现场绝缘试验导则摘要解析

现场绝缘试验实施导则绝缘电阻、吸收比和极化指数试验(DL/T 474.1—2006)(摘要)

1 范围

本标准提出了绝缘电阻、吸收比和极化指数试验所涉及的仪表选择、试验方法和注意事项等一系列技术细则。

本标准适用于在发电厂、变电所、电力线路等现场和在修理车间、试验室等条件下对高、低压电气设备进行绝缘电阻、吸收比和极化指数试验。

2 规范性引用文件

略。

3 试验内容

试验内容包括绝缘电阻、吸收比和极化指数。

3.1 绝缘电阻

测量电气设备的绝缘电阻,是检查设备绝缘状态最简便和最基本的方法。在现场普遍用兆欧表测量绝缘电阻。绝缘电阻值的大小常能灵敏地反映绝缘情况,能有效地发现设备绝缘局部或整体受潮和脏污,以及绝缘击穿和严重过热老化等缺陷。

用兆欧表测量设备的绝缘电阻,由于受介质吸收电流的影响,兆欧表指示值随时间逐步增大,通常读取施加电压后60s的数值或稳定值,作为工程上的绝缘电阻值。

3.2 吸收比和极化指数

吸收比K 为60s绝缘电阻值 (R60s)与15s绝缘电阻值 (R15s)之比值,即:

对于大容量和吸收过程较长的被试品,如变压器、发电机、电缆、电容器等电气设备,有时吸收比值R60s/R15s尚不足以反映吸收的全过程,可采用较长时间的绝缘电阻比值,即10min时的绝缘电阻(R10min)与1min时的绝缘电阻 (R1min)的比值PI来描述绝缘吸收的全过程,PI 称作绝缘的极化指数,即:

在工程上,绝缘电阻和吸收比 (或极化指数)能反映发电机、油浸式电力变压器等设备绝缘的受潮程度。绝缘受潮后吸收比 (或极化指数)值降低(如图1),因此它是判断绝缘是否受潮的一个重要指标。

图1　某台发电机绝缘电阻R 与时间t的关系

1—干燥前15℃;2—干燥结束时73.5℃;3—运行72h后,并冷却至27℃

应该指出,有时绝缘具有较明显的缺陷 (例如绝缘在高压下击穿),吸收比 (或极化指数)值仍然很好。吸收比 (或极化指数)不能用来发现受潮、脏污以外的其他局部绝缘缺陷。

4 使用仪表

试验最常用的测量仪表是兆欧表。

4.1 兆欧表的型式

兆欧表按电源型式通常可分为发电机型和整流电源型两大类。发电机型一般为手摇 (或电动)直流发电机或交流发电机经倍压整流后输出直流电压;整流电源型由低压工频交流电 (或干电池)经整流稳压、晶体管振荡器升压和倍压整流后输出直流电压。

4.2 兆欧表的电压

兆欧表的电压通常有100V、250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V 等多种。也有可连续改变输出电压的兆欧表。应区分不同被试设备,按照相关规程的有关规定选用适当输出电压的兆欧表。

对水内冷发电机采用专用兆欧表测量绝缘电阻。

4.3 兆欧表的容量

兆欧表的容量即最大输出电流值 (输出端经毫安表短路测得)对吸收比和极化指数测量有一定的影响。测量吸收比和极化指数时应尽量采用大容量的兆欧表,即选用最大输出电流1　mA 及以上的兆欧表,大型电力变压器宜选用最大输出电流3　mA 及以上的兆欧表,以期得到较准确的测量结果。

4.4 兆欧表的负载特性

兆欧表的负载特性,即被测绝缘电阻R 和端电压U 的关系曲线,随兆欧表的型号而变化。图2为兆欧表的一般负载特性。当被测绝缘电阻值低时,端电压明显下降。

图2　兆欧表的一般负载特性

4.5 选用兆欧表时的注意事项

a)对有介质吸收现象的发电机、变压器等设备,绝缘电阻值、吸收比值和极化指数随兆欧表电压高低而变化,故历次试验应选用电压相同和负载特性相近的兆欧表。

b)对二次回路或低压配电装置及电力布线测量绝缘电阻,并兼有进行直流耐压试验的目的时,可选用2500V 兆欧表。由于低压装置的绝缘电阻一般较低 (1 MΩ～20 MΩ),兆欧表输出电压因受负载特性影响,实际端电压并不高。用2500V 兆欧表代替直流耐压试验时,应考虑到由于绝缘电阻低而使端电压降低的因素。

5 试验步骤

5.1 断开被试品的电源,拆除或断开对外的一切连线,将被试品接地放电。对电容量较大者 (如发电机、电缆、大中型变压器和电容器等)应充分放电 (不少于5min)。放电时应用绝缘棒等工具进行,不得用手碰触放电导线。

5.2 用干燥清洁柔软的布擦去被试品外绝缘 (如变压器套管等)表面的脏污,必要时用适当的清洁剂洗净。

对于高压大容量的电力变压器,若湿度等原因造成外绝缘对测量结果影响较大时,应尽量在空气相对湿度较小的时段 (如午后)进行测量。

5.3 兆欧表上的接线端子“E”是接被试品的接地端的,常为正极性;“L”是接被试品高压端的,常为负极性:“G”是接屏蔽端的。“L”与被试品之间应采用相应绝缘强度的屏蔽线和绝缘棒作连接。

将兆欧表水平放稳,试验前对兆欧表本身进行检查。发电机型兆欧表不摇时其指示应停在任意位置;当接通整流电源型兆欧表电源或摇动发电机型兆欧表在低速旋转时,用导线瞬时短接“L”和“E”端子,其指示应为零;开路时,接通电源或兆欧表达额定转速时其指示应指“∞”。然后断开电源或使兆欧表停止转动,将兆欧表的接地端与被试品的地线连接,兆欧表的高压端接上屏蔽连接线,连接线的另一端悬空 (不接试品),再次接通电源或驱动兆欧表,兆欧表的指示应无明显差异。

对整流电源型兆欧表,将兆欧表的接地端与被试品的地线连接,将带屏蔽的连接线L 接到被试品测量部位,接通兆欧表电源开始测量,必要时接上屏蔽环 (见6.1)。

对发电机型兆欧表保持额定转速,将带屏蔽的连接线L 接到被试品测量部位开始测量。如遇表面泄漏电流较大的被试品 (如发电机、变压器等)还要接上屏蔽环 (见6.1)。

5.4 对整流电源型兆欧表保持其输入电源电压和直流输出电压稳定,对发电机型兆欧表保持兆欧表在额定转速,待指针或绝缘电阻数字稳定后 (或60s),读取绝缘电阻值。

5.5 测量吸收比和极化指数时,接通被试品后,同时记录时间,分别读出15s和60s (或1min 和10min)时的绝缘电阻值。

5.6 读取绝缘电阻值后,对发电机型兆欧表应先断开接至被试品高压端的连接线,然后再将兆欧表停止运转。测试大容量设备时更要注意,防止被试品的电容在测量时所充的电荷经兆欧表放电而使兆欧表损坏;对带保护的整流电源型兆欧表可以不受断开接至被试品高压端的连接线与将兆欧表断开电源停止运转的顺序限制。

5.7 断开兆欧表连线后将被试品短接放电并接地。

对发电机型兆欧表当其输出电压较高、被试品电容量较大时,断开兆欧表连线后宜先经电阻将被试品放电,待残余电荷释放一段时间后再将被试品直接放电并接地。

5.8 测量时应记录被试设备的温度、空气温度、湿度、气象情况、试验日期及使用仪表等。

6 影响因素及注意事项

6.1 外绝缘表面泄漏的影响

一般应在空气相对湿度不高于80%条件下进行试验,在相对湿度大于80%的潮湿天气,电气设备引出线瓷套表面会凝结一层极薄的水膜,造成表面泄漏通道,使绝缘电阻明显降低。此时,应按图3所示的接线图,在被试品引出线套管上装设屏蔽环 (用细铜线或细熔丝紧扎数圈,使其和引出线套管外表面紧密接触),并连接到兆欧表屏蔽端子。屏蔽环应接在靠近兆欧表高压端所接的引出线套管端子,远离接地部分,以免造成兆欧表过载,使端电压急剧降低,影响测量结果。

6.2 残余电荷的影响

若试品在上一次试验后,接地放电时间t不充分,绝缘内积聚的电荷没有完全释放,仍积滞有一定的残余电荷,会直接影响绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量结果。图4为一台发电机先测量绝缘电阻后经历不同的放电时间再进行复测的结果,可以看出,接地放电时间至少5min以上才能得到较正确的结果。

图3　测量绝缘电阻时屏蔽环的位置

图4　某台发电机经不同接地放电时间后复测绝缘电阻结果

对于交联电缆试验时应注意,由于残余电荷的影响,电缆耐压前后 (尤其是直流耐压)的绝缘电阻的变化可能较大,放电时间应足够长。

对三相发电机分相测量定子绝缘电阻时,试完第一相绕组后,也应充分放电5min以上,才能打开第二相绕组的接地线试验第二相绕组。否则同样会发生相邻相间异极性电荷未放净造成测得绝缘电阻值偏低的现象。

6.3 感应电压的影响

测量高压架空线路绝缘电阻时,若该线路与另外带电线路有平行段,则不宜进行测量,防止静电感应电压危及人身安全,也避免工频感应电流流过兆欧表使测量无法进行。

测量变电所、升压站高压母线附近的高压电气设备绝缘电阻时,若被试设备上的感应电压太高,也会对安全和试验结果产生较大影响。

雷电活动对架空线路有影响时不可进行该线路的绝缘电阻测量。

6.4 温度的影响

测量绝缘电阻时,试品温度一般应在10℃～40℃之间。

绝缘电阻随着温度升高而降低,但目前还没有一个通用的固定换算公式。

温度换算系数最好以实测决定。例如正常状态下,当设备自运行中停下,在自行冷却过程中,可在不同温度下测量绝缘电阻值,从而求出其温度换算系数。

6.5 测量结果的判断

绝缘电阻值的测量是常规试验项目中最基本的项目。根据测得的绝缘电阻值,可以初步估计设备的绝缘状况,通常也可决定是否能继续进行其他施加电压的绝缘试验项目等。

在DL/T 596中,有关绝缘电阻标准,除对少数结构比较简单和部分低电压设备规定了最低值外,对多数高压电气设备的绝缘电阻值不作规定或自行规定。

除了测得的绝缘电阻值很低,试验人员认为该设备的绝缘不良外,在一般情况下,试验人员应将同样条件下的不同相绝缘电阻值进行比较,不应有明显差别,或以同一设备历次试验结果 (在可能条件下换算至同一温度)进行比较,不应有显著降低(例如降低至70%),结合其他试验结果进行综合判断。需要时,应对被试品各部位分别进行分解测量 (将不测量部位接屏蔽端),便于分析缺陷部位。

6.6 兆欧表的校验

兆欧表每年应校验一次,校验结果应满足JJG 622的规定。

现场绝缘试验实施导则直流高电压试验(DL/T 474.2—2006)(摘要)

1 范围

本标准提出了现场直流高电压绝缘试验所涉及的试验电压的产生、试验接线、主要元件的选择和试验方法等一些技术细则和注意事项,贯彻执行有关国家标准和DL/T 596的相应规定。

本标准适用于在变电所、发电厂现场和在修理车间、试验室条件下对高压电气设备绝缘进行直流耐压试验和直流泄漏电流试验。

2 规范性引用文件

略。

3 直流高电压的产生

3.1 对试验电压的要求

直流电压是指单极性 (正或负)的持续电压,它的幅值用算术平均值表示。由高电压整流装置产生的电压包含有纹波的成分。因此,高压绝缘试验中使用的直流电压,是由极性、平均值和纹波因数来表示的。

