电力设备常规的试验方法（下）

    3、介质损耗因数tgδ试验
    其原理在前面已经讲过，tgδ是IR / IC的比值，它能反映电介质内单位体积中能量损耗的大小，只与电介质的性质有关，而与其体积大小尺寸均没有关系。因此，tgδ的测试目的，也是能够有效地发现设备绝缘的普遍老化、受潮、脏污等整体缺陷。对小电容设备，如套管、互感器（电容式）也能够发现内部是否存在气隙及固定绝缘开裂等集中性的局部绝缘缺陷。
    但要说明一点的是，针对大电容的设备如变压器、电缆等进行tgδ的测量时，只能发现他们的整体分布性缺陷，而其局部集中性的缺陷可能不会被发现；而对于套管、互感器等小电容量的设备，测tgδ能有效地发现其局部集中性和整体分布性的缺陷，详见如下分析。这也是大型变压器不仅要单独测试引出线套管的tgδ，也要测套管连同绕组的介损tgδ，就是因为套管若有缺陷时在整体绝缘良好时不能体现出来。
    一般设备的绝缘结构都由多层绝缘、多种材料构成。如局部有缺陷绝缘用C 1 tgδ1表示，其他良好绝缘用C 2tgδ2表示，两部分并联，则有P1 = C 1 tgδ1   P2 = C 2 tgδ2
    而总的损耗为P = U2 ωC tgδ  ①
    U、ω一定时，P与C、tgδ有关， → P = C 1 tgδ1 + C 2 tgδ2  又C = C1  + C2
    则  C 1 tgδ1 + C 2 tgδ2 = C tgδ
    tgδ= （C 1 tgδ1 + C 2 tgδ2）/（C1  + C2）   ②
    若套管电容C 1= 250PF，tgδ1= 5%            （超差）
    而变压器电容C 2= 10000PF，tgδ2= 0.4%      （良好）
    从②式可以看出总tgδ= 0.5 %                （合格），可见明显形成了误判断。
    设备的选取及常规试验方法：因为精度和灵敏度的原因，测变压器和一般套管的介损时（包括电容式CT），应采用GWS-1A光导介损测试仪，而当测试电容式PT电容量和tgδ时，可采用HSXJS-IV异频介损测试仪，它介绍了CVT的中压电容C 2 的测试方法，比较方便（自激法）。两者的原理前者是通过比较内部标准回路电流和被试品的电流的幅值及相互的相差，后者是电桥原理，离散傅立叶算法。一般接线形式主要有二种：正接法：适用于测量两相对地绝缘的设备，测试精度较高，如套管和电容式CT的主绝缘tgδ，耦合电容的的tgδ等；反接法：适用于测量一级接地的设备，仪器的外壳必须接地可靠，如变压器连同套管和绕组的tgδ，套管和电容式CT的末屏tgδ等。另外还有自激法，对角接线等，不同的试验设备均有不同的接线形式，取决于现场环境及标准设备。
    需要说明的是现场试验时要创造条件，力求测试精度，如主变高低压侧套管的tgδ测试必须要用正接法，应要求安装单位制作测试平台，以达到两极绝缘的条件。
    对于CVT中压电容的tgδ测试，应充分理解仪器的操作程序，按照其说明，操作规程进行试验。
    交接规程的一般要求及条款：电力变压器：当电压等级为35KV及以上，且容量在8000KVA以上时，应测试tgδ，其tgδ值不应大于产品出厂试验值的130%，对于300MW或600MW机组的厂高变，一般未达到上述要求，交接试验可不作；但一般厂家出厂试验均有该项目的数据，为充分体现对用户负责的思想，建议测试以便比较，但不出试验报告。互感器：规定了20℃下电流互感器（油纸电容式）的tgδ，220KV≤0.6%，330KV≤0.5，500KV≤0.5。其电容与铭牌差值应在±10%之内，只针对主绝缘。而电压互感器只规定了35KV及以上油浸式的tgδ值，35KV的20℃时≤3.5%，35KV以上的不应大于出厂值的130%。套管：现场一般有油纸电容式，20-500KV下，tgδ≤0.7%，电容差值在±10%范围内。说明一点，不管电容式CT还是电容式套管，都会有末屏，应在测主绝缘tgδ之前进行末屏的测绝缘，用2500V摇表，应大于1000MΩ，有的出厂试验也有末屏tgδ值，因此绝缘达不到要求时，应测tgδ以便比较，但是试验电压应控制在2KV。
