地鐵車輛耐壓試驗方法研究

王宇鑫

（長春長客-龐巴迪軌道車輛有限公司，吉林 長春 130062）

0 引言

隨著科學水平的不斷發展，我國交通建設發展迅速，軌道交通普及較快，規模較大，不斷改善了人們的出行便捷性，目前地跌、輕軌在各種交通方式中占據極其重要的位置。在地鐵投入正常使用之前，對其進行完整的試驗過程必不可少，其中耐壓試驗極為重要。

耐壓試驗是指通過各類試驗方法檢驗電氣設備、電氣裝備及相關儀器儀表、電氣線路、電氣線纜能夠承受電壓的能力。地鐵車輛耐壓是對所用線纜施加高電壓進行絕緣功能測試，從而避免車輛在正常行駛過程中，線纜出現絕緣擊穿及短路、斷路等問題造成車輛故障，事故發生和人員傷亡[1]。

耐壓試驗主要包括交流耐壓試驗和直流耐壓試驗2 種。二者各有特點，無法相互代替。目的都在于檢測設備、裝置、線路和線纜的絕緣性能。

1 直流耐壓試驗

在直流電壓的作用下，絕緣介質中的電壓根據絕緣電阻系數進行分布，當絕緣存在局部缺陷時，大部分直流電壓施加在與缺陷串聯的未損壞的那部分上面，因此，損壞部分容易暴露出來，直流耐壓試驗比交流耐壓試驗易于發現線纜等局部的缺陷[3]。

1.1 原理

主要原理如下。1）參照地鐵車輛的直流測試電壓的標準，施加一定等級的直流試驗電壓。通過對泄漏電流的測試，可以發現局部損傷、絕緣油劣化等各類絕緣缺陷，比傳統的絕緣電阻表測試絕緣電阻更為簡單和精確，同時更容易發現問題[2]。2）泄漏電流與加壓時間的長短具有某種關系，實際上也就是吸收電流與加壓時間的長短有某種關系，會隨其變化而變化。在標準規定的直流試驗電壓下，當絕緣受環境影響（如潮濕等）或有某種缺陷時，電流隨加壓時間下降得比較慢，兩者不是線性關系，曲線圖可以直觀地表現出來；而正常良好的絕緣，從曲線圖中可見電流與施加電壓在一定范圍內表現出線性關系。因此，做出泄漏電流與施加電壓之間的關系曲線，通過對比分析，可以直觀便捷地發現某些缺陷。

1.2 特點

主要特點有3 個。1）直流試驗電壓較高，并可隨意調節。2）可以用精度和靈敏度較高的電流表多次重復測試泄漏電流，并完成對比。 3）根據泄漏電流可以換算出絕緣電阻值。

圖1 微安級電流表接在高壓試驗圖

圖2 微安級電流表接在低壓試驗圖

圖3 倍壓整流電路試驗圖

1.3 方法

測試泄漏電流時經常應用半波整流電路完成。半波整流電路包括了交流電源、整流電路、保護電阻和微安級電流表。微安級電流表用于測量泄漏電流，表的量程根據需求適當選擇。測試方法包括以下4 種。1）微安級電流表接在高壓側。其試驗圖如圖1 所示。其中，TR 為自耦調壓器，TT 為試驗變壓器，PV1 為低壓電壓表，PV2 為高壓靜電電壓表，V 為高壓二極管，R 為保護電阻，C 為電容，Cx 為被試品，PA 為微安表。測量的原理是歐姆定律。由于不會受到高壓雜散電流的影響，因此這種測量方法應用范圍較廣，而且測量泄漏電流的結果較為準確，精度可以保證。但是需要注意的是微安級電流表及其引線應加屏蔽線或屏蔽套，而且由于微安表處于高壓測，讀數及切換量程應當謹慎處理。 2）微安級電流表接在低壓側。其試驗圖如圖2 所示。其中當被試品的接地端能與地分開時，采用（a）的接線，如果不能分開，采用（b）的接線。這種測試方法使用的器件同微安級電流表接在高壓側。測量原理是通過測量變壓器低壓端側電壓，利用變壓器的變比換算出直流高壓測的近似值，這種測量方法忽略了泄漏電流及保護電阻的壓降，因此，測量精度不能保證。同時需要注意的是為了減小直流電壓的脈動，在被試品上需要并聯濾波電容器。當微安級電流表處于低壓測，具有讀數較為安全、切換量程方便的優點。 3）如果想獲得壓值較高的直流電壓，需要倍壓整流電路實現。通常倍壓整流電路的輸出電壓接近試驗變壓器高壓側峰值電壓的2倍。其試驗圖如圖3 所示。其中T 為調壓器，V1 和V2 均為二極管，C1和C2均為電容。該電路輸出對地為2 倍最大峰值電壓的直流電壓，而且可采用一端接地的變壓器。當電源電壓為負半波時，電源變壓器經二極管V1 對C1充電到Umax，正半波時，變壓器電壓與電容器C1上的電壓疊加，經二極管V2 對電容器C2充電，如果C1＞C2，則C2很快充到2Umax。一般C1=C2，C2要經過若干個周期之后才能充到2Umax。 4）當需要較高的直流電壓，而倍壓電路又不能滿足要求時，可用多級串接線路。其中T 為調壓器，V1 至V6 均為二極管，C1至C2均為電容。

多級串接直流電路當電源為負半波時，V1、V3、V5 導通，正半波時，V2、V4、V6 導通。當試驗變壓器電壓為Umax時，因此空載時直流高壓端輸出電壓可達6Umax。其試驗圖如圖4 所示。

2 交流耐壓試驗

2.1 原理

為了更靈敏準確有效地查出局部缺陷，考驗被試品絕緣承受過電壓的能力，需要進行交流耐壓試驗，這類實驗通常能夠模擬實際運行情況，能夠有效地發現缺陷，消除安全隱患。但交流耐壓試驗具有一定的破壞性，可能導致被試品的擊穿[4]。

2.2 特點

特點如下。1）工頻串聯諧振試驗電路的工作頻率為50 Hz，電路中有可調電抗器，其電感量能連續可調。2）變頻串聯諧振試驗電路工作頻率一般在30 Hz～300 Hz。該電路需要依靠大功率的變頻電源才能使回路達到諧振的狀態，電路中的電抗器不可調。因此應用范圍不廣。

2.3 方法

交流耐壓試驗主要由變壓器、調壓器、電壓測量設備、保護電阻等裝置組成。變壓器具有電壓高、容量小等特點。調壓器能從零開始平滑地調節試驗所需的電壓。測量試驗電壓的方法通常包括以下3 種。1）在試驗變壓器低壓側測量。測量的原理是通過測量變壓器低壓端側電壓，通過變壓器的變比換算出高壓測的近似值，這種測量方法適用于負荷容量小，忽略了泄漏電流及保護電阻的壓降，因此測量精度不能保證，在對精度要求不高的場合可以應用[5]。2）用高壓靜電電壓表直接測量。 用高壓靜電電壓表直接測量電壓的有效值。這種方法易受干擾，無法滿足現場的實際情況。3）電容式分壓器測量。其試驗圖如圖5 所示。其中U1為高壓側電壓，C1為高壓臂電容，C2為低壓臂電容，C1和C2串聯并接于被試品Cx兩端，r 為電阻，便于消除C2殘留電荷，U2為測試端。

圖4 多級串接線路試驗圖

圖5 電容分壓測量試驗圖

分壓器結果簡單，精度較高，結果為：

分壓器具有可選擇峰值讀數和有效值讀數的選擇鍵，適合于現場和試驗室各種場合使用。

2.4 步驟

首先完成絕緣試驗，當絕緣實驗合格之后再進行耐壓試驗。耐壓試驗前后需要完成絕緣電阻值的測量。 連接好測試電路，接通交流電源，逐漸升壓，完成實驗。升壓過程中應當重點觀察是否有異常狀況發生。當電壓提升至試驗電壓后，開始計時，滿足試驗時間后，逐漸降壓，最后切斷電源。 升壓、耐壓和降壓過程中，如發現電流值表急劇增加，被試品冒煙、燃燒和擊穿等狀況時，應該立即降壓并終止試驗，檢查原因。試驗中無放電情況發生，則代表完成了耐壓試驗[6]。3）上述現象如果由絕緣部分出現，則認為交流耐壓試驗不合格。如果由于溫度、濕度、表面污漬等外在環境影響，則處理被試品后再進行試驗。

3 比較

交流耐壓試驗需要較大容量的試驗設備。直流耐壓試驗只需要小容量的試驗設備。良好的絕緣泄漏電流與施加電壓呈線性關系直線上升，電流值一般較小，如果受潮或有缺陷存在時，電流值會變大，泄漏電流超標，這時應當及時查找原因。試驗時可以根據具體情況適當的提高電壓值或者延長耐壓時間來發現缺陷。直流耐壓試驗中，電壓較高會使局部放電，但是放電電荷所產生的反電場抑制局部放電，對絕緣損傷較小；而交流耐壓試驗中，電壓相位不斷變化，發生放電后，會促使絕緣材料的分解和老化，降低絕緣性能，同時使局部缺陷擴大，因此是一種破壞性試驗。

4 結語

交聯聚乙烯絕緣電纜電性能優良、安裝方便捷、而且制造工藝不復雜，目前已被廣泛采用。然而，直流耐壓試驗不能有效地發現高壓交聯聚乙烯主絕緣電纜的缺陷，因此建議耐壓試驗以交流耐壓試驗為主，準確掌握電纜各部位的運行狀況，以直流耐壓試驗為輔，及時發現某些局部缺陷，減少故障。