為什么要進(jìn)行電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)
電氣設(shè)備絕緣性能的好壞直接影響到電力系統(tǒng)的安全、可靠運(yùn)行。為了保證電力系統(tǒng)長期安全、穩(wěn)定運(yùn)行，所有供、用電設(shè)備都必須做到在長期運(yùn)行電壓下有足夠的絕緣強(qiáng)度，不發(fā)生絕緣故障而直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)停電；同時要保證在電力系統(tǒng)中出現(xiàn)的各種過電壓作用下，具有足夠的絕緣強(qiáng)度，不會發(fā)生有害的放電導(dǎo)致絕緣破壞，從而保證電力系統(tǒng)的安全可靠支行。為此，所有供、用電設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的絕緣試驗(yàn)。在生產(chǎn)制造過程中，必須通過各種型式試驗(yàn)，以考驗(yàn)設(shè)備絕緣是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，檢驗(yàn)設(shè)備對于工頻過電壓、雷電沖擊波電壓、操作沖擊波電壓等是否具有規(guī)定水平以上的絕緣強(qiáng)度。同時，要進(jìn)行各種絕緣特性的測試，發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)工藝中出現(xiàn)的缺陷。
電力設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場之后，必須經(jīng)過一系列交接試驗(yàn)來檢查設(shè)備經(jīng)過運(yùn)輸過程、安裝過程有否發(fā)生異常，以及絕緣特性惡化的跡象。在設(shè)備投入運(yùn)行之后，根據(jù)不同設(shè)備的特點(diǎn)，要進(jìn)行定期或不定期的各種絕緣試驗(yàn)，檢查其絕緣是否受潮、老化以及發(fā)生局部放電等事故隱患，及時采取措施予以消除。設(shè)備經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，需要做定期檢修，更換設(shè)備中的某些部件或單元，也必須通過絕緣試驗(yàn)來檢驗(yàn)檢修質(zhì)量，決定是否可以重新投入使用。
由此看來，能否通過絕緣試驗(yàn)是保證供、用電設(shè)備能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵檢驗(yàn)手段，而對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員，更重要的是如何對運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理，使電力設(shè)備的絕緣事故防患于未然，達(dá)到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。
一、絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的意義
預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。通過定期（有些試驗(yàn)是根據(jù)需要進(jìn)行）試驗(yàn)，掌握設(shè)備的絕緣性能的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，采取相慶措施進(jìn)行維護(hù)與檢修，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。
絕緣試驗(yàn)的目的就是檢驗(yàn)設(shè)備在長期額定電壓作用下絕緣性能的可靠程度，以及即使在外界過電壓作用下，也不致發(fā)生有害的放電，導(dǎo)致絕緣擊穿。絕緣試驗(yàn)一般可分為絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)和絕緣性能試驗(yàn)。換句話說，可分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)如雷電沖擊試驗(yàn)、操作沖擊試驗(yàn)、工頻耐壓試驗(yàn)，主要是考驗(yàn)設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)較大的制造工藝上失誤、運(yùn)輸過程等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的變形、局部絕緣損壞、絕緣子斷裂等集中性的缺陷。www.lygmys.com它能保證絕緣有一定的裕度，但這種試驗(yàn)對絕緣本身會有不同程度的損害。非破壞性試驗(yàn)主要是針對絕緣質(zhì)量監(jiān)督，如設(shè)備整體絕緣性能下降，電機(jī)、變壓器、套管等絕緣材料受潮、老化引起的絕緣劣化等。實(shí)踐證明、非破壞性試驗(yàn)對盡早發(fā)現(xiàn)異常、及時采取措施進(jìn)行維護(hù)、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性是有效的。下面分別對這二種類型的試驗(yàn)進(jìn)行敘述。
二、絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)
根據(jù)電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)過電壓的類型，絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)大致分為雷電沖擊電壓試驗(yàn)、操作沖擊電壓試驗(yàn)、工頻交流耐壓試驗(yàn)。