根据不同试品的要求,试验电压应能满足试验的极性和电压值,还必须具有充分的电源容量。纹波因数是指纹波幅值与其直流电压算术平均值之比。纹波幅值是指纹波的最大值与最小值之差的一半。在输出工作电流下直流电压的纹波因数S 应按式 (1)计算,且S 不大于3%(见图1),即:

式中:Umax——直流电压的最大值;

Umin——直流电压的最小值;

Ud——直流电压的平均值。

图1　纹波波形

在现场直流电压绝缘试验中,为了防止外绝缘的闪络和易于发现绝缘受潮等缺陷,通常采用负极性直流电压。

3.2 产生直流高电压的回路和主要元件的选择

3.2.1 产生直流高电压的回路

产生直流高电压,主要是采用将交流高电压进行整流的方法。普遍使用高压硅堆作为整流元件。电源一般使用工频电源;对于电压较高的串级整流装置,为了减轻设备的重量,也广泛采用中频电源。

获得直流高电压的回路很多,可根据变压器、电容器、硅堆等元件的参数组成不同的整流回路。现场常用的基本回路有半波整流回路、倍压整流回路和串级整流回路。表1 给出了这些回路的接线图、直流电压及其纹波因数。

3.2.2 主要元件的选择

3.2.2.1 保护电阻器

为了限制试品放电时的放电电流,保护硅堆、微安表及试验变压器,高压侧保护电阻器的电阻值可取

式中:R——高压侧保护电阻器的电阻值,Ω;

Ud——直流试验电压值,V;

Id——试品电流,A。

Id较大时,为减少R 发热,可取式中较小的系数。R 的外绝缘应能耐受幅值为Ud的冲击电压,并留有适当裕度。推荐参照表2所列的数值选用。

高压保护电阻器通常采用水电阻器,水电阻管内径一般不小于12mm。采用其他电阻材料时应注意防止放电短路。

3.2.2.2 硅堆

高压硅堆上的反峰电压使用值不能超过硅堆的额定电压,其额定整流电流应大于工作电流,并有一定的裕度。

表1　产生直流高电压的回路

表2　高压保护电阻器参数

在利用硅堆整流而其单个的电压不够,需要采用多只串联的办法时,必须注意使其电压分布均匀。为此,通常宜采用并联电阻和电容的方法。从现场易于实现的角度来看,也可以仅并联均压电阻,其数值一般为硅堆反向电阻的1/3～1/4。如按此值所选的电阻值过高而不易达到时,可适当减小为1000MΩ。

3.2.2.3 滤波电容器

试验小电容量的试品并要求准确读取电流值时,例如测量带并联电阻的阀型避雷器电导电流时,应加滤波电容器。滤波电容器一般取0.01μF～0.1μF。对于电容量较大的试品,如电缆、发电机、变压器等,通常不用滤波电容器。

对泄漏电流很小,并仅作粗略检查性的试验,如测量断路器支持瓷套及拉杆的泄漏电流,也可不用滤波电容器。

3.3 直流高压成套装置

3.3.1 直流高压成套装置的校验

3.3.1.1 高压电压测量装置的校验

直流高压发生器输出电压应经认可的直流高压标准测量装置校验,其测量的不确定度应不大于3%。

3.3.1.2 高压侧电流测量装置的校验

高压侧电流回路中串接一块直流标准电流表进行校验,标准电流表的准确度应比高电压侧电流测量装置标称的准确度高两级,高电压侧电流测量装置的测量不确定度应不大于0.5%。

3.3.1.3 短时稳定度

直流高电压发生器在开机5min内,输出电压的漂移值应不大于额定输出电压的1%。

3.3.1.4 校验周期

直流高压成套装置应每年校验一次。

3.3.2 纹波的测量

对现场搭建的直流高压试验回路要测量纹波系数。

3.3.2.1 用示波器测量纹波

图2 中高电压电容器C 隔离直流成分,应使Rm≫1/ωC,则纹波成分全部出现在Rm上,示波器显示Rm上的纹波。如果纹波成分比较大,可以在Rm上抽头,按一定的比例将一部分纹波送至示波器。

图2　用示波器测量纹波

DC—高电压整流装置;Cx、Rx—被试品电容、电阻;C、R—电容器、保护电阻器;Rm—测量电阻

3.3.2.2 用标准电容器和整流电路串联测量纹波

将标准电容器与全波整流器及微安表串联,接到被测电压的两端 (见图3),纹波幅值Us与流过标准电容器的整流电流平均值Is的关系为:

式中:C——标准电容器的电容量;

f——纹波的基波频率。

4 直流高电压试验的接线

4.1 微安表的接法

现场电气设备的绝缘有一端直接接地的,也有不直接接地的,微安表的接线位置视具体情况有下列数种接线 (见表3)。

表3中序号1和2接线图测量准确度较高,宜尽量采用。序号3测量误差较大,宜尽量不采用,只有在测量条件受到限制时才采用。

图3　用电容器和整流电路测量纹波

表3　微安表的接线方式

4.2 微安表的保护

为了防止在试验过程中损坏微安表,微安表应加装保护,图4 为其保护接线图。L、Cm和C用来延缓试品击穿放电的电流陡度,防止微安表活动线圈匝间短路或对磁极放电。其中串联电阻r为:

式中:r——串联电阻,MΩ;

UF——放电管放电电压,V;

IdH——微安表满刻度值,μA。

如果采用外接短路开关,一般只在读表时方才断开开关。

短路开关和微安表的接线必须正确,泄漏电流的引线必须先接到短路开关上,然后再用导线从短路开关上引到微安表,以避免试品击穿和试品放电时,烧坏微安表 (见图5)。

图4　微安表的保护接线图

r—串联电阻;F—放电管;K—短路开关;L—电感(约10m H);C—旁路电容 (0.5μF);G—屏蔽端子;Cm—保护电容 (0.1μF);PA—微安表

图5　短路开关和微安表的接线

5 直流高电压的测量

5.1 容许偏差

如果试验持续时间不超过60s,在整个试验中试验电压的测量值应保持在规定电压值的±1%以内,当试验持续时间超过60s时,在整个过程中试验电压测量值应保持在规定电压值的±3%以内。

注:容许偏差为规定值与实测值之差,它与测量误差不同,测量误差是指测量值与真值之差。

5.2 对测量系统的一般要求和现场测量,应符合GB/T 16927.1和GB/T 16927.2的要求。

6 直流泄漏电流的测量

6.1 直流泄漏电流的测量

当直流电压加至被试品的瞬间,流经试品的电流有电容电流、吸收电流和泄漏电流。电容电流是瞬时电流,吸收电流也在较长时间内衰减完毕,最后逐渐稳定为泄漏电流。一般是在试验时,先把微安表短路1min,然后打开进行读数。对具有大电容的设备,在1min还不够时,可取3min～10min,或一直到电流稳定才记录。但不管取哪个时间,在对前后所得结果进行比较时,必须是相同的时刻。

6.2 消除杂散电流的方法

绝缘良好的试品,内部泄漏电流很小。因此,绝缘表面的泄漏和高压引线的杂散电流等都会造成测量误差,必须采取屏蔽措施。

对处于高压的微安表及引线,应加屏蔽。

试品表面泄漏电流较大时,应加屏蔽环予以消除。

如果采用的微安表接在表3序号3的位置的接线,试验装置本身泄漏电流又较大时,应在未接入试品之前记录试验电压各阶段的泄漏电流,然后在试验结果中分别减去这些泄漏电流值。

7 直流高电压试验

7.1 试验条件

试验宜在干燥的天气条件下进行。

试品表面应抹拭干净,试验场地应保持清洁。试品和周围的物体必须有足够的安全距离。

因为试品的残余电荷会对试验结果产生很大的影响,因此,试验前要将试品对地直接放电5min以上。

7.2 试验程序

直流耐压试验和泄漏电流试验一般都结合起来进行。即在直流耐压的过程中,随着电压的升高,分段读取泄漏电流值,而在最后进行直流耐压试验。

对试品施加电压时,应从足够低的数值开始,然后缓慢地升高电压,但也不必太慢,以免造成在接近试验电压时试品上的耐压时间过长。从试验电压值的75%开始,以每秒2%的速度上升,通常能满足上述要求。

7.3 试验结果判断

将试验电压值保持规定的时间后,如试品无破坏性放电,微安表指针没有向增大方向突然摆动,则认为直流耐压试验通过。

温度对泄漏电流的影响是极为显著的。因此,最好在以往试验相近的温度条件下进行测量,以便于进行分析比较。

泄漏电流的数值,不仅和绝缘的性质、状态,而且和绝缘的结构、设备的容量等有关,因此,不能仅从泄漏电流的绝对值泛泛地判断绝缘是否良好,重要的是通过观察其温度特性、时间特性、电压特性及长期以来的变化趋势来进行综合判断。

7.4 放电

试验完毕,切断高压电源,一般需待试品上的电压降至1/2 试验电压以下,将被试品经电阻接地放电,最后直接接地放电。对大容量试品如长电缆、电容器、大电机等,需长时间放电,以使试品上的充电电荷放尽。另外,对附近电气设备,有感应静电电压的可能时,也应予以放电或事先短路。经过充分放电后,才能接触试品。对于在现场组装的倍压整流装置,要对各级电容器逐级放电后,才能进行更改接线或结束试验,拆除接线。

对电力电缆、电容器、发电机、变压器等,必须先经适当的放电电阻对试品进行放电。如果直接对地放电,可能产生频率极高的振荡过电压,对试品的绝缘有危害。放电电阻视试验电压高低和试品的电容而定,必须有足够的电阻值和热容量。通常采用水电阻器,电阻值大致上可用每千伏200Ω～500Ω。放电电阻器两极间的有效长度可参照高压保护电阻器的表面绝缘长度 (见表2)。放电棒的绝缘部分总长度不得小于1000mm,其中自握手护环到放电电阻器下端接地线连接端的长度l′为700mm,握手部分为300mm,如图6所示。

图6　放电棒的尺寸

现场绝缘试验实施导则介质损耗因数tanδ试验(DL/T 474.3—2006)(摘要)

1 范围

本标准提出了测量高压电力设备绝缘介质损耗因数tanδ 和电容的方法,试验接线和判断标准,着重阐述现场测量的各种影响因素、可能产生的误差和减少误差的技术措施。

本标准适用于发电厂、变电所现场和修理车间、试验室等条件下,测量高压电力设备绝缘的介质损耗因数tanδ和电容。

2 规范性引用文件

下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单 (不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本标准,然而,鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本标准。

DL/T 596 电力设备预防性试验规程

JB/T 8169—1999 耦合电容器及电容分压器

3 测量仪器

3.1 西林电桥

西林电桥的四个桥臂由四组阻抗元件所组成,其原理接线如图1所示。

电桥平衡时:

以上式中各符号的含义同图1。

在工频试验电压下,式 (2)中ω=2πf=100π,取R4为10000/π=3184Ω,则tanδx=C4,即C4的微法值就是tanδx值。

3.2 电流比较型电桥

图2是电流比较型电桥原理接线图。当电桥平衡时,由安匝平衡原理可得:

式(4)中,ω=100π,C 分别等于1/π×10-6F和0.1/π×10-6F。

图1　西林电桥原理接线图

Cx—被试品等值电容;Rx—被试品介质损耗等值电阻;Cn—标准电容;R3—无感可调电阻;C4—可调电容;R4—无感固定电阻;T—电源变压器

图2　电流比较型电桥原理接线图

Cn—标准电容;Cx—被试品的电容;Rx—被试品介质损耗等值电阻;U—试验电压;R—十进可调电阻箱;C—可调电容;Wn和Wx—分别为电流比较型电桥标准臂和被测臂匝数;T—变压器;WD—平衡指示器匝数

