GB/T 8 电气继电器
第22-1部分：量度继电器和保护装置的电气骚扰试验
1 MHz脉冲群抗扰度试验
标准名称：电气继电器
第22-1部分：量度继电器和保护装置的电气骚扰试验
1 MHz脉冲群抗扰度试验
英文名称：Electrical relays - Part 22-1:Electrical disturbance tests for measuring relays and protection equipment - 1 MHz burst immunity tests
中标分类：
输变电设备 >>
继电保护及自动装置
电气工程 >>
电工器件 >>
替代情况：替代GB/T 8
发布部门：中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会
发布日期：
实施日期：
首发日期：
作废日期：
主管部门：中国电器工业协会
提出单位：中国电器工业协会
归口单位：全国量度继电器和保护设备标准化技术委员会
起草单位：国家继电保护及自动化设备质量监督检验中心、南京南瑞继保电气有限公司等
起草人：李全喜、李抗、范伟、耿岩、葛荣尚、曹树江、王磊、赵国刚、金全仁、杨惠霞
出版社：中国标准出版社
出版日期：
计划单号：-T-604
GB/T14598的本部分以IEC为基础,参考了该出版物的适用部分,规定了对1 MHz和100kHz脉冲群抗扰度试验的一般要求,这些试验适用于电力系统继电保护所用的量度继电器和保护装置。包括与这些装置一起使用的控制、监视和过程接口设备。试验目的是验证被试装置在受到激励,并受到由诸如在高压变电站或电厂中发生的断路器或隔离刀闸的断开或闭合等引起的重复的阻尼振荡波骚扰时能否正确工作。本部分的各项要求适用于新的量度继电器和保护装置,本部分所规定的所有试验仅为型式试验。本部分的目的是规定:---所用术语的定义;---试验严酷等级;---试验设备;---试验配置;---试验程序;---验收准则;---试验报告。
下列文件中的条款通过GB/T14598的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分,然而,鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本部分。GB/T 量度继电器和保护装置(idtIEC8)IEC:2006 电磁兼容 第4-18部分:试验和测量技术---阻尼振荡波抗扰度试验
所属分类： 电工
输变电设备
继电保护及自动装置当前位置： >>
电气试验培训课件详细
第一节 绝缘电阻及吸收比试验一、绝缘电阻试验使用范围绝缘电阻试验是电气设备绝缘试验中一种最简单、最常 用的验方法。当电气设备绝缘受潮，表面变脏，留有表面放 电或击穿痕迹时，其绝缘电阻会显著下降。根据绝缘等级的 不同，测试要求的区别，常采用的兆欧表输出电压有100V、 250V、500V、1000V、2500V、5000V、10000V等。由于 绝缘电阻试验所施加的电压较低，对于一些集中性缺陷，即 使可能是很严重的缺陷，但在测量时显示绝缘电阻仍然很大 的现象，因此，绝缘电阻试验只适用于检测贯穿性缺陷和普 遍性缺陷。二、绝缘电阻试验的主要参数及技术指标电气设备的绝缘，不能等值为单纯的电阻，其等值电路往往是电阻电容的混 合电路。很多电气设备的绝缘都是多层的，例如电机绝缘中用的云母带，变压 器等绝缘中用的油和纸，因此，在绝缘试验中测得的并不是一个纯电阻。如图 4-1为双层电介质的一个简化等值电路。i, RiS UC1 C2R1i iaRR2oIgt图4-2吸收曲线及绝缘电阻变化曲线图4-2吸收曲线及绝缘电阻变化曲线当合上开关K将直流电压U加到绝缘上后，等值电路中电流i的变化 如图4-2中曲线所示，开始电流很大，以后逐渐减小，最后趋近于一个 常数Ig；这个过程的快慢，与绝缘试品的电容量有关，电容量越大，持 续的时间越长，甚至达数分钟或更长时间。