（1）雷電沖擊電壓試驗(yàn)。是模擬發(fā)生在電力系統(tǒng)中的雷電波的電壓波形而進(jìn)行的試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證在雷電造成的瞬時過電壓時設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)的雷電波形根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB311.1“高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合”規(guī)定為1.2/50μs。這個波形規(guī)定為當(dāng)一個雷電波沿著一定輸電線傳播，到達(dá)設(shè)備時的電壓波形。這個試驗(yàn)尤其對非自恢復(fù)絕緣的設(shè)備（如變壓器，電抗器）更為重要。在沖擊電壓作用下，變壓器的層間、餅間、匝間各縱絕緣上的電壓分布很不均勻。因此在設(shè)計(jì)變壓器縱絕緣時應(yīng)根據(jù)在沖擊電壓下各部分縱絕緣上實(shí)際可能出現(xiàn)的梯度來考慮。輸電系統(tǒng)的絕緣配合主要是由系統(tǒng)各部分對于沖擊電壓的絕緣強(qiáng)度來決定的。
（2）操作沖擊電壓試驗(yàn)。是模擬由于輸電系統(tǒng)發(fā)生的操作過電壓的實(shí)驗(yàn)。特別對超高壓設(shè)備，由于絕緣結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時采用降低絕緣的方法來提高經(jīng)濟(jì)性，輸電系統(tǒng)發(fā)生的操作過電壓與沖擊電壓的差別縮小了，因此在進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時，應(yīng)特別注意操作過電壓。操作沖擊試驗(yàn)是驗(yàn)證被試設(shè)備在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下不發(fā)生絕緣破壞。對不同的試品，操作波形的參數(shù)也不同。通常，電力變壓器采用的操作波頭時間大于100μs，波尾時間大于1000μs；氣體絕緣金屬封閉電器采用的操作波頭時間大于250μs，波尾時間大于2500μs。
（3）交流耐壓試驗(yàn)。該試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度和確定長期使用的安全性。通常是規(guī)定在一定的試驗(yàn)電壓下耐壓1min。試驗(yàn)電壓主要是根據(jù)絕緣配合、避雷器的保護(hù)水平來決定的。一般認(rèn)為，經(jīng)過1min工頻耐壓，絕緣能夠承受住，說明具有一定的絕緣裕度，可以保證設(shè)備安全運(yùn)行。www.lygmys.com所以它是確定絕緣可靠行的最簡單的方法。
由于短時耐壓試驗(yàn)不能檢驗(yàn)在正常工作電壓下的長時間耐壓問題，對檢驗(yàn)絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性不夠充分，也不是系統(tǒng)工頻過電壓的反應(yīng)，絕緣由于長時間內(nèi)部放電而引起破壞，介質(zhì)損耗或泄漏電流而引起熱破壞造成絕緣破壞都需要較長時間，為了考核長時間運(yùn)行電壓下絕緣性能的變化，采用長時間交流耐壓試驗(yàn)配合局部放電測量是有效的。
長期以來，工頻耐壓試驗(yàn)一直是作為考核絕緣強(qiáng)度的主要手段，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了許多絕緣缺陷，特別對低壓試驗(yàn)，不進(jìn)行雷電沖擊和操作沖擊試驗(yàn)，1min工頻耐壓就成為考核絕緣的唯一手段。設(shè)備無論是在出廠試驗(yàn)或是投入運(yùn)行時的交接試驗(yàn)；或是經(jīng)過大修后都需通過這一試驗(yàn)加以考核。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，提高系統(tǒng)電壓，降低沖擊電壓水平是發(fā)展趨勢，為了保證設(shè)備投入運(yùn)行后的可靠性，越來越要求進(jìn)行長時間耐壓試驗(yàn)并進(jìn)行局部放電測量，如果在運(yùn)行中不發(fā)生局部放電或局部放電水平?jīng)]有發(fā)生變化，就能保證絕緣的運(yùn)行壽命。
在工頻耐壓中，有些設(shè)備如變壓器，由于采用分級絕緣，需進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。為了防止勵磁電流過大，可采用高于額定頻率的頻率，一般為10～300Hz之間。試驗(yàn)持續(xù)時間是當(dāng)試驗(yàn)頻率為額定頻率2倍以內(nèi)時間為1min，超過2倍則按下面公式計(jì)算
試驗(yàn)時間（s）＝120×額定頻率/試驗(yàn)頻率（但最少為20s）
絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)除上述三種試驗(yàn)外，還有直流電壓試驗(yàn)，特別是對大容量試品如電纜等，這些試品交流耐壓的電容電流很大，需要大容量試驗(yàn)設(shè)備，有一定困難。進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)同時測量泄漏電流也可以直到考驗(yàn)絕緣強(qiáng)度的作用。
絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)對設(shè)備絕緣的考驗(yàn)是非常嚴(yán)格的，它能夠有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部明顯的缺陷，對保證設(shè)備安全運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。但是，設(shè)備經(jīng)過沖擊、耐壓之后，絕緣受到不同程度的損傷，因此，它們不可能是長期進(jìn)行絕緣監(jiān)督的手段。隨著絕緣質(zhì)量管理水平、維護(hù)和測試技術(shù)不斷提高，新的絕緣特性試驗(yàn)方法已逐漸得到推廣使用，采用更多的非破壞性試驗(yàn)來檢測設(shè)備的絕緣特性，從而判斷絕緣的內(nèi)部缺陷是可能的。將各種不同的試驗(yàn)方法適當(dāng)配合，針對設(shè)備不同特點(diǎn)，確定可靠性最高的試驗(yàn)方法，從而使絕緣得到最合理的保證是至關(guān)重要的。
三、絕緣特性試驗(yàn)
電力設(shè)備經(jīng)過長時間運(yùn)行，可能由于絕緣受潮、老化、或者局部過熱引起絕緣劣化。絕緣特性試驗(yàn)是從各種不同角度鑒定絕緣的性能，判斷絕緣缺陷，盡快查明原因加以消除，以保證設(shè)備的運(yùn)行安全。下面介紹幾種常用的絕緣特性試驗(yàn)。
（1）絕緣電阻試驗(yàn)。由于絕緣介質(zhì)受潮、污穢或開裂后，介質(zhì)內(nèi)的離子增加，傳導(dǎo)電流劇增，絕緣電阻明顯下降。通過測量絕緣電阻的大小可以了解絕緣的狀況，通常采用兆歐表測量。設(shè)備在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)前、后測量絕緣電阻值，可以檢驗(yàn)設(shè)備的通電是否良好，對運(yùn)行中的設(shè)備而言，則可以初步反應(yīng)絕緣材料吸潮、污穢等狀況。如瓷的支柱絕緣子，一旦瓷質(zhì)明顯開裂，難以給出一定的絕緣電阻判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)與以往的測量結(jié)果相比較或進(jìn)行相同條件下的不同相的比較來發(fā)現(xiàn)問題。
許多電力設(shè)備的絕緣是多層介質(zhì)，如電機(jī)絕緣中用的云母帶，www.lygmys.com是用膠把紙或綢布和云母片粘合而成，變壓器的絕緣有油和紙等。這種多層介質(zhì)在進(jìn)行絕緣電阻測量時，當(dāng)直流電壓一加上，開始電流很大，以后逐漸減少，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定。試品容量越大，這個過程越長。這種絕緣在充電過程中逐漸吸收電荷的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。因此測量絕緣電阻隨時間的變化，可以更有利于判斷絕緣狀態(tài)。通常用1min的絕緣電阻值與15s的絕緣電阻值之比來表示，叫“吸收比”，或用10min的絕緣電阻值與1min的絕緣電阻值之比來表示，叫“極化指數(shù)”。
有些情況下絕緣已經(jīng)損傷，但沒有構(gòu)成貫穿性的通道，絕緣電阻值仍很高，吸收比也很明顯，這時候，僅用絕緣電阻測量已不能正確反應(yīng)絕緣的優(yōu)劣狀況了。因此，只憑絕緣電阻測量來判斷絕緣是不可靠的。但它是一種簡便的有一定效果的方法，仍是預(yù)防性試驗(yàn)中的主要項(xiàng)目。
（2）泄漏電流測量。該試驗(yàn)主要用來分析絕緣有無缺陷和受潮。其測量原理和絕緣電阻用兆歐表試驗(yàn)相同。只是試驗(yàn)電壓較高，更易暴露出絕緣本身的弱點(diǎn)。在升壓過程中，可隨時監(jiān)視電流的變化。圖4-7-1示出絕緣電阻（Rnp）、傳導(dǎo)電流（Inp）與外施電壓（Unp）的關(guān)系。www.lygmys.com當(dāng)電壓在一定范圍內(nèi)時，電流與電壓的關(guān)系是直線關(guān)系，絕緣電阻保持不變。電壓升到某一值時，隨著電壓的增加，Inp急劇上升，Rnp迅速下降，產(chǎn)生更多的損耗，以致絕緣擊穿。這一點(diǎn)電壓稱為拐點(diǎn)電壓Unp。泄漏電流試驗(yàn)時，施加的電壓不能超過拐點(diǎn)電壓，對于良好的絕緣，在這一電壓范圍內(nèi)， 其伏安特性是直線關(guān)系，當(dāng)有絕緣缺陷存在時，以此來判斷絕緣受潮程度。
（3）介質(zhì)損失角正切測量。用來判斷絕緣受潮、干燥程度、油質(zhì)劣化變質(zhì)、絕緣中氣隙放電等。在交流電路中的介質(zhì)總是有損耗存在的，通常把絕緣的功率因數(shù)角的余角稱為介質(zhì)損失角，以符號δ表示，其正切叫做介質(zhì)損失角正切（tgδ）。它與功率因數(shù)相對應(yīng)，利用測量交流電壓下的tgδ－電壓特性及tgδ－溫度特性來檢查絕緣的受潮、污穢和存在氣泡等狀況，判斷絕緣的劣化程度。
1）tgδ與電壓的關(guān)系：如圖4-7-2所示。在一定電壓范圍內(nèi)，tgδ與電壓無關(guān)，隨著電壓的增加超過Uc（Uc為氣隙開始放電的施加電壓）值，隨電壓的增加，tgδ就急劇上升。tgδ的變化可以反映出絕緣老化的情況。如油紙電容器，電機(jī)線棒等，由于內(nèi)部有氣隙存在，可能在較低的電壓下出現(xiàn)游離放電，tgδ急增，從而可 以判斷出絕緣老化程度。
2）tgδ與溫度T的關(guān)系：一般情況下，各種性質(zhì)的絕緣材料具有固定的tgδ－T關(guān)系。通常隨著溫度的增加，多數(shù)介質(zhì)的tgδ也增加。當(dāng)絕緣受潮時，由于離子導(dǎo)電變得顯著，溫度升高，tgδ數(shù)值增加很大。如絕緣油的tgδ受溫度的影響很大。溫度高時，不同質(zhì)量的油tgδ差別更大。對于劣質(zhì)油，溫度升高，tgδ增加很快。因此，要求絕緣油測量90℃下的tgδ，觀察tgδ隨溫度的變化來判斷油質(zhì)的優(yōu)劣。
采用tgδ值判斷絕緣狀況時，必須著重與該設(shè)備歷年的數(shù)值相比較，與同樣運(yùn)行條件下的同類設(shè)備相比較，即使tgδ沒有超過標(biāo)準(zhǔn)，但有明顯的突然增大也必須進(jìn)行處理，否則可能在運(yùn)行中發(fā)生事故。