3.3 M 型介质试验器

M 型介质试验器是一种不平衡交流电桥,图3表示其原理接线,它抱括Cn、Ra标准支路,Cx、Rx及无感电阻Rb被试支路,Rc极性判别支路,电源和测量回路等五部分。

介质损耗因数tanδx可由下式计算:

式中:P——有功功率;mW;

S——视在功率,m VA。

Rb远小于被试品阻抗,由图3可知,串联后不影响Ix的大小和相位。

在B位置上测出Rb上的压降IxRb(乘以有关常数)可代表试品的视在功率S。

图3　M 型介质试验器原理接线图

T—电源变压器;Rx和Cx—被试品介质损耗等值电阻和等值电容;Rb—被试支路无感电阻;Rc—极性判别支路电阻;Cn—标准电容;Ra—标准支路电阻

将电压表接到C位置,调Ra的可动触点,当读数为最小时,两个回路的电容电流分量的电压降可完全抵消,故电压表读数可代表试品的有功功率P。

Rc极性判别支路是用来判别外界干扰的极性。

3.4 介质损耗因素tanδ 测量技术的新方法——数字化测量仪

1)数字式自动平衡电桥:它仍采用零值比较法原理,但用变压器比例臂代替普通阻抗比例臂,并用计算机控制和处理,从而实现自动平衡和测量。

2)实部和虚部分离测量法:它是根据实部和虚部分离法研制的一种全自动测量电桥,分别接在标准电容器和试品通道的矢量电压表把流经的电流转换为电压,然后把各自得到的电压分为实部和虚部,利用微机对这些数据进行分析计算即可得到电容Cx和tanδ。

3)数字采样波形分析系统:它是一种智能化系统,包括两大部分,一是采样系统,负责将试品上的电压及电流连续信号转化成离散化的数字量;二是数据处理系统,主要由计算机组成,将采样到的电压、电流信号进行快速傅里叶变换 (FFT),求出信号基波分量的幅值和相位,最后得到tanδ值和试品电容值。

4)便携式测量仪 (相位差法):它采用相位差法 (或称方波整形法),由加在试品上的电压和流过试品中的电流的夹角φ 求出tanδ。从试品上取得的电压和电流信号分别经过滤波、限幅放大、过零比较电路变成方波信号,最后一起通过异或门变为相位脉冲,该相位脉冲经过与门后就填充了时标脉冲,最后送给单片机计数、处理和显示。系统还在信号提取、零点漂移以及量化误差等方面采取措施,使测量更准确。

注:数字化测量仪的使用方法按各仪器的使用说明书进行,其基本原理接线如图4所示。

图4　数字化测量仪原理接线图

4 电力设备介质损耗因数tanδ的现场测试

4.1 试验条件及准备

4.1.1 试验条件

本试验应在良好的天气,试品及环境温度不低于+5℃和空气相对湿度不大于80%的条件下进行。

4.1.2 准备

测试前,应先测量试品各电极间的绝缘电阻。必要时可对试品表面 (如外瓷套或电容套管分压小瓷套,二次端子板等)进行清洁或干燥处理。了解充油电力设备绝缘油的电气、化学性能 (包括油的tanδ)的最近试验结果。

4.2 电力变压器

4.2.1 试验接线

因变压器的外壳直接接地,所以现场测量时采用交流电桥反接法 (或用M 型介质试验器等其他仪器)进行。为避免绕组电感和励磁损耗给测量带来的误差,试验时需将测量绕组各相短路,非测量绕组各相短路接地 (用M 型介质试验器时接屏蔽)。电力变压器试验接线如表1所示。

表1　电力变压器试验接线

4.2.2 试验结果的判断

变压器的tanδ 在大修及交接时,相同温度下比较,不大于出厂试验值的1.3倍,历年预防性试验比较,数值不应有显著变化,大修及预防性试验结果按照DL/T 596规定进行综合判断。

4.3 高压套管

4.3.1 试验接线

测量装在三相变压器上的任一只电容型套管的tanδ和电容时,相同电压等级的三相绕组及中性点(若中性点有套管引出者),必须短接加压,将非测量的其他绕组三相短路接地。否则会造成较大的误差。现场常采用高压电桥正接线或M 型介质试验器测量,将相应套管的测量用小套管引线接至电桥的Cx端,或M 型介质试验器的D 点 (见图3),一个一个地进行测量。

4.3.2 影响测量的因素

a)抽压小套管绝缘不良,因其分流作用,使测量的tanδ值产生偏小的测量误差。

b)当相对湿度较大 (如在80%以上)时,正接线使测量结果偏小,甚至tanδ 测值出现负值;反接线使测量结果往往偏大。

潮湿气候时,不宜采用加接屏蔽环,来防止表面泄漏电流的影响,否则电场分布被改变,会得出难以置信的测量结果。有条件时可采用电吹风吹干瓷表面或待阳光曝晒后进行测量。

c)套管附近的木梯、构架、引线等所形成的杂散损耗,也会对测量结果产生较大影响,应予搬除。套管电容越小,其影响也越大,试验结果往往有很大差别。

d)自高压电源接到试品导电杆顶端的高压引线,应尽量远离试品中部法兰,有条件时高压引线最好自上部向下引到试品,以免杂散电容影响测量结果。

4.3.3 判断及标准

套管测得的tanδ (%)按DL/T 596进行综合判断。

判断时应注意:

a)tanδ值与出厂值或初始值比较不应有显著变化。

b)电容式套管的电容值与出厂值或初始值比较一般不大于±10%,当此变化达±5%时应引起注意,500kV套管电容值允许偏差为±5%。

4.4 电容器

4.4.1 试验接线

现场使用高压电桥测量耦合电容器 (包括断路器的断口均压电容器)的tanδ 和电容时,宜采用正接线测量;反接线测量误差较大,有时由于湿度或其他因素的影响会出现偏大的试验结果。

4.4.2 判断标准

判断标准如表2所示。

表2　耦合电容器和断路器电容器tanδ和电容值判断标准

4.5 电流互感器

4.5.1 油浸链式和串级式电流互感器

4.5.1.1 试验接线

35kV～110kV级的电流互感器,多数为油浸链式 (如LCWD—110 型)和串级式 (如L—110型)结构。这类电流互感器现场测量可按一次对二次绕组用高压电桥正接线测量,也可按一次对二次绕组及外壳用高压电桥反接线测量。

4.5.1.2 判断和标准

电流互感器的tanδ (%)值,按DL/T 596规定进行综合判断,且与出厂及历年数据比较,不应有显著变化。

4.5.2 电容型电流互感器

4.5.2.1 试验接线

电容型电流互感器的结构如图5所示,最外层有末屏引出。试验时可采用高压电桥正接线进行一次绕组对末屏的tanδ 及电容的测量。电流互感器进水受潮以后,水分一般沉积在底部,最容易使底部和末屏绝缘受潮。采用反接线测量末屏对地的tanδ和电容,加压在末屏与油箱座之间,另外将一次绕组接到电桥的“E”端屏蔽,试验时施加电压根据末屏绝缘水平和测量灵敏度选用,一般可取2kV。

4.5.2.2 判断和标准

电容型电流互感器一次绕组对末屏tanδ 的试验结果判断标准应不大于表3中的数值,电容量与初始值或出厂值差别超出±5%范围时应查明原因;当末屏绝缘电阻小于1000MΩ 时应测量末屏对地的tanδ,其值不大于2%。

4.6 电压互感器

4.6.1 电容式电压互感器

电容式电压互感器由电容分压器、电磁单元(包括中间变压器和电抗器)和接线端子盒组成,其原理接线如图6所示。有一种电容式电压互感器是单元式结构,分压器和电磁单元分别为一单元,可在现场组装,另有一种电容式电压互感器为整体式结构,分压器和电磁单元合装在一个瓷套内,无法使电磁单元同电容分压器两端断开。

图5　电容型电流互感器结构原理图

1—一次绕组;2—电容屏;3—二次绕组及铁芯;4—末屏

表3　电容型电流互感器tanδ(%)的标准

4.6.1.1 试验接线

a)主电容的C1和tanδ1的测量。对于220kV及以上电压等级的CVT,其主电容大多是多节串联的,对于上面C1各节,应用正接线测量。下面重点说明与电磁单元连接的部分的测量。

测量主电容的tanδ1和C1的接线如图7所示。由中间变压器励磁加压,加压绕组一般选择额定输出容量最大的二次绕组。XT点接地,分压电容C2的“δ”点接高压电桥的标准电容器高压端,主电容C1高压端接高压电桥的“Cx”端,按正接线法测量。由于“δ”点绝缘水平所限,试验电压不超过2kV。此时C2与Cn串联组成标准支路。一般Cn的tanδ≈0,而C2≫Cn,故不影响测量结果。

b)分压电容C2和tanδ2的测量。测量分压电容C2和tanδ2的接线图如图8 所示。由中间变压器励磁加压。XT点接地,分压电容C2的“δ”点接高压电桥的“Cx”端,主电容C1高压端与标准电容Cn高压端相接,按正接线法测量。试验电压应在高压侧测量。此时,C1与Cn串联组成标准支路。

若在测量C2和tanδ2时,电桥电压升到10kV,由于C2电容量较大,作试验电源用的中间变压器T1绕组中的电流值,可能超过其最大热容量。因此只要求试验电压能满足电桥测量灵敏度即可,一般2kV～4kV可达到要求。

图6　电容式电压互感器结构原理图

C1—主电容;C2—分压电容;L—电抗器:P—保护间隙:T1—中间变压器;R0—阻尼电阻;C3—防振电容;K—接地开关;J—载波耦合装置;δ—C2分压电容低压端;XT—中间变压器低压端;ax—中间变压器二次测量绕组;afxf—T1的二次剩余电压绕组

图7　测量C1、tanδ1接线图

Cn—标准电容;其他各符号的含义同图6

试验时加压绕组一般选择中间变压器T1的额定输出容量最大的二次绕组,在测量C2和tanδ2时,C2和T1绕组及补偿电抗器L电感会形成谐振回路,从而出现危险的过电压,因此应在加压绕组间接上阻尼电阻R。

目前,某些型号的自动介损仪能通过一次试验接线完成主电容的C1和分压电容C2的电容量和介损测量,具体接线参考其仪器说明书。

c)测量中间变压器的C 和tanδ 用反接线法。将C2末端δ与C1首端相连,XT悬空,中间变压器各二次绕组均短路接地按反接线测量。由于δ点绝缘水平限制,外加交流电压2kV,其试验接线和等值电路见图9。

图8　测量C2、tanδ2的接线图

Cn—标准电容;PV—电压表;其他各符号的含义同图6

图9　测量中间变压器tanδ和电容的接线和等值电路

Cn—标准电容;T—电源变压器;其他各符号的含义同图6

4.6.1.2 判断和标准

电容分压器的试验标准见表2的规定,中间变压器的试验标准按DL/T 596电磁式电压互感器规定判断。图9 (b)中 (C1+C2)≫CT,因此按图9试验接线图测得的tanδ 近似认为是tanδT,测得的C 近似认为是CT。

4.6.2 电磁式全绝缘电压互感器

4.6.2.1 试验接线

可以采用将一次绕组短路加压,各二次绕组均短路,接西林电桥Cx点的正接法来测量tanδ及电容值;也可以采用对电桥的E 点加压,将一次绕组短路,接QS1电桥的Cx点,其各二次绕组均短路直接接地的反接法。

4.6.2.2 判断和标准

电磁式电压互感器在交接试验时,35kV油浸式的tanδ (%)可参照DL/T 596规定判断。35kV以上的,在试验电压为10kV时,按制造厂试验方法测得的tanδ值不应大于出厂试验值的130%。

