电气设备高压测试理论研究的现状及安全策略 高压电气设备是指
时间：2019-02-04 05:44:23 来源：千叶帆 本文已影响人
[摘 要] 电力设备的高压测试是一项高技术复杂工程，它涉及管理模式、评估技术、监测技术、诊断技术、经济分析、人员素质等多个方面，其核心是建立一套相应的规范来保证先进高压测试的实施，以实现对设备在高压下运行、检修的全方位的现代化的管理。本文基于此，对电气设备高压测试理论研究的现状及对策进行了初步研究。
[关键词] 电气设备；高压测试；研究现状
一、电气设备高压测试概述
对电力设备的试验是保证电力设备健康运行的必要手段，它关系着设备的利用率、事故率、使用寿命、人力物力财力的消耗，以及电力企业的整体效益等诸多问题。对电力设备做高电压试验主要目的是：在制造厂时，对所有的原材料的试验，制造过程的中间试验，产品定型及出厂试验。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。对于大修后的设备进行高电压的各种试验。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。
1、局部放电测试
局部放电试验是非破坏性试验项目，目前有两类试验方法，一种是以工频耐压作为预激磁电压，降到局部放电试验电压，持续时间几分钟，测局部放电量；另一种是以Um为预激磁电压，降到局部放电试验电压，持续1小时，测局部放电量。后一种为变压器所采用。预激磁电压是模拟运行中过电压，预激磁电压激发的局部放电量不应由局部放电试验电压所延续，概念是系统上有过电压时所激发的局部放电量不会由长期工作电压所延续。因此，变压器的绝缘结构设计、绝缘件加工与工艺处理、带电与接地电极表面场强、绝缘介质的承受场强等都要使局部放电量小于规定值来考虑。不能以主、纵绝缘是否放电作为依据。
以工频耐压作为预激磁电压时，局部放电试验电压的持续时间一般较短，约1～5分钟。延长局部放电试验电压持续时间对绝缘是较为严峻，有时会引起破坏性损坏。以Um作为预激磁电压时局部放电试验电压持续时间较长，标准要求为1小时，能承受多长时间与绝缘结构的伏秒特性有关。局部放电量一般与带电与接地电极表面的场强有关，与电源的频率无关。试验地点的背境噪声要小，电源的局部放电量要隔离。
从试验顺序而言，局部放电试验应放在所有绝缘试验之后，从试验类型而言。长时感应带局部放电试验或短时感应带局部放电试验之一要作为变压器出厂试验。从变压器的Um等级而言，现有标准，Um≥252kV起要作局部放电试验，正在修订的IEC76-3，Um≥126kV起要作局部放电试验。
2、截波冲击测试
一般是波尾截断的波形，可用IEC标准棒状间隙截断，也可用多极点火截断装置截断。用多极点火截断装置截断时，可获得较准的截断时间，示伤波的截断时间差异大于0.15μS，截波冲击试验结果就有问题。用棒状间隙截断就不易从截断时间的差异来判断是否能通过试验。截波试验电压为全波试验电压时，如截断时间小于等于3μS时，两者强度相同。与GIS联的变压器必须要考虑截波试验。截波试验必须与全波试验交替进行。一般采用负极性截波。
3、全波冲击测试
修订的IEC76-3标准，已将全波冲击试验列为Um≥126kV变压器的出厂试验项目。要进行突发短路试验(特殊试验项目之一)的变压器，要在短路试验后作全波冲击试验。
4、操作波测试
修订的IEC76-3标准，已将操作波试验列为Um≥252kV变压器的出厂试验项目。由于不作操作波试验的Um=252kV变压器的相间绝缘决定于全波冲击试验或长时感应带局部放电测量的试验。要进行操作波试验时，外部空气间隙的相间绝缘尺寸就要由操作波试验电压决定，可能要比不考核操作波试验时外部空气间隙要放大。
二、高压测试理论的研究现状
在高电压实验室或户外试验场，工频高电压通常是采用高压测试变压器来产生的；对于GIS、电缆和电容器等电容量较大的试品，可以采用串联谐振设备来产生工频高电压。由于电力变压器作为高电压试验设备并不经济，因此，通常交流高电压试验设备只包括高压测试变压器以及中联谐振设备高压测试电源设备应包括电力变压器。一方面，高压对试验电源提出了更高的要求，当试验变压器和串联谐振设备这两种常规方案不能满足其要求时，应考虑电力变压器方案。另一方面，在试验室，作为电力变压器的一种结构型式，升压变压器实际上常用来作为中间变压器匹配电源电压和试验所需的电压，并具有较强的适应能力。
高压输电技术的试验研究以及高压设备的绝缘考核对交流试验电源提出了更高的要求。通过对试验变压器、串联谐振设备以及电力变压器等三种可供选择的交流试验电源各自的技术经济特点进行分析比较，指出其不同的适用范围。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他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。
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。
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。该方式因设备体积大、稳定度差、纹波系数高而早已不被采用。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、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。
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110kV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，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KHz数量级的衰减振荡波电压。
三、高压测试安全设计的对策方法
高压测试对安全设计具有特殊要求，安全设计是否合理直接关系到高压测试的测量准确度和工作人员的安全，因此高压测试的安全设计非常必要。通常高压测试的安全设计应从接地、防止感应电压和放电反击、安全距离和绝缘隔离等方面考虑。
1、可靠的接地。高压测试必须有良好的接地系统，接地电阻≤0.5Ω，以保证高压测试测量准确度和人身安全。在具有良好的接地系统条件下，整个六面屏蔽体试验室视作一个等电位体。应接地的高压测试设备和试品外壳必须良好接地，试验设备的接地点与被试验设备的接地点之间应有可靠的金属性连接。试验室内所有的金属架构、固定的金属安全屏蔽遮栏、采暖水管、工艺循环水管等均须与屏蔽接地网牢固连接，接地点应有明显可见标志。
2、防止感应电压和放电反击的措施。进行高压测试时，试验设备邻近的其他仪器设备应采用防止感应电压的措施，将邻近的其他仪器设备短接并可靠接地。在电容器室设置专用的短路接地井与接地系统连接，试验室闲置的电容设备应短路接地。
为防止高压测试时电磁场影响和地电位升高引起反击，试验室应有相应安全技术措施。由于试验室是一个封闭的六面屏蔽体，在试验室内可以方便地做到等电位联结。但在试验放电的瞬间，六面屏蔽体与建筑周边会因局部地电位升高而产生电位梯度，因此进入试验室的高压电缆应加金属管保护埋地敷设，金属保护管的长度不小于15m，每隔5m与接地极连接。处于六面屏蔽法拉第笼周边及人员出入口应采取均压或绝缘等减小跨步电压的措施，接地网均压环的外缘应闭合，外缘角做成圆弧形;圆弧的半径不宜小于均压带间距的1/2，经常有人出入处铺设沥青路面或在地下装设两条与接地网相连的“帽檐式”均压带。同时对重要的仪器和弱电设备应装设防止放电反击和感应电压的保护装置。
3、安全距离与绝缘隔离。在高压测试区周围应设置遮栏，遮栏的网孔直径不大于50mm(IP10)，其高度不低于2m，并可靠接地。在遮栏上悬挂适当数量的“止步高压危险”标示牌。试验中的高压引线及试验设备带电部分至遮栏的距离必须符合规定值。
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