项目二：电气设备的绝缘预防性试验与监测 学习情境二：电气设备的绝缘耐压试验

掌握交流耐压试验所用的仪器和设备、接线及试验方法。 掌握直流流耐压试验所用的仪器和设备、接线及试验方法。 了解冲击耐压试验试验。 教学目标

什么是绝缘的高电压试验？ 在高压试验室用工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、 操作冲击高压等模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电 压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力。

特点：  具有破坏性试验的性质。  一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行，以避 免或减少不必要的损失。

难点问题： 由于输电电压和相应的试验电压在不断提高，要获得各种 符合要求的试验用高电压越来越困难，这是高电压试验技术发 展中首先需要解决的问题。

工频高电压试验 工频高电压试验不仅仅为了检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，也 用来等效地检验绝缘对操作过电压和雷电过电压地耐受能力。 一、工频高电压的产生 通常采用高压试验变压器或其串级装置来产生。 对电缆、电容器等电容量较大的被试品，可采用串联谐振回路来获得试验用 的工频高电压。 工频高压装置是高压试验室中最基本的设备，也是产生其他类型高电压的 设备基础部件。

工频高电压试验 （一）高压试验变压器试验变压器本身应有很好的绝缘，但绝缘裕度小 试验过程中要严格限制过电压。 例如： 500 ～ 750kV 试验变压器的绝缘五分钟试验电压仅比其额定电压高 10 ％～ 15 ％。

 额定电压高而容量不大 试验变压器高压侧电流 和额定容量 都主要取决于被试品的 电容。 工频高电压试验

外观上的特点：油箱本体不大而其高压套管又长又大。 单套管式试验变压器：额定电压一般不超过 250 ～ 300kV 双套管式试验变压器：最高额定电压达 750kV 试验变压器与连续运行时间不长，发热较轻，因而不需要复杂的冷却系统。 漏抗大，短路电流较小，可降低机械强度方面的要求。 输出电压波形很难完美，需要采取措施加以修正。

试验变压器的接线与结构示意图如 5 － 1 。 工频高电压试验

( 二 ) 试验变压器串级装置 变压器的体积和重量近似地与其额定电压的三次方成比例。 当所需的工频试验电压很高（例如超过 750kV ）时，再采用单台试验变 压器来产生在技术和经济上不合理。 大于 1000kV 时，采用若干台试验变压器组成串级装置来满足要求。

由两台单套管试验变压器组成的串级装置示意图如图 5-2 所示。 工频高电压试验

T2 的容量为 T1 的容量为 显然，虽然这两台试验变压器地初级电压相同，次级电压也 相同，但它们的容量和高压绕组结构都不同，因而不能互换位 置。 工频高电压试验

整套串级装置的制造容量为 串级装置的输出容量却只有 因而装置的容量利用率 工频高电压试验

级串级装置的容量利用率 试验变压器的台数越多，容量利用率越低。这是串级装置的 固有缺点。因而通常很少采用 的方案。 工频高电压试验

二、工频高压试验的基本接线图 工频高电压试验

工频耐压试验的实施方法： 按规定的升压速度提升作用在被试品 T O 上的电压，直到它 等于所需的试验电压 为止。保持 1 分钟，没有发现绝缘击 穿或局部损伤，可认为合格通过。 工频高电压试验

小 结  本节主要介绍了工频高电压的产生方法及其装置。  高压试验变压器的六大特点。  当所需试验电压很高时，常采用串级装置来产生所需 高压。  工频高电压试验的基本接线图和实施方法。 工频高电压试验

 被试品的电容量很大的场合（例如长电缆段、电力电容器 等），用工频给交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容 电流，要求试验装置具有很大的容量，很难做到。这时用直流 高电压试验来代替工频高电压试验。  直流输电工程的增多促使直流高电压试验的广泛应用。 直流高电压试验