运行中电磁式电压互感器的tanδ (%)值按DL/T 596规定判断。

4.6.3 串级式电压互感器

4.6.3.1 绕组结构

图10为220kV串级式电压互感器的绕组及结构布置图。一次绕组分成4段,绕在两个铁芯上;两个铁芯被支撑在绝缘支架上,铁芯对地分别处于3/4和1/4的工作电压,一次绕组最末一个静电屏(共有4个静电屏)与末端“X”相连接,“X”点运行中直接接地。末电屏外是二次绕组ax 和剩余二次绕组aDxD。“X”与ax 绕组运行中的电位差仅100/V,它们之间的电容量约占整体电容量的80%。110kV级的绕组及结构布置与220kV级类似,一次绕组共分2段,只有一个铁芯,铁芯对地电压为1/2的工作电压。

图10　220kV串级式电压互感器原理接线图

1—静电屏蔽层;2—一次绕组 (高压);3—铁芯;4—平衡绕组;5—连耦绕组;6—二次绕组;
7—剩余二次绕组;8—支架

4.6.3.2 试验方法和接线

测量串级式电压互感器tanδ 和电容的主要方法有:末端加压法、末端屏蔽法、常规试验法和自激法。末端加压法采用较广,它的优点是电压互感器A 点接地,抗电场干扰能力较强,不足之处是存在二次端子板的影响,且不能测绝缘支架的tanδ值;末端屏蔽法“X”接屏蔽能排除端子板的影响,能测出绝缘支架的tanδ 值。电压互感器的预防性试验规定,必须增加对绝缘支架的介质损失值的测试项目,因此DL/T 596建议采用末端屏蔽法试验。自激法抗干扰力差,一般较少采用。

a)试验接线和方法如图11～图15 和表4所示。

图11　末端加压法测量接线

AX—高压绕组端子;ax—二次绕组端子;aDxD—剩余二次绕组端子;Cx—电容电桥端子;E—电桥接地端子;R4—电桥固定电阻:C4—电桥可调电容:Cn—标准电容;R3—电桥可调电阻

图12　末端加压法测量对剩余二次绕组端部tanδ的接线

注:各符号的含义同图11

b)绝缘支架tanδ和电容的测量。由于支架的电容量很小 (一般为10p F～25p F),因此按图15直接法测量的灵敏度很低,在强电场干扰下往往不易测准,建议使用间接法,按图13和图14两次测量后,用式 (6)计算出绝缘支架的电容Cc和介质损耗因数tanδc,即:

式中:Ca及tanδa——按图13接线测量的一次对二次绕组的电容及介损值;

Cb及tanδb——按图14接线测量的一次对支架与二次绕组并联的电容及介损值。

按图15测量时,为便于电桥平衡,需要在R4上再并接适当电阻,通常,取外并电阻后R1=R4/n(n=1、2、3、…、9)。此时,被试的tanδ值等于C4的微法值除以n,即tanδ=C4/n。

图13　末端屏蔽法:电压互感器底座接地测量一次对二次绕组的试验接线 (测出Ca及tanδa)

注:各符号的含义同图11

图14　末端屏蔽法:电压互感器底座对地绝缘测量一次对支架与二次绕组并联的试验接线(测出Cb及tanδb)

注:各符号的含义同图11

4.6.3.3 试验标准

串级式 (分级绝缘)电压互感器20℃时的tanδ值应不大于表5中数值。

4.7 多油断路器

用高压电桥测量多油断路器的tanδ 值,主要是检查套管和油箱内部绝缘部件 (如灭弧室、提升杆、绝缘围屏和绝缘油等)的绝缘状况,现场测试可按4.7.1的步骤进行。

图15　末端屏蔽法直接测量支架tanδ接线

注:各符号的含义同图11

图16　常规法 (反接法)接线

注:各符号的含义同图11

4.7.1 试验步骤

4.7.1.1 在合闸状态分别测量三相整体 (包括绝缘提升杆和套管)的tanδ 和电容值 (此项测量在需要时进行)。

4.7.1.2 在分闸状态,测量每只套管和灭弧室的tanδ和电容值,当测得的tanδ 值超出试验标准或与以前比较显著增大时,应进行分解试验,即:

a)落下油箱或放去绝缘油 (指油箱无法落下者)使灭弧室露出油面,如tanδ 明显下降者,则是绝缘油和油箱绝缘围屏绝缘不良;

b)如tanδ无明显下降变化,则应擦净油箱内瓷套表面再试,如tanδ明显下降则是套管脏污;

c)如tanδ无明显变化,则可卸去灭弧室的屏罩再试,如tanδ 明显下降,则是屏罩受潮,否则拆卸灭弧室;

d)如拆卸灭弧室后tanδ明显降低,则说明灭弧室受潮,否则说明套管绝缘不良。

4.7.1.3 使用M 型介质试验器时,分别在合闸与分闸状态下测试有功功率 (mW)的差值,以确定绝缘的部位:合闸毫瓦值与分闸同相的两套管毫瓦值的和之差,此差值为正值时,说明提升杆和导向板受潮;差值为负值时,说明灭弧室受潮或脏污。

表4　测量电压互感器tanδ和电容的接线方法

表5　串级式(分级绝缘)电压互感器测量tanδ的试验标准

4.7.2 试验标准

多油断路器的非纯瓷套管和断路器的tanδ 值(%)标准见DL/T 596规定。

按4.7.1.3 的步骤试验时,毫瓦差值在±9mW以内者为合格,差值在± (9mW～16mW)范围内时尚可使用。若差值超过±16mW,则应立即处理,不能继续使用。

5 现场测量的干扰影响和消除方法

5.1 电场干扰

被试设备周围不同相位 (如A、B、C 三相)的带电体与被试设备不同部位间存在电容耦合,这些不同部位的耦合电容电流 (干扰电流)沿被试品和电桥测量电路 (正、反、侧接线)流过,形成电场干扰,对现场tanδ 的测量造成误差。由于被试设备结构不同,其受电场干扰情况也不同。

5.2 电场干扰影响的消除方法

5.2.1 屏蔽

在部分停电的现场,对可能受到邻近带电物体电场影响的被试品,特别是直接与电桥连接的暴露的被试品电极,在可能条件下用内侧有绝缘层的金属罩、铝箔等加以屏蔽,屏蔽罩 (箔)接地,以减少电场干扰的影响。

5.2.2 选相倒相法

对于干扰电源和试验电源同频率时,可以利用选相倒相法,通过计算的方法消除干扰电流对被试品从高压端、中间电容屏或末端电容耦合的影响。一般情况下,测量时将电源正、反倒相各测一次即可,若作反接线测量,且测得的tanδ≥15%时,应将电源另选一相测试,使tanδ≤15%为止。

当tanδ＜10%时,实际tanδx可简略地按下式计算:

式中:tanδ1、tanδ2——倒相前后的tanδ;

R31、R32——倒相前后的R3值。

应用选相倒相法所引起的误差在一般高压电桥允许的误差范围内。

5.2.3 干扰平衡法

5.2.3.1 原理

当干扰源特别强,利用特制的可调电源加到桥体上,可以消除干扰对电桥平衡和对测量的影响。

图17为以反接线为例在R3臂上加反干扰源测量tanδ的原理图。

图17　R3臂加反干扰源原理图

5.2.3.2 操作步骤

a)按常规的tanδ测量方法接好线 (不加试验电源),将反干扰电源的两个输出端分别接入电桥的Cx端和E端 (或者是Cn端和E 端,或者是Cx端和Cn端)。

b)将电桥的R3调整在估计的测量值位置上(例如,试品电容为100p F 左右时可将R3调整在大约为1500Ω 的位置上),R3预调得越准确,一般一次调整反干扰电源装置,即可一次平衡成功,测试数据准确。

c)合上电桥检流计电源,将检流计灵敏度放在适当位置,观察因电场干扰造成的检流计指示值,以不超过2/3刻度为宜。

d)合上反干扰装置的电源,先调整反干扰装置输出的反干扰电流“幅值”,后调整其相位,使检流计在灵敏度最大时,指示最小为止。

e)固定反干扰电源装置的“幅度”和“相位”,将检流计调至零位,然后合上试验电源,按常规试验方法进行tanδ测量的平衡操作。

f)将试验电压降到零,反干扰装置的“幅值”与“相位”保持不变,将灵敏度调至最大位置。若检流计指示很小,所测数据即为正确值。

g)若测试数据要求相当精确时,可重复d)、e)两项操作或进行电源正、反相测量。

5.2.4 移相法

图18　用移相电源消除干扰

图19　用移相电源时的电流相量图

找出相应于夹角为零的移相器位置的方法如下:在图18中将B与D 短接,并将R3放在最大,此时干扰电流I′及由电源供给的被试品电流Ix均流过检流计G,它们的路径由图中虚线箭头所示。调节移相电源的相角和电压幅值,使检流计指示为最小,此时即表示上述夹角接近零。断开电源,保持移相电源相位,拆除BD 短路,正式开始测量,将电压升至所需电压,若K 在正、反位置下的tanδ值相等即说明移相效果良好。

用移相法测试操作比较复杂。

5.2.5 异频法

通过改变试验电源的频率为47.5Hz 和52.5Hz(或45Hz和55Hz),利用高压电桥原理,并运用离散傅里叶变换等算法,将50Hz干扰信号从测试信号中分离。

5.2.6 其他

有利用光纤传递信号,隔离高压,抗外电场干扰等其他方法。

5.3 磁场干扰

当电桥靠近电抗器等漏磁通较大的设备时可能会受到磁场干扰。通常,这一干扰主要是由于磁场作用于电桥回路所引起。为了消除干扰的影响,一般可将电桥移动位置 (约数米),即可移到磁场干扰较小或影响范围以外。若不可能,则也可以在检流计极性转换开关处于两种不同位置时将电桥平衡,求得每次平衡时的试品介质损失角及电容值。然后再求取两次的平均值来消除磁场干扰的影响。

5.4 其他影响因素

5.4.1 其他影响因素有:

a)电桥配套的标准电容器BR—16绝缘受潮;

b)电桥接线插座的屏蔽不良;

c)被试品与电桥的连接电缆 (屏蔽线)长度超过10m;

d)被试物电极的绝缘电阻和杂散电容。

5.4.2 消除方法

高压电桥应定期校验,试验时保证接线完好,不受潮;被试物周围的杂物应予清除。

现场绝缘试验实施导则交流耐压试验(DL/T 474.4—2006)(摘要)

1 范围

本标准提出了高电压电气设备交流耐压试验所涉及的试验接线、试验设备、试验方法和注意事项等一些技术细则。

本标准适用于在发电厂、变电所现场和修理车间、试验室等条件下对高电压电气设备进行交流耐压试验。

2 规范性引用文件

略。

3 名词术语

略。

4 对交流试验电压的要求

4.1 电压频率与波形

试验电压一般应是频率为45Hz～65Hz的交流电压,通常称为工频试验电压。按有关设备标准的规定,有些特殊试验可能要求频率远低于或高于这一范围。例如,对交联聚乙烯电缆可采用0.1Hz的交流耐压或10Hz～300Hz的交流耐压,对GIS可采用10Hz～300 Hz的交流耐压。

试验电压的波形为两个半波相同的近似正弦波,且峰值和方均根 (有效)值之比应在2±0.07以内,如满足这些要求,则认为高压试验结果不受波形畸变的影响。

对某些试验回路,需允许较大的畸变。应注意到被试品,特别是有非线性阻抗特性的被试品可能使波形产生明显畸变。

注:如果各次谐波的方均根 (有效)值不大于基波方均根值的5%,则认为满足上述对电压波形的要求。

4.2 容许偏差

如果有关设备标准无其他规定,在整个试验过程中试验电压的测量值应保持在规定电压值的±1%以内;当试验持续时间超过60s时,在整个试验过程中试验电压测量值可保持在规定电压值的±3%以内。

