电力设备高压试验方法研究

2022-09-10

1 概述

电力系统中的发电机、电力变压器、GIS、高压交联动力电缆、互感器及套管等高电压设备, 其首要任务是安全可靠的运行, 任何故障或事故的发生, 都会影响到生产的正常进行甚至给国民经济造成重大的损失。目前电力设备运行事故中很大一部分是绝缘故障, 因此, 绝缘检测是电力设备检测中最重要的方面。绝缘检测的方法分为在线监测和离线试验。在线绝缘监测需要对设备绝缘状况进行数据积累, 并且需要对系统进行一定程度的变动。离线检测只要在停电的情况下就能进行, 我国日前主要靠离线试验来进行绝缘检测。比如目前大量使用高电压等级的电力电缆在制造厂家已经过严格的试验, 但在装货、运输、存储、安装等环节, 尤其是电缆终端和中间接头的现场安装过程中, 有可能对电缆及附件造成损坏或安装不正确, 因此必须对新的电缆线路进行严格的竣工试验, 以后还要定期检修。因此, 为了确保高电压设备能长期、安全、经济的运行, 必须对设备按设计的规格进行一系列的试验, 绝缘试验则是其中必不可少的试验项目。以下几种情况均必须进行试验:

(1) 对于高压电气设备的制造厂, 必须对所有原材料、产品定型以及出厂进行试验。其目的是检验新的高压电气设备是否符合有关的技术标准规定, 严禁不合格的高压设备出厂;

(2) 对于大修后的设备进行绝缘试验, 其目的是判定设备在维修、运输过程中是否出现绝缘损伤或性能变化, 以及大修后修理部位的质量是否符合原标准;

(3) 对于正在运行中的电气设备, 则定期进行例行的预防性试验, 电力设备以及电缆的现场试验最重要的是耐压试验, 由于电缆线路等被试品的等效电容很大, 常规耐压设备无法满足其试验容量要求, 这也是国内外现场试验的一个共同难题, 传统的一些方法有些是有效的, 但也存在一些问题, 比如电缆试验时加直流高压的方法实践证明对油纸绝缘的电缆是合适的, 但对高电压等级的橡塑绝缘电缆是低效而且有害的。

2 试验的分类

在绝缘故障检测试验中, 高压试验是一个很重要的试验。按照试验目的的不同可分为型式试验、出厂试验、系统中进行的交接试验和预防性试验等。绝缘试验又可分为绝缘特性试验和绝缘耐压试验两大类:

2.1 绝缘特性试验

绝缘特性试验是指在较低的电压下或是用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性, 从而判断绝缘内部有无缺陷。例如测量绝缘电阻、测量绝缘的介质损耗角正切值、绝缘油的物化特性、油中的气体色谱分析、空载试验、局部放电的超声波测量。实践证明, 此类方法是有效的, 但尚不能仅靠它来判断绝缘的耐压等级。

2.2 绝缘耐压试验

工频耐压试验、感应耐压试验、操作波试验、冲击试验等均属破坏性试验, 它能发现那些危险性较大的集中性缺陷, 确保绝缘有一定的等级。缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。耐压试验必须在非破坏性试验之后进行, 如果非破坏性试验已经表明绝缘存在不正常情况, 则必须查明原因并加以消除后再进行耐压试验, 以避免不应有的击穿和经济损失。

3 绝缘试验的方法研究

电力电缆、GIS和大型电机等是电力系统的重要设备, 由于其具有较大的电容量, 如用50Hz工频电压对它们的主绝缘进行现场试验, 则需要很大容量的试验变压器和低压试验电源, 这使得现场工频试验非常困难, 于是, 人们不得不研究用其它的试验方法对其进行试验。目前, 用于现场的试验系统有工频交流试验系统、直流试验系统、超低频试验系统和振荡电压试验系统。

3.1 工频交流试验系统

用于工频交流高电压试验的装置主要由电源控制器、调压器、升压变压器、保护球隙等组成。其中, 调压器主要用来调节工频试验电压的大小和升降速度, 试验变压器用来升高电压供给被试品所需的高电压, 球隙测压器用来测量高电压或保护被试品免受过电压。

此类装置在工频试验中有着重要的作用, 但它也存在一些缺点, 如对于某些被试品大容量、高电压的要求, 调压器、升压变压器的容量也要相应的增大, 这就使这些仪器非常笨重, 且所占面积较大, 不便运输, 因此对于现场测试就显得尤为不便。

3.2 直流耐压试验系统

早期的直流高压发生器一般采用工频高压经高压硅堆整流而获得直流高压。这种方式因设备体积大、稳定度差、纹波系数高而早已不被采用。现在只见于少数实验室自制、精度要求不高的场合。在工频整流技术的基础上, 发展了工频倍压整流高压发生器。其特点是电路简单, 过载能力强, 故障率低, 但由于是工频倍压, 一般无闭环反馈, 因而高压稳定度差, 且继电器控制回路的保护动作较慢。

3.3 0.1HZ超低频交流耐压试验系统

由于直流耐压存在与交流耐压等效性问题, 考虑到有些被试品的电容量很大, 工频试验时所需试验变压器的容量也就很大, 这导致了试验设备笨重, 现场试验使用不方便。于是提出采用0.1HZ超低频试验装置, 从理论上讲, 由于容性电流随着试验电压的频率的降低成正比的减小, 因此, 0.1Hz超低频试验电源的容量仅为工频时的1/50。这就使试验电源的重量大大减轻, 非常适用于现场试验。

超低频 (0.1Hz) 耐压试验仍是交流试验, 推荐用于中压XLPE绝缘电力电缆试验。一方面该试验不会在电缆XLPE绝缘中聚集空间电荷, 畸变局部电场。另一方而, 该试验能够在较低的试验电压中发现电缆绝缘水树枝老化等缺陷, 故其对XLPE绝缘的损害程度较小。

3.4 高频震荡波 (OSI) 试验

高频震荡波耐压试验方法是1990年国际大电网会议第21.09.1工作组推荐的适用于高压聚合物绝缘电力电缆敷设后现场试验的新方法, 也适用于定期预防性试验。目前, 此方法主要用于110k V及以上的高压电缆。高频震荡波耐压试验方法原理为:通过直流高压发生器对充电电容C1进行充电, 达到预定幅值时使球隙放电, 对被试品进行充电, 达到预定幅值时球隙停止放电, 此时, 试品上的试验电压通过电感线圈、被试品电缆 (Cx) , 电阻Rl, R2形成振荡放电回路, 从而在试品上得到的电压是一个k Hz数量级的衰减振荡波电压。利用高频振荡波作为电缆敷设后的交接试验或预防性试验, 其具有的优缺点如下: