69国内精品一区二区三区 工频耐压试验与绝缘强度设备的介绍

工频耐压试验是鉴定 电气 设备 绝缘强度 的有效和最直接的方法。它可用来确定 电气 设备 绝缘 的耐受水平，它可以判断 电气 设备能否继续运行。它是避免在运行中发生 绝缘 事故的重要手段。

工频耐压试验时，对 电气 设备 绝缘 施加比工作 电压 高得多的试验 电压 ，这些试验 电压 称为 电气 设备的 绝缘 水平。耐压试验能够有效地发现导致 绝缘 抗电 强度 降低的各种缺陷。为避免试验时损坏设备，工频耐压试验必须在一系列非破坏性试验之后再进行，只有经过非破坏性试验合格后，才允许进行工频耐压试验。

对于 220kV及以下的 电气 设备，一般用工频耐压试验来考验其耐受工作 电 压 和操作过 电压 的能力，用全波 电压 试验来考验其耐受大气过 电压 的能力。但必须指出，在这种系统中确定工频试验 电压 时，同时考虑了内过 电压 和大气过 电压 的作用。而且由于工频耐压试验比较简单，因此，通常把工频耐压试验列为大部分 电气 产品的出厂试验。所以，在交接和 绝缘 预防性试验中都需要进行工频耐压试验。

作为基本试验的工频耐压试验，如何选择恰当的试验 电压 值是一个重要的问题，若试验 电压 过低，则设备 绝缘 在运行中的可靠性也降低，在过 电压 作用下发生 击穿 的可能性增加；若试验 电压 选择过高，则在试验时发生 击穿 的可能性增加，从而增加检修的工作量和检修费用。一般考虑到运行中 绝缘 的老化及累积效应、过 电压 的大小等，对不同设备需加以区别对待，这主要由运行经验来决定。我国有关国家标准以及我国原电力工业部颁发的《电力设备预防性试验规程》中，对各类 电气 设备的试验 电压 都有具体的规定。

按国家标准规定，进行工频交流耐压试验时，在 绝缘 上施加工频试验 电压 后，要求持续 1min，这个时间的长短一是保证全面观察被试品的情况，同时也能使设备隐藏的 绝缘 缺陷来得及暴露出来。该时间不宜太长，以免引起不应有的 绝缘 损伤，使本来合格的 绝缘 发生热 击穿 。运行经验表明，凡经受得住1min工频耐压试验的 电气 设备，一般都能保证安全运行

一、工频耐压试验接线

对 电气 设备进行工频耐压试验时，常利用工频高压试 验变压器来获得工频高压，其接线如图 3-12所示。

通常被试品都是电容性负载。试验时， 电压 应从零开 始逐渐升高。如果在工频试验变压器一次绕组上不是由零逐渐升压，而是突然加压，则由于励磁涌流，会在被试品 上出现过 电压 ；或者在试验过程中突然将电源切断，这相当于切除空载变压器(小电容试品时)也将引起过 电压 ， 因此，必须通过调压器逐渐升压和降压。r是工频试验变压器的保护电阻，试验时，如果被试品突然 击穿 或放电， 工频试验变压器不仅由于短路会产生过电流，而且还将由于绕组内部的电磁振荡，在工频试验变压器匝间或层间 绝缘 上引起过 电压 ，为此在工频试验变压器高压出线端串联一个保护电阻 r。保护电阻r的数值不应太大或太小。阻值太小，短路电流过大，起不到应有的保护作用；阻值太大，会在正常工作时由于负载电流而有较大的 电压 降和功率损耗，从而影响到加在被试品上的 电压 值。一般r的数值可按将回路放电电流限制到工频试验变压器额定电流的1～4倍左右来选择，通常取0.1 Ω /V 。 保护电阻应有足够的热容量和足够的长度，以保证当被试品 击穿 时，不会发生沿面 闪络。

二、工频试验变压器

产生工频高压最主要的设备是工频高压试验变压器，它是高压试验的基本设备之一。工频试验变压器的工作原理与电力变压器相同，但由于用途不同，工频试验变压器又具有以下一些特点。