注:容许偏差为规定值和实测值的差。它与测量误差不同,测量误差是指测量值与真值之差。

5 交流试验电压的产生

5.1 交流试验电压的产生方式

工频高电压通常采用高压试验变压器来产生;对电容量较大的被试品,可以采用串联谐振回路产生高电压;对于电力变压器、电压互感器等具有绕组的被试品,可以采用100Hz～300 Hz的中频电源对其低压侧绕组激磁在高压绕组感应产生高电压。

5.2 高压试验变压器回路

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。通常试验变压器是成套设备。图1是一种典型的试验接线。

在进行变压器、电容器等电容量较大的被试品的交流耐压试验时,试验变压器的容量常常难以满足试验要求,现场常采用电抗器并联补偿。当参数选择适当,使两条并联支路的容抗与感抗相等时,回路处于并联谐振状态,此时试验变压器的负载最小。采用并联谐振回路应特别注意,试验变压器应加装过流速断保护装置,因为当被试品击穿时,谐振消失,试验变压器有过电流的危险。

图1　工频耐压试验原理接线图

Ty—调压器;T—试验变压器;R—限流电阻;r—球隙保护电阻;G—球间隙;Cx—被试品电容;C1、C2—电容分压器高、低压臂;PV—电压表

5.3 串联谐振电路

对GIS、发电机和变压器、交联电缆、高压断路器等电容量较大、试验电压高的被试品进行交流耐压试验,需要大容量的试验设备,可采用串联谐振试验装置,它能够以较小的电源容量对较大电容和较高试验电压的被试品进行耐压试验,回路由被试品负载电容和与之串联的电抗器和电源组成,如图2所示。

当电源频度f、电感L 及被试品电容Cx满足式 (1)时回路处于串联谐振状态,此时:

回路中电流为:

式中:Uex——励磁电压;

R——高压回路的有效电阻。

被试品上的电压为:

式中:ω——电源角频率;

Cx——被试品电容量。

输出电压UCx与励磁电压Uex之比为试验回路的品质因数Qs。

图2　串联谐振回路原理接线

T—励磁变压器;Uex—励磁电压;L—电感;R—限流
电阻;Ucx—被试品上的电压;Cx—被试品电容;C1、C2—电容分压器高、低压臂;PV—电压表

由于试验回路中的R 很小,故试验回路的品质因数很大。在大多数正常情况下,Qs可达50左右,即输出电压是励磁电压的50倍,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。由于试验时回路处于谐振状态,回路本身具有良好的滤波作用,电源波形中的谐波成分在被试品两端大为减少,通常输出良好的正弦波形电压。

当被试品击穿时,电路失去谐振条件,电源输出电流自动减小,被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。

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 (带可调电抗器,或带固定电抗器和调谐用电容器组,工作频率50Hz)和变频串联谐振装置 (带固定电抗器,工作频率一般10Hz～300Hz)两大类。

工频串联谐振装置所用电抗器的电感量能够连续可调,当试验电压较高时,可以做成几个电抗器串联使用。

变频串联谐振装置依靠大功率变频电源调节电源频率,使回路达到谐振,所用电抗器的电感量是固定的 (不可调)。试验频率随被试品电容量不同而改变。

由于变频串联谐振装置的试验频率随不同电容量的被试品而变化,所以其使用范围受到一定限制。

串联谐振装置在实际使用时,试验回路调谐必须在很低的励磁电压下进行,调节电抗器电感或改变电源频率,使被试品端的电压达到最大,此时,回路达到谐振状态,再按规定的升压速度升高励磁电压,使高压侧达到试验电压。耐压完毕,均匀、快速降压后,切断电源。

5.4 中频电源装置

变压器的感应耐压试验和局放试验需要中频电源。现场获取中频电源的途径主要有:中频电源机组成套装置、三倍频电源装置、中频同步发电机组和电子式变频装置。对大型变压器试验,现场使用较多的是中频电源机组成套装置。

5.4.1 二倍频电源机组

利用线绕式转子的异步电动机,在转子 (或定子)中通入三相交流电,由另一台异步电动机拖动,使机械转速与旋转磁场同相相加,在定子 (或转子)上感应出频率提高的正弦交流电。交流磁场用三相调压器调整。

5.4.2 三倍频电源装置

三倍频电源装置由三台单相变压器组成,其一次绕组接成星形,二次绕组连接成开口三角形,而产生三倍频的电压。

5.4.3 中频同步发电机组

中频发电机组是用一台电动机拖动一台中频同步发电机,通过改变发电机励磁回路中励磁变阻器的阻值,使励磁机改变对发电机转子的励磁,从而使发电机的定子输出平滑可调的电压。采用无刷励磁发电机可以完全避免炭刷火花的干扰,对局部放电测量很有利。

5.4.4 电子式变频装置

电子式变频装置是一种应用大功率电子技术产生交流正弦波或方波电压的电子装置。实际应用时应保证被试品上施加的电压符合正弦波的要求。

6 试验设备

交流耐压试验用的设备通常有试验变压器、调压设备、过流保护装置、电压测量装置、保护球间隙、保护电阻及控制装置等,其中关键设备为试验变压器、调压设备、保护电阻及电压测量装置。

6.1 试验变压器

在选用试验变压器时,主要应考虑下面两点:

a)电压。根据被试品的试验电压,选用具有合适电压的试验变压器。试验电压较高时,可采用多级串接式试验变压器。要检查试验变压器所需低压侧电压是否与现场电源电压、调压器相配。

b)电流。电流按式 (5)计算:

式中:I——试验变压器高压侧应输出的电流,　mA;

ω——角频率 (2πf);

Cx——被试品电容量,μF;

U——试验电压,kV。

其中Cx可从测量被试品的电容量/tanδ中得到或参考表1选取。

相应求出试验所需电源容量P(kVA):

试验时,按P 值选择变压器容量,一般不得超载运行。对采用电压互感器作试验电源时,容许在3min内超负荷3.5～5倍。

表1　常见被试品的电容量

6.2 调压设备

6.2.1 总述

调压器尽量采用自耦式,若容量不够,可采用移圈式调压器。调压器的输出波形,应接近正弦波,为改善电压波形可在调压器输出端并联一台电感、电容串联的滤波器。

常有的调压器有自耦调压器、移圈调压器、接触调压器和感应调压器。由于移圈调压器的输出电压波形在某一范围内有较大的畸变,现场不宜使用移圈调压器调压。

6.2.2 自耦调压器

自耦调压器是用碳刷接触调压,所以容量受到限制,适用于500V 及以下小容量调压。

调压器容量按式 (7)选用:

式中:P0——自耦调压器容量;

P——试验变压器容量。

6.2.3 接触调压器

接触调压器分自耦式和双绕组式等,因采用电刷接触调压而得名。接触调压器的最大特点是波形畸变小和阻抗电压低,容量也可以作得很大,这就从根本上克服了移圈调压器和普通自耦调压器的缺点,是一种较理想的调压设备。

接触调压器绕组采用纸包线和裸铜线绕制、电刷采用特制的银铜合金。调压过程中,电刷沿绕组绕向螺旋升或降实现连续、平衡调压,并且基本上可从零起升压。

6.2.4 移圈调压器

移圈调压器的容量选择以试验变压器容量相同为宜,但如调压器处于良好状态,可超负荷25%使用。最好在调压器输出端装设三次谐波滤波器,以改善电压波形。

6.3 保护电阻器

试验变压器的高压输出端应串接保护电阻器,用来降低被试品闪络或击穿时变压器高压绕组出口端的过电压,并能限制短路电流。

此保护电阻的取值一般为0.1Ω/V～0.5Ω/V,并应有足够的热容量和长度。该电阻的阻值不宜超过30kΩ,否则会引起正常工作时回路产生较大的压降和功耗。保护电阻器可采用水电阻器或线绕电阻器,线绕电阻器应注意匝间绝缘的强度,防止匝间闪络。保护电阻器的长度是这样选择的:当被试品击穿或闪络时,保护电阻器应不发生沿面闪络,它的长度应能耐受最大试验电压,并有适当裕度。保护电阻器的最小长度可参照表2选用。

与保护球隙串联的保护电阻器,其电阻值通常取1Ω/V,电阻器的长度亦按表2选用。

表2　保护电阻器最小长度

7 试验电压的测量

交流试验电压的测量装置 (系统)一般可采用电容 (或电阻)分压器与低压电压表、高压电压互感器、高压静电电压表等测量系统。

7.1 采用GB/T 16927.2 规定的测量装置进行测量

试验电压的峰值、方均根 (有效)值和正弦波畸变的测量应采用经GB/T 16927.2规定程序认可的测量装置。一般要求是测量试验电压峰值或有效值的总不确定度应在±3%范围内。

7.2 试验电压测量的一般要求

试验电压的测量采用经校验合格的测量装置。外施耐压试验时,试验电压一般应在被试品两端测量。对一些小电容被试品如绝缘子、单独的开关设备、绝缘工具等的交流耐压试验可在试验变压器低压侧测量,并根据变比进行换算。

应测量试验电压峰值,除以2作为试验电压值。对试验电压波形的正弦性有怀疑时,可测量试验电压的峰值与方均根 (有效)值之比,此比值在±0.07的范围内,则可认为试验结果不受波形畸变的影响。

测量系统的技术要求见DL/T 1015。

8 试验方法

8.1 一般规定

有绕组的被试品进行外施交流耐压试验时,应将被试绕组自身的两个端子短接,非被试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标准电压后的持续时间,凡无特殊说明者,均为60s。

升压必须从零 (或接近于零)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,均为每秒2%试验电压的速率升压。耐压试验后,迅速均匀降压到零 (或接近于零),然后切断电源。

8.2 试验步骤

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

接上被试品,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,监听被试品有何异响。升至试验电压,开始计时并读取试验电压。时间到后,降压然后断开电源。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,如发现电压表指针摆动很大,电流表指示急剧增加,调压器往上升方向调节,电流上升、电压基本不变甚至有下降趋势,被试品冒烟、出气、焦臭、闪络、燃烧或发出击穿响声 (或断续放电声),应立即停止升压,降压、停电后查明原因。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。

被试品为有机绝缘材料时,试验后应立即触摸表面,如出现普遍或局部发热,则认为绝缘不良,应立即处理后,再做耐压。

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,恢复电源后,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。

8.3 变压器感应耐压试验

8.3.1 总则

为考核全绝缘变压器的纵绝缘、分级绝缘变压器的主绝缘和纵绝缘,应按GB 1094.3—2003规定的程序进行短时感应耐压试验 (ACSD)或长时感应耐压试验 (ACLD)。

串级式电压互感器的感应耐压试验可参照8.3进行。

为了防止变压器铁芯饱和,应提高电源频率,使f≥100Hz,但不宜高于400Hz。试验持续时间t按式 (8)计算,但不得少于15s。

式中:t——试验电压持续时间,s。

感应耐压试验电压波形应尽可能为正弦波。

8.3.2 全绝缘变压器的感应耐压试验

按图3接线,施加两倍及以上频率的三相电压进行试验。这种接线只能满足线间达到试验电压。三相试验电压的不平衡度宜不大于2%。由于中性点对地的电压很低,所以对中性点和绕组还需进行一次外施高压试验。

