工廠供電中電氣設備絕緣電阻測試方法的探討與研究

張彥迪 陳江寧

[摘要]通過對工廠電氣控制中的變壓器、互感器、斷路器、電力電纜和絕緣子絕緣電阻的測試方法的分析,提出電力設備的絕緣電阻測試的基本方法,并分析影響絕緣電阻測量結果的各種因素。

[關鍵詞]電力設備絕緣電阻測試方法變壓器互感器斷路器電力電纜絕緣子

中圖分類號:TM1文獻標識碼:A文章編號:1671-7597(2009)1210009-02

為使工廠供電中的電氣設備能安全運行,除保證在額定電壓下能安全運行外,在系統發生操作過電壓或雷閃過電壓時,也能可靠運行,電氣設備絕緣強度是否合格關系很大。由于電力設備在設計和制造中可能從在著一些質量問題,而且在安裝運輸過程中由于電壓、熱、化學、機械振動等因素的影響也可能出現損壞而造成一些潛伏性缺陷,其絕緣性能會出現劣化,甚至失去絕緣性能,造成故障危害電力系統正常運行。據有關統計,電力系統中60%以上的停電事故是由設備絕緣缺陷引起的。設備絕緣部分的劣化、缺陷的發展都有一定的發展期,在這個期間,絕緣材料會發出各種物理、化學信息來反映絕緣狀態的變化情況。運行人員通過預防性試驗可以在缺陷發展的初級階段就能準確及時地發現并處理,進而預防事故的發生。各種電力設備均通過串聯或并聯方式組合在一起,達到供電要求。這種連接在一起的電力設備組在預防性試驗中需獨立分別進行,例如:電力變壓器、互感器、斷路器、套管、電容器、電力電纜、絕緣子等。

一、絕緣電阻的試驗

(一)絕緣電阻表的接線

圖一用兆歐表測量絕緣電阻接線圖

絕緣電阻表是測量絕緣電阻最常用的儀表。常見的絕緣電阻表根據其電壓等級有500V、1000V、2500V、5000V等幾種;又分為手搖式和電動式兩種。測量絕緣電阻時,對額定電壓為1000V以上的繞組用2500V的絕緣電阻表,其量程一般不低于10000MΩ,1000V以下者用1000V絕緣電阻表。

(二)測量步驟

1.測量前必須將被測設備電源切斷,并對地短路放電,決不允許設備帶電進行測量,以保證人身和設備的安全。

2.消除設備可能感應出高壓電的隱患后,再進行測量。

3.清潔被測物表面,減少接觸電阻。兆歐表接線柱引出的測量軟線絕緣應良好,兩根導線之間和導線與地之間應保持適當距離,以免影響測量精度。

4.測量前要檢查兆歐表是否處于正常工作狀態,主要檢查其“0”和“∞”兩點。即搖動手柄,使電機達到額定轉速120r/min,此時指針應指向“∞”,短接兆歐表L、E端子,此時指針指向“0”位置(搖動手柄的轉速太快會損壞表針);將被試品的地線接于搖表E,同時將被試品的非測量部分短接接地,被試品的另一引線不連至L端,將手柄空搖至額定轉速,指針應指向“∞”,這時表明搖表可正常工作,停搖后,將L引線接到被試品上。如可能產生表面泄露電流,應加屏蔽,接在搖表G端。

5.兆歐表使用時應放在平穩、牢固的地方,且遠離大的外電流導體和外磁場。

6.以120r/min的均勻速度轉動搖表,待指針穩定后讀取絕緣電阻值。

7.測吸收比時,應從絕緣加上全部額定電壓后才開始計時,因此,可在搖表接地側裝一絕緣良好的刀閘,當搖表達到額定轉速時合上刀閘,同時開始計時,在1min內,記錄15s和60s時的讀數,取60s時的讀數為絕緣電阻值。

8.搖動兆歐表時,不能用手接觸兆歐表的接線柱和被測回路,以防觸電,各接線柱之間不能短接,以免損壞。測量完畢后,應立即斷開火線L,然后再停止轉動手柄,以免被試品電容電流反充而損壞搖表,特別是試驗大容量設備更應注意。最后將被試品放電,不少于2min。

