高压电气设备绝缘性能判定技术分析

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高压电气设备绝缘性能判定技术分析

发布时间：2022/09/21浏览次数：723

随着电网运行电压的不断提高，运行事故不断发生，绝缘是引起电气设备故障原因之一，高压设备的寿命主要取决于绝缘性能的好坏，因此绝缘性能是电气设备一项重要指标。在电气设备试验中，绝缘测试是相当重要的。同时应加强绝缘技术监督工作，电气绝缘技术监督（以下简称“绝缘监督”）工作是保证电气设备健康和正常运行的重要环节，是确保电力设备安全的重要措施，也是电力工业技术管理的一项重要基础工作。

检查电气设备绝缘性能的绝缘试验大致可分为绝缘特性试验和绝缘强度试验。绝缘特性试验是在较低的电压下，以比较简单的手段，从各种不同的角度鉴定绝缘的性能。绝缘特性试验一般包括：绝缘电阻测量、吸收比测量、化指数测量、介质损耗因数测量。绝缘特性试验主要用来判断绝缘的质量状态及发现可能出现的或整体缺陷，以判断设备是否能继续绝缘强度试验的一个辅助判断手段，出厂前的绝缘特性测量可作为日后维护上有价值的资料，以判断设备是否老化、受潮及其他原因引起的绝缘劣化等。

1 绝缘性能判定技术

1.1 绝缘电阻测量法

绝缘电阻是外施电压除以全电流后的值，由于电流是随时间变化的量。该电流通常由三部分组成：位移电流、吸收电流、泄漏电流组成。位移电流即电容电流，一般经0.5s基本衰减完毕；吸收电流是绝缘介质的化，衰减较慢；泄漏电流是介质内部或表面移动的带电粒子产生的传导电流，一般不随时间变化。全电流的这种衰减现象称之为介质的吸收。

该方法为基本而常用的非破坏性试验方法：通常使用兆欧表测量被试验的绝缘电阻。通电气设备的绝缘都为多层，这些多层绝缘体，在外施直流电压下，就有吸收现象，即电流逐渐减小，而趋于某一恒定值（泄漏电流）。因为通过介质的电流与介质电阻的测量值成反比，如被试品绝缘状况愈好，吸收过程进行得愈慢，吸收现象便愈明显，如被试品严重受潮或其中有集中性导电通道，由于绝缘电阻显著降低，泄漏电流增大，吸收过程快。这样流过绝缘的电流便迅速变为一较大的泄漏电流。因此可根据被试品的电流变化情况来判断被试品的绝缘状况。

当被试品绝缘中存在贯穿的集中性缺陷时，反映泄漏电流的绝缘电阻明显下降，用兆欧表检查时便发现。例如：变电站中的针式绝缘子常见的缺陷是瓷质开裂，开裂后绝缘电阻明显下降，一般就可用兆欧表检测出来；而发电机的绝缘往往变动甚大，它和被试品的体积、尺寸、空气状况等有关，往往难以给出一定的绝缘电阻值的判断标准。

由于测量时受到表面污秽或周围大气条件（特别是相对温度较高时）的影响，常会使得绝缘电阻降低很多，在实际测量中应充分考虑这些因素。一般在试验后，必须将电短路接地10min以上，将剩余电荷尽量放完，然后再进行下一试验。

绝缘电阻、吸收比及化指数的测量是评价电气设备绝缘质量的方法之一。由于绝缘电阻测试只需一个兆欧表就可以进行，而且是一种非破坏性试验，在现场使用十分方便，因此被广泛采用，通过绝缘电阻的测量有助于对绝缘状况做出正确的分析判断。绝缘电阻在某一电压范围内大致为不变的值，当绝缘介质受潮劣化或绝缘介质中存在缺陷时，在较低的电压下，绝缘电阻就呈现较低值。绝缘电阻的测定结果与温度有关，当温度上升时，绝缘电阻下降，一般测量温度要求在10-40度，温度小于85%。

1.2 交流耐压试验

交流耐压试验是检验电气设备绝缘耐受工频电压作用能力的试验。对220kv及以下电气设备也用它来检验绝缘耐受操作过电压，暂时过电压的能力。试验时，按规定将被试品接入试验回路，逐步升高电压至标准规定的额定工频耐受电压值，保持1min，然后迅速、均匀地降压到零。在规定的时间内，被试品绝缘未发生击穿或表面闪络，则认为通过了该项试验。工频交流耐压试验所施电压高出电气设备额定工作电压，通过这一试验可以发现很多绝缘缺陷，尤其对局部缺陷更为有效，其缺点是可能在耐压试验时给绝缘带来一定损伤，所以应在绝缘电阻、介质损耗因数等项目试验合格后，才可进行工频交流耐压试验。

电力设备在运行中，绝缘长期受着电场、温度和机械振动的作用会逐渐发生劣化，其中包括整体劣化和部分劣化，形成缺陷。工频交流耐压试验是鉴定电力设备绝缘强度有效和直接的方法，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。

在外施耐压试验时，如果未发现内部绝缘击空或局部损伤，则试验合格。目前，在工频耐压试验中主要还是依赖仪表指示的变化和被试品有否异常声响来进行判断。在试验过程中，仪表指示稳定不变，被试品无异常声响则可以判断试品通过外施耐压试验。如果仪表指示发生变化，被试品内部有放电声响则说明有问题，未能通过试验。在试验过程中，如仪表无明显变化，但试品内部有异响，应重复试验，并找出原因，消除异响。

1.3 直流耐压试验

直流耐压试验也能确定绝缘的电气强度，与交流耐压试验相比，它的特点是：试验设备轻小，其次在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察内部的绝缘缺陷。

直流耐压试验的原理与绝缘电阻试验的原理相同，只是试验电源由高压整流装置供给，泄露电流用微安表测量。在被试物上加上高于工作电压一定倍数的试验电压并经历一定时间的一种绝缘强度试验。在升压过程中，分阶段读取在该电压下的泄露电流值，绘出直流电压和泄露电流的关系曲线，用以衡量在直流试验电压下的绝缘情况。绝缘良好的被试品泄露电流曲线是近似直线，当绝缘受潮或有缺陷时，电流急剧增加。

现场直流耐压试验电压测量装置（系统）一般有高阻器与微安表串联的测量系统、电阻分压器与低压电压表的测量系统，以及高压静电电压表。测量用的高阻器和电阻分压器的高压臂电阻器的阻值，既要尽可能大，以减小测量装置的功率损耗，又要考虑高阻器阻值过大，可能带来的测量误差。高阻器的阻值应该是稳定的，一般按工作电流0.5～1ma，至少不小于200μa选择其电阻值。高阻器的绝缘套管好不要分段，上端应有均压装置，下端应有屏蔽环。测量装置（系统）的测量误差应满足标准gb311.4-83中规定的要求，即直流试验电压平均值的测量误差不大于3%。

当高阻器与直流微安表串联的测量系统的电阻元件暴露在空气中，并且靠近直流高压导线时，导线的离子流会引起测量误差。如果电阻元件装

在绝缘套管里，可以减小或消除离子流引起的测量误差。带交流电压的导体的电场不会引起上述直流电压测量系统的电压平均值的测量误差。

当采用电阻分压器与有效值电压表的测量系统，并且靠近交流高压导体时，交流高压导体的电场会引起直流电压平均值的测量误差，用远离交流高压导体的办法减小或消除交流高压导体电场引起的测量误差的估算方法。

1.4 局部放电测量

传统的观点认为，设备在经受短时工频耐压和冲击耐压后，便可保证长期运行，但随着电压等级的不断提高，在大量的运行事故中发现，一些电气在没有遭受任何过电压的情况下，也会发生绝缘故障。造成这些故障的原因是在长期运行过程中，其内部绝缘的某些薄弱部位在高场强作用下发生了局部放电，从而导致绝缘性能下降，在严重的局部放电长期作用下，甚至造成击穿。

因此，对于一些高压电气设备在长期工作下能否安全可靠运行，仅通过短时工频耐压和冲击耐压试验考核是不够的，尚须考核其局部放电性能。

制造厂对这项测试技术非常重视，现场也通过局放试验发现了多起运行中的或新安装的设备中的缺陷。

在实际测量中，为避免因测试系统的灵敏度不同而造成测试结果的不可对比，一般规定一个放电量水平，当放电达到或一出现就超过这个水平时的外施电压有效值就作为局部放电起始电压，当放电低于这个水平时的漆黑一团电压的高值作为局部放电熄灭电压。对油纸绝缘，通过起始放电电压高于额定电压，而对于固体绝缘，放电电压与额定电压相差不大。

局部放电测量方法分为电测法和非电测法两大类。电测法应用较多的是脉冲电流法和无线电干扰电压法。非电测法主要有声测法、光测法等。目前，电测法已广泛用于局部放电的定量测量。非电测法由于至今没有一个标准的局部放电定量方法，使其应用受到限制。但通过测量非电信号，可测定局部放电部位。

只要不产生击穿并且不出现长时间的特别高的局部放电，则试验是非破坏性的。当局部放电不能满足验收判断标准时应尽量查明原因。

局部放电测量过程中，可能由于严重的干扰信号导致无法进行，一般干扰来源较多，如电源网络、电磁场辐射、接触不良、接地系统及悬浮电位的金属体等，一般采用的抗干扰措施如滤波、屏蔽及接地等。

2 结论

高压电气设备绝缘性能的判定对于电气设备的运行具有重要意义，因此，如果能够及时的发下设备的缺陷，将对电网的安全运行具有重要意义。

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