1.工频试验变压器的特点

工频高压试验变压器的工作 电压 很高，一般都做成单相的，变比较大，而且要求工作 电压 在很大的范围内调节。由于其工作 电压 高，对绕组 绝缘 需要特别考虑，为减轻 绝缘 的负担，应使绕组中的电位分布尽量保持均匀，这就要适当固定某些点的电位，以免在试验中因被试品 绝缘 损坏发生放电所引起的过渡过程使电位分布偏离正常情况太多，可能导致其 绝缘 损坏。当试验变压器的 电压 过高时，试验变压器的体积很大，出线套管也较复杂，给制造工艺上带来很大的困难。故单个的单相试验变压器的额定 电压 一般只做到 750kV，更高 电压 时可采用串级获得。三相的工频高压试验 变压器用得很少，必要时可用三个单相试验变压器组合成三相。

工频试验变压器工作时，不会遭受到大气过 电压 或电力系统内过 电压 的作用，而且不是连续运行，因此其 绝缘 裕度很低。在使用时应该严格控制其最大工作 电压 不超过额定值。

工频试验变压器的额定容量应满足被试品 击穿 (或闪络)前的电容电流和泄漏电流的需要，在被试品 击穿 或闪络后能短时地维持电弧。这就是说，试验变压器的容量应保证在正常试验时被试品上有必需的 电压 ，而在被试品 击 穿 或闪络时，应保证有一定的短路电流，所以试验变压器的容量一般是不大的。一般情况下，由于其负载大都是电容性的，根据电容电流的要求，工频试验变压器的容量可按被试品的电容来确定，即

式中  U ——被试品的试验 电压 ， KV ；

     C _X ——被试品的电容， Μ f;

      f —— 电源的频率（5 0 ）， Hz；

      S ——工频试验变压器的容量， Kva 。

工频试验变压器的高压侧额定电流在 0.1～1A范围内， 电压 在250kV及以上时，一般为1A，对于大多数试品，一般可以满足试验要求。

由于工频试验变压器的工作 电压 高，需要采用较厚的 绝缘 及较宽的间隙距离，所以其漏磁通较大，短路电抗值也较大，试验时允许通过短时的短路电流。

工频试验变压器在使用时间上也有限制，通常均为间歇工作方式，一般不允许在额定 电压 下长时间的连续使用，只有在 电压 和电流远低于额定值时才允许长期连续使用。

由于工频试验变压器的容量小、工作时间短，因此，工频试验变压器不需要像电力变压器那样装设散热管及其他附加散热装置。

工频高压试验变压器大多数为油浸式，有金属壳及 绝缘 壳两类。金属壳变压器又可分为单套管和双套管两类。单套管变压器的高压绕组一端接外壳接地，另一端 (高压端)经高压套管引出，如果采用 绝缘 外壳，就不需要套管了；双套管变压器的高压绕组的中点通常与外壳相连，两端经两个套管引出，这样，每个套 管 所承受的 电压 只有额定 电压 的一半，因而可以减小套管的尺寸和质量，当使用这种形式的试验变压器时，若高压绕组的一端接地，则外 壳应当按额定 电压 的一半对地 绝缘 起来。

国产的工频试验变压器的容量如下，对于额定 电压 为 50kV时，容量为5kVA，即高压绕组的额定电流为0.1A ； 对于额定 电压 为100kV时，容量为10kVA或25kVA，即高压绕组的额定电流为0.1A或0.25A；对额定 电压 为150kV，容量为25kVA或100kVA，即高压绕组的额定电流为0.167A或0.67A；对额定 电压 为250～2250kV的工频试验变压器，高压绕组的额定电流均取1A 。

2.串 接 式工频试验 变压器

如前所述，当单台工频试验变压器的额定 电压 提高时，其体积和质量将迅速增加，不仅在 绝缘 结构的制造上带来困难，而只费用也大幅度增加，给运输上亦增加了困难，因此，对于需要 500～750kV以上的工频试验变压器时，常将2～3台较低 电压 的工频试验变压器串接起来使用。这在经济上、技术上和运输方面都有很大的优点，使用上也较灵活，还可将 三 台接成三相使用，万一有一台试验变压器发生故障，也便于检修，故串接装置目前应用较广。

