淺談發(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻的測試

侯天元

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司，四川樂山 614900)

1 概述

測量絕緣電阻是一項最簡便而又最常用的試驗方法，通常用兆歐表進(jìn)行測量。從測試的儀表來看，由手搖式兆歐表發(fā)展到了數(shù)字式兆歐表;從容量上看，由以往的5000МΩ發(fā)展到現(xiàn)在的幾百GΩ。在實踐中，我們都知道如何測試發(fā)電機(jī)、變壓器的絕緣電阻，但我們在發(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻測試過程中常常會遇到這樣一些問題:這次測得的絕緣電阻比前一次測得的絕緣電阻高或低，絕緣電阻高而吸收比不滿足規(guī)程要求等。筆者針對這些問題作一簡單分析。

2 絕緣電阻測試的原理

從測量絕緣電阻的原理看，當(dāng)在電介質(zhì)上施加直流電壓后，隨時間衰減的電流可以看成由三種電流組成:①漏導(dǎo)電流。漏導(dǎo)電流是由離子移動產(chǎn)生的，其大小決定于電介質(zhì)在直流電場中的導(dǎo)電率，所以，可以認(rèn)為它是純電阻性的電流，漏導(dǎo)電流隨時間增長趨于穩(wěn)定，其大小反映了絕緣內(nèi)部是否受潮，或者是否有局部缺陷，或者表面是否臟污。因為這些原因都會引起漏導(dǎo)電流增加，因而其絕緣電阻減小。②幾何電流。它是在加壓時電源對電介質(zhì)的幾何電容充電時的電流，所以稱之為幾何電流或電容電流。它是由快速極化過程形成的位移電流，由于快速極化是瞬時完成的，因而這種電流瞬時即逝，很快趨于零。③吸收電流。吸收電流是一個隨加壓時間的增長而減少的電流，不過它比幾何電流衰減慢的多，這是因為吸收電流是緩慢極化產(chǎn)生的，其值取決于電介質(zhì)的性質(zhì)、不均勻程度和結(jié)構(gòu)。

將漏導(dǎo)電流、幾何電流、吸收電流三者相加并繪出一條電流隨時間變化的曲線，我們將其稱之為吸收曲線(圖1)。

圖1 在直流電壓下電介質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生的三種電流總和隨時間變化曲線圖

可見，曲線經(jīng)過一段時間后趨于漏導(dǎo)電流曲線，因此，在用兆歐表進(jìn)行測量時，必須等到兆歐表指示穩(wěn)定后才能讀數(shù)。通常認(rèn)為:經(jīng)過1min后漏導(dǎo)電流趨于穩(wěn)定。由于流過絕緣介質(zhì)的電流有表面電流和體積電流之分，而表面電流只反映表面狀態(tài)，因此可以將其屏蔽掉。因此，絕緣電阻確切的定義為:作用于絕緣上的電壓與穩(wěn)態(tài)體積電流之比，即:

式中 IW為穩(wěn)態(tài)時的體積泄漏電流;U為作用于絕緣上的電壓;Rj為絕緣的體積電阻。

根據(jù)上述原理進(jìn)行分析，我們可以通過測得被試品在1min時絕緣電阻的大小來檢測出絕緣是否存在有貫通性的集中缺陷、整體受潮或貫通性受潮。［1］

3 發(fā)電機(jī)、變壓器繞組絕緣電阻測試中應(yīng)注意的

事項

3．1 電容量小的被試品的吸收比小是正常的

2010年7月，在XX水電廠#1廠變(型號為:SCB10-630/13．8)交接性試驗中，使用ZC11D—10型(2500V、0～2500МΩ)搖表，在溫度25℃、濕度75%情況下，測得該變壓器高壓側(cè)繞組的絕緣電阻為:R15″=750 МΩ、R60″=750 МΩ，吸收比等于1。根據(jù)公式Rj=U/IW，可見IW很快趨于穩(wěn)定，而IW由i1、i2、i3三部分組成。i1為幾何電流，很快趨于零;i2為吸收電流，緩慢減小;i3為漏導(dǎo)電流，基本恒定。因為i2吸收電流受被試品電容量大小的影響，從公式中可以看出:i2減少的也快，說明該變壓器高壓側(cè)繞組的電容量偏小。從理論上看，被試品的吸收比試驗適用于較大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器。

3．2 大容量的被試品需要測試極化指數(shù)

2012年11月22日，在XX水電廠#1機(jī)組預(yù)防性試驗中，在溫度為22℃、濕度為45%時測得3×63MW的發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻(絕緣為環(huán)氧云母)數(shù)據(jù)見表1。

我們知道，測量被試品的吸收比能檢測出被試品的受潮程度。根據(jù)規(guī)程:環(huán)氧云母絕緣的定子繞組吸收比不應(yīng)小于1．6或極化指數(shù)不小于2。［2］通過表1可以看出所測得的吸收比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1．6，但不能作為判斷發(fā)電機(jī)定子繞組的受潮程度。因為在1min時定子繞組的絕緣電阻還沒有穩(wěn)定下來，所以，對于大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器繞組，應(yīng)測試其極化指數(shù)。

