電力電氣設備預防性試驗方法的分析

何旭亮，蘇 波

（廣東電網公司佛山供電局，528000）

0 引言

在現代生活中，電的應用在人們生活中具有不可或缺的作用。而在電力電氣材料中，主要包括導電體、半導電體及絕緣體三種材料。其中，絕緣體材料的應用是保證電力設備安全運行的關鍵。因此，為了避免電力引起的事故，就應該防止電氣設備絕緣材料的失效。為此，需要對電力電氣設備的絕緣性能進行有效的試驗，以明確設備的絕緣效果，對保證電力電氣設備的安全運行具有重要的意義。

1 絕緣材料的概述

絕緣材料的作用是進行帶電與不帶電導體之間的隔離，保證電流按照既定的電路流動。電力設備絕緣性能的好壞應從兩個方面進行考慮：（1）電氣設備本身的絕緣性能比較差，存在絕緣缺陷。如變壓器，當其絕緣性能較差時，說明其本身并非合格。當絕緣油中存在水分或者其他雜質時，電力設備的絕緣性能也是無法滿足絕緣標準的。（2）電力電氣設備在長時間的運行中受到內外部因素影響而發展起來的，如電壓過高、機械力、熱效應、潮濕及化學反應等。因此，在電力電氣設備的日常監測中，一旦發現設備的絕緣性能下降時，必須及時更換絕緣件及變壓器除污、加油等，以保證電氣設備的絕緣性能。

2 絕緣電阻的分析

在絕緣結構與絕緣材料中，且主要的電性參數分別為絕緣電阻率與絕緣電阻。絕緣材料在生產及使用的過程中，為了了解其絕緣性能的好壞，需要經常對其絕緣電阻率進行測定，其中包括體積與表面電阻率的測定。采用兆歐表進行絕緣電阻的測量，其測量方法就是在絕緣材料的導電位置與其殼體間進行絕緣電阻表高壓端及測量回路的連接，通過擺動搖柄，使發電機完成發電，見圖1。

圖1 絕緣電阻的測量

進行設備絕緣性能的測量，其實也就是給被測物施加一定的電流電壓，對其通過的泄漏電流進行測量，以在兆歐表中讀出絕緣電阻值。因兆歐表中的端電壓比較低，因此可施加較高的電壓，對進行泄漏電流的有效測量，并能有效檢測出設備的絕緣缺陷。該方法也可以作為絕緣電阻測量的方法，但所采用的參數是不一樣的。

3 絕緣材料介質擊穿強度的分析

采用耐壓試驗儀對電氣設備絕緣材料的耐受交流程度及直流電壓的耐受程度進行試驗。如果往絕緣材料中加入的電場強度已高出其臨界值時，就會導致從電介質處通過的電流在短時間內劇增，從而對絕緣材料造成嚴重的破壞，使電氣設備的絕緣性能完全消失，這種現象也就是電介質的擊穿。其中，沿絕緣材料的分布，交流電壓與電容量之間呈反比；而直流電壓則與電阻之間呈正比。正由于這一特點，能有效檢查出電氣設備的不同絕緣弱點。其中，交流電耐壓試驗能更加有效地檢查出電機槽部與其出槽口處的絕緣缺陷；而直流耐壓試驗則能更加有效地檢查出電機頂部存在的絕緣缺陷，同時還可以進行絕緣材料局部缺陷及大容量等問題的監測。試驗所采用的儀器為耐電壓測試儀，也就是介質擊穿裝置。該試驗方法主要是通過在絕緣材料的導電位置與其殼體間的施加耐電壓測試儀所輸出的高電壓，且根據國家的電氣設備標準進行一定時間段的施加，通常為1分鐘。試驗方法見圖2。

