電氣設備絕緣的高電壓試驗與安全防護措施

蘇毅

（中國南方電網超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006）

1 引言

電氣設備絕緣的高電壓試驗對于電氣設備的安全穩定運行具有重要意義。電氣設備絕緣在長期運行中不但受到工作電壓還會收到各種過電壓的影響，所以高壓實驗室中通過模擬工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓來檢測各種設備的絕緣耐壓能力［1－7］。

高電壓試驗在高電壓下進行試驗，其安全問題至關重要，高電壓試驗中的安全防護問題必須引起注意［8，9］。

2 工頻高電壓試驗

工頻高電壓試驗是檢測電氣設備絕緣常進行的試驗，其好處在于不僅可以檢驗設備絕緣在工頻電壓下的性能，而且還可以檢驗設備對操作過電壓與雷電過電壓的承受能力，可以避免進行雷電沖擊和操作沖擊試驗的設備儀器和實驗技術的復雜與高難度。

進行工頻高電壓試驗時，工頻高電壓一般采用高壓試驗變壓器或者將其串聯起來產生，對于容量較大的被試品，如電容器、電纜等，可以采用串聯諧振回路來獲得工頻高電壓。

工頻高電壓裝置是高壓試驗室中最基本的設備，也是產生其他類型高電壓設備的基礎部件。試驗變壓器一般為油浸式變壓器，工作原理與一般電力變壓器相似，但是結構和工作條件有較多不同。

（1）試驗變壓器容量一般不大

其高壓側電流I與額定容量P取決于被試品的電容大小:

式中:C—被試品與試驗變壓器的電容；

f—電源頻率；

u—試驗電壓。

被試品擊穿或者放電時只需要提供給被試品電容電流；如果被試品被擊穿時，開關會立即切斷電源，不出長時間出現短路電流。

（2）試驗變壓器應有較強的絕緣

由于需要產生的工頻電壓很高，要求試驗變壓器必須有較強的絕緣。但是其絕緣裕度不需要太大，因為其在試驗室內工作，與一般電力變壓器不同，不會受到雷電與操作過電壓。

（3）試驗變壓器體積不大

試驗變壓器的額定電壓較高，但是一般容量不大，所以其本體不大，外觀上的一個明顯特點是高壓套管長而大。

（4）試驗變壓器的結構較簡單

試驗變壓器與一般電力變壓器相比運行時間較短，發熱較輕，不需要有復雜的冷卻系統，因而在額定功率與額定電壓下不宜長時間運行。

當所需的工頻試驗電壓較高時，單臺試驗變壓器由于絕緣難度和造價的問題，就不滿足試驗要求，一般采用幾臺試驗變壓器串級的方式產生高電壓，常用的串級方式是自耦式連接，高一級變壓器的勵磁電流由前一級高壓繞組的累接繞組供給。

工頻高壓試驗的基本電路圖如圖1所示，其以試驗變壓器或其串級裝置為主要設備。

圖1 工頻高壓試驗基本電路圖

圖中:AV為調壓器；

PV1為低壓側電壓表；

PV2為高壓靜電電壓表；

T為工頻高壓試驗變壓器；

Lf與Cf組成濾波器；

R1為變壓器保護電阻；

F為測量球隙；R2為測量球隙保護電阻；

TO為被試品。

具體的試驗方法如下:在被試品上按規定的速度提高電壓，提升到額定電壓，開始計算時間。為了發現有缺陷的被試品的局部放電與擊穿，提升到額定電壓后需要持續一段時間，工程中一般取1min，如果在這段時間內沒有出現絕緣擊穿或者局部損傷的現象，就可以認為該被試品的工頻耐壓試驗合格。

3 沖擊高電壓試驗

電氣設備絕緣的沖擊高電壓試驗與工頻高電壓試驗相比，測試儀器與實驗設備要求較高、投資大，測試技術也比較復雜，在工程試驗中沖擊耐壓試驗一般不列入設備絕緣預防性試驗中，但為了研究電氣設備的雷電過電壓與操作過電壓的絕緣性能，在很多高電壓試驗室中都裝設了沖擊高電壓發生器，用來產生操作沖擊電壓波與雷電沖擊電壓波。

沖擊高電壓試驗用的標準雷電沖擊全波采用的是非周期性雙指數波，表示形式如下:

式中:τ1—波尾時間常數；

τ2—波前時間常數。

沖擊電壓發生器的常用回路如圖2所示。

圖2 沖擊電壓發生器回路

以圖2為基礎，近似分析輸出電壓波形與回路元件參數之間的關系，C2上的電壓可表示為:

其中:

由于C1＞＞C2，則:

根據沖擊電壓波前時間T1的定義，可知:當t=t1時，u2（t1）=0.3U2m；當t=t2時，u2（t2）=0.9U2m，則:

或:

而且:

或:

由式（8）和（9）可得:

則:

解出:

C2上的電壓可表示為:

其中:

計算化簡后得:

電氣設備絕緣的沖擊高電壓試驗采用三次沖擊法，對被試品施加三次負極性與三次正極性沖擊試驗電壓，對電抗器與變壓器類的電氣設備還需要進行沖擊截波的耐壓試驗。

3 高電壓試驗的安全防護措施

高電壓試驗中的安全問題至關重要，因為在高電壓下進行試驗，可能由于工作人員的疏忽，人體與帶高電壓設備部分的距離小于安全距離時，極有可能發生人身傷亡事故。而且由于錯接試驗電路或錯加更高的試驗電壓，很可能使被試設備或試驗設備發生損壞。

為了有效防止意外事故的發生，必須做好以下各項安全技術措施:

（1）在進行高電壓試驗前，充分作好預備工作，擬定好實驗方案，必須嚴格執行《電業安全工作規程》中的相關內容；

（2）在進行試驗之前，試驗負責人應對每個參加試驗的人員明確分工，具體說明有關安全的注重事項；

（3）高壓試驗工作必須有兩人以上共同配合，才能開展工作，并應明確其中有經驗的一人為試驗負責人，負安全責任；

（4）試驗設備的容量，儀表的量程必須在試驗前考慮合適，儀表的轉換開關、插頭和調壓器及滑桿的轉動方向，必須判明且正確無誤；

（5）試驗裝置的電源開關應使用明顯斷開的雙極開關，以便區分合閘或分閘兩種工作狀態，交直流耐壓、直流泄漏電流試驗的電源應裝設可靠的過流保護裝置，最低限度也應裝設熔斷件或瞬時電流脫扣開關以及紅綠指示燈；

（6）高壓試驗一般由較低一級的試驗人員負責接線，之后由試驗負責人負責檢查；

（7）試驗設備和被試驗設備的金屬外殼均應接地，高壓試驗引線應盡量縮短，截面應足夠大；

（8）試驗結束后，應拆除自裝的接地短路線，恢復被試設備實驗前的接線，拆除安全網并清理和檢查現場，不應遺忘工具和其他物件，確保被試設備和場地恢復試驗前的狀況。

5 結束語

電氣設備在制造、運輸、安裝和運行中都有可能會產生絕緣缺陷，特別是在長期運行過程中，電氣設備受到電場、熱效應、機械應力、化學腐蝕以及環境條件等因素的影響，其絕緣品質將逐漸劣化，極可能導致絕緣系統的破壞，因此做好電氣設備的高壓試驗工作至關重要。

［1］李光范，王曉寧，李鵬，等.1000kV特高壓電力變壓器絕緣水平及試驗研究［J］.電網技術，2008，32（3）:l－6.

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［3］賀以燕.工頻高壓試驗設備的現狀及其發展（下）［J］.變壓器，1994，6:2 －6.

［4］張文亮，張國兵.特高壓GIS現場工頻耐壓試驗與變頻諧振裝置限頻方案原理［J］.中國電機工程學報，2007，27（24）:1 －4.

［5］張文亮，張國兵.特高壓交流試驗電源特點探討及比較［J］.中國電機工程學報，2007，27（4）:1 －4.

［6］華中工學院，上海交通大學.高電壓試驗技術［M］.北京:水利電力出版社，1985.

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［8］仲崇山，韓筱慧，吳冰，等.高壓試驗人身安全防護系統的研制［J］.華中電力，2009，22（5）:25 －28.

［9］曹小龍，曹小虎，吉玲，等.高壓試驗工作中應重視的安全問題［J］.電力安全技術，2010，12（12）:55 －57.