表1 XX水電廠#1發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測試數(shù)據(jù)表

3．3 濕度對絕緣電阻的影響特別大

2012年12月25日下午(溫度為10℃，濕度為90%)，在XX水電廠220kV、75000kVA#2變壓器預(yù)防性試驗中，測得高壓繞組對低壓繞組及地的絕緣電阻為6000МΩ。26日中午，又重新測其絕緣電阻大于16000МΩ(此時溫度為15℃，濕度為70%)。從測量絕緣電阻的原理看，25日下午溫度低，不會導(dǎo)致測量結(jié)果偏大，只有濕度會引起測量結(jié)果偏大，因為當(dāng)時潮氣大，表面泄漏必然大，即IW較大，故測得的絕緣值低。所以，我們測量絕緣電阻一般要求在干燥、晴天進(jìn)行，盡管規(guī)程規(guī)定測量時濕度應(yīng)小于80%［2］，但為測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡量在晴天，溫度高于5℃、濕度小于70%以下進(jìn)行。

3．4 容量不同的兆歐表對大電容被試品測得的結(jié)果不一致，對電容小的被試品測得的結(jié)果卻相近

表2是2010年11月YY水電廠#1機(jī)組預(yù)試中用兩只兆歐表(兆歐表一:ZC11D-10，最大輸出電流值0．28 ～0．3mA;兆歐表二:PC27-2H，最大輸出電流值2mA)測得的3×15MW的發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻的數(shù)據(jù)(溫度為15℃，濕度為65%)。

表2 YY水電廠#1發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測試數(shù)據(jù)表

對表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出兆歐表容量不同測得大容量被試品的結(jié)果不一致。但是，對電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測得的結(jié)果卻相近。

表3是對YY水電廠一臺干式變壓器高壓側(cè)繞組絕緣電阻測試的結(jié)果，該變壓器的型號為:SCL—298/12．5，容量295kVA，接線組別為 YD—11。

對表3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出對電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測得的結(jié)果卻相近。

表3 YY水電廠——干式變壓器高壓側(cè)繞組絕緣電阻測試數(shù)據(jù)表

通過對表2、表3進(jìn)行綜合分析得知，兆歐表的容量對大電容試品測得結(jié)果的影響較大。筆者從測量絕緣電阻的原理分析造成這種現(xiàn)象的原因。根據(jù)Rj=U/IW，對于大電容被試品，容量大的兆歐表能提供大的輸出電流，吸收電流i2衰減的就快些，也就是說充電時間短些。而容量小的兆歐表不能提供大的輸出電流，吸收電流衰減就慢得多，所以，容量大的兆歐表對具有良好絕緣的大電容試品來說測得的絕緣往往高些，因此，一般推薦選用最大輸出電流1mA以上的兆歐表。為便于比較，對同一設(shè)備進(jìn)行測量時，應(yīng)采用同一型號的兆歐表。

3．5 注意溫度的影響

一般在溫度升高時，加速了電介質(zhì)內(nèi)部離子的運(yùn)動。被試品內(nèi)的水分在低溫時與絕緣物結(jié)合得較緊密;當(dāng)溫度升高時，在電場作用下水分向兩極伸長，這樣，在纖維物質(zhì)中，呈細(xì)長線狀的水分粒子拉長，使其電導(dǎo)增加，從而降低了絕緣電阻。一般情況下，應(yīng)盡可能在相近溫度下測試絕緣電阻，因為進(jìn)行溫度換算會受被試品材料、新舊程度、干燥程度等因素影響，將導(dǎo)致較大誤差。

3．6 被試品受潮和表面臟污將影響測量結(jié)果

被試品受潮和表面臟污將影響測量結(jié)果，因為其表面泄漏電流將增大。

3．7 將被試品充分放電

對于吸收現(xiàn)象顯著的被試品在試驗前后的放電時間不少于5min。對于10000pF以上的大容量設(shè)備要求在試驗前后先充分放電10min。如果被試品存在殘余電荷，當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相同時，會使測量結(jié)果虛假的增大;當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相反時，會導(dǎo)致測量結(jié)果不真實，可能增大或減小。

除此之外，我們在測試發(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻中還應(yīng)注意以下問題:根據(jù)被試品的電壓等級，正確選擇兆歐表的電壓;校驗兆歐表是否指零或無窮大;兆歐表需要放置平穩(wěn)、牢固;被試品的連線不能絞接或觸地(手搖式兆歐表或者測試導(dǎo)線不帶屏蔽線的數(shù)字式搖表);兆歐表的L端和E端子的接線不能對調(diào)，屏蔽環(huán)裝設(shè)位置應(yīng)靠近E端子，應(yīng)設(shè)法消除外界電磁場干擾引起的誤差;在使用手搖式兆歐表測試中，搖柄應(yīng)由慢漸快120 r/min勻速轉(zhuǎn)動。

4 對測試結(jié)果的判斷

在排除了人為因素與外界因素后，筆者對測得的結(jié)果進(jìn)行了分析判斷:(1)所測得的絕緣電阻值應(yīng)大于規(guī)程規(guī)定的允許數(shù)值;(2)將測得的結(jié)果與有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，觀察絕緣電阻發(fā)生變化的趨勢，通常可用來作比較的數(shù)據(jù)包括:同一設(shè)備各相間的數(shù)據(jù)、同類設(shè)備間的數(shù)據(jù)、出廠試驗數(shù)據(jù)、耐壓前后等;(3)如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)查明原因或與其他測試結(jié)果進(jìn)行綜合分析、判斷。

5 結(jié)語

雖然測量絕緣電阻是一項簡單的工作，但要準(zhǔn)確判斷發(fā)電機(jī)、變壓器繞組是否存在絕緣缺陷，就必須選擇好兆歐表、正確的操作方法并結(jié)合被試品的容量、溫度、濕度、表面臟污以及往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、判斷。

［1］ 陳化鋼．電氣設(shè)備預(yù)防性試驗方法［M］．北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社，2001．

［2］ 電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程，DL/T596-2005［S］．