近些年來，帶電測量tgδ的技術(shù)發(fā)展很快，用于經(jīng)常性的絕緣監(jiān)督，對保證設(shè)備安全駝行起了很好的作用。當(dāng)在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有問題時，應(yīng)采取其他方法進(jìn)行綜合判斷。
（4）局部放電試驗(yàn)。局部放電是指在電場作用下，絕緣的部分區(qū)域中發(fā)生放電短路現(xiàn)象，它可以發(fā)生在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部下氣隙、油膜中或?qū)w（電極）邊緣上，但在電極之間不形成通道。如果在運(yùn)行電壓下，設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，就會逐漸損壞絕緣，最后導(dǎo)致?lián)舸?，?yán)重時可能引起擊穿短路停電故障。
對電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測量，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的缺陷。www.lygmys.com如由于制造工藝過程造成的絕緣損傷、尖端、導(dǎo)電雜質(zhì)等；也可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的絕緣損壞，以及在安裝過程中遺留的事故隱患。隨著電力系統(tǒng)電壓等級越來越高，更有必要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，限制放電強(qiáng)度在一定限值時，是保證運(yùn)行可靠性的有效手段。
絕緣的破壞或局部劣化，多數(shù)是以局部放電開始的。如固體絕緣，在電場作用下發(fā)展成樹枝狀爬電現(xiàn)象，最后構(gòu)成放電通道；油紙絕緣中氣泡放電，損耗增加，出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象以及氣體絕緣電器中導(dǎo)電雜質(zhì)的放電等，都會構(gòu)成長時間運(yùn)行電壓下的電力設(shè)備發(fā)生擊穿事故的隱患。局部放電通常伴隨著電、熱和化學(xué)的過程，使絕緣性能下降。所以檢測局部放電的強(qiáng)度極為重要。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力設(shè)備朝著高電壓、小體積方向發(fā)展，絕緣所承受的工作場強(qiáng)越來越高，產(chǎn)生局部放電的可能性也越來越大。另一方面，澆鑄絕緣、有機(jī)絕緣材料日益增多，也要求加強(qiáng)局部放電試驗(yàn)，以確保運(yùn)行中的安全。
局部放電試驗(yàn)要求被試設(shè)備在規(guī)定電壓下不發(fā)生超過某一規(guī)定值的放電量；測量局部放電的起始電壓和熄滅電壓以及在規(guī)定試驗(yàn)電壓下的放電強(qiáng)度。局部放電試驗(yàn)電壓比交流耐受電壓低得多，對設(shè)備絕緣的危害性少得多。同時，通過測量可以找到放電產(chǎn)生的部位，是最有效的絕緣診斷方法之一。當(dāng)前，世界各國隨著特高壓輸電系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)多采用降低絕緣水平，在此情況下，1min交流耐壓試驗(yàn)電壓和額定運(yùn)行電壓相差縮小了，與大氣過電壓，操作過電壓不同，運(yùn)行中工頻過電壓是不能依靠避雷器來保護(hù)的。因此，局部放電試驗(yàn)可能比1min工頻耐壓更為合理些，也可能是一種最有效的試驗(yàn)方法之一。
由于受各種試驗(yàn)條件的限制，以及運(yùn)行現(xiàn)場干擾的影響，有些設(shè)備在現(xiàn)場進(jìn)行局部放電測量比較困難。采用超聲波法、振動法等非電氣測量方法對運(yùn)行中設(shè)備進(jìn)行帶電監(jiān)控，可以發(fā)現(xiàn)一些潛伏性的放電故障隱患，作為一種內(nèi)部放電的手段也是非常有效的。www.lygmys.com目前，用超聲波法探測套管、互感器等少油設(shè)備局部放電取得很好的效果。用振動法對氣體絕緣金屬封閉電器進(jìn)行內(nèi)部放電的監(jiān)測也是很有效的。
（5）絕緣油的氣相色譜分析。對充油設(shè)備如變壓器、互感器、斷路器、充油套管等，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部有局部過熱或局部放電缺陷時，其缺陷附近絕緣就會分解而產(chǎn)生氣體。這些氣體溶解于絕緣油中。通過對油中溶解氣體組分和含量的分析試驗(yàn)，可以了解設(shè)備中絕緣故障。不同的故障表現(xiàn)出的特征氣體不同，含量也不同。
油的氣相色譜分析試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備中一些用tgδ等方法所不能發(fā)現(xiàn)的局部缺陷如局部過熱和局部放電。試驗(yàn)方法簡單，可以帶電取油樣分析，準(zhǔn)確性高。多年來已為變壓器、互感器、套管等充油設(shè)備早期的絕緣故障隱患進(jìn)行了預(yù)報(bào)，及時排除隱患，起到不可忽略的作用。
通常，油中溶解氣體主要以氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）……等來表征不同缺陷。例如絕緣內(nèi)部裸金屬過熱，變壓器中分接開關(guān)、鐵芯、裸接頭、箱殼等局部過熱引起油分解時，油中溶解氣體的總烴含量增高，www.lygmys.com其中以CH4、C2H4突出；如果是固體絕緣過熱，如引線、絕緣紙板、穿芯螺栓過熱等，溶解氣體以CO、CO2的含量增加。CO和CO2含量是反映固體絕緣過熱、老化、熱分解的主要特征氣體。當(dāng)有局部放電發(fā)生及產(chǎn)生電弧時，C2H2含量明顯增高，H2含量也會增高。C2H2是局部放電和電弧放電的主要特征氣體。