一、直流高电压的产生 将工频高电压经高压整流器而变换成直流高电压。 利用倍压整流原理制成的直流高压串级装置（或称串级直流高压发生 器 ) 能产生出更高的直流试验电压。

直流高电压试验 直流高压发生器 满足 ZGF 《便携式直流高压发生器通 用技术条件》。用于 6-500KV 氧化锌避雷器直 流 1mA 电压（ U1mA ）及 0.75 U1mA 下的泄 漏电流试验、电力电缆及其它电气设备泄漏 电流试验。 技术参数 ◆ 额定输入电压： AC220V±10% ， 50Hz±0.5Hz ◆ 额定输出电压： 60 ～ 400KV ◆ 额定输出电流： 2 ～ 10mA ◆ 纹波系数： ＜ 1% ◆ 高压指示误差：＜ 2% ◆ 电流指示误差：＜ 2%

直流高电压试验 600kV 直流电压发生器

直流高电压试验 （一）高压整流器 主要技术参数 额定整流电流：通过整流器的正向电流在一个周期内的平均值。 额定反峰电压：当整流器阻断时，其两端容许出现的最高反向电压峰值。

电路空载时整流器两端承受的反向电压 最大反向电压 直流高电压试验

当接有负载时（ ），电容 上的电压出现脉动现象，如图 5- 6 所示。 直流高电压试验

整流回路的基本技术参数：  额定平均输出电压：  额定平均输出电流： 直流高电压试验

 电压脉动系数（纹波系数）： 对半波整流回路 直流高电压试验

( 二 ) 倍压整流回路 前两种可获得等于 的直流电压，而后一种可以获得等于 的直流电压。 直流高电压试验

（三）串级直流高压发生器 利用图 5-7 （ b ）中 的倍压整流电路作 为基本单元，多级 串联起来即可组成 一台串级直流高压 发生器，如图 5-8 所 示。 直流高电压试验

串级装置的充电 过程可利用图 5-9 所示的直流电源 - E 和 +E 经切换开 关 S 给各台电容器 充电的过程来加 以说明。 直流高电压试验

二、直流高电压试验的特点和应用范围 特点： 只有微安级泄漏电流，试验设备的容量较小。 试验时可同时测量泄漏电流，由所得得 “ 电压－电 流 ” 曲线能有效地显示绝缘 内部的集中性缺陷或受潮。 用于旋转电机时，能使电机定子绕组的端部绝缘也受到较高电压的作用，发现 端部绝缘中的缺陷。 非破坏性试验的性质。 直流电压下，绝缘内的电压分布由电导决定，因而与交流运行电压下的电压分 布不同，所以交流电气设备的绝缘考验不如交流耐压试验那样接近实际。 直流高电压试验

直流高电压的广泛应用 直流耐压试验 各种输电设备的直流高压试验 典型气隙的直流击穿特性 超高压直流输电线上的直流电晕及其各种派生效应。 各种绝缘材料和绝缘结构在直流高压下的电气性能。 各种直流输电设备的直流耐压试验。

直流高电压试验 小 结 获得直流高电压的方法有高压整流器和串级直流高压发生器。本小 节介绍了用这两种方法产生直流高压的原理。 直流高压试验的特点。 直流高电压在各领域获得越来越广泛的应用。

 研究电气设备在运行中遭受雷电过电压和操作过电压的作用时 的绝缘性能 。  许多高压试验室中都装设了冲击电压发生器，用来产生试验用 的雷电冲击电压波和操作冲击电压波。  高压电气设备在出厂试验、型式试验时或大修后都必须进行冲 击高压试验。 冲击高电压试验

一、冲击电压发生器 （一）基本回路 标准雷电冲击全波采用的是非周期性双指数波。 —— 波尾时间常数 —— 波前时间常数 冲击高电压试验

波尾， 波前， 冲击高电压试验

实际冲击电压发生器采用图 5-19 的回路。 放电回路的利用系数 冲击高电压试验

（二）多级冲击电压发生器的工作原理 单级冲击电压发生器能产生的最高电压一般不超过 200 ～ 300kV 。 因而采用多级叠加的方法来产生波形和幅值都能满足需要的冲击高电压波。

