电气设备预防性试验基础知识

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    一、常见专业术语及预试规程的总的原则
    《电力设备预防性试验规程》是中国电力行业遵守的国家标准，介绍其适用范围、标准构成、专业术语及符号的意义；同时介绍有关电力设备预防性试验的项目、周期和要求，用以判断设备是否符合运行条件，预防设备损坏，保证安全运行。
    该规程述明从国外进口的设备应以该设备的产品标准为基础，可参照本标准执行。
    1. 定义、符号
    (1) 预防性试验：为了发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏，对设备进行的检查、试验或监测，也包括取油样或气样进行的试验。
    (2) 在线监测：在不影响设备运行的条件下，对设备状况连续或定时进行的监测，通常是自动进行的。
    (3) 带电测量：对在运行电压下的设备，采用专用仪器，由人员参与进行的测量。
    (4) 绝缘电阻：在绝缘结构的两个电极之间施加的直流电压值与流经该对电极的泄流电流值之比。常用兆欧表直接测得绝缘电阻值。本规程中，若无说明，均指加压1min时的测得值。
    (5) 吸收比：在同一次试验中，1min时的绝缘电阻值与15s时的绝缘电阻值之比。
    (6) 极化指数：在同一次试验中，10min时的绝缘电阻值与1min时的绝缘电阻值之比。
    (7) 本规程所用的符号
        U_n  设备额定电压(对发电机转子是指额定励磁电压)；
        U_m  设备最高电压；
        U₀/U  电缆额定电压(其中U₀为电缆导体与金属套或金属屏蔽之间的设计电压，U为导体与导体之间的设计电压)；
        U_1mA  避雷器直流1mA下的参考电压；
        tgδ  介质损耗因数。
    2. 总则
    (1) 试验结果应与该设备历次试验结果相比较，与同类设备试验结果相比较，参照相关的试验结果，根据变化规律和趋势，进行全面分析后做出判断。
    (2) 遇到特殊情况需要改变试验项目、周期或要求时，对主要设备需经上一级主管部门审查批准后执行；对其它设备可由本单位总工程师审查批准后执行。
    (3) 110kV以下的电力设备，应按本规程进行耐压试验(有特殊规定者除外)。110kV及以上的电力设备，在必要时应进行耐压试验。
    50Hz交流耐压试验，用高压试验变压器加至试验电压后的持续时间，凡无特殊说明者，均为1min；其它耐压试验的试验电压施加时间在有关设备的试验要求中规定。
    非标准电压等级的电力设备的交流耐压试验值，可根据本规程规定的相邻电压等级按插入法计算。
    充油电力设备在注油后应有足够的静置时间才可进行耐压试验。静置时间如无制造厂规定，则应依据设备的额定电压满足以下要求：
    500kV      ＞72h
    220及330kV      ＞48h
    110kV及以下      ＞24h
    (4) 进行耐压试验时，应尽量将连在一起的各种设备分离开来单独试验(制造厂装配的成套设备不在此限)，但同一试验电压的设备可以连在一起进行试验。已有单独试验记录的若干不同试验电压的电力设备，在单独试验有困难时，也可以连在一起进行试验，此时，试验电压应采用所连接设备中的最低试验电压。
    (5) 当电力设备的额定电压与实际使用的额定工作电压不同时，应根据下列原则确定试验电压：
     (a) 当采用额定电压较高的设备以加强绝缘时，应按照设备的额定电压确定其试验电压；
     (b) 当采用额定电压较高的设备作为代用设备时，应按照实际使用的额定工作电压确定其试验电压；
     (c) 为满足高海拔地区的要求而采用较高电压等级的设备时，应在安装地点按实际使用的额定工作电压确定其试验电压。
    (6) 在进行与温度和湿度有关的各种试验(如测量直流电阻、绝缘电阻、tgδ、泄漏电流等)时，应同时测量被试品的温度和周围空气的温度和湿度。
    进行绝缘试验时，被试品温度不应低于+5℃，户外试验应在良好的天气进行，且空气相对湿度一般不高于80%。
    (7) 在在使用直流高压发生器进行直流高压试验时，应采用负极性接线。
    (8) 如产品的国家标准或行业标准有变动，执行本规程时应作相应调整。