我國從60年代開始就對油中溶解氣體的色譜分析進(jìn)行大量的研究工作?，F(xiàn)在，這一試驗(yàn)已在全國各省局、各供電部門以及各運(yùn)行單位普及，對變壓器、互感器等充油設(shè)備經(jīng)常性的監(jiān)視工作有效地防止停電事故的發(fā)生。
油中氣體色譜分析方法對于判斷慢性局部潛伏性故障很有效，但對于某些突發(fā)性故障如突發(fā)匝間短路，由于故障潛伏期很短，來不及在色譜中反映。盡管如此，色譜分析作為一個有效的試驗(yàn)手段是大家所公認(rèn)的。
隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，在線進(jìn)行油中溶解氣體色譜分析的技術(shù)已逐步推廣應(yīng)用，如在線監(jiān)測H2含量的變化，可以及時對絕緣狀況進(jìn)行初步分析，一旦發(fā)現(xiàn)有異常時，可以增加測量次數(shù)或是決定進(jìn)一步試驗(yàn)的方案。
除上述絕緣特性試驗(yàn)外，還有一些試驗(yàn)項(xiàng)目和測量絕緣子表面電位分布等可以發(fā)現(xiàn)絕緣子的劣化情況。
信息來源：www.lygmys.com 信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司生技部
電力設(shè)備運(yùn)輸?shù)绞褂矛F(xiàn)場之后，必須經(jīng)過一系列交接試驗(yàn)來檢查設(shè)備經(jīng)過運(yùn)輸過程、安裝過程有否發(fā)生異常，以及絕緣特性惡化的跡象。在設(shè)備投入運(yùn)行之后，根據(jù)不同設(shè)備的特點(diǎn)，要進(jìn)行定期或不定期的各種絕緣試驗(yàn)，檢查其絕緣是否受潮、老化以及發(fā)生局部放電等事故隱患，及時采取措施予以消除。設(shè)備經(jīng)過一段時間運(yùn)行后，需要做定期檢修，更換設(shè)備中的某些部件或單元，也必須通過絕緣試驗(yàn)來檢驗(yàn)檢修質(zhì)量，決定是否可以重新投入使用。
由此看來，能否通過絕緣試驗(yàn)是保證供、用電設(shè)備能否可靠運(yùn)行的關(guān)鍵檢驗(yàn)手段，而對于電力系統(tǒng)的運(yùn)行人員，更重要的是如何對運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和管理，使電力設(shè)備的絕緣事故防患于未然，達(dá)到電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的目的。
一、絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的意義
預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。通過定期（有些試驗(yàn)是根據(jù)需要進(jìn)行）試驗(yàn)，掌握設(shè)備的絕緣性能的變化情況，及時發(fā)現(xiàn)內(nèi)部缺陷，采取相慶措施進(jìn)行維護(hù)與檢修，保證設(shè)備的安全可靠運(yùn)行。
絕緣試驗(yàn)的目的就是檢驗(yàn)設(shè)備在長期額定電壓作用下絕緣性能的可靠程度，以及即使在外界過電壓作用下，也不致發(fā)生有害的放電，導(dǎo)致絕緣擊穿。絕緣試驗(yàn)一般可分為絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)和絕緣性能試驗(yàn)。換句話說，可分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。破壞性試驗(yàn)如雷電沖擊試驗(yàn)、操作沖擊試驗(yàn)、工頻耐壓試驗(yàn)，主要是考驗(yàn)設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)較大的制造工藝上失誤、運(yùn)輸過程等環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的變形、局部絕緣損壞、絕緣子斷裂等集中性的缺陷。www.lygmys.com它能保證絕緣有一定的裕度，但這種試驗(yàn)對絕緣本身會有不同程度的損害。非破壞性試驗(yàn)主要是針對絕緣質(zhì)量監(jiān)督，如設(shè)備整體絕緣性能下降，電機(jī)、變壓器、套管等絕緣材料受潮、老化引起的絕緣劣化等。實(shí)踐證明、非破壞性試驗(yàn)對盡早發(fā)現(xiàn)異常、及時采取措施進(jìn)行維護(hù)、提高設(shè)備運(yùn)行可靠性是有效的。下面分別對這二種類型的試驗(yàn)進(jìn)行敘述。
二、絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)
根據(jù)電力系統(tǒng)中可能出現(xiàn)過電壓的類型，絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)大致分為雷電沖擊電壓試驗(yàn)、操作沖擊電壓試驗(yàn)、工頻交流耐壓試驗(yàn)。
（1）雷電沖擊電壓試驗(yàn)。是模擬發(fā)生在電力系統(tǒng)中的雷電波的電壓波形而進(jìn)行的試驗(yàn)，其目的是驗(yàn)證在雷電造成的瞬時過電壓時設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。標(biāo)準(zhǔn)的雷電波形根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB311.1“高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合”規(guī)定為1.2/50μs。這個波形規(guī)定為當(dāng)一個雷電波沿著一定輸電線傳播，到達(dá)設(shè)備時的電壓波形。這個試驗(yàn)尤其對非自恢復(fù)絕緣的設(shè)備（如變壓器，電抗器）更為重要。在沖擊電壓作用下，變壓器的層間、餅間、匝間各縱絕緣上的電壓分布很不均勻。因此在設(shè)計(jì)變壓器縱絕緣時應(yīng)根據(jù)在沖擊電壓下各部分縱絕緣上實(shí)際可能出現(xiàn)的梯度來考慮。輸電系統(tǒng)的絕緣配合主要是由系統(tǒng)各部分對于沖擊電壓的絕緣強(qiáng)度來決定的。
