工频交流试验电源讲义.doc

工频交流试验装置讲义

交流耐压是鉴定电气设备绝缘强度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，也是保证电气设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。交流耐压试验一般有以下几种加压方法：一是工频耐压试验，即给被试品施加工频电压，以检验被试品对工频电压升高的绝缘承受能力，这种加压方法是鉴定被试品绝缘强度的最有效和最直接的试验方法，也是经常采用的试验方法之一。二是感应耐压试验，对某些被试品，如变压器、电磁式电压互感器等，采用从二次加压而使一次得到高压的试验方法来检查被试品绝缘。这种加压方法不仅可以检查被试品的主绝缘（指绕组对地、相间和不同电压等级绕组间的绝缘），而且还对变压器、电压互感器的纵绝缘（同一绕组层间、臣间及段间绝缘）也进行了考验。交流耐压试验的电压、波形、频率和电压在被试品绝缘内的分布，一般与实际运行情况相吻合，因而能较有效地发现绝缘缺陷。交流耐压试验应在被试品的非破坏性试验均合格之后才能进行。如果这些非破坏性试验已发现绝缘缺陷，则应设法消除，并重新试验合格后才能进行交流耐压试验，以免造成不必要的损坏。
本章节针对工频交流耐压试验工作的要求，主要讲述工频交流耐压试验电源装置的组成结构、现场使用时的合理组合、技术指标、现场使用注意事项。
第一节 工频交流试验电源装置组成
工频交流试验电源装置由五个部分组成：
1、 交流电源部分；
交流电源部分是指试验装置的交流电源接入到控制系统前这部分，由接线柱或电源插座和闸刀及保险丝组成，这部分是我省对高压试验安全的重点要求之一。
2、 低压控制保护部分；
低压控制保护部分是指低压输出之前的试验回路保护系统，是由分合闸按钮、空气开关、过电流继电器、过电压继电器、时间继电器、电流设定装置、电压设定装置、时间设定装置、电流表、电压表组成。
3、 调压部分；
调压部分是指试验回路电压调节系统，是由调压器组成。
4、 升压部分
升压部分是指试验回路将低电压变成高电压的系统，它是由单台或多台升压变压器组成。
5、 电压测量部分；
电压测量部分是指高电压产生后监视高压侧实际电压的测量系统，它是由电压互感器和电压表组成或由阻容分压器和电压表组成或电容分压器和电压表组成的测量系统。
6、 高压保护部分。
高压保护部分是指高压击穿时保护试验变压器的系统和高压过压时保护试品、试验装置不被损坏的保护系统，它是由保护电阻和球间隙组成。
第二节 工频交流试验电源装置的工作原理
一、工频交流试验电源装置的工作原理
交流耐压试验常用的原理接线见图1（实际的试验接线应根据被试品的要求和现场设备的具体条件来确定）。
根据图1所示，工频交流试验装置的工作原理是：由工频交流电源供电，通过控制器向调压器供电，调压器改变输出电压的幅值，经试验变压器将低电压变换成高电压，向被试品供电；为了保证输送的电压准确，在被试品的两端并联高压电压测量系统，监测加在被试品两端的实际电压满足试验要求，高压测量系统是由高压阻抗臂和低压阻抗臂及数字多用表组成；为了保证试品击穿不损坏试验装置，在高压试验变压器输出串联一个电阻R1，电阻的阻值设计为每千伏200Ω通常利用线绕电阻或水电阻作为保护电阻，同时在控制器中也加入了低压回路的保护装置和低压电压测量系统，使工频高压试验装置在高低压故障时均能受到保护不被损坏。在图1中有一组球隙和电阻，这是一套过压保护系统，防止加压过程中试品产生的容升电压超出试验电压而损坏试品；当电压过高时球隙击穿使高压电压降下来保护试品，球隙保护电阻R2的选择与R1相同。
二、装置额定电流的选择
被试品大多为电容性的，通过被试设备的电容量可计算出试验中通过试验变压器高压绕组的电容电流Ic。其计算方式为：
mA --------------------------------（1）
式中 Ic —— 通过试验变压器高压侧电容电流，mA；
Cx——被试品电容量，pF；
Ue——被试品两端施加的试验电压（有效值），kV；
——所加电压的角频率。
选择试验变压器时，应使其高压绕组的额定电流大于式（1）的计算值。这是因为计算电流时是按纯电容计算，未考虑试验变压器本身阻性分量及试验引线、试验设备本身对地的杂散电容等，使得估算的试验装置额定电流小于实际值。
三、装置额定容量的选择
对容性设备进行耐压试验时，选择所需试验变压器的容量Se按式（2）计算为：
kVA ---------------------------（2）
