关于火电厂高压电气设备的绝缘预防性试验研究

关于火电厂高压电气设备的绝缘预防性试验研究

张绪阳

上海大屯能源股份有限公司热电厂  江苏 徐州 221611

摘要：火电厂高压电气设备的绝缘问题是造成设备故障的主要因素之一，其绝缘性能的优劣直接影响设备的使用寿命。在实际运行过程中，电力装置的稳定性主要取决于设备制造工艺、设备运行环境、设备散热条件和设备绝缘性能。其中影响最大的因素是设备的绝缘性能，而设备的运行环境与散热条件不良，往往最终也会造成设备绝缘性能降低，甚至发生接地、短路或者局部放电等故障，严重影响电力设备运行的安全与稳定性。因此，通过绝缘试验测试电气设备绝缘的水平与其劣化的趋势，是检验电力装置健康程度的重要组成部分。以下对电气设备绝缘性能的检测原理及方式进行研究，在保护电气设备质量的同时，也对高压设备绝缘试验所要注意的现实问题进行探讨。

关键词：高压电气设备；绝缘试验；预防性试验

引言

在火力发电厂中，汽轮发电机、高低压变压器、高低开关、电力电缆、接地装置、旋转电机等构成了电气一次系统，根据高压电气设备绝缘技术监督规程的要求，应开展对电气设备内外绝缘状况、外绝缘污秽程度、过电压保护、接地系统及通流能力检验检测工作，来保障高压电气设施在可靠的绝缘质量下运行，避免发生绝缘事故。无论是通过例行停电试验亦或是预防性试验，其目的皆是为了提前预防及时发现设备的故障隐患并及早的消除，在火电厂通常还通过在线监测和带电检测的手段来对电气一次系统的主要设备进行连续或是短时间内的检测，有效的掌握主设备的运行工况，从而提高安全生产的水平。

1高压电气设备绝缘试验的内容

高压电气设备绝缘试验主要内容是通过测量设备的绝缘电阻，工频耐压能力，直流泄漏电流，介质损耗因数等，来判断试品绝缘性能的优劣。其中，绝缘电阻是较为基础的检测项目，操作简易且对试品没有损伤，针对电容量较大的电机、变压器、电缆电力设备还应测量吸收比、极化指数等数据；为了考验被测的高压电气设备的绝缘承受能力，通常采用工频耐压试验对试品进行1min的试验电压考验，该方法广泛应用于高压真空断路器、负荷开关、变压器、高压电机、绝缘油等，但值得注意的是，该方式并不适用于无间隙氧化锌过电压保护器，对此类设备则常采用测量直流泄漏电流的手段来检测其绝缘状况。但需要明确的是，无论工频耐压、还是直流泄漏，都会对试品存在一定的破坏性，所以此类试验一方面不仅要严格依据相应试验标准，还应参考产品厂家作出的试验说明，另一方面，为避免试验对设备的性能产生不良影响，甚至毁坏设备性能的完整性，也对试验者业务水平提出了较高的要求。由于电气设备在使用过程中，受外部环境影响难免出现受潮、老化、绝缘气隙放电等问题，使得设备介质损耗变大，设备绝缘在交流电压作用下会产生热量，使设备绝缘进一步老化，甚至可造成绝缘热击穿，为了能了解这些设备在运行中电介质产生的能量损耗，可以通过测定设备介质损耗因数（tanδ）的大小来判断绝缘部件电介质的状态，需要注意的是影响测量的因数很多，试验者需要根据具体的情况来选择适合的接线方式和有利于减小影响的现场处理方式。通过不同试验获取的参数有助于设备管理人员掌握设备本身的运行状态，从而利于下一步检修计划的制定与实施。

2试验原理及试验方法

2.1绝缘电阻试验

兆欧表测量设备绝缘，被测试品Rx接于表“L”与“E”端钮之间，转动手柄，直流发电机G两端则产生较高直流电压，在以120r/min均匀转动时，表内G输出额定电压，同时在线圈1与试品间通过电流，在线圈2与表内附加电阻Ru间通过电流，两种电流与磁场作用产生相反力矩，当为0时，电流达最大值，此时指针指向“0”刻度值，当“L”与“E”端钮之间开路状态时，电流达最大值，此时指针指向∝，当试品为某一阻值时，则指针指在被测电阻的数值。

图 1：绝缘电阻试验原理示意图
L- 线路端； E- 接地端； G- 屏蔽端；

Rx- 试品；   Ru- 附加电阻。

需要注意的是，试品表面受潮时，污染引起的泄漏电流较大，而仪表G端是将试品表面泄漏的电流旁路，使泄漏电流不经过仪表的测试回路，提高了测量结果的准确度。

2.2直流泄漏试验

图 2：直流泄漏试验原理示意图
R- 限流电阻；   C- 高压滤波电容； Zx- 被试品； G- 硅堆短路杆；
FRC- 阻容分压器；V- 分压器高压表；  uA- 微安表；  D- 高压整流硅堆。

图2中调压器输出可调电压，经高压硅堆整流后施加于试品，限流电阻起到保护输出端断路电流不超过高压硅堆的整流，针对不同试品高压滤波电容实现满足要求的直流波形，高压侧接入阻容分压器则是为了提高被试设备施加电压的测量精度。在试验前，首先要确保试验变压器高压尾X端、外壳，仪表接地端子及电源控制箱外壳可靠接地，试验中通常要求设备在泄漏电流为1mA下的不得低于国家或行业标准，并要与初始值或制造厂家的给定值相比，不应有较大的变化，且0.75下的泄漏电流值不应大于50uA，同时也不应大于制造厂家的规定值。若以上两项指标存有一项未满足时，应增加交流试验项目，以查明原因。