圖2 耐壓試驗接線圖

因在交流耐壓試驗中采取的測試電壓比正常的工作電壓要高出幾倍甚至十幾倍，因此對于絕緣性能較差的試驗材料而言，是無法耐受該試驗電壓的。因此，對于一些造價較高的試驗材料而言，在其進行該試驗之前，必須要對其進行絕緣電阻的測量、直流泄漏的測定。一旦檢查出絕緣材料存在絕緣缺陷，必須進行及時、合理的綜合分析及判斷，以準確判斷出該試驗材料能否接受交流耐壓試驗中的過電壓，并對試驗材料進行再次試驗，以減少對試驗材料的損傷及破壞。

4 電介質的損耗

在電場的影響下，絕緣材料因介質電導與介質極化產生的滯后效應，使材料內部中出現了大量的能量消耗，這種現象也就是介質損失，也稱介損。其中，電介質損耗的作用就在于：在變電場作用下，使 電介質內部產生大量的熱量能量，而這些能量的存在會引起電介質的溫度迅速提高，導致出現發熱量超出散熱量的惡性循環現象，從而導致電介質出現熔化及燒焦等現象，使其絕緣性能完全消失。因此，在電氣絕緣材料中，尤其是應用在高電場強度場合的絕緣材料，必須要盡可能采取介質損耗因數，也就是電介質損耗角正切tgδ比較低的材料。其是電介質損耗和其電介質無功功率的比值，即：

用公式表示，即：

如圖3-1為被試絕緣材料，其在交流電場下，可相當于一個純電阻與純電容之間的并聯值，而其相量圖如圖3-3所示。而并聯等效電路（如圖3-2所示）中的介質損耗因數與其有功損耗為：

若是純電阻與純電容之間的串聯，或在兩個介質損耗點以上，其模擬的情況和并聯的效果相同。如完成注油的電力變壓器的主要組成部分包括：絕緣油、變壓器本身及其陶瓷管。若要對其整體進行介質損耗值的測試，以明確其絕緣性能的好壞情況。因此只需將測量的介質損耗值分開，另行相加求和即可。因此，當外部施加的交流電壓與頻率保持在一定值時，電介質中的有功損耗P和其損耗因數通過tgδ，與被試品的電容C呈正比。另外，對于一些被試品而言，電容C就是一個定值。所以，在同種類型的絕緣材料中，其絕緣性能的好壞可直接根據tgδ值進行判斷。由此可見，通過查閱相同類型試品的tgδ歷史數據，即可有效了解絕緣材料性能的發展。

圖3-1 絕緣示意圖

圖3-2 并聯等效電路圖

圖3-3 相量圖

總而言之，判別電氣絕緣材料性能的差劣是比較復雜的。如在不均勻介質中產生的計劃現象，可采用物理量介電常數εr來表示，其介電常數與電介質極化能力呈正比，常數越大，極化能力越強。在電氣設備中，其絕緣材料中的介電常數變化主要受到電源頻率及溫濕度的影響。另外，大氣壓力也會對氣體絕緣材料的介電常數造成影響，壓力與介電常數呈正比，壓力越大，介電常數越大。

因此，可直接根據吸收比的大小對絕緣材料的內部缺陷及受潮程度等進行有效的判斷。主要是由于當向絕緣材料施加直流電流時，其電流的泄漏量會不斷增加，且隨著充電過程的不斷加快，其吸收比值逐漸減小，并逐漸趨向于1。如發電機定子繞組在相對干燥的條件下，其在10℃～30℃環境下的吸收比明顯超出1.3；而極化指數的時間比較長，從而有效、準確反映出介質的吸收過程。因此，在大型電氣設備的絕緣受潮問題中，相對于吸收比的判斷，采用極化指數進行判斷的準確性更高。

5 結束語

通過簡單介紹一些電力電氣設備的預防性試驗，可見各種試驗均存在一定的優勢。因此在實際的電力電氣設備試驗中，應嚴格根據國家規定的預防性試驗方法進行，并加強對試驗設備的靈活應用，以對設備的絕緣性能進行科學、有效、準確的判斷，有利于及時、有效發現問題及處理，對保證電力電氣設備的正常、安全運行具有重要的意義。

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