图3　全绝缘变压器感应耐压试验接线图

TA—电流互感器;TV—电压互感器;Tx—被试变压器;PA—电流表;PV—电压表

8.3.3 分级绝缘变压器的感应耐压试验

感应耐压试验时要分析产品结构,比较不同的接线方式,选用适当的分接位置,计算出线端相间及对地的试验电压,选用满足试验电压的接线。一般要借助辅助变压器或非被试相线圈支撑,对三相变压器往往要轮换三次,才能完成一台变压器的感应耐压试验。

下面推荐分级绝缘变压器进行感应耐压试验常用的几种接线和相应的相量图,如图4～图11所示。

图4为通过星形低压侧两相并联和另一相串联单相加压,使高压侧被试相相间和对地电压达到试验电压 (Us),中性点达到试验电压的1/3。

图5为通过三角形低压侧两相串联和另一相并联单相加压,使高压侧被试相相间和对地电压达到试验电压 (Us),中性点达到试验电压的1/3。

当变压器中性点的耐压水平较低而必须直接接地时,可采取图6和图7所示的接线方式。

图4　三相变压器星形边单相加压试验接线图和相量图

图5　三相变压器三角形边单相加压试验接线图和相量图

图6　三相变压器星形边单相加压试验接线图和相量图

图7　三相变压器三角形边单相加压试验接线图和相量图

图8　三相变压器低压侧单相加压试验接线图和相量图

图9　三相变压器星形侧单相加压试验接线图和相量图

图10　单相变压器试验接线

Ttf—励磁变压器;PV—电压表

图11　单相变压器加辅助变压器的试验接线

Ttf—励磁变压器;PV—电压表

图6为通过星形低压侧两相并联和另一相串联单相加压,高压侧中性点接地,使高压侧被试相对地电压达到试验电压,线间电压达1.5Us。

图7为通过三角形低压侧两相串联和另一相并联单相加压,高压侧中性点接地,使高压侧被试相对地电压达到试验电压,线间电压达1.5Us。

当被试三相变压器低压绕组的各端子都能引出时,可以采用图8和图9的接线。图8接线只适用于三铁芯柱变压器,这种情况下,高压侧被试相相间和对地电压达试验电压Us,中性点电压达试验电压的1/3;图9接线只适用于五铁芯柱变压器或壳式变压器。

图10和图11是单相变压器的感应耐压试验接线。在图11中由辅助变压器 (Tf)配合,试验中性点的绝缘。

感应耐压试验应事先周密考虑,注意绕组极性和接线,防止绕组间出现超出试验值的过电压,试验回路应接过电压保护装置,限制不慎出现过电压。

9 交流耐压试验的注意事项

9.1 容升效应和电压谐振

试验变压器所接被试品大多是电容性,在交流耐压时,容性电流在绕组上产生漏抗压降,造成实际作用到被试品上的电压值超过按变比计算的高压侧所应输出的电压值,产生容升效应。被试品电容及试验变压器漏抗越大,则容升效应越明显。图12是略去励磁电流的变压器简化等值电路及相应的电压、电流相量图。

图12　试验变压器简化等值电路图及电压、电流相量图

′—试验变压器高压侧理论电压;Xk—试验变压器
等值漏抗;R—试验变压器等值电阻;—施加于被试品实际电压;—回路电流;—等值漏
抗压降;—等值电阻压降

在进行较大电容量被试品的交流耐压试验时,要求直接在被试品端部进行电压测量,以免被试品受到过高的电压作用。

被试品线端电压升高的数值,略去回路电阻的影响,可按式 (9)计算:

式中:ΔU——被试品线端电压升高值;

U——施加于被试品线端的电压;

Cx——被试品电容量;

Xk——调压器、试验变压器漏抗之和 (归算为高压侧),Ω;

ω——角频率 (2πf)。

此外,由于被试品电容与试验变压器、调压器的漏抗形成串联回路,一旦被试品容抗与试验变压器、调压器漏抗之和相等或接近时,发生串联电压谐振,造成被试品端电压显著升高,危及试验变压器和被试品的绝缘。在试验大电容量的被试品时应注意预防发生电压谐振,为此,除在高压侧直接测量试验电压外,还应与被试品并接球隙进行保护。必要时可在调压器输出端串接适当的电阻,以减弱(阻尼)电压谐振的程度。

9.2 电压波形

试验电压由于电源波形或由于试验变压器铁芯饱和及调压器的影响致使波形畸变,当电压不是正弦波时,峰值与有效值之比不等于,其中的高次谐波 (主要是三次谐波)与基波相重叠,使峰值增大。由于过去现场较多用电压表测有效值,所以被试品上可能受到过高的峰值电压作用,应改用交流峰值电压表测量。

为避免试验电压波形畸变,可采用以下措施:

a)避免采用移圈式调压器;

b)电源电压应采用线电压;

c)试验变压器一般应在规定的额定电压范围内使用,避免使用在铁芯的饱和部分;

d)可在试验变压器低压侧加滤波装置。

9.3 低压回路保护

为保护测量仪表,可在测量仪器输入端上并联适当电压的放电管或氧化锌压敏电阻器、浪涌吸收器等。

控制电源和仪器用电源可由隔离变压器供给,或者在所用电源线上分别对地并联0.047μF～1.0μF的油浸纸电容器,防止被试品闪络或击穿时,在接地线上产生较高的暂态地电位升高过电压,将仪器或控制回路元件反击损坏。

9.4 过电压保护装置的规定

进行耐压试验时试验回路中应具备过电压、过电流保护。可在升压控制柜中配置过电压、过电流保护的测量、速断保护装置。

对重要的被试品(如发电机、变压器等)进行交流耐压试验时,宜在高压侧设置保护球间隙,该球间隙的放电距离对发电机一般可整定在1～1.15倍额定电压所对应的放电距离;对变压器整定1.15～1.2倍额定电压所对应的放电距离。对发电机进行试验时,保护球间隙应在现场施加已知电压进行整定。

9.5 更换高压接线安全问题

交流耐压试验结束,降压和切断电源后,被试品中残留的电荷,自动反向经试验变压器高压绕组对地放电,因此被试品对地放电问题不像直流电压试验那样重要。但对于需要更换高压接线,有较多人工换线操作的工作,为了防止电源侧隔离开关或接触器不慎突然来电等意外情况,在更换接线时应在被试品上悬挂接地放电棒,以保证人身安全,并采取措施;在再次升压前,先取下放电棒,防止带接地放电棒升压。

9.6 防止合闸过电压

当使用移圈调压器进行交流耐压试验,电源突然合闸时 (此时调压器已在零位),有时会在被试品上产生较高电压的合闸过电压,使被试品闪络或击穿。为防止此情况的发生,应在移圈调压器输出到试验变压器一次绕组之间,加装一组隔离开关。先将调压器电源合闸后,再合上此隔离开关。

现场绝缘试验实施导则避雷器试验(DL/T 474.5-2006)(摘要)

1 范围

本标准提出了阀型避雷器 [包括碳化硅普通阀型 (FZ和FS)、碳化硅磁吹阀型 (FCZ 和FCD)以及金属氧化物等避雷器]常规试验项目的具体试验方法、技术要求和注意事项等技术细则。

本标准适用于在发电厂、变电所现场和在修理车间、试验室等条件下对避雷器进行常规试验。

2 规范性引用文件

略。

3 避雷器试验项目

运行中阀型避雷器的常规试验项目列于表1。

表1　阀型避雷器的常规试验项目表

续表

测量避雷器的绝缘电阻,目的在于初步检查避雷器内部是否受潮;有并联电阻者可检查其通、断、接触和老化等情况。一般使用2500V 兆欧表测量;220V、380V 等级低压避雷器使用500V 兆欧表测量。

5 电导电流和直流1mA 下的电压U1mA及0.75U1mA下漏电流的测量

普通阀型FZ避雷器及磁吹阀型避雷器要求测量电导电流及检查串联组合元件的非线性系数差值;对无串联间隙的金属氧化物避雷器则要求测量直流1　mA 下的电压U1　mA及75%U1　mA下的漏电流。

5.1 试验接线和技术要求

电导电流和直流1mA 下的电压U1mA及0.75U1mA下漏电流的试验接线与一般直流泄漏试验接线相同,如图1所示。试验设备可采用市售的成套直流高电压试验器。也可采用自行搭建的直流高电压试验器,此时直流高电压试验器的整流回路中应加滤波电容器C,其电容量为0.01μF～0.1μF。

图1　电导电流试验原理接线图

1～2—微安表位置;FB—被试避雷器;PA—微安表

5.2 试验电压、电导电流和非线性系数α 值

5.2.1 试验电压和电导电流标准

测量电导电流的直流试验电压标准见表2。由两个及以上元件组成的避雷器,应对每一个元件进行试验。

电导电流差值ΔI(%),指同一相内串联组合元件或并联电阻的最大电导电流与最小电导电流之差,与最大值之比,即:

表2　测量避雷器电导电流的直流试验电压　kV

要求同一相避雷器内串联组合元件的电导电流差值ΔI(%)不应大于30%。

5.2.2 直流电压的测量

试验电压应在高压侧测量,推荐用高阻器串微安表 (或用电阻分压器接电压表)测量,不推荐用静电电压表测量,因有时误差较大,尤其是高于30kV的静电电压表更不宜使用。也不能使用成套装置上的仪表测量。测量系统应经过校验。测量误差不应大于2%。

5.2.3 电导电流的测量

测量电导电流时,应尽量避免电晕电流、杂散电容和表面潮湿污秽的影响。

一般将微安表接在图1中微安表2的位置,此时从微安表到避雷器的引线需加屏蔽,分压器高压侧应接在微安表的电源侧,读数时注意安全。如避雷器的接地端可以断开时,微安表可接在避雷器的接地端,如图1中微安表1的位置,应注意避免避雷器潮湿或污秽对测量结果的影响,必要时可考虑加装屏蔽环。

测量电导电流的微安表,其准确度宜不大于1.5级。

5.2.4 非线性系数α 的确定

为了测定非线性系数α值,应测量在试验电压U1、U2条件下的相应电导电流I1、I2。非线性系数α按下式计算:

式中:U1、U2——试验电压,U2=0.5U1,kV(见表2);

I1——电压U1时测得的电导电流,μA;

I2——电压U2时测得的电导电流,μA。

也可根据I1/I2值从DL/T 596—1997 中附录G5直接查得避雷器的非线性系数α值。

非线性系数差值,为串联元件中两个元件的非线性系数的相差值Δα=α1-α2。FZ 型避雷器的α一般在0.25～0.45之间,要求同组 (一相)各元件的Δα不大于0.05。

5.3 直流1　mA下的电压U1mA及0.75U1mA下漏电流的测量

5.3.1 直流1　mA 下的电压U1　mA为无间隙金属氧化物避雷器通过1　mA 直流电流时,被试品两端的电压值。0.75U1　mA电压下的漏电流,为试品两端施加75%的U1　mA电压,测量流过避雷器的直流漏电流。U1　mA和0.75U1　mA下漏电流是判断无间隙金属氧化物避雷器质量状况的两个重要参数,运行一定时期后,U1　mA和0.75U1　mA下漏电流的变化能直接反映避雷器的老化、变质程度。特别是对采用大面积金属氧化物电阻片组装的避雷器和多柱金属氧化物电阻片并联的避雷器,用此方法很容易判断它们的质量缺陷。

5.3.2 U1　mA值应符合GB 11032 中的规定,并且与初始值或与制造厂给定值相比较,对于35kV及以下中性点非直接接地的避雷器或采用面积为20cm2及以下规格金属氧化物电阻片组装的避雷器,变化率应不大于±5%;对于35kV～220kV中性点直接接地的避雷器或采用面积为25cm2～45cm2规格金属氧化物电阻片组装的避雷器,变化率应不大于±10%;对于220kV以上中性点直接接地的避雷器和多柱金属氧化物电阻片并联的避雷器或采用面积为50cm2及以上规格金属氧化物电阻片组装的避雷器,变化率应不大于±20%。