图 3-13是常用的三台试验变压器 串接的原理接线图，由图中可看到。三台工频试验变压器的高压绕组互相串 联，后一级工频试验变压器的电源由前 一级工频试验变压器高压端的激磁绕组 供给。因此，第 Ⅱ台工频试验变压器的铁芯和外壳的对地电位应与第 Ⅰ 台工频 试验变压器高压绕组的额定 电压 U相 等，所以它必须用 绝缘 支架或支柱 绝缘 子支承起来， 绝缘 支架或支持 绝缘 子应能耐受 电压 U。同理，第 Ⅲ 台工频试验 变压器的铁芯和外壳的对地 电压 为 2U，它也必须用耐受 电压 为2U的 绝缘 支架或支柱 绝缘 子支承起 来 。而三台工频试验变压器高 压 绕组串接后的输出 电压 为3U。

串接的工频试验变压器装置中，各工频试验变压器高压绕组的容量是相同的，设为 S，但各低压绕组和激磁绕组的容量并不相等，若忽略其损耗，则第 Ⅲ 台工频试验变压器低压绕组的容量亦为S；第Ⅱ台工试验变压器的输出容量分为两部分，一部分由高压绕组供给负载，容量为S，另一部分由激磁绕组供给第Ⅲ台工频试验变压器低压绕组，其容量亦为S ， 因此，第 Ⅱ台工频试验变压器的容量为2S；同理可推出，第 Ⅰ 台工频试验变压器的输出容量S _sh 为3S。所以，三台串接的工频试验变压器装置中，每台工频试验变压器的容量是不相同的，三台试验变压器的容量之比为3：2：1。三台工频试验变压器串接，其输出容量S _sh =3S，如果串接的台数为n，则总的输出容量为nS，而总的装置容量为

这样， n级串接装置容量的利用系数为

由以上分析可见，随着工频试验变压器串接台数的增加，其利用系数越来越小，而且串接装置的漏抗比较大，串接的台数越多，漏抗越大，加上工频试验变压器外壳对地电容的影响，每台工频试验变压器上的 电压 分布都不均匀，因此，串接试验变压器串接的台数不宜过多，一般不超过三台。

三、调压方式

1.对工频试验变压器调压的基本要求

(1) 电压 可由零至最大值之间均匀地调节；

(2)不引起电源波形的畸变；

(3)调压器本身的阻抗小、损耗小、不因调压器而给试验设备带来较大的 电压 损 失 ；

(4)调节方便、体积小、质量轻、价廉等。

2.常用的调压方式

(1)用自耦调 压 器调压。自耦调压器是常用的调压器，其特点为调压范围广、漏抗小、功率损耗小、波形畸变小、体积小、质量轻、结构简单、价格廉、携带和使用 方 便等。当工频试验变压器的容量不大时(单相不超过10kVA)，它被普遍使用。但由于它存在滑动触头，当工频试验变压器的容量较大时，调压器滑动触头与线圈接触处的发热较严重，因此，这种调压方式只适用于小容量工频试验变压器中的调压。

(2)用移圈式调压器调压。用移圈式调压器调压不存在滑动触头及直接短路线的问题，功率损耗小，容量可做得很大，调压均匀。 但 移圈式调压器本身的感抗较大，且随调压器所处的位置而变，但波形稍有畸变，这种调压方式被广泛地应用在对波形的要求不是十分严格，额定 电压 为100kV及以上的工频试验变压器上。

移圈式调压器的原理接线与结构示意图如图 3-14所示。带补偿绕组和无补偿绕组的调压器的工作原理相同。通常主绕组C和辅助绕组D匝数相等而绕向相反，两绕组互相串联起来组成一次绕组。短路线圈K套在主绕组和辅助绕组的外面。通过短路线圈的上下移动就可以调节调压器的输出 电压 。

当调压器的一次绕组 AX端加上电源 电压 U ₁ 后，若不存在短路线圈K，则主绕组C和辅助绕组 D上的 电压 各为U ₁ /2 。 出于两绕组C和D的绕向相反，它们产生的主磁通 Φ _C 和 Φ _D 如方向也相反， Φ _C 和 Φ _D 只能分别通过非导磁材料(干式调压器主要是空气，油浸式调压器则为油介质)自成闭合回路[图3-14(b)所示]，由于短路线圈K的存在，铁芯中的磁通分布将发生相应的变化。当短路线圈K处在最下端，全套住绕组C时，绕组C产生的磁 Φ _C 几乎全为短路线圈K感应产生的反磁通中 Φ _K 所抵消，绕组C上的 电压 降接近于零，亦即输出 电压 U ₂ ≈ 0。电源 电压 U ₁ 几乎 全部降落在绕组 D上。

