【摘要】：针对8.7/10 kV长距离三芯橡塑电缆在工频交流耐压试验中,普通单项试验变压器容量难以满足要求。采用串联谐振装置进行耐压时,不仅接线比较复杂,搬运困难,也耗费时间。本文采用并联电抗器加试验变压器对橡塑电缆进行工频交流耐压试验,达到对试验变压器的一种无功补偿,从而降低试验变压器的容量。另外从电缆的电容查询、试验变压器的容量以及电抗器选型进行建模分析,进而形成了一种并联电抗器在橡塑电缆工频交流耐压试验中的计算方法。通过对银盘水电站某橡塑绝缘电缆8.7/10 kV(长度约400 m)成功进行工频交流耐压试验,解决了使用串联谐振中诸多不便的问题,可以为同类型及更高电压等级、大容量被试品的交流耐压试验提供参考。

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1、工频交流耐压试验 一实验目的 1. 掌握工频高电压试验变压器的试验接线与操作方法。 2. 掌握工频高电压的几种测量方法。 3. 掌握工频高电压试验变压器校正曲线的制定方法。 4. 学习工频高电压试验变压器过压、过流保护的方法。 5. 学习选择实验设备与仪表的方法。 二实验内容 1. 利用测量绕组配合低压仪表、静电电压表、分压器配合低压仪表或示波器测量工频 高电压。 2. 制作工频高电压试验变压器空载特性曲线。 3. 利用不同数值的容性负载制作工频高电压试验变压器负载特性曲线并进行比较，理解“容升”效应。 4. 给被试品电容器做工频耐压实验。 5. 利用球隙进行被试品的过压保护。 6. 低压侧保

2、护用的过流继电器整定值的调整。 三实验说明 1. 工频交流耐压试验的意义 电气设备的绝缘劣化状况一般可分为两类。一类是普遍性劣化，电气设备在长期运行中，绝缘在高温、电场和振动的作 用下逐渐陈旧和老化。另一类是局部性缺陷，电气设备在运行中，由于各种原因常常会出现局部缺陷。这种局部缺陷，绝缘 弱点的发展速度要比普遍劣化发展快，因此有很大的危险性。 工频交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘状况的最有效和最直接的方法，它可以判断电气设备能否继续运行，同时也是避免 发生绝缘故障的一种重要手段。 2. 工频交流耐压试验的特点 交流耐压试验的电压波形、频率以及在被试品绝缘内的电压分布，均与实际运行情况相 符，但所

3、施加的试验电压却远比运 行电压高。由此可见，它是在比运行状态更为严酷的条件下对设备的绝缘水平进行检验，因此能有效地查出普遍性劣化和局部 性缺陷两类缺陷，尤其是对局部性缺陷，检查效果更为突出。但对不良绝缘而言，它在某种程度上是一种破坏性试验，因此 交流耐压试验应在被试品绝缘电阻、吸收比、泄漏电流测量、介质损耗测量等试验项目均合格之后进行。如在上述试验中已查 明绝缘有缺陷，则应设法消除，并重新试验合格后才能进行交流耐压试验，这样就可避免被试设备在进行交流耐压时造成不应 有的绝缘击穿，缩短检修时间，延长设备使用寿命。 交流耐压试验电压和试验时间的标准，是一个比较复杂的问题，由于不同种类的电气设备，结

4、构不同，应用场合不同，对 绝缘材料的要求也就不同。例如发电机、大中型变压器、 高压电缆、高压电动机、高压电容器等高压电气设备中不论是固体还是液体的绝缘材料都要 在承受长期交变的工频电压的同时，还要承受短时较高的脉冲电压。此外还要承受其他因素 的影响。在高压电机、发电机等设备中工作温度时常在100 C以上，装在户外线路上的绝缘 子经常遭受温度和湿度剧烈变化的影响，对悬式和支持式的绝缘子还受到机械负荷的作用，在低压电机等低压电器设备中的绝缘 虽然一般不承受脉冲电压，只承受长期的交变电压或直 流电压，但有时要承受到较大的机械应力和变化显著的温度和湿度的影响。所以在确定试验 电压与试验持续时间时，应尽