    (9) 如经实用考核证明利用带电测量和在线监测技术能达到停电试验的效果，经批准可以不做停电试验或适当延长周期。
    (10) 执行本规程时，可根据具体情况制定本地区或本单位的实施规程。
    二、电介质的基础知识
    为了保证电气设备的安全可靠运行,定期进行设备绝缘的预防性试验是十分必要的。通过测量绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗因素等非破坏性试验，以及必要时的交流耐压试验，能够及时发现和检查出设备绝缘的缺陷，进行检修处理，预防事故的发生。因此我们需要了解电气设备绝缘（电介质）的极化、电导、损耗和击穿等特性，以便提高、保证检修试验的水平和质量。

图1-1 直流电压下电介质中电流随时间变化规律示意图

    由图可见，当直流电压加于电解质两端时，电路中的电流将随时间的增长而衰减，最后趋于一个稳定的数值。
    当电气设备绝缘没有受潮，且表面又很清洁时，泄漏电流很小，吸收电流衰减较慢，总电流为图中曲线1 所示.如果电介质受、潮、脏污，有局部缺陷或变质劣化，那么泄漏电流将会显著增大，吸收电流加速衰减，使总电流变化平缓，如图中1'所示。利用电介质的这些特性，可以采用合适的试验方法来判断绝缘状况。
    1. 电介质的电导。
    电导指物质的导电能力。对于纯电阻线路，电导与电阻的关系方程为G=1/R， 其中G为物体电导，导体的电阻越小，电导就越大，数值上等于电阻的倒数。单位是西门子，简称西，符号s。电导率的物理意义：电导率是物质传送电流的能力，是电阻率的倒数。电导率越大则导电性能越强，反之越小。实际的绝缘材料不可能绝对不导电。在外电场作用下，电介质中总是有一些带电质点（主要是离子）沿着电场方向 运动而形成电流，这就是泄漏电流。因此，电介质的绝缘电阻与泄漏电流的关系是R=U/IR。在绝缘材料中，气体电介质和液体电介质的电导不是主要问题，因此我们只介绍固体电介质（如云母、电瓷、纸）的电导。
    固体电介质在外电场作用下，绝缘体本身和外表面都有泄漏电流流过，所以任何固体绝缘体都有一定的电导，可以分为体积电导和表面电导。
    固体电介质的特性：固体电介质的电导分为离子电导和电子电导；电导率与温度成指数关系变化,因此对同一电气设备的绝缘电阻值进行比较时，应当注意温度的影响；吸收现象可以反映绝缘是否良好，如果绝缘中有杂质或者受潮严重，吸收电流衰减得快，吸收比小，绝缘干燥、良好，则吸收电流衰减得慢，吸收比就大。
    2. 电介质的极化。
    电介质的极化就是在电场作用下，电介质中的束缚电荷在相应于电场方向产生有限弹性位移的现象；或者极性分子沿电场方向作较有规律排列的现象。
    电介质的极化有多种形式，按照极化过程是否消耗能量引起电介质发热分类，可以分为无损极化和有损极化两大类，无损极化有电子式极化和离子式极化，有损极化主要有偶极式极化和夹层式极化。夹层式极化过程很缓慢，并且伴随有能量损耗。在绝缘预防性试验中，经常利用夹层式极化现象，来判断绝缘是否良好。例如，水分浸入电介质后，使材料的介电系数增大，由于水的介电常数很大，同时水分能增强夹层式极化作用，因此，通过测量相对介电系数εr,就能判断电介质受潮程度。
    3. 电介质的损耗。
    电介质在直流电压的作用下，由于没有周期性的极化过程，因此损耗只是由电介质的电导引起，用体积电阻率和表面电阻率两个物理量就可以反映这种损耗的大小。但是，在交流电场作用下，带点质点（电子、离子）的移动或极性分子的转向，必须从电场中吸收能量，除了电导损耗外，还有周期性的极化所引起的能量损耗。这些损耗是将电能不可逆转地转化为热能，引起电介质的发热。上述现象称为电介质的损耗。因此，电介质损耗可分为三种：电导损耗、极化损耗、游离损耗（在强电场作用下，如果固体电介质中含有气泡，当电场强度超过气泡的起始游离电场强度时，将产生因气泡的局部游离现象而造成的损耗，称为游离损耗。）当介质损耗超过正常的允许数值时，将会导致绝缘内部严重发热，引起电介质的热老化，甚至发生绝缘的热击穿。因此，电气设备绝缘的介质损耗应尽可能地保持最小数值。
    用P来直接衡量介质损耗的大小是不方便的，这是因为P值与试验电压、试品尺寸等许多因数有关，对不同的试品难以进行比较，如果测量介质损耗时，采用一定数值的工频电压，则介质损耗P与试品的物理电容C_P及tgσ成正比。对一定结构的试品而言，电容C_P为定值，所以对于同类型的电气设备绝缘，其介质损耗的大小可以直接由tgσ决定，为此，称σ为介质损失角，tgσ为介质损失角正切值，称为介质损耗因数。
