水电站电力设备的高压试验研究

黄河明珠水利水电建设有限公司 河南三门峡 472000

随着我国水电事业的不断发展成熟，水力发电在我国总发电供应中所占比逐渐增多，承担了更多的调峰、调频的任务，而且发电站直接供应工业用电的方式也在增多。在水电站的电力系统中有种类繁多的电力设备，保证可靠安全的供电，必须要求这些设备的安全运行。电力设备在设计、制造、运输、安装过程中，都可能存在质量问题，引起潜伏的故障隐患。根据有关数据显示，设备绝缘缺陷问题引起电力系统停电事故占比超60%，所以针对电力设备的高压试验工作至关重要。

1 高压测试的分类与要求

高压试验是目前预防电气事故的重要措施，为防止发生事故，在电力设备投入运行前必须要进行高压试验，从而提前发现设备中潜在的隐患[1]。

1.1 高压试验的分类

高压试验根据项目的不同分绝缘试验和特性试验。绝缘试验是指通过模拟电气设备在运行中可能承受的各种作用电压进行电气设备绝缘性能的耐压试验，从而考验绝缘承受电压的能力。通常把绝缘试验以外的电气试验统称为特性试验。

通过分析电力系统的故障，可以发现其中绝缘击穿占比很高。因此为保证设备的安全运行，必须进行绝缘试验检查。通常使用高于被试设备额定电压的2～3倍或以上进行试验。这对设备的绝缘缺陷的考核是非常严格的。绝缘试验又分为破坏性试验和非破坏性试验。当非破坏性试验已发现异常的情况下，应及时查明原因并进行消缺、检修后再进行破坏性耐压试验，以避免对设备产生损坏。

特性试验的目的是检查电气设备的技术参数是否符合规程的要求，检验设备是否满足正常运行的要求。同一台设备可能有多个不同的特性试验项目，如变压器通常进行电压比、空载和负载损耗、空载电流、直流电阻测试、阻抗电压等特性试验项目。

1.2 高压试验的经验要求

高压试验测试过程中使用的高电压对人员和设备的安全性都会造成一定的影响，因此在试验过程中必须做好相关的规范要求，避免管理不当导致试验出现异常。

高压试验过程中必须有两名以上人员参与，每次试验开始前，试验的负责人要对全体试验人员详细说明试验中的安全注意事项，交代相邻间隔的带电部位以及其他安全事项。试验时，首先对试验设备进行处理，试验装置的金属外壳应可靠接地，高压引线应尽量缩短，并采用专用的高压试验线，必要时还要使用绝缘物支持牢固，并且要与相邻设备保持安全距离。试验设备的电源开关应使用有明显断开的双极刀开关[2]。试验装置的低压回路中要有两个串联电源开关，并加装过载自动跳闸装置。进行绝缘试验时，对测试环境要求被测试品的温度不低于5℃；试验过程中应先进行非破坏性试验，再进行破坏性试验；进行电压极性的直流耐压试验时，要求采用负极性试验等。

2 水电站高压试验介绍

水电站高压试验日常进行的大部分为绝缘耐压试验，包括绝缘电阻及吸收比试验、直流耐压试验、介质损耗试验和交流耐压试验等。

2.1 绝缘电阻及吸收比

绝缘电阻是反应绝缘性能和状态的最基本指标之一，测量绝缘电阻是检查电气设备绝缘状态最简便的辅助方法。根据绝缘电阻试验结果能够初步判定设备有无受潮或绝缘状态异常。通常使用兆欧表来测量绝缘电阻和吸收比，规定加压60s以后测得的数值为被试品的绝缘电阻。

由于不同的绝缘设备在外施电压下电容电流与吸收电流的存在，总电流随加压时间而变化。当绝缘受潮或存在缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降的缓慢，因此可以通过测试电流与时间的关系来判断绝缘的状态，这就是吸收比和极化指数。将加压60s和15s时的绝缘电阻比值R60’/R15’称之为吸收比Ka，将加压600s和60s时的绝缘电阻比值R600‘/R60’称之为极化指数Kp。’

2.2 直流耐压试验

直流耐压与直流泄露试验原理相同，都是通过晶体管逆变或倍压整流等方式将直流高压加在被试设备上，并通过高低压侧自动挡位切换电流表进行电流测量，与半波整流电路仪器相比，体积小、试验容量大，试验后降压带有自放电功能，已经全面取代半波整流电路仪器。直流耐压试验能够考验电气设备的电抗强度，反应设备受潮、劣化和局部缺陷等多方面的问题。直流耐压试验在发电机、电动机、电缆、电容器的绝缘预防性试验中广泛应用。

直流耐压试验过程中需要重点关注影响测量结果的因素：高压连接导线对地泄露电流的影响；被试设备表面泄露电流的影响；温度的影响；加压速度对测量结果的影响；微安表接在不同位置时对测量结果的影响。

2.3 介质损耗试验

在电力系统中，绝缘材料在电压的作用下总会流过一定的电流（即介质的电导和极化），都存在着能量损耗，在电压作用下绝缘材料内部引起的能量损耗称之为介质损耗。通常使用介质损耗角正切值tanδ来反应绝缘介质或电气设备绝缘状态的优劣。测量介质损耗角正切值tanδ的方法是应用高压交流平衡电桥（西林电桥）。