5、量做到： （1）尽可能减小交流耐压对某些绝缘材料形成绝缘内部劣化的积累效应。 （2）通过试验能有效的查明绝缘状况，得出正确的结论。 3. 工频耐压试验结果的判定标准 根据各种电气设备的绝缘材质及其运行条件，中华人民共和国电力行业标准中的电力 设备预防性试验规程DL/T 596-1996规定了相应的试验标准，试验中要严格遵照执行相关 的国家标准。电气设备能够承受规定的试验电压，则该设备绝缘工频耐压试验合格。否则，为 不合格。表3-1-1给出的是部分电气设备工频耐压试验标准（交接试验标准）。 表3-1-1部分电气设备工频耐压试验标准（交接试验标准） 额疋 电压 /KV 最高 工作 电压 lmin工

6、频耐受电压/kV （有效值） 油浸电力 变压器 并联电抗 器 电压互感 器 断路器电 流互感器 干式电抗 器 穿墙套管 支柱绝缘 子、隔离开 关 干式电力变 压器 纯瓷和纯 瓷充油套 管 固体有机绝 缘 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 出厂 交接 3 3. 5 18 15 18 15 18 16 18 16 18 18

9、12 68 0 680 630 6 30 63 0 612 4. 工频试验中“容升”效应介绍 在工频交流耐压试验中，“容升”效应是必须要注意的问题。下而针对试验变压器输出电压的变化规律进行一些必要的分 析。试验变压器在带负载的情况下，如果保持其一次侧电 压（输入电压）不变，则二次侧电压（输出电压）将随试验变压器木身的内部阻抗、负载电流和负载功率因数的改变而变化。 当负载为容性时，试品上电压高于试验变压器输入电压乘 以变比后的电压；当负载为感性或阻性时，试品上电压低于试验变压器输入电压乘以变比后 的电压。交流耐压试验时，被试品通 常是容性负载，试验变压器的高压绕组与被试品电容连 接。流过电容性负

10、载的容性电流在试验变压器绕组阻抗上产生的电压降，将试验变压器二次 侧电压升高，此时负载上的电压将大于按照变比计算的二次侧电压，这种现象称为“容升 效应。试品的电容及试验变压器的漏抗越大则“容升”效应越明显。由电机学中可知，如略 去激磁电流，试验变压器的等效电路可以简化成图3-1-1 (a) o图中r jXi为总漏抗。设 Ur Icr, Ux r IcXi，则相应于图3-ll (a)的电压、电流的矢量图如图3-1-1 (b)所示。由 图可见，当试验变压器的漏抗Xi和试品电容均较大时，在试品上出现的Ucx电压值超过按 变比换算所应得到的U!。由此说明，用试验变压器一次测(低压侧)的电压按变比求二次

11、 侧(高压侧)电压常是不准确的。一般输出电压大于lOOkV的试验变压器常备有第三个绕 组专供测量电压之用，一般情况它的匝数是高压绕组匝数的千分之一，因此接上的电压表的 读数就是以千伏为单位的被测电压值。由此测量绕组进行电压测量的误差相对较小。因为此 时可以减小高压绕组的漏抗对测量的影响。但是尽管如此，由于试品的负荷效应所引起的测 量误差仍然是不可避免的。所以应在一定的试品下做出试验变压器一次侧电压与被试品所加电压之间的校正 曲线。 2 h4 丁 0 a)(b) 图3-1-1工频交流耐压试验回路容升效应 (a)等效电路6b)矢量图 在试验电容较大的被试品时，事先可用式(3-1-1)粗略估算二次侧

12、电压 U1K 3(3-1-1) 1 Uk m 10s 式中 U2 -式验变压器二次侧电压(kV )(此处指被试品上所加实际电压)； Ui 试验变压器一次侧电压(V )； K 变压比； u k试验变压器短路阻抗压降百分数； m试验时高压绕组的电流与额定电流之比值； 比如有一台150kV/15kVA,输入电压200V的试验变压器，其短路阻抗压降为8%,现需要 试验电压

13、知，二次侧电压比需要的试验电压高出4. 3kVo因此，工频耐压试验时被试品 上的电压应尽量直接测量或根据校正曲线查找对应的电压。 四实验装置和接线图 1. 实验装置 交流耐压试验所用的设备通常包括，试验变压器、调压设备、电压测量装置、保护电阻 及过流保护装置等。现将上述几种主要设备分述如下。 (1)试验变压器 试验变压器的选择，首先应满足被试设备的试验条件，同时还应尽量做到经济合理。为此应针对实验 室所拥有的不同种类，不同容量，不同电压等级的电气设备的具体情况，做出合理的选择。 试验变压器主要的选择参数为额定电压、额定电流和额定容量。 1) 额定电压 试验变压器高压侧额定输出电压应满足试品试验

