大中型水庫電氣設備絕緣電阻測量

何繼業 許旭東 陳世杰 吳俊欣

大中型水庫電氣設備絕緣電阻測量

何繼業1許旭東2陳世杰3吳俊欣3

水庫是我國水利工程重要的基礎設施之一，特別是大中型水庫對社會發展與穩定起著重要的作用。水庫電氣設備的安全穩定影響著水庫效益的發揮，問題嚴重時會給人民生命財產帶來威脅。因此，加強對大中型水庫的電氣設備的檢測尤為重要。

測量電氣設備的絕緣電阻，是檢查其絕緣狀態最基本的方法之一，也是不可缺少的試驗項目。測量設備的絕緣電阻，可以初步判斷主絕緣是否受潮，有助于發現電氣設備中影響絕緣的異物以及絕緣擊穿和嚴重過熱老化等缺陷。

一、大中型水庫主要電氣設備

根據電氣設備的作用不同，可將水庫電氣設備分為一次設備和二次設備。電氣一次設備指的是直接用于生產、輸送、疏導、分配和消耗電能的電氣設備，其中主要包括發電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、互感器、電力電纜、電動機、避雷器等。電氣二次設備是指對一次設備的工作進行監測、控制、調節、保護以及為運行維護人員提供運行工況或生產指揮信號所需的低壓電氣設備，主要包括繼電器、測量儀表、控制和信號開關、自動裝置、控制電纜等。

通常從高壓母線引電纜至站用變壓器作為水庫設備常用電源，配套柴油發電機組作為備用電源，并用電纜引入低壓進線柜進行動力切換，并設電容補償柜。通過母線排傳至設備控制開關，最后通至主電動機、電動蝶閥及照明燈等水庫運行設備，主接線圖如1所示。

圖1 某水庫電氣主接線圖

二、基本原理

絕緣電阻Ri是指在絕緣體的臨界電壓以下，施加直流電壓U-時，測量其所含的離子沿電場方向移動形成的電導電流Ig，應用歐姆定律所確定的比值，即Ri=U-/Ig。但是當絕緣體上施加直流電壓以后，便會產生三種電流，電導電流Ig、電容電流Ic、和吸收電流Ia，如圖2所示。因此，實際上絕緣電阻為：

這三種電流的變化能反映出絕緣電阻值的大小，通常隨著加壓時間的增長，這三種電流的總和下降，而絕緣電阻值相應增大。因為總電流隨時間衰減，經過一定時間后，Ia和Ic衰減接近于零，整個電路的電流才趨于電導電流的數值，所以通常要求在加壓1min(或10min）后讀出數值，才能代表比較真實的絕緣電阻。

一般將60s和15s時絕緣電阻的比值R60/R15稱為吸收比。有時候吸收比尚不足以反映絕緣介質的電流吸收全過程，為了更好地判斷絕緣情況，可以采用較長時間的絕緣電阻進行衡量，即10min和1min絕緣電阻的比值，稱為極化指數。

三、測量方法

1.使用儀表

測量電氣的絕緣電阻、吸收比和極化指數可使用兆歐表，通常的兆歐表有手搖式、電動式和數字式幾種。選擇測量儀表型號主要考慮的是其電壓等級，對100V以下的電氣設備或回路，采用250V的50MΩ及以上兆歐表；100～500V的電氣設備或回路，采用500V的 100MΩ 及以上兆歐表；500～3000V的電氣設備或回路，采用1000V的2000MΩ及以上兆歐表；3000～10000V的電氣設備或回路，采用2500V的10000MΩ及以上兆歐表；10000V及以上的電氣設備或回路，采用2500V或5000V的10000MΩ及以上兆歐表。

圖2 絕緣體等值電路圖

2.測量步驟

電氣試驗要求有兩人以上進行操作，在測量絕緣電阻前要斷開設備電源，并拆除一切對外接線，將其充分放電。檢查兆歐表是否正常，將兆歐表放置平穩，轉動至額定轉速，此時兆歐表指針應指向“∞”，再用導線短接兆歐表的火線和地線端頭，其指針應指零。假如指針有較大偏差則說明儀器內有故障，應將故障排除再進行測量。通常采用相應等級的兆歐表，對大中型水庫主要一次設備進行檢測。