9.測量時應記錄當時被試品的溫度,氣象條件和日期。

二、電力變壓器絕緣電阻的測試

測量變壓器繞組絕緣電阻能有效地檢查出變壓器絕緣整體受潮,部件表面受潮或臟污,以及貫穿性的集中性缺陷,如瓷件破裂、引線接殼、器身內有金屬接地等缺陷。測量繞組絕緣電阻時應依次測量各繞組對地和對其他繞組間的絕緣電阻值。測量時,被測繞組各引線端均應短接在一起,其余非被測繞組皆短路接地。絕緣電阻和吸收比的測量順序及部位如表1:

表1變壓器絕緣電阻和吸收比的測量順序和部位

如果變壓器為自耦變壓器時,自耦繞組可視為一個繞組。如三繞組變壓器高、中壓繞組自耦時,則共測三次,測量順序及部位如下:(1)低壓繞組高、中壓繞組及地;(2)高、中、低壓繞組地;(3)高、中壓繞組低壓繞組及地。

測量前后應對變壓器的被測繞組與外殼短路充分放電(t≥2min);對新投入或大修后的變壓器,應充滿合格油并靜止一定時間(一般110KV及以上變壓器靜止20h以上,3～10KV的變壓器需靜止5h以上。);測量時以變壓器頂層油溫作為測量時的溫度。

《規程》并未對絕緣電阻值做具體規定,表2給出允許值供參考,另外可按下列步驟進行:(1)安裝時絕緣電阻值不應低于出廠試驗時的70%;(2)預防性試驗時絕緣電阻值不應低于安裝或大修后投入運行前的測量值的50%;(3)同期同類型變壓器同類繞組的絕緣電阻不應有明顯異常;(4)同一變壓器絕緣電阻測量結果,一般高壓繞組測量值應大于中壓繞組,中壓繞組測量值應大于低壓繞組。

表2油浸電力變壓器繞組絕緣電阻的允許值(MΩ)

三、互感器絕緣電阻測試

互感器在電力系統的電能計量、繼電保護、自動控制等裝置中用于變換電壓或電流,運行數量多,長期處于工作狀態,測量互感器繞組的絕緣電阻的主要目的是檢查其絕緣是否有整體受潮或老化的缺陷。測量電壓互感器和電流互感器絕緣電阻的方法基本相同。

測量時,一次繞組用2500V絕緣電阻表,二次繞組用1000V或2500V絕緣電阻表,非被測繞組應接地。實驗結果可與歷次數據比較,進行綜合分析判斷。一般情況下,一次繞組的絕緣電阻不應低于出廠值或歷次測量值的60%;二次繞組一般不低于10MΩ。當電壓互感器吊芯檢查修理時,應用2500V絕緣搖表測量鐵芯夾緊螺栓的絕緣電阻,不低于10MΩ。測量時,還應考慮并排除空氣濕度、互感器表面臟污、溫度等對絕緣電阻的影響,必要時,用G端子消除表面泄露影響。電容式電流互感器末屏對地絕緣電阻一般不低于1000MΩ。

四、斷路器絕緣電阻測試

對斷路器來講,一般都要求測量其整體的絕緣電阻,即斷路器導電回路對地的絕緣電阻。測量時應采用2500V絕緣電阻表。對空氣斷路器,實際是測量其支持瓷套的絕緣電阻,一般數值很高,最低不得小于5000MΩ。對于少油和多油斷路器還應測量絕緣提升桿(有機材料制成)的絕緣電阻。測量結果不得小于《規程》允許值,如表3。測量提升桿絕緣電阻應在斷路器調整完畢與油箱注油之前進行,以便落下油箱或打開入口接線。斷路器已經充注絕緣油后,為了判斷絕緣提升桿是否受潮,可在斷路器合閘和分閘兩種狀況下分別測量套管引出線對外殼的絕緣電阻。若兩次測量值相近,且不低于表3規定,說明絕緣良好。若合閘狀態下絕緣電阻值遠低于分閘狀態下的值,說明絕緣提升桿受潮。

表3用有機材料制成的斷路器絕緣提升桿的絕緣電阻允許值(MΩ)