14、电压的要求， 其低压侧额定输入电压应 与调压器输出电压相匹配。 2)额定电流 试验变压器的额定电流，应能满足试品的试验电流并略有裕度。 按式(3-1-2)估算。 因为试品多为容性，因此试验电流值 Ic二 3 CxUs (3-1-2) 式中：Ic 试验时试品的电容电流(mA); 3电源角频率； 被试品的等效电容(卩F); U s 试验电压(kV)。 3)额定容量 额定容量应不小于 3 P 二 3 CxUs5 X 10 (kVA) (3-1- 3) 注意：任何情况下试验电流均要小于试验变压器的额定电流。 4) 电压波形畸变率 由于通常都是直接用试验变压器的输出电压进行交流耐压试验，为了保证试验电压

15、的等 效性，一般规定试验变压器的波形畸变率不得超过5%o (2)调压设备 交流耐压试验的试验电压都是从零值逐渐上升到规定的试验电压值，为保证试验的可靠性，调压设备 应满足： 1) 从零到全电压的范围都能平滑的调节； 2) 输出电压的波形尽可能接近正弦波； 3) 调压器的额定输出电压及额定容量应与试验变压器相匹配。 调压设备主要有自耦调压器、移卷调压器、感应调压器和电动发电机组等。应用比较 广泛的是自耦调 压器和感应调压器。 自耦调压器是应用最为广泛也是结构最简单的调压设备。它除了具有可以平滑调节电压，并可以得到 高于输入电压的输出电压的主要优点之外, 还具有漏抗小、损耗小和波形畸 变小等优点。

16、但是，由于自耦调压器是靠滑动触头进行调压，所以其容量受到一定的限制。一般其额定容量 和额定电压在20kVA和500V以下。 移卷调压器的容量可达数十kVA至数百kVA,电压可达10kV。它可以与大容量、高电 压的试验变压器配套使用。移卷调压器可以平滑调压，但相对而言其空载电流较大，损耗较 大。移卷调压器的短路电抗，随其中的调压绕组所处位置的不同，而在很大范围内变化，在 低电压和接近额定电压下使用，会导致调压器的输出电压波形有些畸变。 为改善试验电压的波形，在使用移卷调压器时，应在试验变压器低压侧（调压器输出端）装设滤波 器，可将一个L、C串联支路并联在试验变压器低压侧两端，滤掉试验电压中的高次

17、谐波。C值一般取610 微法，然后根据需要滤掉的谐波频率f,按式（3-1-4）算出L 10 3 的数值。 (3-1-4) 式中f需要滤掉的谐波频率（赫兹）； C电容一般取6=10微法； L 电感（亨）。 （3）电压测量装置 在高压实验室中用来测量交流高电压的方法很多，下面介绍几种常用的测量高压的方 法。 1）在试验变压器低压侧测量 对于一般瓷制绝缘、断路器、绝缘工具等，可测取试验变压器低压侧的电压，再通过变 比换算至高压 侧电压。这只适用于负荷容量比电源容量小得多，测量准确度要求不高的情况。 2）用电压互感器测量 将电压互感器的原边并接在被试品的两端，在其副边测量电压，根据测得的电压和电压 互

18、感器的变压比计算出高压侧的电压。为保证测量的准确度，电压互感器一般不低于0.5级， 电压表不低于0.5级。 3）用高压静电电压表测量 用高压静电电压表直接测量工频高压的有效值。静电电压表的输入阻抗极高，从被测电 路中吸收功率极小，所以表的接入不会引起被测电压的变化。目前国产静电电压表的量程有 在不接试品的情 观察静电电压表有无指示，如有指示则表明有 另外静电电压表刻度不均匀，起始部分分 30、100、200kV等几种。量程在100kV及以上的静电电压表，电极都暴露在外面，测量时 受外界电磁场的 影响较大。一般使用时，在静电电压表接入测量回路之前， 况下，先将电压升到略小于试验电压的数值， 电磁

19、场的干扰，应设法屏蔽或避开强电磁场区域。 辨率较低，因此测量时要避开这段范围使用。 4）用铜球间隙测量 3%的范围内。球隙测量的是交流 球间隙是测量工频高压的基本设备，其测量误差在土 电压的峰值，如果所测电压为正弦波，则峰值除以 .2, 即为有效值。球隙距离S和球的直 光滑、干燥（相对湿度应在80鳩下）。在 径D应保持0.05D SW 0. 5D,才能保证其准确度.球面应清洁、 正式测量之前，应进行几次预放电，以使放电电压稳定。由于球隙测量使用的 放电表是在标准条件下（大气压力为760毫米汞柱，温度为200制成的，因此在大气压 力和温度与标准状态不同时，必须对测量电压加以修正。在球隙周围，不应