    在电气设备绝缘结构中，经常采用不均匀结构的电介质。如电机绝缘中的云母制品，变压器、互感器、电容器等设备中广泛使用的油浸纸和胶纸绝缘。这些不均匀介质，通常由二种、三种或更多种成分组成。并联的不均匀电介质总的tgσ由电容量比较大的电介质的tgσ₁决定，而对电容量小的部分反映不灵敏。例如变压器本体与其套管绝缘就是这种情况，测量变压器本体的介损时，套管也包含在内，但主要反应了本体的介损。因此，在进行变压器介损试验时，对变压器本体及套管应分别单独测量。串联的不均匀电介质，总的tgσ由电容量比较小的电介质的tgσ₂决定，而对电容量大的部分反映不灵敏。如变压器绕组绝缘与变压器油即属此例，绕组绝缘的电容量比油的电容量小，所以测得的变压器介损主要反映绕组绝缘的介质损耗，如果绕组绝缘受潮，其介质损耗增大，可以通过测量变压器总体tgσ明显反映出来，对变压器油则需另外单独取油进行试验。
    4. 测量tgσ的意义。
    (1) 电气设备中使用的电介质，要求它的tgσ愈小愈好。如果tgσ过大，会引起严重发热，使绝缘材料劣化，甚至导致热击穿。
    (2) 在电气设备的交接和预防性试验中，测量tgσ是一个基本的试验项目。通过测量tgσ可以检查绝缘是否受潮、劣化、变质或有无杂质侵入。绝缘受潮后，tgσ将增大，介质损耗与温度的关系按指数规律变化，测试不同温度下的介损，可以非常灵敏地检测出绝缘受潮的程度；当绝缘劣化变质时，电导损耗和偶极损耗会急剧增大；水分、灰尘、导电性物质等杂质侵入后，也会使电介质的tgσ增大。
    (3) 测量tgσ与电压U的关系，求出tgσ=f(U)的游离曲线，或者在不同电压下测量介质损耗因数的增量Δtgσ，可以用来判断设备绝缘内部是否含有空气隙，是否存在局部放电。
    三、预防性试验的作用
    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。通过预防性试验，可以及时发现电气设备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。
    1. 绝缘缺陷分类
    电气设备的绝缘缺陷，有些是由于制造质量不良造成的，大多数是由于运行中在外界因素作用下造成的，如过电压、大气条件（潮气、外力、热、化学作用、赃物等）。绝缘的缺陷可以分为两大类。一类是集中性缺陷，例如绝缘子的瓷质开裂、电机绝缘局部磨损、挤压破裂等，另一类是分布性缺陷，是指电气设备整体绝缘下降，例如电机、变压器、套管等设备绝缘中的有机材料，外层受潮或整体受潮；绝缘油受潮变质；固体绝缘材料的电老化、电化学老化变质等。
    2. 预防性试验方法的分类
    电气设备预防性试验方法可以分为非破坏性试验和破坏性试验两大类，前者是指在较低电压或其他不会损伤绝缘的办法下，检测绝缘的各种特性，由试验结果分析、判断设备绝缘内部是否存在缺陷。例如测量绝缘电阻和泄漏电流，沿绝缘表面电压分布的测量等等。破坏性试验是指交流耐压试验，它能够暴露绝缘中存在的危险性较大的集中性缺陷，保证绝缘有一定的抗电强度。然而，交流耐压试验由于所加的试验电压高，可能会给绝缘带来一定的损伤和累积效应。对于固体绝缘，一旦交流耐压试验中发生绝缘击穿，就完全丧失了耐电性能。因此，规程规定，35kV及以下电压等级电气设备应做交流耐压试验。110kV及以上电压等级设备，有必要时可进行交流耐压试验。交流耐压应当在非破坏性试验合格后才能进行。如果非破坏性试验已经检测出绝缘缺陷，就应当先进行检修处理，再做交流耐压试验，以免造成不必要的绝缘损伤。
    3. 预防性试验结果的分析判断
    《电力设备预防性试验规程》对各种电气设备预防性试验项目、周期和标准作了规定。在实际工作中，试验项目应力求有效，对不同性能的设备往往需要侧重于不同的试验方法；试验周期要根据电气设备绝缘在运行中的劣化速度、运行经验、工作量大小等因素决定，试验数据应作必要的温度、湿度等修正与换算，然后与历次试验结果或同类型设备试验结果比较，进行综合分析判断。根据实践经验，下表例举了各种绝缘预防性试验方法所能检测的绝缘缺陷及其效果。

试验方法	需测量绝 缘介质等 值电路中 的参数	发现缺陷的可能性					总    评
		分布于整 个被试品 的缺陷	在电极间 构成桥路 连接的贯 穿性缺陷	没有构成 的贯穿性 缺陷	潮湿与污 秽	电气强度 的裕度降 低