（2）操作沖擊電壓試驗(yàn)。是模擬由于輸電系統(tǒng)發(fā)生的操作過電壓的實(shí)驗(yàn)。特別對超高壓設(shè)備，由于絕緣結(jié)構(gòu)更加緊湊，同時采用降低絕緣的方法來提高經(jīng)濟(jì)性，輸電系統(tǒng)發(fā)生的操作過電壓與沖擊電壓的差別縮小了，因此在進(jìn)行絕緣設(shè)計(jì)時，應(yīng)特別注意操作過電壓。操作沖擊試驗(yàn)是驗(yàn)證被試設(shè)備在規(guī)定的試驗(yàn)電壓下不發(fā)生絕緣破壞。對不同的試品，操作波形的參數(shù)也不同。通常，電力變壓器采用的操作波頭時間大于100μs，波尾時間大于1000μs；氣體絕緣金屬封閉電器采用的操作波頭時間大于250μs，波尾時間大于2500μs。
（3）交流耐壓試驗(yàn)。該試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)電力設(shè)備的絕緣強(qiáng)度和確定長期使用的安全性。通常是規(guī)定在一定的試驗(yàn)電壓下耐壓1min。試驗(yàn)電壓主要是根據(jù)絕緣配合、避雷器的保護(hù)水平來決定的。一般認(rèn)為，經(jīng)過1min工頻耐壓，絕緣能夠承受住，說明具有一定的絕緣裕度，可以保證設(shè)備安全運(yùn)行。www.lygmys.com所以它是確定絕緣可靠行的最簡單的方法。
由于短時耐壓試驗(yàn)不能檢驗(yàn)在正常工作電壓下的長時間耐壓問題，對檢驗(yàn)絕緣結(jié)構(gòu)的可靠性不夠充分，也不是系統(tǒng)工頻過電壓的反應(yīng)，絕緣由于長時間內(nèi)部放電而引起破壞，介質(zhì)損耗或泄漏電流而引起熱破壞造成絕緣破壞都需要較長時間，為了考核長時間運(yùn)行電壓下絕緣性能的變化，采用長時間交流耐壓試驗(yàn)配合局部放電測量是有效的。
長期以來，工頻耐壓試驗(yàn)一直是作為考核絕緣強(qiáng)度的主要手段，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了許多絕緣缺陷，特別對低壓試驗(yàn)，不進(jìn)行雷電沖擊和操作沖擊試驗(yàn)，1min工頻耐壓就成為考核絕緣的唯一手段。設(shè)備無論是在出廠試驗(yàn)或是投入運(yùn)行時的交接試驗(yàn)；或是經(jīng)過大修后都需通過這一試驗(yàn)加以考核。隨著電力系統(tǒng)的飛速發(fā)展，提高系統(tǒng)電壓，降低沖擊電壓水平是發(fā)展趨勢，為了保證設(shè)備投入運(yùn)行后的可靠性，越來越要求進(jìn)行長時間耐壓試驗(yàn)并進(jìn)行局部放電測量，如果在運(yùn)行中不發(fā)生局部放電或局部放電水平?jīng)]有發(fā)生變化，就能保證絕緣的運(yùn)行壽命。
在工頻耐壓中，有些設(shè)備如變壓器，由于采用分級絕緣，需進(jìn)行感應(yīng)耐壓試驗(yàn)。為了防止勵磁電流過大，可采用高于額定頻率的頻率，一般為10～300Hz之間。試驗(yàn)持續(xù)時間是當(dāng)試驗(yàn)頻率為額定頻率2倍以內(nèi)時間為1min，超過2倍則按下面公式計(jì)算
試驗(yàn)時間（s）＝120×額定頻率/試驗(yàn)頻率（但最少為20s）
絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)除上述三種試驗(yàn)外，還有直流電壓試驗(yàn)，特別是對大容量試品如電纜等，這些試品交流耐壓的電容電流很大，需要大容量試驗(yàn)設(shè)備，有一定困難。進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)同時測量泄漏電流也可以直到考驗(yàn)絕緣強(qiáng)度的作用。
絕緣強(qiáng)度試驗(yàn)對設(shè)備絕緣的考驗(yàn)是非常嚴(yán)格的，它能夠有效地發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部明顯的缺陷，對保證設(shè)備安全運(yùn)行起到關(guān)鍵作用。但是，設(shè)備經(jīng)過沖擊、耐壓之后，絕緣受到不同程度的損傷，因此，它們不可能是長期進(jìn)行絕緣監(jiān)督的手段。隨著絕緣質(zhì)量管理水平、維護(hù)和測試技術(shù)不斷提高，新的絕緣特性試驗(yàn)方法已逐漸得到推廣使用，采用更多的非破壞性試驗(yàn)來檢測設(shè)備的絕緣特性，從而判斷絕緣的內(nèi)部缺陷是可能的。將各種不同的試驗(yàn)方法適當(dāng)配合，針對設(shè)備不同特點(diǎn)，確定可靠性最高的試驗(yàn)方法，從而使絕緣得到最合理的保證是至關(guān)重要的。
三、絕緣特性試驗(yàn)
電力設(shè)備經(jīng)過長時間運(yùn)行，可能由于絕緣受潮、老化、或者局部過熱引起絕緣劣化。絕緣特性試驗(yàn)是從各種不同角度鑒定絕緣的性能，判斷絕緣缺陷，盡快查明原因加以消除，以保證設(shè)備的運(yùn)行安全。下面介紹幾種常用的絕緣特性試驗(yàn)。