    另外，tgδ值都规定了相应的温度值，是因为温度对tgδ值的影响较大，一般随着温度上升，tgδ值也增大，因此规定了温度换算，一般应校正到20℃时进行与厂家试验数据的比较，换算公式为：
    (1) 环境温度高于20℃时，tgδ20 = tgδt / A
    (2) 环境温度低于20℃时，tgδ20 = tgδt * A
    A：与20℃温差绝对值不同的换算系数，见规程。
    一般操作步骤和注意事项：按常规的HSXJS-IV的操作规程与相应的作业指导书相关条款进行操作。试验应良好的天气、环境温度不低于5℃和湿度不大于80%的条件下进行，测试前应测量被试品各电极间的绝缘电阻，必要时对小套管进行清洁和干燥处理。
    接地必须牢靠，符合“安规”中高压试验的条款规定，正接法时低压侧的引线也应有绝缘要求，不得与外壳接触。
    对于试验电压的大小，前面提到P = U2 ωC tgδ，P与电压有关，良好绝缘的tgδ不会随电压的升高而明显增加，但若有内部缺陷时则tgδ会随电压的升高而明显增加。因此对于试验电压一般为10KV，但对于电容式套管或CT的末屏和电容式电压互感器中压电容的tgδ测试时，则应降低电压标准使用2000V或3000V左右。测变压器的tgδ时应将其他侧短接接地。
    对试验结果的分析：应根据厂家出厂试验数据和交规进行综合判断，尤其应注意避免套管末屏的脏污情况，还有环境温度、湿度的影响，经过出厂测试合格的产品若现场测试值差，一般应考虑环境影响和受潮情况。例如湛江奥里油电厂500KV GIS 出线套管的过程防护的重要性和绝缘受潮经烘烤测试合格的情况，说明高压试验不能只关注试验本身，对于安装单位来说，一定要关注产品的全过程。
    对于介损测试仪应定期进行检验。

    4、交流耐压试验
    交流耐压试验是电气设备鉴定其绝缘好坏的最直接的方法。它对于判断电气设备能否投入运行有着决定性的意义，也是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。
    由于其试验电压比运行电压高，其属于破坏性，因此之前必须测定绝缘电阻和吸收比，直流耐压或经tgδ测试合格。若有受潮或缺陷，应先作干燥处理再耐压。
    交流耐压试验对于设备内部绝缘劣化有着累计效应，能使绝缘强度逐步衰减，因此，必须正确地选择试验电压大小和时间，Us越高，发现绝缘缺陷的有效性更高，但被试品击穿的可能性越大，积累效应更严重。因此国家标准参照各种绝缘材质和所能承受的过电压倍数，规定了出厂试验标准，而交接标准的电压低于出厂试验电压，但比如支柱绝缘子等几乎没有累积效应，因此其交接试验电压和出厂值几乎一样。
    绝缘的击穿电压Uj 与加压的持续时间有关，随时间的增加其Uj 下降，因此规定了一分钟。这一方面是为了观察被试品情况，使有缺陷的绝缘来得及暴露（固体绝缘发生击穿需要一定的时间）；另一方面不致于因为时间过长而引起的不应有的绝缘损害。
    交流耐压试验的加压方法一般有：一是工频耐压，包括用常规的高压试验变压器和工频串联谐振试验装置，可以对交流电动机和发电机、绝缘子、断路器、电流互感器等设备进行；二是感应耐压试验，如变压器、电磁式电压互感器等，采用从二次加压使得一次侧感应高压的方法，它不仅可以考验被试品的主绝缘（绕组对地、相间、相对地），还可以考验纵绝缘（同一绕组的层间、匝间），通常采用100~400HZ的倍频进行；三是冲击电压试验，主要考验被试品耐受操作波过电压和大气过电压下绝缘的承受能力，它分为操作波冲击电压试验和雷电冲击电压试验。
