘损伤小和易于发现设备的局部缺陷等优点。与交流耐压试验相比，直流耐压试验的主要缺点是由于交、直流下绝缘内部的电压分布不同，直流耐压试验对绝缘的考验不如交流更接近实际。直流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度的方法，直流耐压试验具有试验设备轻便，容量小；可同时测量泄漏电流；局放小，对绝缘的损伤小等特点。直流耐压试验基本接线原理图如图1所示。

图1 直流耐压试验接线原理图

图1中微安表：泄漏电流的测量；TO：被试品；V：直流高压测量装置。直流耐压试验中测得电压纹波系数如图2所示。

图2 电压纹波系数（≤3%）

图2所示，左边为两倍电压，右边为三倍电压，带上负载后，倍压装置的输出电压会降低，并出现脉动。图3为串级直流高压发生器原理图，高压设备中，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流形成的串级直流高压装置，可减少减少高电压的脉动。

图3 串级直流高压发生器图

图3中，串级直流高压装置为5级，U=1000kV，I为mA量级。当两级直流高压装置空载时，各点电位图如图4所示。

图4 两级直流高压装置空载时各点电位图

电压脉动：C2在放电期间放掉电荷Q2引起；

电压降落：C1在充电期间放掉电荷Q1引起。

同时，当t1：t2 时，Q1=Q2+Q,在t2瞬间。

由此可得：纹波和电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关。

2.4 交流耐压试验

交流耐压试验对绝缘的考验非常严格,能有效地发现较危险的集中性缺陷。它是鉴定电气设备绝缘强度最直接的方法，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。交流耐压试验有时可能使绝缘中的一些弱点更加发展，因此在试验前必须对试品先进行绝缘电阻、吸收比、泄漏电流和介质损耗等项目的试验，若试验结果合格方能进行交流耐压试验。否则,应及时处理，待各项指标合格后再进行交流耐压试验,以免造成不应有的绝缘损伤。

2.5 介质损耗因数tgδ测试

介质损耗因数tgδ是反映绝缘性能的基本指标之一。介质损耗因数tgδ反映绝缘损耗的特征参数，它可以很灵敏地发现电气设备绝缘整体受潮、劣化变质以及小体积设备贯通和未贯通的局部缺陷。介质损耗因数tgδ与绝缘电阻和泄漏电流的测试相比具有明显的优点，它与试验电压、试品尺寸等因素无关，更便于判断电气设备绝缘变化情况。因此介质损耗因数tgδ为高压电气设备绝缘测试的最基本的试验之一。介质损耗因数tgδ可以有效的发现绝缘的下列缺陷：（1）受潮；（2）穿透性导电通道；（3）绝缘内含气泡的游离，绝缘分层、脱壳；（4）绝缘有脏污、劣化老化等[4]。

3 高压设备的绝缘水平及试验方法

高压设备绝缘能否安全可靠地运行，起主要作用的是其耐受电压的能力。各种额定电压等级的设备，绝缘都需要具有相应的耐受电压的能力。设备绝缘耐受电压能力的大小称为绝缘水平。电气身背的绝缘水平应保证绝缘在最大工作电压的持续作用下和过电压的短时作用下都能安全运行。

影响绝缘水平的因素主要有：工作电压的持续作用下的老化是决定绝缘使用寿命的主要条件；雷电过电压下的冲击，时间短但数值高；暂时过电压下的冲击，如谐振，持续时间较长；操作过电压下的冲击。对绝缘水平考核的试验方法有：雷电过电压试验--雷电冲击电压模拟装置；操作冲击试验—操作冲击试验模拟装置；工频电压等效试验 为了检验绝缘在暂时过电压作用下运行的可靠性，通常用短时工频电压等效地来进行试验，判断其绝缘水平的高低。各种设备的一分钟耐压就是根据电力系统中内过电压的大小制定的。其最大的优点就是适合于在现场进行设备的试验[5]。

我国现行的绝缘预防性试验项目：测定绝缘电阻；测量泄露电流；直流耐压试验；测量介损（介质损耗角正切值δ）；绝缘油介电强度试验；微量水分测定；油中溶解气体色谱分析；局部放电试验；交直流耐压试验。以上试验均是在停电（离线）状态下进行，通过试验预判电气设备的绝缘性能。

4 结论

预防性试验的方法及经验是前人多年工作的总结，已经发挥过不少积极作用；但近年来愈来愈多的电力工作者从实践中意识至，过去的试验方法已不能满足现在的技术需求。尽管绝缘预防试验在保障是电气设备安全运行方面发挥着重要作用，但在实践中也逐渐暴露出一些不足，产生了一些问题。由于至今尚未充分掌握绝缘结构的电气强度与绝缘电阻、泄漏电流及介质损耗因数tgδ等非破坏性试验参数之间的直接函数关系，故障诊断的依据主要靠经验积累和实验室数据，诊断的准确性难以保证。而利用运行电压来对高压设备绝缘状况进行试验，则可大大提高试验的真实性与灵敏度。