式中 Se ———— 试验变压器的容性容量，kVA；
Ue ——被试品两端施加的试验电压（有效值），kV；
Cx——被试品电容量，pF
ω——所加电压角频率。
选择的试验变压器容量应大于式（2）的计算结果。这是因为计算容量是按纯电容计算，未考虑试验变压器本身阻性分量及试验引线、试验设备本身对地的杂散电容等，使得估算的试验装置额定容量小于实际值。
四、试验装置的补偿方法
在试验大电容被试品时试验变压器容量不够，可采用补偿的方法来减小流经变压器高压绕组的电流，以满足试验对变压器容量的要求。补偿方法：采用高压电抗器与被试品并联，使流过电抗器的感性电流与流过被试品的容性电流相补偿，可减小流过试验变压器的电流，从而减小试验变压器的所需容量。这时变压器的容量可按下式计算
kVA ------------------------（3）
式中：Se ———— 试验变压器的容性容量，kVA；
Ue ——被试品两端施加的试验电压（有效值），kV；
——被试品电容量，pF
L ——补偿线圈电感量，H；
ω——所加电压角频率。
采用补偿后，电抗是容抗和感抗之和，由于容性电流与感性电流成1800，所以电路中的电抗减小。从式（3）可看出，电抗减小后，所需的试验变压器容量也随之减小。所以，在高压侧并联电抗器就能满足大电容量被试品的试验要求。通过补偿后，同时减小对试验电源的容量要求。
五、串级式试验装置
现场试验时，有时需要较高的试验电压，而单台试验变压器的电压不会作得太高。常采用几个变压器串接的办法来提高试验电压。第一台试验变压器的高压绕组一端接地，另一端串联一绕组供给第二台变压器低压绕组励磁，第二台变压器的高低压侧一端和变压器的外壳相连，它们都处于第一台高压端的对地电压，即为U2，因此第二台变压器的外壳必须对地绝缘起来。第二台变压器高压端的对地电压就是两台变压器的高压端输出电压之和，即为2U2。显然，第三台变压器的外壳电位为2U2，其高压端对地电位为3 U2，即通过三台变压器串联，可以获得3倍于单台试验变压器额定电压的试验电压。
需要注意的是：串级式试验变压器的试验输出额定容量不等于装置总容量。对三台变压器串接组成的串级式试验变压器来讲，若该装置输出的额定试验容量，则最高一级变压器的高压侧绕组额定电压为U，额定电流为I，装置的额定容量为UI、。第二台变压器的额定容量为2 UI。这是因为这台变压器除了要直接供应负载UI的容量外，还得供给最高一级变压器的励磁容量U I。同理，最下面一台变压器应具有的额定容量为3 U I。所以每台变压器的容量是不相同的。串级式试验变压器整套设备的总容量应为各变压器容量之和。
六、倍频耐压试验方法
倍频耐压试验又称感应耐压试验，对变压器、电磁式电压互感器等，常采用从二次加压而使一次得到高压的试验方法来检查被试品绝缘。这种加压方法不仅可以检查被试品的主绝缘（指绕组对地、相间和不同电压等级绕组间的绝缘），而且还对变压器、电压互感器的纵绝缘（同一绕组层间及段间绝缘）也进行了考验。而通常的工频耐压试验只是考验了主绝缘，却没有考验纵绝缘，因此要做感应耐压试验。感应耐压试验又分为工频感应耐压试验及倍频（100~400Hz）感应耐压试验两种。对变压器、电磁式电压互感器进行倍频感应耐压试验时，通常在低压绕组上施加频率为100~200Hz之间，2倍于额定电压的试验电压，其他绕组开路。因为变压器在工频额定电压下，铁芯伏安特性曲线接近饱和部分。若在被试品一侧施加小于或等于额定电压，则空载电流会急剧增加，达到不能允许的程度。为了施加额定电压又不使铁芯磁通饱和，多采用增加频率的方法，即倍频耐压方法。
三倍频的电源结构：原始的三倍频电源是由控制器和三相调压器及三台全绝缘试验变压器组成，将试验变压器二次用三相电源输入，将试验变压器高压侧接成开口三角输出，这就使变压器输出的电压频率为150Hz。目前已有许多厂在生产谐振电源的基础上，将控制电源单独使用，这就是目前新一代的倍频电源，它的电源质量要比原始的三倍频电源质量好，容易控制电压操作简单。
感应耐压试验电压持续时间不得小于15s，具体试验时间按（4）式计算：
-------------------------（4）
由于电压互感器的二次容量比较小，不能带负荷，电磁式电压互感器在进行感应耐压试验时，高压测量系统必须采用高阻抗测量系统。
第三节 工频交流试验电源装置的技术条件
1、 各参数的允许偏差
a) 空载损耗 +15%；
b) 负载损耗 +15%；
c) 总损耗 +10%；
d) 空载电流+30%；
e) 试验变压器阻抗电压±15%；
f) 变比±1%。