5.3.3 0.75U1　mA下的漏电流值与初始值或与制造厂给定值相比较,变化量增加应不大于2倍,且漏电流值应不大于50μA。对于多柱并联和额定电压216kV以上的避雷器,漏电流值应不大于制造厂标准的规定值。

测量0.75U1　mA下漏电流时的U1　mA电压值应选用U1　mA初始值或制造厂给定的U1　mA值。

5.3.4 避雷器的U1　mA值和0.75U1　mA下的漏电流值两项指标中有一项超过上述要求时,应查明原因,若确系老化造成的,宜退出运行。但当这两项指标同时超过上述要求时,应立刻退出运行。

5.3.5 测量U1　mA值和0.75U1　mA下的漏电流值时,宜使用专用的成套装置。使用专用的成套装置测量时,宜在被试品下端与接地网之间 (此时被试品的下端应与接地网绝缘)串联一只带屏蔽引线的电流表,电流表精度应高于成套装置上的仪表,当两只电流表的指示数值不同时,应以外部串联的电流表读数为准。测量系统应经过校验,测量误差不应大于2%。测量0.75U1　mA下漏电流的微安表,其准确度宜不大于1.5级。

测量U1　mA值和0.75U1　mA下的漏电流值所用设备的直流电压纹波因数必须满足标准规定。由于目前使用的直流电压发生器都是通过整流后将交流电压变成直流电压,因此使用时,应采取一定措施,避免附近的交流电源及直流离子流产生的干扰,影响对所测避雷器质量情况的判断。现场实践表明,在局部停电条件下测试避雷器时,除了所用仪器应有较强的抗干扰性能和应使用比较粗的连接导线外,还应将被试避雷器的高压端用屏蔽环罩住或采取屏蔽措施。必要时,在靠近被试避雷器接地的部位也应加屏蔽环或采取屏蔽措施,将避雷器的外套杂散电流屏蔽掉。天气潮湿时,可用加屏蔽环的方法防止避雷器绝缘外套表面受潮影响测量结果。

5.3.6 不拆引线测量500kV避雷器直流1　mA 电压U1　mA及0.75U1　mA下漏电流的原理与接线方式。500kV避雷器一般为三节避雷器元件串联叠装,每节避雷器元件的直流1　mA 参考电压U1　mA为210kV左右。为降低拆装500kV避雷器高压端引线对避雷器端部的应力损伤,宜采用不拆引线测量500kV避雷器直流1　mA 电压U1　mA及0.75U1　mA下漏电流的方法。其原理和接线方式如下:

当不拆高压引线时,避雷器与变压器或CVT(电容式电压互感器)相连,若在避雷器端部施加电压,则此电压将会传递到变压器中性点上,而变压器中性点可能耐受不住这样高的电压,因此,不能采用常规接线测量上节避雷器元件。由于避雷器的阀片是非线性电阻,正、反向加压通过的电流一致,因此,可通过反向加压进行测量,即将避雷器首端通过毫安表接地,在上节避雷器末端施加直流电压。这样,避雷器端部为低电位,CVT 及变压器均不受影响。毫安表测量的仅为上节避雷器元件的电流值,因而测试结果准确、可靠。

三节叠装的避雷器测量直流1　mA 参考电压U1　mA及0.75U1　mA下漏电流的试验接线图如图2、图3、图4所示 (四节叠装的避雷器参照执行)。试验时500kV线端A 点直接接地。

第一节避雷器测量时,B 点经电流表PA 接直流高压,D 点经电流表PA1接地。当试验电流II1=1　mA 时,直流高压发生器输出电压即为第一节避雷器直流1　mA 参考电压U1　mA,当直流高压发生器输出电压为0.75U1　mA时,电流I-I1即为0.75U1　mA时的漏电流。

第二节避雷器测量时,C 点接直流高压,B点接地,D 点接一只3kV～10kV的支撑避雷器或一个电阻箱,然后再经电流表PA1 接地。电阻箱的电阻值可以分5MΩ、10MΩ、15MΩ 和20 MΩ 等几档可调节,使第3节避雷器和支撑避雷器 (或电阻箱)通过1　mA 直流电流时的直流电压之和大于第2节避雷器的直流1　mA 参考电压U1　mA,以使得直流高压发生器的负载不至于过大,同时也保证基座上的电压不会击穿基座绝缘。测量时监视PA1 与PA 示数,若PA1示数I1先达到1　mA,则将D 处支撑避雷器或电阻箱的电阻值重新选择。当I-I1=1　mA 时,直流高压发生器输出电压即为第二节避雷器直流1　mA 参考电压U1　mA。当直流高压发生器输出电压为0.75U1　mA时,电流I-I1即为0.75U1　mA时的漏电流。也可将B 点经电流表PA2接地 (见图3 虚线部分所示),当PA2 示数I2=1　mA 时,直流高压发生器输出电压即为第二节避雷器直流1　mA 参考电压U1　mA。当直流高压发生器输出电压为0.75U1　mA时,PA2所示的电流I2即为0.75U1　mA时的漏电流。

第三节避雷器测量时,C 点接直流高压,D 点经电流表接地。当I=1　mA 时,直流高压发生器输出电压即为第三节避雷器直流1　mA 参考电压U1　mA。当直流高压发生器输出电压为0.75U1　mA时,PA 中所示的电流即为0.75U1　mA时的漏电流。另外需要注意的是,测量避雷器直流1　mA 参考电压U1　mA以及0.75U1　mA下漏电流时,如天气潮湿,应尽量采用屏蔽接线。试验时,除了对被试品采用适当屏蔽措施外,还应注意高压引线和测量线的走向。

5.4 电导电流的温度换算系数

对不同温度下测量的普通阀型或磁吹阀型避雷器电导电流进行比较时,需要将它们换算到同一温度。经验指出,温度每升高10℃,电流增大3%～5%,可参照换算。

图2　第一节测量接线

图3　第二节测量接线

图4　第三节测量接线

6 避雷器的工频放电电压试验

6.1 一般要求

测量工频放电电压,是配电型 (FS)避雷器和有串联间隙金属氧化物避雷器的必做项目。对每一个避雷器应做三次工频放电试验,每次间隔不小于1min,并取三次放电电压的平均值作为该避雷器的工频放电电压。

对运行中的FZ避雷器,一般不要求做工频放电电压试验,但在解体检修后及必要时,应测量工频放电电压,放电电压值应符合DL/T 596 的规定。

6.2 试验连接

工频放电试验接线与一般工频耐压试验接线相同,接线如图5 所示。试验电压的波形应为正弦波,为消除高次谐波的影响,必要时在调压器的电源取线电压或在试验变压器低压侧加滤波回路。

对有串联间隙的金属氧化物避雷器,应在被试避雷器下端串联电流表,用来判别间隙是否放电动作。

6.3 试验回路保护电阻器R 的选择

图5中的保护电阻器R,是用来限制避雷器放电时的短路电流的。对不带并联电阻的FS型避雷器,一般取0.1Ω/V～0.5Ω/V,保护电阻不宜取得太大,否则间隙中建立不起电弧,使测得的工频放电电压偏高。

图5　避雷器工频放电试验原理接线图

Ty—调压器;T—工频试验变压器;R—保护电阻;FB一被试避雷器;TV—测量用电压互感器;PV1、PV2—电压表

对有并联电阻的普通阀式避雷器,应在间隙放电后0.5s内切断电源,为此在试验回路内还应装设过流速断保护,并使通过被试品的工频电流限制在0.2A～0.7A 范围内。由于并联电阻的泄漏电流较大,在接近放电电压时,保护电阻上压降较大,这时可以选用阻值较低的电阻器,或不用保护电阻。

有串联间隙的金属氧化物避雷器,由于阀片的电阻值较大,放电电流较小,过流跳闸继电器应调整得灵敏些。调整保护电阻器,将放电电流控制在0.05A～0.2A 之间,放电后在0.2s内切断电源。

6.4 升压速度

对无并联电阻的FS型避雷器,升压速度不宜太快 (以免由于表计机械惯性引起读数误差),以每秒3kV～5kV为宜。

对有并联电阻的避雷器,作工频放电试验时,必须严格控制升压速度,因为并联电阻的热容量小,在接近放电时,如果升压时间较长,会使并联电阻发热烧坏。因此,在GB 7327中规定:工频放电试验时,电压超过避雷器额定电压 (灭弧电压)后的时间,应尽可能控制在2s之内。通常超过灭弧电压以后到避雷器放电的升压时间不得超过0.2s。为此,通常可改造调压装置使之达到要求。

6.5 工频放电电压的测量

对不带并联电阻的避雷器,在间隙击穿前泄漏电流很微小,在正弦电压波形条件下,可根据低压侧电压表的读数和试验变压器的变比来计算避雷器的放电电压。试验变压器的变比应事前校准,电压表的准确度不得低于0.5级。

对有并联电阻的避雷器,应在被试避雷器两端直接测量它的工频放电电压,可用0.5级及以上的电压互感器或分压器配合示波器或其他记录仪进行测量,并可同时观察放电电压的波形。应注意在放电时工频电压波形上会叠加高频振荡,其振荡幅值有时会超过工频部分,应以放电瞬时的工频放电电压为准作为放电电压。也可在分压器测量的低压回路中串以数千欧的阻尼电阻,起到抑制高频振荡的作用。这时需要重新校验分压器的分压比。应使用交流峰值电压表测量电压,其准确度不得低于1.0级,并应注意消除放电高频振荡引起的误差。

7 外施电压下交流泄漏电流、阻性电流分量和工频参考电压的测量

7.1 交流泄漏电流、阻性电流分量和容性电流分量的测量

本试验只适用于金属氧化物避雷器。由于避雷器交流泄漏全电流Ix、阻性电流分量Ir和容性电流分量IC电流的变化是判断避雷器劣化或受潮情况的重要依据之一,因此规定在交接和现场投运之初,必须测量避雷器的Ix、Ir和IC电流并以此值为初始值存入运行初始档案。

测量避雷器Ix、Ir和IC时的电压要求:在试验室条件下或在变电所现场某些停电情况下,应对避雷器 (或其串联组合元件)施加避雷器持续运行电压 (该电压一般为避雷器额定电压的0.76～0.80倍,具体数值见GB 11032 标准)。为了便于现场运行状态下避雷器质量的监督,应同时测量避雷器在现场运行条件下的Ix、Ir和IC,此时对避雷器施加工频运行相电压。

测量避雷器的Ix、Ir和IC,应使用专门的金属氧化物避雷器阻性电流测试仪,如使用电子示波器测试时,可采用附录B的B.1所示的方法进行。

试验时要记录气象条件,当测试时的环境温度高于或低于测试初始值的环境温度时,应将此时所测的阻性分量电流值进行温度换算后,才能与初始值相比较。温度换算的方法可参照5.4中所示的温度换算系数,按温度每升高10℃,电流增大3%～5%进行换算。

7.2 工频参考电压的测量

工频参考电压是无间隙金属氧化物避雷器的重要参数之一,它表明阀片的伏安特性曲线饱和点的位置。运行一定时期后,工频参考电压的变化能直接反映避雷器的老化、变质程度。

所谓工频参考电压是指将制造厂规定的工频参考电流 (以阻性电流分量的峰值表示,通常约为1　mA～20　mA),施加于金属氧化物避雷器,在避雷器两端测得的峰值电压,即为工频参考电压。

由于在带电运行条件下受相邻相间电容耦合的影响,金属氧化物避雷器的阻性电流分量不易测准,当发现阻性电流有可疑迹象时,应测量工频参考电压,它能进一步判断该避雷器是否适于继续使用。

判断的标准是与初始值和历次测量值比较,当有明显降低时就应对避雷器加强监视。进行测量值比较时,应将基准值和被比较值的环境气象因素考虑在内。110kV及以上的避雷器,参考电压降低超过10%时,应查明原因,若确系老化造成的,宜退出运行。

8 运行中带电监测避雷器的方法

8.1 运行中带电监测工频电导 (或泄漏)电流的全电流和阻性电流分量

8.1.1 对磁吹和普通阀型避雷器带电监测电导电流

为了在运行中监测避雷器内部是否受潮、内部元件接触是否正常等,可以采用定期测试运行中避雷器对地电导电流的方法,即在避雷器放电记录器两端并接低内阻的交流电流表 (例如MF—20型或MF—14型万用表),用同一电流量程测量,同时记录电压 (如图6所示)。正常情况下,通过避雷器并联非线性电阻的电流很小,在微安表上测得的电流通常在500μA 以下,一旦内部受潮,泄漏电流大为增加,流过微安表的电流可增加到几毫安甚至几十毫安。由于运行电压往往有所波动,不易定出一个绝对标准来判断是否严重受潮,但可对以往的记录和三相进行互相比较,如果电导电流有明显差异,则必须进行处理。

8.1.2 监测金属氧化物避雷器工频泄漏电流的阻性分量和全电流

图6　带电测量磁吹和普通阀型避雷器的原理接线图

为了在运行中监测避雷器内部是否受潮、金属氧化物电阻片是否劣化等,可以采用定期测试运行中避雷器工频泄漏电流的阻性分量和全电流的方法,即在避雷器放电记录器两端并接专用的测试仪器。目前常用的带电监测金属氧化物避雷器泄漏电流的专用仪器为:阻性电流测试仪和带漏电流监测功能的避雷器放电计数器。

带漏电流监测功能的避雷器放电计数器的测试原理,和8.1.1相类似,当金属氧化物避雷器内部严重受潮时,避雷器的漏电流与初始值相比,可增至两倍及以上,并且增加的趋势会越来越快,因此这种仪器能够有效地检测出避雷器内部严重受潮的情况。但是该仪器反映的漏电流值是避雷器的全电流,而避雷器的全电流是阻性电流分量和容性电流分量的矢量和。在正常情况下避雷器容性电流分量大、阻性电流分量小;但劣化情况下避雷器的阻性电流分量变大后、容性电流分量却变小,此时避雷器阻性电流分量和容性电流分量矢量相加的结果,使得该仪器所显示的避雷器劣化后的全电流变化并不明显。现场实践表明,当避雷器发生严重劣化导致阻性电流明显上升时,该仪器所测出的避雷器漏电流值却经常处于正常范围内,易造成误判。因此不应使用这种仪器监测运行中的避雷器劣化情况。

阻性电流分量或金属氧化物电阻片的损耗是发现金属氧化物电阻片老化程度的主要判据,同时也能发现避雷器内部严重受潮导致的阻性电流分量或金属氧化物电阻片损耗增大。因此应采用阻性电流测试仪对避雷器进行带电运行监测。专门用来测量金属氧化物避雷器阻性电流分量的专用仪器,通常采用图7所示的桥式电路,其测量原理同附录B的B.1中的图B.1 (b)。

目前用于避雷器阻性电流测试的仪器主要分为两类:

图7　测量金属氧化物避雷器阻性电流分量的专用桥式电路

M—电流表或电子示波器;R1—可变电阻器;R2—电阻器;T—试验变压器;C—标准电容器

图8　桥式补偿电路测量泄漏电流原理接线图

一类是同时需用运行相电压的桥式补偿电路或类似的电子仪器,接线方式见图8。试验时将电压监测盒接到CVT 二次端子上,将带有磁屏蔽罩的钳形电流互感器铁芯夹在避雷器的接地线上,不需拆断接地线。由于桥式补偿电路或类似的阻性电流测试仪测试时,需从电压互感器二次端子上取运行相电压作为仪器的标准电压,为预防测试过程中若仪器处不慎将电压线短路,影响CVT 二次电压的正常工作,应采用光电绝缘式电压监测盒的阻性电流测试仪,或在CVT 二次电压端子上并联一个高阻抗分压器的方法进行标准电压取样。现场实践证明,采用在CVT 二次端子上并联的高阻抗分压器低压臂取标准电压时,即使高阻抗分压器的低压臂发生短路,也不会影响CVT 二次电压的正常工作。判断避雷器质量情况时,将测得值与初始值相比较,若阻性分量增加到初始值的1.5倍时,应适当缩短测量周期;若阻性分量增加到初始值的2倍时,应立即停电检查。试验时要记录气象条件,当测试时的环境温度高于或低于测试初始值的环境温度时,应将此时所测的阻性分量电流值进行温度换算后,才能与初始值相比较,温度换算的方法参照5.4。现场实践表明,对一字形排列的三相110kV～500kV金属氧化物避雷器,由于相间杂散电容耦合影响,会对这种测量方法产生误差,应予以注意,解决这种问题的简便办法是:不论影响程度如何,只需将避雷器各自的前后测试数据单独进行比较,按照上述判断依据,一般也能发现问题。目前在此基础上,已研制出采用移相补偿原理的阻性电流测量仪器,能基本上消除相间电容干扰的影响。

还有一种是不需用运行相电压,采用三次谐波电流原理制成的仪器,接线方式见图9。试验时在避雷器接地线侧放电记录器盒 (TXB型)的电流互感器二次引出端子上,接上测试仪的匹配器,经测量电缆接到测试仪,可测出泄漏电流的平均值、峰值和三次谐波分量的峰值百分数。此测试仪不需接入CVT的二次电压,现场使用比较方便,但受电网电压谐波影响较大。测量时应记录各相对地电压。判断避雷器质量情况时,在相同条件下,测得的数值三相相差较大时,建议停电检查。现场实践表明,在电气化铁路沿线的变电站或有整流源的场所,电网电压谐波的影响使得采用三次谐波电流原理制成的仪器无法测出避雷器的劣化情况,因此在这些场所不宜使用这类仪器进行避雷器质量的判断。

图9　三次谐波电流型泄漏电流测试仪原理接线图

目前常用的带电监测金属氧化物避雷器泄漏电流的专用仪器原理见附录B。

8.2 采用红外线测温仪对金属氧化物避雷器进行带电监测

红外线测温仪的原理是通过传感器感应出避雷器表面的温度变化,通过对避雷器的纵向和横向的温差或温升比较进行避雷器运行质量的判断。

现场实践表明,避雷器劣化引起表面温度场的变化是比较细微的,所以现场需要仔细对避雷器热像图进行分析,并进行纵向、横向的比较,在同全电流泄漏电流检测相结合时,可以对故障相 (节)避雷器的故障性质做出初步判断。

9 密封情况检查

对FZ、FCZ、FCD 和较高电压等级的金属氧化物避雷器进行解体大修后,应进行密封试验。将避雷器内腔抽真空 (380～400)×133.3Pa,在5min内其内部气压的增加不应超过133.3Pa。

10 阀型避雷器放电记录器的检查

10.1 常用放电记录器

常用的阀型避雷器放电记录器有两种,它们的电气接线如图10所示。

10.2 检查方法

10.2.1 采用专门的能产生模拟标准雷电流、电压的避雷器放电记录器校验仪,对放电记录器进行放电检查也可以用2500V 兆欧表对一只4μF～6μF电容充电,充好电后,除去兆欧表接线,将电容器对记录器放电,观察动作情况。

10.2.2 用万用表测量记录器整体电阻并与同类型记录器比较。

图10　两种常用的放电记录器电气接线图

1—接线端子;2—铜片;3—阀片R1;4—铁片或外壳;5—放电间隙;6—铜片;7—阀片R2;8—电容器;9—记录器线圈

附 录 A(资料性附录)低压(220V、380V) 金属氧化物避雷器试验方法

A.1 用500V 兆欧表测量阀片电阻值,如读数在0.5MΩ以上说明正常;如读数为0,说明阀片已坏;如读数为无穷大,说明熔丝已断,避雷器不能使用。

A.2 对低压避雷器施加直流电压,用直流毫安表和电压表测量避雷器的泄漏电流和U1　mA,对于220V 避雷器,U1　mA≥500V;对于380V 避雷器,U1　mA≥800V 为正常。

附 录 B(资料性附录)金属氧化物避雷器试验用仪器仪表原理简介

B.1 使用电子示波器测量金属氧化物避雷器的交流泄漏全电流Ix、阻性电流分量Ir和容性电流分量IC时,按图B.1所示的接线方法进行。阻性电流分量以峰值表示,全电流和容性电流分量考虑可能受电压谐波的影响,也用峰值表示。图B.1 (a)为采用双踪电子示波器,通过适当的分压器和分流器,将避雷器的电压和电流信号接入示波器,在一个完整的示波图中 (图B.2),可以测得电压U、全电流Ix、容性电流分量IC和阻性电流分量Ir各波形,当电压瞬时值为0和Um时,相应的电流瞬时值,即分别代表容性电流分量峰值ICm和阻性电流分量峰值Irm。图B.1 (b)为采用单踪电子示波器的测量接线图,可利用电容器C1(标准电容器或tanδ很小的油浸纸电容器)所串接的可变电阻器,适当调节电阻值,达到补偿容性电流分量的目的,在BE端测得的最小值为Irm值。在AE端可测得Ix或ICm值。ICm通常与Ix基本相同。

图B.1　测量金属氧化物避雷器交流泄漏电流接线图

AE—全电流I0引出端;BE—阻性分量Ir引出端;SB—示波器;R—补偿容性电流分量电阻

此方法也可适用于变电所现场在某些停电情况下对金属氧化物避雷器进行试验。

图B.2　金属氧化物避雷器等值电路和交流泄漏电流波形

U—工频电压;Um—工频电压峰值;I0—全电流;IC—容性电流分量;Ir—阻性电流分量;Irm—阻性电流分量峰值;ICm—容性电流分量峰值

专门用来测量金属氧化物避雷器阻性电流分量的专用仪器 (电路图见图7),基本接线与图B.1(b)相似,当可变电阻器R1的活动端子处于地线测零值时,仪表M 测得的为全电流值 (或容性电流值),适当向上移动R1活动端子,把R1上的容性电流的压降来补偿避雷器中容性电流R2上的压降,仪表M 显示最低值,此最低值即为阻性电流分量 (峰值)。M 可做成指针式电子仪表,或者用电子示波器 (双通道,工况:A 通道—B通道)。

试验前,将电子示波器两个通道的输入端同时接到分压器的输出电压,调节两个通道的“水平位移”,使两个电压波形完全重合。然后保持“水平位移”不动,恢复正常接线,开始正式试验。

B.2 带电监测金属氧化物避雷器阻性电流专用仪器的工作原理

a)同时需用运行相电压的桥式补偿电路或类似的电子仪器。桥式补偿电路泄漏电流测试仪的原理接线图见图8,其工作原理是自钳形电流互感器夹取得的泄漏电流输入仪器中的放大器,自母线取得的二次电压作为标准电压进入仪器移相90°,使其与泄漏电流中的容性电流分量同相,将容性电流分量自动抵消掉,剩余下的即为泄漏电流的阻性分量,由指示仪表显示其峰值。

b)不需用运行相电压,采用三次谐波电流原理制成的仪器。三次谐波电流测试仪的原理接线图见图9,其工作原理是从避雷器总电流中检出三次谐波分量i3的峰值,假定i3=ir3,然后根据ir3与阻性电流ir的经验关系得到阻性电流峰值,它的基础是电压不含谐波分量或很小。由于使用三次谐波法测试仪受系统电压中谐波分量的影响很大,当谐波分量较大时,仪器的误差可达百分之百到百分之几百。