当短路线圈 K位于最上端时，情况正好相反。绕组D上的 电压 降 几乎 为零，电源压U ₁ 全降落在绕组C上，输出 电压 U ₂ ≈  U ₁ 。而当短路线圈K由最下端连续而平稳地向上移动时，输出 电压 U ₂ 即由零逐渐均匀的升高，这样就实现了调压。

一般移圈式调压器还在主绕组 C上增加一个补偿绕组E，其作 用 是补偿调压器内部的 电 压 降落，并使调压器的输出 电压 稍高于输入 电压 。

移圈式调压器没有滑动触头，容量可做得较大，可从几十千伏安到几千千伏安。适用于大容量试验变正器的调压。移圈式调压器的主要缺点之一是短路阻抗较大，因而减小了工频高压试验下的短路容量。另外，移圈式调压器的主磁通要经过一段非导磁材料，磁阻很大，因此，空载电流很大，约达额定电流的 1/4~1/3。

(3)用单相感应调 压 器调压。调压性能与移圈式调压器相似，对波形的畸变较小，但调压器本身的感抗较大，且价格较贵，故一般很少采用。

(4)用电动机一发电机组 调压 。采用这种 调 压方式不受电网 电压 质量的影响，可以得到很好的正弦 电压 波形和均匀的 电压 调节，如果采用直流电动机做原动机，则还可以调节试验 电压 的频率。但这种调压方式所需要的投资及运用费用都很大，运行和管理的技术水平也要求较高，故这种调压方式只适宜对试验要求很严格的大型试验基地。

四、工频高压的测量

在工频耐压试验中，试验 电压 的准确测量也是一个关键的环节。工频高压的测量应该既方便又能保证有足够的准确度，其幅值或有效值的测量误差应不大于 3%。

测量工频高压的方法很多，概括起来讲可以分为两类：即低压侧测量和高压侧测量。

1.低压侧测量

低压侧测量的方法是在工频试验变压器的低压侧或测量线圈 (一般工频试验变压器中设有仪表线圈或称测量线圈，它的 匝 数一般是高压线圈的1/1000)的引出端接上相应量程的 电压 表，然后通过换算，确定高压侧的 电压 。在一些成套工频试验设备中，还常常把低压 电压 表的刻度直接用千伏表示，使用更方便。这种方法在较低 电压 等级的试验设备中，应用很普遍。由于这种方法只是按固定的匝数比来换算的，实际使用中会有较大的误差，一般在试验前应对高压与低压之比予以校验。有时也将此法与其他测量装置配合，用于辅助测量。

2.高压侧测量

进行工频耐压试验时，被试品一般均属电容性负载，试验时的等值电路如图 3-15所示 。 电路图中r为工频试验变压器的保护电阻的电阻值，X _L 表示试验变压器的漏抗，C _X 为被试品的电容。在对重要设备、特别是容量较大的设备进行工频耐压试验时，由于被试品的电容C _X 较大，流过试验回路的电流为一电容电流I _C ，I _C 在工频试验变压器的漏抗X _L 上将 产生一个与被试品上的 电压 U _CX 反方向的 电压 降落I _C X _L ，如图3-16中所示，从而导致被试品上的 电压 比工频试验变压器高压侧的输出 电压 还高，此种现象称为 “容升现象"，也称“电容效应"。由于“电容效应"的存在，就要求直接在被试品的两端测量 电压 ，否则将会产生很大的测量误差；也可能会人为的造成 绝缘 损伤。被试品的电容量及试验变压器的漏抗越大，则 “电容效应"越显著。

在工频试验变压器高压侧直接测量工频高压的方法有以下几种。

(1)用静电 电压 表测量工频 电压 的有效值。静电 电 压 表是现场常用的高压测量仪表。测量时，将静电 电压 表并接于被试品的两端，即可直接读出加于被试品上的高 电压 值。静电 电压 表的工作原理图如图 3-17所示。 它由两个电极组成，固定电极 1接至被测量的高压U ，可动电极 3由悬丝支持、接地，并和屏蔽电极2连接在 一起。屏蔽电极的作用是避免边缘效应和外电场的影 响，使固定电极和可动电极间的电场均匀。被测量的 电压 U加在平板电极1和3之间，电极2中间有一个小窗口，放置可动电极3，在电场力的作用下，电极3可绕其支点转动。若两电极间的电容量为C，所加的 电压 为U，则两电极间的电场能量 。在电场力的作用下，可动电极3绕支点转动的转矩为

