电力电气设备预防性试验方法的分析

何旭亮，苏 波

（广东电网公司佛山供电局，528000）

0 引言

在现代生活中，电的应用在人们生活中具有不可或缺的作用。而在电力电气材料中，主要包括导电体、半导电体及绝缘体三种材料。其中，绝缘体材料的应用是保证电力设备安全运行的关键。因此，为了避免电力引起的事故，就应该防止电气设备绝缘材料的失效。为此，需要对电力电气设备的绝缘性能进行有效的试验，以明确设备的绝缘效果，对保证电力电气设备的安全运行具有重要的意义。

1 绝缘材料的概述

绝缘材料的作用是进行带电与不带电导体之间的隔离，保证电流按照既定的电路流动。电力设备绝缘性能的好坏应从两个方面进行考虑：（1）电气设备本身的绝缘性能比较差，存在绝缘缺陷。如变压器，当其绝缘性能较差时，说明其本身并非合格。当绝缘油中存在水分或者其他杂质时，电力设备的绝缘性能也是无法满足绝缘标准的。（2）电力电气设备在长时间的运行中受到内外部因素影响而发展起来的，如电压过高、机械力、热效应、潮湿及化学反应等。因此，在电力电气设备的日常监测中，一旦发现设备的绝缘性能下降时，必须及时更换绝缘件及变压器除污、加油等，以保证电气设备的绝缘性能。

2 绝缘电阻的分析

在绝缘结构与绝缘材料中，且主要的电性参数分别为绝缘电阻率与绝缘电阻。绝缘材料在生产及使用的过程中，为了了解其绝缘性能的好坏，需要经常对其绝缘电阻率进行测定，其中包括体积与表面电阻率的测定。采用兆欧表进行绝缘电阻的测量，其测量方法就是在绝缘材料的导电位置与其壳体间进行绝缘电阻表高压端及测量回路的连接，通过摆动摇柄，使发电机完成发电，见图1。

图1 绝缘电阻的测量

进行设备绝缘性能的测量，其实也就是给被测物施加一定的电流电压，对其通过的泄漏电流进行测量，以在兆欧表中读出绝缘电阻值。因兆欧表中的端电压比较低，因此可施加较高的电压，对进行泄漏电流的有效测量，并能有效检测出设备的绝缘缺陷。该方法也可以作为绝缘电阻测量的方法，但所采用的参数是不一样的。

3 绝缘材料介质击穿强度的分析

采用耐压试验仪对电气设备绝缘材料的耐受交流程度及直流电压的耐受程度进行试验。如果往绝缘材料中加入的电场强度已高出其临界值时，就会导致从电介质处通过的电流在短时间内剧增，从而对绝缘材料造成严重的破坏，使电气设备的绝缘性能完全消失，这种现象也就是电介质的击穿。其中，沿绝缘材料的分布，交流电压与电容量之间呈反比；而直流电压则与电阻之间呈正比。正由于这一特点，能有效检查出电气设备的不同绝缘弱点。其中，交流电耐压试验能更加有效地检查出电机槽部与其出槽口处的绝缘缺陷；而直流耐压试验则能更加有效地检查出电机顶部存在的绝缘缺陷，同时还可以进行绝缘材料局部缺陷及大容量等问题的监测。试验所采用的仪器为耐电压测试仪，也就是介质击穿装置。该试验方法主要是通过在绝缘材料的导电位置与其壳体间的施加耐电压测试仪所输出的高电压，且根据国家的电气设备标准进行一定时间段的施加，通常为1分钟。试验方法见图2。

图2 耐压试验接线图

因在交流耐压试验中采取的测试电压比正常的工作电压要高出几倍甚至十几倍，因此对于绝缘性能较差的试验材料而言，是无法耐受该试验电压的。因此，对于一些造价较高的试验材料而言，在其进行该试验之前，必须要对其进行绝缘电阻的测量、直流泄漏的测定。一旦检查出绝缘材料存在绝缘缺陷，必须进行及时、合理的综合分析及判断，以准确判断出该试验材料能否接受交流耐压试验中的过电压，并对试验材料进行再次试验，以减少对试验材料的损伤及破坏。

4 电介质的损耗

在电场的影响下，绝缘材料因介质电导与介质极化产生的滞后效应，使材料内部中出现了大量的能量消耗，这种现象也就是介质损失，也称介损。其中，电介质损耗的作用就在于：在变电场作用下，使 电介质内部产生大量的热量能量，而这些能量的存在会引起电介质的温度迅速提高，导致出现发热量超出散热量的恶性循环现象，从而导致电介质出现熔化及烧焦等现象，使其绝缘性能完全消失。因此，在电气绝缘材料中，尤其是应用在高电场强度场合的绝缘材料，必须要尽可能采取介质损耗因数，也就是电介质损耗角正切tgδ比较低的材料。其是电介质损耗和其电介质无功功率的比值，即：

用公式表示，即：

如图3-1为被试绝缘材料，其在交流电场下，可相当于一个纯电阻与纯电容之间的并联值，而其相量图如图3-3所示。而并联等效电路（如图3-2所示）中的介质损耗因数与其有功损耗为：

若是纯电阻与纯电容之间的串联，或在两个介质损耗点以上，其模拟的情况和并联的效果相同。如完成注油的电力变压器的主要组成部分包括：绝缘油、变压器本身及其陶瓷管。若要对其整体进行介质损耗值的测试，以明确其绝缘性能的好坏情况。因此只需将测量的介质损耗值分开，另行相加求和即可。因此，当外部施加的交流电压与频率保持在一定值时，电介质中的有功损耗P和其损耗因数通过tgδ，与被试品的电容C呈正比。另外，对于一些被试品而言，电容C就是一个定值。所以，在同种类型的绝缘材料中，其绝缘性能的好坏可直接根据tgδ值进行判断。由此可见，通过查阅相同类型试品的tgδ历史数据，即可有效了解绝缘材料性能的发展。

图3-1 绝缘示意图

图3-2 并联等效电路图

图3-3 相量图

总而言之，判别电气绝缘材料性能的差劣是比较复杂的。如在不均匀介质中产生的计划现象，可采用物理量介电常数εr来表示，其介电常数与电介质极化能力呈正比，常数越大，极化能力越强。在电气设备中，其绝缘材料中的介电常数变化主要受到电源频率及温湿度的影响。另外，大气压力也会对气体绝缘材料的介电常数造成影响，压力与介电常数呈正比，压力越大，介电常数越大。

因此，可直接根据吸收比的大小对绝缘材料的内部缺陷及受潮程度等进行有效的判断。主要是由于当向绝缘材料施加直流电流时，其电流的泄漏量会不断增加，且随着充电过程的不断加快，其吸收比值逐渐减小，并逐渐趋向于1。如发电机定子绕组在相对干燥的条件下，其在10℃～30℃环境下的吸收比明显超出1.3；而极化指数的时间比较长，从而有效、准确反映出介质的吸收过程。因此，在大型电气设备的绝缘受潮问题中，相对于吸收比的判断，采用极化指数进行判断的准确性更高。

5 结束语

通过简单介绍一些电力电气设备的预防性试验，可见各种试验均存在一定的优势。因此在实际的电力电气设备试验中，应严格根据国家规定的预防性试验方法进行，并加强对试验设备的灵活应用，以对设备的绝缘性能进行科学、有效、准确的判断，有利于及时、有效发现问题及处理，对保证电力电气设备的正常、安全运行具有重要的意义。

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