各参数以制造厂设计值为标称值，没有给出参考值的以通过同类型、同规格型式试验的装置相关参数为参考值。
2、 绕组允许的最大承受电流
应给出装置内的变压器、调压器绕组允许的最大工作电流，如果没有给出则按1.2倍额定电流1min考核。
3、 试验变压器的阻抗电压
单台试验变压器的阻抗电压为额定电压的4%～12%，串级式结构阻抗电压不应超出额定电压的15%。
4、 操作控制及保护功能
操作控制及保护功能要求：
a) 装置应满足输出电压的连续可调，在75%试验电压以上，应满足每秒2%的额定电压上升率和下降率的要求；
b) 当装置输出电流大于整定电流时，过流保护装置应在1s内切断回路，推荐装置配置过流指示灯和过流蜂鸣器报警；
c) 配置电压保护装置时，击穿动作电压不大于保护装置设定电压的±5%；
d) 控制台应有控制电源的开关和电源指示灯，电源主回路开关应有明显开断点；
e) 装置应有高压从零升压功能。
5、交流耐压试验
a) 施加的交流电压波形应满足谐波量方均根值不大于基波量方均根值的5%，应监测试验电压 峰值；
b) 用于监测电压的测量系统的测量不确定度不应大于3%；
c) 在达到75%试验电压以后应均匀升压，升压速率在2%试验电压/s左右，或在10s～15s时间范围内升至试验电压。
第四节 工频交流试验电源装置的验收方法
1、 外观检查
检查结构、标志和铭牌，特别是控制回路的联接标志应醒目、清晰。
2、 直流电阻测量
测量绕组直流电阻时，设备应在环境温度下置放24h，并记录环境温度，与出厂值比较。
3、 绕组联接检查
检查装置中调压器、试验变压器、保护装置、控制回路、滤波装置和无功补偿装置等的联接应符合说明书(或技术条件等文件)要求。
4、 变比测量及测量系统校准
试验变压器变比测量可采用桥式平衡法，测量结果的不确定度不大于3%。
测量系统的校准应包括分压器、电压互感器的测量，应考虑二次电缆（二次联接线）及二次仪器负荷的影响。测量系统的总不确定度应包括测量系统各部件的稳定性、线性（电压系数）、温度影响、邻近效应影响等，
5、 保护及控制功能检查
a)、有限位要求时，限位功能应可靠；
b)、配置有电压保护装置时，装置输出电压超过保护装置设定电压的±5%时，保护装置应动作；
c)、装置达到设定电流时，应有限流功能，过流指示灯及蜂鸣器应能正常工作；
d)、其他指示灯和仪表应正常工作；
e)、装置应从零开始升压。
第五节 工频交流试验电源装置使用注意事项
1、试验前，应了解被试品的试验电压，同时了解被试品的其他试验项目及以前的试验结果。若被试品有缺陷及异常，应在消除后再进行交流耐压试验。对于电容性被试品，根据其电容量及试验电压估算试验电流大小，判断试验变压器容量是否足够，并考虑过流保护的整定值（一般应整定为被试品电容电流的1.3~1.5倍）。
2、试验现场应围好遮栏或围绳，挂好标示牌并派专人监护。被试品应断开与其他设备的连线，并保持足够的安全距离，距离不够时应考虑加设绝缘挡板或采取其他防护措施。
3、试验前，被试品表面应擦拭干净，将被试品的外壳和非被试绕组可靠接地。被试品为新充油设备时，应按《规程》规定使油静止一定时间再施压，对110kV及以下的充油电力设备，在注满油后停放不少于24h。对220kV及330kV充油电力设备静置时间应不少于48h。
4、进行交流耐压试验时，首先将试验装置可靠接地，控制器应有明显断开点。
5、试验接线应从试品往控制器接，接好试验接线后，应由有经验的、人员检查，确认无误后方可接电源。
6、调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的110%～120%，连续试验五次，应无明显差别，并检查过流保护动作的可靠性。
7、加压前，首先要检查调压器是否在零位。调压器在零位方可升压，升压时应相互呼唱。
8、升压过程中不仅要监视电压表的变化，还应监视电流表的变化，以及被试品电流的变化。升压时，要均匀升压，不能太快。升至规定试验电压时，开始计算时间，时间到后，缓慢均匀降下电压。不允许不降压就先跳开电源开关。因不降压即跳电源开关相当于给被试品做了一次操作波试验，极可能损坏设备绝缘。
9、试验中若发现表针摆动或被试品有异常声响、冒烟、冒火等，应立即降下电压，拉开电源，在高压侧挂上接地线后，再查明原因。
10、试验结束，先对试品进行放电接地，然后进行拆线工作；拆线从电源侧往试品侧拆，最后拆除临时接地线。
11、进行倍频耐压试验时，高压测量系统要采用高阻抗交流测量系统。
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