2.3工频耐压试验

工频耐压试验是交流电气设备的基本耐压形式，依据国家电力行业电气设备试验标准，对交流电气设备进行规定电压下的耐压试验，其目的既是为了衡量设备本身的过电压能力，也是为了考核设备的绝缘水平。

图 3：工频耐压试验原理图

- 限流电阻； - 球隙保护电阻； - 试品；
FRC- 阻容分压器；PV- 电压表；  G- 球间隙。

在工频耐压试验中，按照国家及电力行业相应电气设备试验标准，选择正确的试验电压和耐压时间，在升压的过程中，试验人员操作调压器的输出电压调整应是缓慢的，防止突然加压，例如调压器未在零位时合闸。试验中，当电压调整至试验电压后，即在试品上施加过电压，此时设备绝缘在该电压下经受1min考核。当电压超过球间隙（见图3）整定值时，球间隙放电，对被试品起到保护作用。

需要试验者注意的是，试品应先清理干净，并充分干燥，对于大型试验，例如发电机，还应进行空升试验后再进行，此外，变压器高压尾必须可靠接地，防止触电。

2.4介质损耗试验

在交流电压的作用下，取得试品电流相量和电压相量（图4），流过电介质的总电流İ由无功电流和有功电流两部分组成。

介质损耗因数tanδ==

当电气设备的绝缘普遍受潮，脏污，老化以及绝缘中有气隙发生局部放电时，流过绝缘的有功电流分量将增加，其与容性电流分量的比值介损因子，即tanδ也将增大，由此通过介损因数可以衡量介质损耗的大小。

图 4：含损耗试品交流电压下的等效电路图

介损试验通过专用测试仪进行开展，常规采用“正接法”和“反接法”两种接线方式。

采用正接线时，交流高压注入试品的一端，另一端接入试验电桥低压端，由于电桥内部不被强电场影响，正接线可以达到较高的准确性，对于带有末屏端子的电气设备，如变压器出线套管，CVT，CT等多采用此种方式进行测量，其中，CVT也常采用自激法测量。采用反接线时，交流高压则从电桥地端注入，试品一侧接电桥测量端，另一侧接地，该接法多用于无末屏端子的电气设备，例如变压器，分级绝缘PT等。通过介损试验能够有效发现中小型电容量电气设备的绝缘问题以及绝缘油质量的优劣。需要注意的是，不同的温度，湿度，试品的清洁程度，设备容量大小缺陷区域占比等，都会对介损因数的测量造成影响，需试验人员采取对应措施进行排除影响，确保试验结果的精确性。

3试验注意事项

在开展此类电气预试前，首先要对设备的外部完好性进行确认，排除一些外观明显的损坏。电气高压试验的工作应不许少于两人进行，主要的负责人应由具备经验的试验者担任，开始试验前试验负责人应对全体试验人员详细布置试验中的安全注意事项，对可能有人员进入试验现场的通道出入口，应派专人看守，做好隔离措施并悬挂警示标示牌，被试设备接线不在同一地点时，每处均应派专人看守，对于试验人员，也须预先划定安全活动范围。

因试验需要断开设备的接线端子时，拆除前应做好标记，恢复接线时应对照已做的标记并进行检查确认；试验装置的金属外壳应可靠接地，高压引线应尽量缩短，必要时用绝缘物支持牢固，试验装置连接的电源开关应具备过载保护功能。

在试品设备开始加压前，必须认真核对设备的接线方式是否正确，调压设备是否在零位，仪表的初始态是否正确，确保设备本体作业人员已离开被试设备，并在试验负责人允许后，操作人员方可进行加压操作，在操作时应站在绝缘垫上，再遇到试品或试验装置异常时应立即终止并查找原因；在因试验内容需要更改接线或者试验完成时，应首先将调压设备匀速回零，然后断开试验装置开关电源，确保试验专用接地操作棒可靠接地后，对试品及试验设施充分放电，放电后将接地操作棒挂在高压端，接地线保持固定在接地点上保持可靠接地的状态，当继续进行试验时再取下；在对大电容的直流试验设施和试品短路接地放电时，应先用带有放电电阻的接地操作棒放电，然后再直接接地放电。

试验结束时，试验人员应拆除自装的接地短路线，并对被试品进行全面的清理和检查，防止遗漏的短接线未解除，在试品复伇上电后发生短路事故。

对开展某些预防性试验时，也应注意外部因素的影响。例如开展局部放电试验和电晕检测试验时，应避免同一接地系统和相邻环境内进行的电焊作业，否则将会对局部放电检测的放电量和紫外成像的光子数造成很大的不利影响。

对于一些特殊的电力设备，例如水内冷发电机，应选择水内冷发电机绝缘测试仪、水内冷发电机直流高压泄露电流测试仪等专用试验仪器，否则无法获得准确的试验结果。

4结束语

电气设备绝缘试验的应用，已经成为发现电力设备缺陷，预防电力设备故障，避免电力系统事故的主要有力手段。无论是停电试验，带电检测，还是在线监测，都为电气设备管理人员对检修的计划与实施提供了数据支撑，同时，也避免了因设备绝缘故障而造成的重大经济损失，严重停电和安全事故。因此，电气设备绝缘试验对于整个电力系统的安全稳定运行，有着深远的意义。

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