    一般设备的选取和电压的产生及测量：针对不同的被试设备，应选取不同容量的耐压装置，因此首先必须计算电容电流，IC = ωCx Us，Us已有规定，而Cx要参阅资料或实测。
    在进行发电厂和变电所的厂用系统比如CT和断路器的交流耐压时，可选用5KVA/50KV试验变压器、而耐电动机时则需要用10KVA/15KV的较大容量的试验变压器、在300或600MW机组的主封闭母线的耐压中，则应采用一套50KVA/100KV的试验变压器来进行，其试验电压的选取若封母中有CT时应按照CT 的耐压等级、而发电机耐压时应用并联谐振装置则已经非常方便，并联谐振即电流谐振，回路中电容电流和电感电流相互抵消，使得总回路电流很小，则电源电缆的截面可小一些，其品质因数Q可用试验电压和被试电流的乘积除以调压器的输出电压和电流的乘积得到，一般可达10~40左右，Q=XC/R，而回路中的限流电阻R应尽量选小，否则调谐时很难达到谐振频率；另外串联谐振即电压谐振，须采用激励变压器，而可调电感的耐压等级应和被试品一样，因其串联回路的电压相互抵消，则激励变的容量可降低Q 倍。至于试验电压的测量，一般小电容量的被试品可只用变压器低压侧电压乘以变压器变比即可得到，但大容量诸如发电机的交流耐压试验电压，因为考虑到容升效应和被试电压的有效可靠，高压侧电压的测定必须用合格的高压测试仪如SVT-100进行，容升效应即在交流耐压时容性电流在绕组上产生漏抗压降，造成实际用到被试品上的电压值超过按变比计算出的高压侧输出的电压。试验电流的测量一般是在高压试验变压器高压侧尾端串电流表来监视，但应有短路刀闸保护，防止加压时冲坏和便于换档。在主回路中串入限流电阻是为了防止在被试品击穿时在试验变压器上产生过电压，但不宜太大，太大会由于负载电流而产生较大的压降和损耗，一般选0.1~0.5Ω/V，在进行发电机的交流谐振耐压时还可小些，而球隙保护水阻一般取1Ω/V。
    交接规程的一般规定和要求：发电机：对于水内冷电机时，应要求水质合格，电导率＜1.5μs/cm；充氢前进行，耐压前的条件，一般是绝缘1000MΩ以上，吸收比合格，尤其是大容量的，应达1.6左右，水质电阻应达30KΩ，要求各汇水管测点连在一起，如600MW机组（哈尔滨）1-90测温端子，74、75、76汇水管端子等；但对于汇水管死接地的发电机，交流耐压前的绝缘根据厂家的规定，一般有2~3MΩ就差不多了。交流电动机：6KV电机的Us为10KV，10KV电机的Us为16KV，大容量电机一般应分相进行，中性点不引出时可三相一同进行。变压器：应尽量利用规程的条款规定，8000KVA以下，Ue在110KV以下的应进行交流耐压试验，如6KV的所有干式变和油浸变等，应三相短接，非被试侧也应三相短接接地，否则会有容升现象。8000KVA及以上，Ue在110KV以上，在有试验设备时，应进行耐压试验，我们应灵活与监理、质检部门沟通。6KV的电压互感器和电流互感器：6KV的半绝缘PT，无法进行耐压，实际上作伏安特性时已经进行感应耐压，但全绝缘的就要进行24KV的耐压，此时的一次A、N短接，二次全部短接接地。6KV的CT耐压时，其二次侧不能开路，必须全部短接接地，一般随6KV断路器对地耐压一同进行，此时应作好相应的措施（PT抽出来，避雷器线拆开，CT二次短接）。真空断路器：断口的耐压等级一般按出厂试验电压的规定的75%或80%进行，不应有断口闪络和击穿。