五、套管絕緣電阻測試

套管是使高壓引線安全穿過墻壁或設備箱體與其他電力設備相連接。其結構要有較小的體積和較薄的絕緣厚度,尤其套管法蘭處電場強度極不均勻,對其絕緣性能要求較高。

測量絕緣電阻可以發現套管瓷套裂紋、本體嚴重受潮及測量小套管絕緣劣化、接地等缺陷。對已安裝到變壓器本體上的套管,搖測其高壓導電桿對地的絕緣電阻時應連同變壓器本體一起進行,而搖測抽壓小套管和測量小套管對地絕緣電阻可分別單獨進行。由于套管總是從最外層開始受潮,因此測量小套管對地絕緣電阻具有重要意義。《規程》規定搖測小套管對地絕緣電阻應使用2500V絕緣電阻表,其阻值一般不應低于1000MΩ。套管主絕緣的絕緣電阻不應低于10000MΩ。

六、電力電纜絕緣電阻測試

檢查電力電纜最簡單的方法就是測量絕緣電阻。通過測量可以檢查出電纜絕緣受潮老化缺陷,還可以判別出電纜在耐壓試驗時所暴露出的絕緣缺陷。電力電纜的絕緣電阻,是指電纜芯線對外皮或電纜某芯線對其他芯線及外皮間的絕緣電阻。測量時除測量相芯線外,非被測相芯線應短路接地。額定電壓1000V以下的電纜可用1000V絕緣搖表,1000V及以上的電纜用2500V絕緣搖表,6KV以上搖表也可用5000V搖表。

電力電纜的絕緣電阻與電纜的長度、測量時的溫度及電纜終端頭或套管表面臟污、潮濕有很大關系。測量時應將電纜終端頭表面擦拭干凈,并進行表面屏蔽。可將不同溫度時的絕緣電阻值換算為20℃時的值。換算公式:

R20℃=RtKt

式中:

R20℃-換算到20℃時的絕緣電阻值,MΩ;

Rt-溫度為t時實測的絕緣電阻值,MΩ;

Kt-溫度換算系數。

多芯電纜在測量絕緣電阻后,可用不平衡系數來分析判斷其絕緣狀況。不平衡系數等于同一電纜中各芯線絕緣電阻中的最大值與最小值之比,絕緣良好的電纜不平衡系數一般不大于2。

七、絕緣子絕緣電阻的測試

電力系統中使用的大量絕緣子承擔絕緣和機械固定作用。絕緣子在運行中,由于受電壓、溫度、機械力以及化學腐蝕等作用,絕緣性能會劣化,出現不能承受過電壓的零值絕緣子。因此檢測出不良絕緣子并及時更換是保證電力系統安全運行的一項重要工作。測量絕緣電阻可以發現絕緣子裂紋或瓷質受潮等缺陷。絕緣良好的絕緣子的絕緣電阻一般很高,劣化絕緣子的絕緣電阻明顯下降,僅為數十兆歐、數百兆歐甚至幾兆歐。由于絕緣子數量大,用絕緣電阻表搖測其絕緣電阻工作量太大,因此僅在帶電檢測出零值絕緣子位置后,停電更換該零值絕緣子前,為保證準確性才搖測絕緣電阻。《規程》規定,用2500V及以上絕緣電阻表搖測絕緣子絕緣電阻,多元件支持絕緣子的每一元件和每片懸式絕緣子的絕緣電阻不應低于300MΩ。當帶電測出絕緣子為零值絕緣子,但其絕緣電阻大于300MΩ時,應搖測其相鄰良好絕緣子,比較兩者絕緣電阻,若絕緣電阻值相差較大仍應視為不合格。

八、影響絕緣電阻的因素

影響絕緣電阻的因素主要有:1.溫度的影響,一般情況下,絕緣電阻隨溫度的升高而降低;2.濕度和電力設備表面臟污的影響,濕度和臟污可以大大降低絕緣電阻;3.殘余電荷的影響,殘余電荷會造成絕緣電阻偏大或偏小;4.感應電壓的影響,感應電壓強烈時可能損壞絕緣電阻表或造成指針亂擺,得不到真實測量值。

預防性試驗是電力設備運行和維護工作中的一個重要環節,是保證電力系統安全運行的有效手段之一。電力設備的絕緣電阻測試是電力設備預防性試驗中不可缺少的一個步驟。做好絕緣電阻試驗為耐壓試驗做好準備和在設備運行中作為預防設備絕緣事故的檢測手段,保證電力系統安全運行,保證工廠可靠供電。

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作者簡介:

張彥迪(1979-),女,助教,主要從事電力系統自動化專業教學及高電壓技術研究;陳江寧(1981-),男,助教,主要從事電工測量及儀表方面的教學與研究。