式中 α ——偏转角；

C——可动电极3与固定电极1之间的电容；

W _C —— 电容C在外加 电压 为U时储藏的能量。

力矩 M ₁ 由悬挂可动电极的悬丝(或弹簧)所产生的反作用力矩M ₂ 来平衡，即

M ₂ =K α

式中 K——常数。

在平衡时， M ₁ =M ₂ ，于是得

由式 (3-16)可见，偏转角 α 的大小和被测 电压 U ² 及 有关，而 决定于静电 电压 表的电极形式，为使静电 电压 表的刻度比较均匀，常将可动电极做成特殊的形状，使 随 α的增加而减小。α的大小由固定的悬丝上的小镜片经一套光系统，将光反射到刻度尺上来读书。

由于 α 与 U ² 成正比，故用静电 电压 表测得的数值为交流 电压 的有效值；用静电 电压 表测直流 电压 时，当脉动系数不超过20%时，测得的数值与平均值的误差不超过1%，故可视在直流下静电 电压 表的测量值为平均值。

(2)用球隙进行测量工频 电压 的幅值。测量 球隙是由一对相同直径的铜球构成。当球隙之间的距离 S与铜球直径D之比不大时，两铜球间隙之间的电场为稍不均匀电场，放电时延很小，伏秒特性较平，分散性也较小。在一定的球隙距离下，球隙 间 具有相当稳定的放电 电压 值。因此，用球隙不但可以用来测量交流 电压 的幅值，还可用来测量直流高压和 电压 的幅值。

测量球隙可以水平布置 (直径25cm以下大都 用水平布置 )，也可作垂直布置。使用时，一般一极接地。测量球隙的球表面要光滑，曲率要均匀，对球隙的结构、尺寸、导线连接和安装空间的尺寸如 图 3-18所示。使用时下球极接地，上球极接高压。

标准球径的球隙放电 电压 与球间隙距离的关系已制成国际通用的标准表（见附录中的附表3）。 当 且满足其他有关规定时，用球隙测量的准确度可保持在士3%以内，当 在0.5～0.75时，其准确度较差，所以附表中的数值加括号。由此可见，测量较高的 电压 应使用直径较大的球隙。

球隙放电点 P(图3-18)对地面的高度A以及对其他带电或接地物体的距离S应满足 表 3-1的要求，以免影响球隙的电场分布及测量的准确度。

表 3-1                  球隙对地和周围空间的要求

用球隙测量高压时，通过球隙保护电阻 R将交流高 电压 加到测量球间隙上，调节球间隙的距离，使球间隙恰好在被测 电压 下放电，根据球隙距离S、球直径D，即可求得所加的交流高压值。由于空气中的尘埃或球面附着的细小杂物的影响(球隙表面需擦干净)，使球隙最初几次的放电 电压 可能偏低且不稳定。故应先进行几次预放电，最后取三次连续读数的平均值作为测量值。各次放电的时间间隔不得小于1min，每次放电 电压 与平均值之间的偏差不得大于3%。

气体间隙的放电 电压 受大气条件的影响，附录表中的 电压击穿 值只适用于标准大气条件，若测量时的大气条件与标准大气条件不同，必须按第一章第六节的公式进行校正，以求得测量时的实际 电压 。

用球隙测量直流高压和交流高压时，为了限制电流，使其不致引起球极表面烧伤，必须在高压球极串联一个保护电阻 R，R同时在测量回路中起阻尼振荡的作用。这电阻不能太小，太小起不到应有的保护作用，但也不能太大，以免球隙 击穿 之前流过球隙的电容电流在电阻上产生压降而引起测量误差。测量交流 电压 时，这个压降不应超过1%，由此得出保护电阻值应为