影响介质损耗试验的因素主要有：外界电场干扰的影响，需要避开干扰源、增加电场屏蔽、改变试验频率等方法排除干扰；高压标准电容的影响，需要排除标准电容本身原因造成的影响，因此测试设备每年都需要进行校验，并在干燥、清洁的专用储藏室中存储；温度的影响，一般情况下tanδ是随温度上升而增加的，试验是应记录试验温度，并将不同温度的试验值换算至20℃；试验电压、表面泄漏电流、试验引线等影响。

2.4 交流耐压试验

交流耐压试验是检验被试品绝缘承受各种过电压能力的有效方法，能够发现设备中较危险的集中性缺陷。由于交流电压的波形、频率和被试品绝缘内部的电压分布，比较符合电气设备正常运行时的实际情况，能够真实有效的发现绝缘缺陷，对保证设备安全运行具有重要意义。为避免试验时损坏设备，交流耐压试验必须在一系列非破坏性试验之后进行。交流耐压试验的电压很高，对不良绝缘来说是一种破坏性试验，会使原有的绝缘弱点继续发展，即使是良好的绝缘也可能会受到影响。设备耐压试验不合格的原因主要有绝缘性能变化、绝缘中出现杂质、绝缘表面脏污、试验方法不正确、电压测量不准确、保护手段不足等。

3 高压试验案例——水电站高压电机

水电站的高压电机在维修前，都要进行绝缘试验，包括绕组直流电阻、绝缘电阻的测量，绕组直流耐压和交流耐压试验。开始试验前，要准备电机上次的试验报告、电桥、电动兆欧表、直流高压发生器、交流耐压仪等。

3.1 电机的直流试验

（1）直流电阻测量。在测量绕组的直流电阻前，要先进行绕组的放电，避免其中残留的电荷影响测量结果，同时保护电桥不被击坏。水电站中某风机电机的电压等级为6kV，测量前记录好绕组的接线方式，然后接线开始测试。该电机的中性点没有引出，所以只能进行绕组间的直流电阻测量。测试结果：UV为0.1348Ω，UW为0.1348Ω，VW为0.1348Ω。其三相不平衡系数为0%，小于要求的1%，因此电阻测量合格。

（2）绝缘电阻测量。绝缘电阻试验前，需要确认电机的接地可靠性，短接电机绕组后开始试验。绝缘电阻测试结果R15为230MΩ，R60为245MΩ，吸收比K为1.06。对比上次的实验记录，R15为1000MΩ，R60为1430MΩ，吸收比K为1.43。确认电机绕组存在异常，内部可能有受潮或者积灰放电。首先进行确认是否受潮，将加热器接入外部电源，加热器运行后对绝缘电阻进行复测，间隔2小时进行一次。完成10H加热后，R15为1422MΩ，R60为1540MΩ，吸收比K为1.08。结合数据分析，电机绕组存在受潮影响，但是其吸收比仍然不达标，怀疑绕组回路中还存在积灰放电。打开电机接线盒，接线盒与电机引出线连接部位积灰严重。清理积灰后，重新安排测量，R15为1533MΩ，R60为3010MΩ，吸收比K为1.96，测试合格。

（3）直流漏电电流测量。直流漏电流测试前，需在安全操作的基础上，对电机中测温元件进行短路接地。然后开始直流泄露测试。先检查实验仪器的连接情况，确认没有问题后进行空升试验。按照规程检修时6kV的电机直流耐压最高为15kV，设定过电保护为16kV。升压过程中，当电流发生急剧变化时，立即停止试验检查。升压需要实施阶梯升压的方法，设定每3kV为一个阶段，每个阶段停留1分钟记录绕组上的泄露电流值。试验结果I3kV为2μA，I6kV为 3μA，I9kV为5μA，I12kV为 7μA，I15kV为 9μA，升压过程中泄露电流稳步上升，且都在20μA以内，测试通过。

3.2 电机的交流试验

交流耐压试验是检验电力设备绝缘水平最可靠的试验，因为其试验环境最接近正常运行的状态。与直流耐压测试一样，需要先检查设备连接状况，然后进行空升。按照规程要求6kV的电机检修时的交流试验电压为9kV。交流耐压试验过程，也需要关注电流状况，电压缓慢升压至9kV，并保持1分钟后结束试验。试验结果：交流耐压试验9kV，保持1分钟无异常[3]。

3.3 小结

试验完成后，要拆除接线清理试验现场。通过直流试验和交流试验的数据分析，确认电机高压试验结果合格。在整个试验过程中，最大的难点在于绝缘部分，特别是绕组的绝缘电阻试验数据分析以及试验过程中异常的处理解决。

4 结语

高压试验是水电站安全生产运行的重要保障措施，本文通过理论和实践两个角度对水电站高压试验进行了总结，对高压试验过程的研究具有一定的参考意义。高压试验是一个无止境的研究课题，特别是水电站的高压试验，要求相关人员要依靠试验过程中经验的积累，不断提升技术水平，为水电站的安全生产打下坚实的基础。