测量绝缘 电阻及泄 漏电流	R1	当严重受 潮，贯穿 性电导增 长时能发现	按泄漏电 流与电压 的关系曲 线能很好 的发现	不易检出	能很好发 现	对某些缺 陷可以给 出间接指 示	主要方法 之一
吸收关系 的分析R60 `` /R15``	R-C	发现受潮 很有效， 但不能发 现游离	能检出， 但必须积 累经验	能检出， 但必须积 累经验	能检出， 但必须积 累经验	不能发现	估计受潮 程度
测量介损	R1,R-C C0-C2	由tgδ-t 的关系曲 线发现受 潮，由 tgδ-U的 关系曲线 发现游离	对小电容 量的试品 能很好地 检出	小电容量 的试品能 发现	能检出	对某些缺 陷可以给 出间接指 示	主要方法 之一
局部放电	C0-C2	能很好地 发现游离 、老化	不能	能检出火 花放电和 游离的缺 陷	能间接判 断	能发现	研究运用 中
交流耐压 试验	s	不能	当电气强 度降低时 可能发现	当电气强 度降低时 可能发现	当电气强 度降低时 可能发现	能发现	与其他配 合，检查 最低电气 强度
电压分布	沿绝缘子 元件的电 压分布C1 ,R1	仅适用于 绝缘子串 和支持绝 缘子中	能发现	不能发现	能间接判 断	能发现	主要方法 之一
气相色谱 分析	CO、CO2、 H2、CH4、 C2H2、C2H6 、C2H4	过热可以 很好的发 现(C2H4、 CO大)， 老化可以 很好发现 （CO2大）	产生高温 和火花放 电时可以 发现(C2H4 、C2H2大)	局部放电 可以发现 （C2H4、 H2大）	沿面放电 可以发现 (C2H2大)	放电可以 很好发现 （C2H2大）	主要方法 之一
测量直流 电阻	三相绕组 电阻	线径不一	分接开关 不良	焊接不良 ，螺丝压 得不紧	/	/	主要方法 之一
油质简化 分析	绝缘油	能	不能	不能	能很好发 现	能发现	主要方法 之一

    从表中可见，每种试验方法都只能发现某一方面的绝缘缺陷，因此，单靠一种试验方法，有时很难判断绝缘好坏，必须根据各种试验方法的特点和试验结果，相互比较与补充，力求作出准确的判断。这就要求我们在实际工作中，掌握各种试验方法，注意提高综合试验分析的能力。
    4. 电气试验的安全要求
    为保证人身和设备的安全，顺利进行高压电气试验至关重要。一切高压试验人员均应严格遵守《电业安全工作规程》和有关高压试验的规定，并经过学习、考试合格后方可参加高压试验工作。电气试验的安全要求有：
    (1) 所有电气设备的试验都应按《电力设备预防性试验规程》及本单位制定的现场试验规程进行。为了保证试验质量，提高试验效率，必须在试验前做好一系列准备工作，重要试验项目要提出试验方案和安全、组织措施，经总工程师批准后，安排试验人员认真学习，充分讨论，达到彻底明了，心中有数。
    (2) 工作前应查阅被试设备的以往试验报告和缺陷记录，并带到试验现场，以便试验时供分析核对。
    (3) 试验所需的设备、表计、接线及工具，应提前准备，校验合格，配备齐全，放到试验现场的安全地点；试验现场应选择平坦、适宜的位置，远离带电设备和人行道，高压回路不应穿越人行道、楼梯等；试验现场周围必须设置围栏，并悬挂“止步，高压危险”标示牌。
    (4) 试验开始前，试验负责人应再次检查，确认：试验接线正确、调压器在零位、试验指示表计在零位、被试设备上无人工作、带电部位有足够的安全距离并有人监护。
    (5) 凡试验所需的接地部位均应可靠接地。所用接地线必须接在固定的接地点，不得随意接在铁丝网或管道上，接地线的连接必须牢固可靠。
    (6) 高压试验工作至少应有两人参加，操作时应带干净的线手套。工作负责人应负责现场设备和人员的安全，工作人员必须听从工作负责人的指挥。加压时应由工作负责人发布命令并取得有关工作人员的呼应后，才能合上电源施加电压。试验操作人员和监护人员在加压过程中，应高度集中注意力，时刻监视试验设备和仪表指示。一旦出现异常现象，应先切断试验电源，然后将调压设备退回零位，停止试验。待查明原因、及时处理后，方可接通电源继续试验，不得盲目重试。
    (7) 进行室外试验时，如遇较大的风、雷、雨、雪等天气，应立即停止高压试验工作。
    (8) 试验结束或者需要更换试验接线时，必须保证试验电源有明显的断开点、被试设备放电完毕、试验变压器高压部分接地后，方可进行。


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来源：恒盛兴电力