式中  U _max —— 被测 电压 的幅值，V；

f —— 被测 电压 的频率，Hz；

K —— 由球径决定的常数，其值可按表3-2决定， Ω /V。

表 3-2                         K的取值

（ 3）用电容分压器配用低压仪表。电容 分压器是由高压臂电容 C ₁ 和低压臂电容C ₂ 串联而成的， C ₂ 的两端为输出端，如图3-19所示。为了防止外电场对测量电路的影 响，通常用高频同轴电缆来传输分压信号。当然，该电缆的电容应计入低压臂的电容量 C ₂ 中。

为了保证测量的准确度，测量仪表在被测 电压 频率下的阻抗应足够大，至少要比分 压器低压臂的阻抗大几百倍。为此，最好用高阻抗的静电式仪表或电子仪表(包括示波器、峰值 电压 表等)。

若略去杂散电容不计，则分压比 K为

分压器各部分对地杂散电容 C ´ _e 和对高压端杂散电容C _e 的存在，会在一定程度上影响 其分压比，不过，只要周围环境不变，这种影响就将是恒定的，并且不随被测 电压 的幅值、频率、波形或大气条件等因素而变，所以，对一定的环境，只要一次准确地测出电容分压器的分压比，则此分压比可适用于各种工频高压的测量。虽然如此，人们仍然希望尽可能使各种杂散电容的影响相对减少。为此，对无屏蔽的电容分压器，应适当增大高压臂的电容值。

电容分压器的另一个优点是它几乎不吸收有功功率，不存在温升和随温升而引起的各部分参数的变化，因而可以用来测量高的 电压 ，但应注意高压部分的防晕。

(4)用 电压 互感器测量。将 电压 互感器的原边接在被试品的两端头上，在其副边测量 电压 ，根据测得的 电压 值和 电压 互感器的变压比即可计算出高压侧的 电压 ，为了保证测量的准确度， 电压 互感器一般不低于1级， 电压 表不低于0.5级。

五、试验分析

对于 绝缘 良好的被试品，在工频耐压试验中不应 击穿 ，被试品是否 击穿 可根据下述现象来分析

(1)根据试验回路接入表计的指示进行分析：一般情况下，电流表指示突然上升，说明被试品 击穿 。但当被试品的容抗X _C 与工频试验变压器的漏抗X _L 之比等于2时，虽然被试品已 击穿 ，但电流表的指示不变；当X _C 与X _L 的比值小于2时，被试品 击穿 后，使试验回路的电抗增大，电流表的指示反而下降。通常X _C ≫ X _L ， 不会出现上述现象，只有在被试品容量很大或工频试验变压器的容量不够时，才有可能发现上述现象。此时，应以接在高压侧测量被试品上的 电压 表指示来判断，被试品 击穿 时， 电压 表指示明显下降。低压侧 电压 表的指示也会有所下降。

(2)根据控制回路的状况进行分析：如果过流继电器整定适当，在被试品 击穿 时，过流继电器应动作，使自动空气开关跳闸；若过流继电器整定值过小，可能在升压过程中，因电容电流的充电作用而使开关跳闸；当过流继电器的整定值过大时，即使被试品放电或小电流 击穿 ，继电器也不会动作。因此，应正确整定过流继电器的动作电流，一般应整定为工频试验变压器额定电流的1.3～1.5倍。

(3)根据被试品的状况进行分析：被试品发出 击穿 响声或断续的放电声、冒烟、出气、焦臭味、闪弧、燃烧等都是不允许的，应查明原因。这些现象如果确定是 绝缘 部分出现的，则认为被试品存在缺陷或 击穿 。

六、注意事项

(1)被试品为有机 绝缘 材料时，试验后应立即触摸 绝缘 物，如出现普遍或局部发热。则认为 绝缘 不良，应立即处理，然后再作试验。

(2)对夹层 绝缘 或有机 绝缘 材料的设备，如果耐压试验后的 绝缘电阻 值，比耐压试验前下降30%，则认为该试品不合格。

(3)在试验过程中，若由于空气的温度、湿度、表面脏污等影响，引起被试品表 面 滑闪放电或空气放电，不应认为被试品不合格，需经清洁、干燥处理之后，再进行试验。

(4)试验时升压必须从零开始，不允许合闸。升压速度在40%试验 电压 以内，可不受限制，其后应均匀升压，速度约为每秒钟3%的试验 电压 。

(5)耐压试验前后，均应测量被试品的 绝缘电阻 值。

(6)试验时，应记录试验环境的气象条件，以便对试验 电压 进行气象校正。