    一般试验程序及注意事项：任何被试品在交流耐压前，应先进行其他绝缘试验，合格后再进行，充油设备如油浸变应静止规定的时间，以排除内部可能残存的气体。试验前应测试绝缘电阻，试验现场应设置安全区域、悬挂“高压危险“的标志牌和围栏，保护球隙应调整好，一般为 1.1~1.15 倍试验电压，整定过流保护，一般为1.5倍电容电流，加压前要检查调压器的零位，不可冲击加压。升压过程中应密切监听被试品有何异响、关注电流表的摆动，如无破坏性放电发生，则认为耐压通过，耐压后应测试被试品的绝缘电阻以比较。在耐压过程中如发现电压表指针摆动过大、电流表指示急剧增加、被试品冒烟、闪络或发出击穿响声，应立即停止升压。如发生试验过程中在US下突然停电，不能仅进行“补足时间“的试验。应进行防止谐振的校核，因为试验变压器的感抗和被试品的容抗是串联的，当两者相等时，会引起串联谐振，合闸时电流很大，在被试品上要引起很高的过电压，因此要求：
    CX<3.18×109/XK（PF），XK=Ue/Ie×UK%(Ω)；同时为避免并联谐振，又要求：
    0.08SN/UN2×106 

    5、电力设备局部放电试验
    据我国110KV及以上变压器损坏情况的统计，50%是在运行电压下局部放电逐渐发展产生的，而长期以来使用的试验方法，虽然能够直接或间接判断绝缘的可靠性，但对局部放电这种潜伏性的缺陷是难以发现的，因此新版交接规程有：电压等级220KV及以上，在新安装时，必须进行现场局部放电试验。对于110KV电压等级的变压器，当对绝缘有怀疑时，应进行局部放电试验。
    高压电力设备的绝缘内部由于制造修理等各方面的原因，存在一些气泡、杂质等。而这些气泡、杂质、导体的毛刺等，就是发生局部放电的根源。
    局部放电的一些参数及其关系：
    1、放电起始电压与熄灭电压，被试品外加电压从零升起，开始看不到局部放电，在升压过程中从试验装置上观察到局部放电量超过某一规定值的最低电压称为局部放电起始电压；当试品上的外加电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时，局部放电量小于某一规定值的最高电压为局部放电熄灭电压。
    2、实际放电量qc和视在放电量的关系，实际放电量是在局部放电时，介质内部移动的电荷，是无法测量的、视在放电量是每一次局部放电，气泡上的电压下降一个△UC，外部的电压增加必须供给一个电量qa，这个qa是可以用专门的仪器进行测量的，通过 qa=uc这个公式来校准，通常视在放电量qa小于实际放电量qc，这样有利于试验结果的判断。
    视在放电量的校准：即确定试验回路的换算系数，校准的原理是将幅值为u0的方波通过串联的小电容C0注入被试品两端，则其充入的电荷为
    Q0=U0C0（PC）
    将已知电荷Q0直接注入被试品，这是仪器的测量系统响应为L’，取下标准方波发生器，加电压试验，当有内部放电时，测量系统响应为L，则有换算系数k=L/L’，因此被试品的放电量Q= U0C0k（PC）。
    电力变压器的局部放电试验当其内部放电量较大时，也属于破坏性试验，因此试验前要求测试绝缘合格、保证试品表面尤其是套管的清洁干燥、在注油后应静止足够的时间48小时。一般利用变压器电容式套管的末屏端子对地串联测量阻抗；局部放电试验电源是最高电压Um，一般采用中频发电机作为试验电源，输出频率125~200Hz，试验步骤和加压时间为：首先升压到测量电压u2，u2=1.5um/√3，读取并记录放电量，在u2下坚持5min，再加压到预加电压u1，u1=um，坚持5s，读取并记录放电量。5s后电压再降到 u2，这时u2坚持30min，后将为零。电压升到u2和u2降低过程中记录起始放电电压和熄灭电压值。
    整个试验过程中试品不发生击穿、所有测量端子测得的放电量Q连续维持在允许值内，并无明显地增长趋势即认为局部放电合格。


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来源：恒盛兴电力