（1）絕緣電阻試驗(yàn)。由于絕緣介質(zhì)受潮、污穢或開裂后，介質(zhì)內(nèi)的離子增加，傳導(dǎo)電流劇增，絕緣電阻明顯下降。通過測量絕緣電阻的大小可以了解絕緣的狀況，通常采用兆歐表測量。設(shè)備在進(jìn)行耐壓試驗(yàn)前、后測量絕緣電阻值，可以檢驗(yàn)設(shè)備的通電是否良好，對運(yùn)行中的設(shè)備而言，則可以初步反應(yīng)絕緣材料吸潮、污穢等狀況。如瓷的支柱絕緣子，一旦瓷質(zhì)明顯開裂，難以給出一定的絕緣電阻判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此應(yīng)與以往的測量結(jié)果相比較或進(jìn)行相同條件下的不同相的比較來發(fā)現(xiàn)問題。
許多電力設(shè)備的絕緣是多層介質(zhì)，如電機(jī)絕緣中用的云母帶，www.lygmys.com是用膠把紙或綢布和云母片粘合而成，變壓器的絕緣有油和紙等。這種多層介質(zhì)在進(jìn)行絕緣電阻測量時，當(dāng)直流電壓一加上，開始電流很大，以后逐漸減少，經(jīng)過一段時間后趨于穩(wěn)定。試品容量越大，這個過程越長。這種絕緣在充電過程中逐漸吸收電荷的現(xiàn)象稱為吸收現(xiàn)象。因此測量絕緣電阻隨時間的變化，可以更有利于判斷絕緣狀態(tài)。通常用1min的絕緣電阻值與15s的絕緣電阻值之比來表示，叫“吸收比”，或用10min的絕緣電阻值與1min的絕緣電阻值之比來表示，叫“極化指數(shù)”。
有些情況下絕緣已經(jīng)損傷，但沒有構(gòu)成貫穿性的通道，絕緣電阻值仍很高，吸收比也很明顯，這時候，僅用絕緣電阻測量已不能正確反應(yīng)絕緣的優(yōu)劣狀況了。因此，只憑絕緣電阻測量來判斷絕緣是不可靠的。但它是一種簡便的有一定效果的方法，仍是預(yù)防性試驗(yàn)中的主要項(xiàng)目。
（2）泄漏電流測量。該試驗(yàn)主要用來分析絕緣有無缺陷和受潮。其測量原理和絕緣電阻用兆歐表試驗(yàn)相同。只是試驗(yàn)電壓較高，更易暴露出絕緣本身的弱點(diǎn)。在升壓過程中，可隨時監(jiān)視電流的變化。圖4-7-1示出絕緣電阻（Rnp）、傳導(dǎo)電流（Inp）與外施電壓（Unp）的關(guān)系。www.lygmys.com當(dāng)電壓在一定范圍內(nèi)時，電流與電壓的關(guān)系是直線關(guān)系，絕緣電阻保持不變。電壓升到某一值時，隨著電壓的增加，Inp急劇上升，Rnp迅速下降，產(chǎn)生更多的損耗，以致絕緣擊穿。這一點(diǎn)電壓稱為拐點(diǎn)電壓Unp。泄漏電流試驗(yàn)時，施加的電壓不能超過拐點(diǎn)電壓，對于良好的絕緣，在這一電壓范圍內(nèi)， 其伏安特性是直線關(guān)系，當(dāng)有絕緣缺陷存在時，以此來判斷絕緣受潮程度。
（3）介質(zhì)損失角正切測量。用來判斷絕緣受潮、干燥程度、油質(zhì)劣化變質(zhì)、絕緣中氣隙放電等。在交流電路中的介質(zhì)總是有損耗存在的，通常把絕緣的功率因數(shù)角的余角稱為介質(zhì)損失角，以符號δ表示，其正切叫做介質(zhì)損失角正切（tgδ）。它與功率因數(shù)相對應(yīng)，利用測量交流電壓下的tgδ－電壓特性及tgδ－溫度特性來檢查絕緣的受潮、污穢和存在氣泡等狀況，判斷絕緣的劣化程度。
1）tgδ與電壓的關(guān)系：如圖4-7-2所示。在一定電壓范圍內(nèi)，tgδ與電壓無關(guān)，隨著電壓的增加超過Uc（Uc為氣隙開始放電的施加電壓）值，隨電壓的增加，tgδ就急劇上升。tgδ的變化可以反映出絕緣老化的情況。如油紙電容器，電機(jī)線棒等，由于內(nèi)部有氣隙存在，可能在較低的電壓下出現(xiàn)游離放電，tgδ急增，從而可 以判斷出絕緣老化程度。
2）tgδ與溫度T的關(guān)系：一般情況下，各種性質(zhì)的絕緣材料具有固定的tgδ－T關(guān)系。通常隨著溫度的增加，多數(shù)介質(zhì)的tgδ也增加。當(dāng)絕緣受潮時，由于離子導(dǎo)電變得顯著，溫度升高，tgδ數(shù)值增加很大。如絕緣油的tgδ受溫度的影響很大。溫度高時，不同質(zhì)量的油tgδ差別更大。對于劣質(zhì)油，溫度升高，tgδ增加很快。因此，要求絕緣油測量90℃下的tgδ，觀察tgδ隨溫度的變化來判斷油質(zhì)的優(yōu)劣。
采用tgδ值判斷絕緣狀況時，必須著重與該設(shè)備歷年的數(shù)值相比較，與同樣運(yùn)行條件下的同類設(shè)備相比較，即使tgδ沒有超過標(biāo)準(zhǔn)，但有明顯的突然增大也必須進(jìn)行處理，否則可能在運(yùn)行中發(fā)生事故。
近些年來，帶電測量tgδ的技術(shù)發(fā)展很快，用于經(jīng)常性的絕緣監(jiān)督，對保證設(shè)備安全駝行起了很好的作用。當(dāng)在線監(jiān)測發(fā)現(xiàn)有問題時，應(yīng)采取其他方法進(jìn)行綜合判斷。
（4）局部放電試驗(yàn)。局部放電是指在電場作用下，絕緣的部分區(qū)域中發(fā)生放電短路現(xiàn)象，它可以發(fā)生在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部下氣隙、油膜中或?qū)w（電極）邊緣上，但在電極之間不形成通道。如果在運(yùn)行電壓下，設(shè)備內(nèi)部存在局部放電，就會逐漸損壞絕緣，最后導(dǎo)致?lián)舸?，?yán)重時可能引起擊穿短路停電故障。
對電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測量，可以預(yù)先發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部存在的缺陷。www.lygmys.com如由于制造工藝過程造成的絕緣損傷、尖端、導(dǎo)電雜質(zhì)等；也可以發(fā)現(xiàn)設(shè)備在運(yùn)輸過程中出現(xiàn)的絕緣損壞，以及在安裝過程中遺留的事故隱患。隨著電力系統(tǒng)電壓等級越來越高，更有必要進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，限制放電強(qiáng)度在一定限值時，是保證運(yùn)行可靠性的有效手段。
