邢雅晨【电气知识】电气设备交流耐压试验的要求、方法、注意事项以及何为容升效应！-电力生产知识

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交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度最有效和最直接的方法，是预防性试验的一项重要内容。此外，由于交流耐压试验电压一般比运行电压高，因此通过试验后，设备有较大的安全裕度，因此交流耐压试验是保证电力设备安全运行的一种重要手段。
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试验要求
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， 通常称为贡品试验电压。 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。
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）值之比应在根号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是波形产生明显畸变。
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。
2.容许误差
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。
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试验电压的产生
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 100～300Hz 的中频电源对其低压侧绕组激磁在高压绕组感应产生高压。
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。
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。

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。
（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。
（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。
（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。
（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。
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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。
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：



2.调压设备
（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。
（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：

（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、平稳调压，并且基本上可从零起升压。
（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。
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 选取。

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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。
1.采用 GB/T16927.2 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/T16927.2 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得总不确定度应在± 3%范围内。
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，并根据变比进行计算。
应测量试验电压峰值，除以根号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 07 . 0 2 的范围内， 则可认为试验结果不受波形畸变的影响。
测量技术要求见 DL/T1015 。
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试验方法
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， 约为每秒 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。
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，应即处理后，再做耐压试验。
对 35kV 穿墙套管及母线支持绝缘子进行交流耐压试验时， 有时在瓷套表面发生较强烈的表面局部放电现象，只要不发生线端对地的闪络或击穿，可认为耐压合格。
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。
3. 变压器感应耐压试验
（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 GB1094.3—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。

（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。

（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，对三项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向量图， 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 (U s )，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 (U s )，中性点达到试验电压的 1/3。



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 1.5U s 。
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 1.5U s 。
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 U s ，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 (T f )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，被试高压绕组端子应接保护球间隙，限制不慎出现过电压。

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注意事项
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。

在进行较大电容量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

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。
2.电压波形
试验电压或者由于电源波形或者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 2 ，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。
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连 0.047μF～1.0μF 的油浸纸电容器。防止试品闪络或击穿时，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。
4.保护球间隙距离的整定
进行耐压试验是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。
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， 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， 因此试品对地放电问题不象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。
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 (此时调压器已在另位 )，有时会在试品上产生较高电压的合闸过电压， 使试品闪络或击穿。 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。
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容升效应
仪器内部升压变压器(L)和试品电容(C)，形成了一个LC回路，回路内电压会抬高，这种现象就是容升现象。
由于"容升效应"造成回路电压抬高，就使试品和仪器的工作电压>10kV，易造成绝缘击穿或参数变化，造成仪器损坏或测量结果误差。仪器自动跟踪输出电压和回路电压，进行准确升压控制，对试品和仪器起到了有效的保护作用。
电力系统中当容性功率通过感性元件(如发电机、变压器、和输电线路电感等)时，会引起电压升高。反映在空载线路上，会使线路上的电压呈现逐渐上升的趋势，即所谓的容升效应。