5400kV ， 527kJ 冲击电压发生装置 500kV 标准雷电波发生器 冲击高电压试验

多级冲击电压发生器原理接线图 冲击高电压试验

 基本原理 并联充电， 串联放电 冲击高电压试验

冲击电压发生器的起动方式： 自起动方式二：使各级电容器充电到一个略低于 F1 击穿电压的水平上，处于准备动作的状 态，然后利用点火装置产生一点火脉冲，送到点火球隙 F1 中的一个辅助间隙上使之击 穿并引起 F1 的主间隙击穿，以起动整套装置。 冲击高电压试验 自起动方式一：只要将点火球隙 F1 的极间距离调节 到使其击穿电压等于所需的 充电电压 Uc ，当 F1 上的电压上升到等于 Uc 时， F1 即自行击穿，起动整套装。

（三）冲击电压发生器的近似计算 波前 式中波前时间常数 冲击高电压试验

根据冲击视在波前时 间 T 1 的定义 冲击高电压试验

由以上两式可以解得 冲击电压视在波前时间 冲击高电压试验

C 2 上的电压 u 2 可近 似用下式表示 冲击高电压试验

式中波尾时间常数 视在半峰时间 冲击高电压试验

 计算只能作为参考，真正的波形还得依靠实测， 并以其结果为依据进一步调整回路参数，直到获得所需的试验 电压波形为止。 利用所要求的试验电压波形（例如 1.2/50μs ）求出各个回路 参数值：  通常取  的阻值应尽可能取小一些，高效率回路的情况下， 冲击高电压试验

产生雷电冲击截波的原理：  试品上并联一个适当的截断间隙，让它在雷电冲击全波的作用下 击穿，作用在试品上的就是一个截波。  截断装置的要求实放电分散性小和能准确控制截断时间。 冲击高电压试验

二、操作冲击试验电压的产生 国家标准规定：额定电压大于 220kV 的超高压电气设备在出厂试验、型式 试验中，不能象 220kV 及以下的高压电气设备那样以工频耐压试验来等效 取代操作冲击耐压试验。

（ 1 ） 为大大拉长波前，又使发生器的利用系数降低不是很多，需采用高效率回路。 （ 2 ） 计算操作波回路参数时，不能用前面介绍的雷电波时的近似计算法来计算操作波回 路参数；要考虑充电电阻 R 对波形和发生器效率的影响。 （一）非周期性双指数冲击长波 国家标准规定的标准波形为 250/2500μs 。应注意一下两个问题：

（二） 衰减振荡波 采用图 5-25 中 IEC 所推荐的一种操作波发生装置。 冲击高电压试验

三、绝缘的冲击高压试验方法 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法，即对被试 品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压。（ 1.2/50 μS 全 波）。 对变压器和电抗器类设备的内绝缘，还要进行雷电冲击截波 （ 1.2/2 ～ 5 μS ) 耐压试验。 内绝缘冲击全波耐压试验应在被试品上并联球隙，并将它的放电电压 整定得比试验电压高 15 ％～ 20 ％。

冲击高电压试验 发现绝缘内的局部损伤或故障，目前用得最多得监测方法是拍摄变压器中性 点处得电流示波图。 电力系统外绝缘的冲击高压试验通常采用 15 次冲击法，若击穿或闪络的闪数 不超过 2 次，即可认为改外绝缘试验合格。

小 结  冲击高压发生器用来产生试验用的雷电冲击电压波和操作冲击 电压波。  本节介绍了获得雷电冲击电压全波、雷电冲击截波、操作冲击 试验电压的原理及其参数的近似计算。  绝缘的冲击高电压试验方法，重点介绍了三次冲击法和 15 次冲 击法。 冲击高电压试验