20、有其它任何物体。 用球隙直接测量作用在被试品上的工频高压，虽然准确度较高，但球隙必须击穿才能测量出电压，这 将破坏试验进程的连续性。为此，现在己很少直接用球隙来测量试验电压。球隙的功能，主要作为标准测量 装置来对其它测量系统进行校准。 5) 用电容分压器测量 电容分压器是由高压臂电容器Ci与低压臂电容器C2串联组成。用低压电压表或示波器 测量C2上的电压U2,然后按分压比算出高压

21、4) 保护电阻 在交流耐压试验中，在试验变压器的高压输出端均接有保护电阻，以防在试品闪络、 击穿时，损坏变压器的绝缘。保护电阻即起过流保护的作用，又起过压保护的作用。加装保 护电阻，是为了限制试品闪络、击穿时的短路电流，以防止扩大试品的故障区域，同时可减 小试验变压器线圈所承受的短路电流和短路电动应力。当试品闪络、击穿或进行绝缘子的放 电试验时，试验变压器高压侧电压突然降低，这相当于有一个波头很陡的异极性的高频衰减 震荡的冲击电压波施加于试验变压器的高压线圈上，在冲击波的作用下，沿变压器线圈高度 上电压分布是不均匀的，在高压线圈的岀线端(首端)具有较大的电压梯度，因此有可能将靠近线圈首端的 头

22、几匝的匝间绝缘击穿。当串入保护电阻以后，电阻与试验变压器高压端附 近的对地电容形成一个充电回路，向变压器充电，因而冲击电压的波头被拉长，电压随时间 的变化率减小，这不仅使沿试验变压器线圈高度上的电压分布趋向均匀，而且还限制了冲击 电压的幅值和陡度，因此起到了保护试验变压器的作用。 保护电阻值一般取0. i0.5 Q N,并应有足够的热容量。一般多采用水阻或绕线式无感电阻。保护电 阻应置于绝缘壳内，其长度应保证当试品闪络或击穿时，不发生沿面放电。对 绕线式电阻还应考虑其匝间绝缘具有足够的耐电强度。 (5) 低压过流保护装置 为在试品发生闪络、击穿或过电压导致铜球保护间隙放电时，能及时切断试验电源

23、， 在试验变压器的低压侧应装有过流速断保护。如果过流继电器整定适当，在被试品击穿时， 过流继电器应动作，并使自动控制开关跳闸；若整定值过小，可能在升压过程中，因电容电流的充电作 用而使开关跳闸；整定值过大时，即使被试品放电或击穿，继电器也不会动作。 因此，应正确整定过流继电器的动作电流，一般应整定为试验变压器额定电流的倍。 (6) 高压过压保护装置 将测量球隙调整为i. 2倍的试验电压时的距离，此时球隙作为过压保护装置。 2. 原理图 T, T. R 图3-1-2工频高压实验线路图 T 一调压器： 高压试验变圧器；一交流电圧表：V： 一静电电圧表；E 交流电圧表；R,-变压器保护电阻; R：

24、球隙保护电阻：Cx 一试品。G 一过圧保护用球隙 五实验步骤 1. 确认被试品绝缘电阻测量、介质损耗测量、直流泄漏电流的测量及介质损耗测量等 试验已全部合 格，方可进行交流耐压试验。 2. 根据被试品的试验电压与电容量进行初步估算，选择合适的试验变压器及相关设备。 3. 非成套试验设备选择保护电阻时，要考虑过流保护继电器整定电流与之相匹配。 4. 切断被试品的电源，拆除或断开所有与之有关的连线。 5. 记录试验时的环境情况，大气压力和温度。 6. 调整静电电压表底部的水平调节螺丝，直到其水准仪指示静电电压表处于水平位置 为止。选择好各有关仪表的量程。 7. 首先进行空载试验，按试验原理图进行接

25、线，试验设备布置要合理，便于操作并符合安全规 程中的规定。试验回路中各接地点应牢固可靠接地。最后，由指导教师检查接线， 确认接线正确后，所有人员离开试验区域。 8. 确定试验区域无人后，封闭试验区域。 9. 确认调压器调压旋钮处于零位。严禁用冲击合闸的办法给试品加压。 10. 接通工频高压试验变压控制台电源，合闸并均匀升压，升压速度在70%试验电压 以内可不受限制，其后应均匀升压，速度约为每秒3%的试验电压。 11. 施加20%、40%、60%及80%的试验电压，分别记录下试验变压器低压侧电压表、 测量绕组电压表、静电电压表、分压器低压侧电压表的数值，以调压器输出电压（即：试验 变压器低压侧电