絕緣的破壞或局部劣化，多數(shù)是以局部放電開始的。如固體絕緣，在電場作用下發(fā)展成樹枝狀爬電現(xiàn)象，最后構(gòu)成放電通道；油紙絕緣中氣泡放電，損耗增加，出現(xiàn)絕緣老化現(xiàn)象以及氣體絕緣電器中導(dǎo)電雜質(zhì)的放電等，都會構(gòu)成長時間運(yùn)行電壓下的電力設(shè)備發(fā)生擊穿事故的隱患。局部放電通常伴隨著電、熱和化學(xué)的過程，使絕緣性能下降。所以檢測局部放電的強(qiáng)度極為重要。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力設(shè)備朝著高電壓、小體積方向發(fā)展，絕緣所承受的工作場強(qiáng)越來越高，產(chǎn)生局部放電的可能性也越來越大。另一方面，澆鑄絕緣、有機(jī)絕緣材料日益增多，也要求加強(qiáng)局部放電試驗(yàn)，以確保運(yùn)行中的安全。
局部放電試驗(yàn)要求被試設(shè)備在規(guī)定電壓下不發(fā)生超過某一規(guī)定值的放電量；測量局部放電的起始電壓和熄滅電壓以及在規(guī)定試驗(yàn)電壓下的放電強(qiáng)度。局部放電試驗(yàn)電壓比交流耐受電壓低得多，對設(shè)備絕緣的危害性少得多。同時，通過測量可以找到放電產(chǎn)生的部位，是最有效的絕緣診斷方法之一。當(dāng)前，世界各國隨著特高壓輸電系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)多采用降低絕緣水平，在此情況下，1min交流耐壓試驗(yàn)電壓和額定運(yùn)行電壓相差縮小了，與大氣過電壓，操作過電壓不同，運(yùn)行中工頻過電壓是不能依靠避雷器來保護(hù)的。因此，局部放電試驗(yàn)可能比1min工頻耐壓更為合理些，也可能是一種最有效的試驗(yàn)方法之一。
由于受各種試驗(yàn)條件的限制，以及運(yùn)行現(xiàn)場干擾的影響，有些設(shè)備在現(xiàn)場進(jìn)行局部放電測量比較困難。采用超聲波法、振動法等非電氣測量方法對運(yùn)行中設(shè)備進(jìn)行帶電監(jiān)控，可以發(fā)現(xiàn)一些潛伏性的放電故障隱患，作為一種內(nèi)部放電的手段也是非常有效的。www.lygmys.com目前，用超聲波法探測套管、互感器等少油設(shè)備局部放電取得很好的效果。用振動法對氣體絕緣金屬封閉電器進(jìn)行內(nèi)部放電的監(jiān)測也是很有效的。
（5）絕緣油的氣相色譜分析。對充油設(shè)備如變壓器、互感器、斷路器、充油套管等，當(dāng)設(shè)備內(nèi)部有局部過熱或局部放電缺陷時，其缺陷附近絕緣就會分解而產(chǎn)生氣體。這些氣體溶解于絕緣油中。通過對油中溶解氣體組分和含量的分析試驗(yàn)，可以了解設(shè)備中絕緣故障。不同的故障表現(xiàn)出的特征氣體不同，含量也不同。
油的氣相色譜分析試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備中一些用tgδ等方法所不能發(fā)現(xiàn)的局部缺陷如局部過熱和局部放電。試驗(yàn)方法簡單，可以帶電取油樣分析，準(zhǔn)確性高。多年來已為變壓器、互感器、套管等充油設(shè)備早期的絕緣故障隱患進(jìn)行了預(yù)報(bào)，及時排除隱患，起到不可忽略的作用。
通常，油中溶解氣體主要以氫氣（H2）、甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）、乙烷（C2H6）、乙炔（C2H2）、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO2）……等來表征不同缺陷。例如絕緣內(nèi)部裸金屬過熱，變壓器中分接開關(guān)、鐵芯、裸接頭、箱殼等局部過熱引起油分解時，油中溶解氣體的總烴含量增高，www.lygmys.com其中以CH4、C2H4突出；如果是固體絕緣過熱，如引線、絕緣紙板、穿芯螺栓過熱等，溶解氣體以CO、CO2的含量增加。CO和CO2含量是反映固體絕緣過熱、老化、熱分解的主要特征氣體。當(dāng)有局部放電發(fā)生及產(chǎn)生電弧時，C2H2含量明顯增高，H2含量也會增高。C2H2是局部放電和電弧放電的主要特征氣體。
我國從60年代開始就對油中溶解氣體的色譜分析進(jìn)行大量的研究工作?，F(xiàn)在，這一試驗(yàn)已在全國各省局、各供電部門以及各運(yùn)行單位普及，對變壓器、互感器等充油設(shè)備經(jīng)常性的監(jiān)視工作有效地防止停電事故的發(fā)生。
油中氣體色譜分析方法對于判斷慢性局部潛伏性故障很有效，但對于某些突發(fā)性故障如突發(fā)匝間短路，由于故障潛伏期很短，來不及在色譜中反映。盡管如此，色譜分析作為一個有效的試驗(yàn)手段是大家所公認(rèn)的。
隨著檢測技術(shù)的發(fā)展，在線進(jìn)行油中溶解氣體色譜分析的技術(shù)已逐步推廣應(yīng)用，如在線監(jiān)測H2含量的變化，可以及時對絕緣狀況進(jìn)行初步分析，一旦發(fā)現(xiàn)有異常時，可以增加測量次數(shù)或是決定進(jìn)一步試驗(yàn)的方案。
除上述絕緣特性試驗(yàn)外，還有一些試驗(yàn)項(xiàng)目和測量絕緣子表面電位分布等可以發(fā)現(xiàn)絕緣子的劣化情況。
信息來源：www.lygmys.com 信息整理：揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司生技部
設(shè)為首頁 | 加入收藏 | 聯(lián)系我們 揚(yáng)州拓普電氣科技有限公司版權(quán)所有 Copyright © 2010-2021
蘇ICP備10068214號-2 
蘇公網(wǎng)安備32102302010144號 技術(shù)支持：平邑在線