（1）變壓器

首先應將高壓側的進線電纜和低壓側的出線母排拆除，若低壓側連接一些控制電纜亦需要拆除，非被測試繞組引線端均短路接地。非被測繞組接地其主要優點是：可以測量出被測繞組對地和非被測繞組間的絕緣狀態；同時能避免非被測繞組中，由于剩余電荷對測量的影響。采用相應型號的兆歐表依次測量各繞組對地及繞組間的絕緣電阻，測量部位可按表1進行，同時記錄15s、60s、600s絕緣電阻值。測量完畢后，在兆歐表仍保持額定轉速下斷開火線，然后斷開地線，以防止對兆歐表反充放電損毀表計。每測一次絕緣電阻，都應在結束后采用接地線對被測繞組充分放電以后才能拆線、接線，進行下一步操作。對于變壓器這樣的大型設備，一般不是僅以絕緣電阻值來判斷絕緣狀態，測量吸收比和極化指數更能準確地判斷設備是否受潮或存在貫穿性缺陷。

（2）電動機

電動機的絕緣測試工作中，測量定子繞組絕緣電阻和吸收比是一種最常用的檢查絕緣狀態的方法。試驗時，電動機本身不得帶電，端口出線必須和外部連接母線以及其他連接設備斷開，盡可能避免外部影響，并將被測定子繞組充分放電。測量時將火線和被測繞組的導體連接，地線和電動機外殼接觸（電動機外殼必須接地良好），同時記錄絕緣電阻值。

（3）電力電纜

測量電纜時首先應斷開進線處隔離開關，對所測電纜充分放電，并拆除電纜兩頭對外接線，用清潔干燥的布擦凈電纜頭，選擇合適量程的兆歐表，火線連接電纜頭，地線連接接地體，逐相測量。為了測量準確，應在電纜芯端部絕緣上或套管端都裝屏蔽環并連接兆歐表的屏蔽端。低壓電纜或電纜較短時讀數很快就趨于穩定值，而高壓電纜或電纜較長時一般取15s和60s的讀數。

3.注意事項

（1）溫度和濕度的影響

溫度對絕緣電阻的影響很大，原因在于當溫度升高時，絕緣介質中的極化加劇，電導增加，致使絕緣電阻降低，應根據相關公式進行換算。因此，測量時必須記錄溫度。

濕度對表面泄漏電流的影響很大，絕緣表面吸附潮氣，增加電導，使絕緣電阻顯著降低，所以進行絕緣試驗時應盡量在天氣干燥的情況下進行。

（2）放電時間的影響

每測完一次絕緣電阻，應將被試品充分放電，將剩余電荷放盡。否則，在重復測量時，由于剩余電荷的影響，其充電電流和吸收電流將比第一次測量時小，因而造成吸收比減小、絕緣電阻增大的虛假現象。因此，對于電容量較大的設備在測量以后，要經過五分鐘甚至更長時間放電才能進行下一次測量。

（3）安全問題

測量電氣設備時應注意人身安全，對設備放電時應使用絕緣工具，佩戴絕緣手套和絕緣鞋，切勿用手直接接觸放電導線。在測量前必須先斷開進線處總開關，確保設備不帶電的情況下才能進行下一步操作。

表1 測量變壓器絕緣電阻接線（雙繞組式）表

四、測量結果的判斷

有關絕緣電阻標準，除對少數結構比較簡單和部分低電壓設備規定了最低值外，對多數高壓電氣設備的絕緣電阻值不作規定。

除了測得的絕緣電阻值很低，試驗人員認為該設備的絕緣不良，在一般情況下，試驗人員應將同樣條件下的不同相絕緣電阻值進行比較，不應有明顯差別，或以同一設備歷次試驗結果(在可能條件下換算至同一溫度）進行比較，不應有顯著降低（例如降低至70%），結合其他試驗結果進行綜合判斷。需要時，應對被試品各部位分別進行分解測量（將不測量部位接屏蔽端），便于分析缺陷部位。

五、結語

綜上所述，本文結合理論分析和工程實踐經驗，介紹大中型水庫電氣設備主要包括變壓器、電動機、電力電纜絕緣電阻測量方法，分析了溫度、濕度、放電時間對絕緣電阻的影響及測量結果的判斷方法。通過對水庫電氣設備絕緣狀態的判斷，為水庫安全穩定運行提供保障

（作者單位：1.江蘇省水利工程建設局 210029 2.江蘇省水利科學研究院225009 3.揚州大學水利與能源動力工程學院 225127）