26、 压表读数）为横坐标，以测量绕组所测电压、静电电压表所测电压、分压器 所测电压为纵坐标，分别做出空载特性曲线。 12. 将电容量不同的两种被试品先后接入试验回路中，重复811的步骤。作出两条不 同的负载特性曲线。 13. 查阅附录中球隙的击穿电压表，将测量球隙调整为1. 2倍的试验电压时所对应的距 离，此时球隙作为过压保护装置。 14. 将静电电压表从试验回路中拆除，从负载特性曲线上查出被试品工频耐压的试验电 压（对于耦合电容器和电容式电压互感器的电容分压器的交流耐压试验电力设备预防性试 验规程DL/T 596-1996规定，在必要时进行，试验电压为出厂试验电压的75%出厂试验 电压参见表3-

27、1-2 ）所对应的调压器输出电压或测量绕组电压或分压器低压侧电压表的电压 数值。在此电压下为被试品做耐压试验。在耐压持续时间内， 保持电压稳定。耐压时间根据 电力设备预防性试验规程DL/T 596-1996确定。 15. 实验完毕，切断电源，将接地棒挂在试验变压器高压端。 16. 耐压试验后测量被试品的绝缘电阻。（实验前后绝缘电阻不应有明显下降） 六. 实验报告要求 1. 写出设备选择的相关计算。 2. 记录所用设备的型号及技术参数。 3. 制作试验记录表格。 4. 根据记录数据，作出工频试验变压器空载和负载情况下的校正曲线U二f （Vi）,并将 测量绕组、静电电压表和分压器配合低压静电电压表

28、（或示波器）测得的校正曲线画在同一 坐标纸上，比较、分析几种测量方法的差异。 5. 表3-1-2给岀了并联电容器交流耐压试验电压标准，供参考。 表3-1-2并联电容祸交流耐压试验电压标准 额定电压 (tv) 2.2 3S 14 19 26 34 41 53 6. 根据工频耐压试验情况，给出结果分析。 对于绝缘良好的设备，在交流耐压试验中没有击穿、放电及其它异常现象。在试验过程 中，如有下列情况发生，则应进一步查明原因。 （1）试验过程中出现电流表指示突然上升或电压表指示突然下降的现象。此时应立 即降压并切断电源。 （2）过流保护动作跳闸。 （3）被试品出现击穿响声（或断续的放电声）、冒烟、出气

29、、有烧焦气味、闪弧和 燃烧等现象。此时应立即降压并切断电源。 （4）有机绝缘材料的试品，耐压后出现普遍或局部发热情况。 （5）耐压后的绝缘电阻较耐压前下降约30%。 7. 回答要求书面完成的思考题。 七. 实验注意事项 1. 当被试品电容较大时，测量高电压的方式有两种：其一是采用在被试品的高压端直接测量，避 免“容升”效应产生的高电压破坏被试品的绝缘；另一种是采用在被试品做负载 时的校正曲线上查取试验电 压值。 2. 接线时高压连线要尽可能短，与接地线或其它接地物保持规定的安全距离。 3. 接线完毕，所有人离开高压试验区。高压试验区与操作区要用明显的标志隔离开。 4. 升压要从零开始，升压速度

30、必须符合规定要求。 5. 操作时，注意试验区情况，出现异常情况，随时降压、断电；当出现紧急情况要立即断开电源。 6. 高电压试验完毕，必须断开电源后才允 许进入试验区。进入试区后，首先要将接地 棒挂在试 验变压器高压端，以避免忘记切断电源等误操作所造成的事故。 7. 被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸，如岀现普遍或局部发热，则认为绝 缘不良, 应及时处理，然后再做试验。 8. 耐压试验后应测量被试品的绝缘电阻。 八. 思考题 1. 做工频高电压试验时，为什么强调调压器必须处于零位时才允许合闸？ 2. 什么是“容升”效应？在工频高电压试验中，“容升”效应有何危害？如何避免？ 3. 工频试验变压器在空载和负载情况下的校正曲线有何不同？为什么？ 4. 对与分压器低压臂相并联的电压表有何要求？为什么？ 5. 列举3种以上需要进行交流耐压试验的设备。