图4-2中曲线i和稳态电流Ig 之间的面积为绝缘在充电过程中从电源“吸收”的电荷Qa。这种逐渐 “吸收”电荷的现象就叫做“吸收现象”。 从图4-2曲线可以看出，在绝缘电阻试验中，所测绝缘电阻是随测量 时间变化而变化的，只有当t＝∞时，其测量值为R=R∞，但在绝缘电阻 试验中，特别是电容量较大时，很难测量R∞的值，因此，在实际试验 中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容 量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的 绝缘电阻值。对于不均匀的绝缘试品，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，如果 绝缘受潮严重或内部有集中性的导电通道，这一现象更为明显。工程上用 “吸收比”来反映这一特性，吸收比一般用K表示，其定义为： K ＝ R60s / R15s （4－1） 式中 R60s为t=60s测得绝缘电阻值，R15s为t=15s时测得的绝缘电阻 值。 对于电容量较大的绝缘试品，K可采用下式表示： K ＝ R10min / R1min （4－2） 式中 R10min为t=10min时测得的绝缘电阻值，R1min为t=1min时测得的 绝缘电阻值，K在工程上称为极化指数。 当绝缘状况良好时，K值较大，其值远大于1，当绝缘受潮时，K值将 变小，一般认为如K&1.3时，就可判断绝缘可能受潮。 从上面的分析可知，对电容量较小的绝缘试品，可以只测量其绝缘电 阻，对于电容量较大的绝缘试品，不仅要测量其绝缘电阻，还要测量其吸 收比。三、试验设备工程上进行绝缘电阻试验所采用的设备为兆欧表，兆欧表有三个接线 端子：线路端子（L），接地端子（E），屏蔽（或保护）端子（G），被 试品接在L和E之间，G用以消除绝缘试品表面泄漏电流的影响，其试验原 理接线如图4－3所示。 在绝缘试验中，如不接屏蔽端子，测得的绝缘电阻是表面电阻和体积 电阻的并联值，因为这时沿绝缘表面的泄漏电流同样流过兆欧表的测量回 路。如果在表面上缠上几匝裸铜线，并接到端子G上，则绝缘表面泄漏电 流不流过兆欧表的测量回路，这时测得的结果便是消除了表面泄漏电流影 响的真实的体积电阻。M?EGL1231－电缆金属铠装；2－电缆绝缘；3－导电芯 图4－3 绝缘电阻试验原理接线示意图兆欧表种类较多，根据测量对象的不同，采用的测量电压不同，如前 所述。根据电压产生的方式不同，分为手摇式兆欧表和电子式兆欧表，其 原理图如图4－4和4－5所示。?测量保 护电路 电 压 测 量E R1 G L R2 S N+电 池 供 电0直 流 高 压 逆 变 电 路8L试 品?电流测量E G图4－4 手摇式兆欧表原理接线图图4－5 电子式兆欧表原理接线图?手摇式兆欧表采用了流比计的测量机构，仪表的读数与手摇式发电 机的端电压或转速绝对值的关系不大，一般只要使得手柄的转速达到额 定转速（通常为120r/min）的80%以上就行，重要的是必须保持转速的 恒定。需要注意的是，当试品电容较大时，测量后须先将兆欧表从测量 回路中断开，然后才能停止转动发电机，以免试品电容电流反充损坏仪 器。 ? 电子式兆欧表测量原理与手摇式兆欧表的测量原理一样，只是电源 的产生方式不一样。由于电力电子技术的发展，开关电源技术已比较成 熟，因此，工程上大量采用了电子式兆欧表。与手摇式兆欧表相比，不 仅试验工作量降低，测量吸收比时更容易，而且电源容量可以做得较大， 同时，一台兆欧表还可以将几种不同电压集成在一台设备中，适用面更 广四、绝缘电阻试验结果判断的基本方法在绝缘电阻试验中，绝缘电阻的大小与绝缘材料的结构、体积有关， 与所用的兆欧表的电压高低有关，还与大气条件有关，因此，不能简单 的用绝缘电阻的大小或吸收比来判断绝缘的好坏。在排除了大气条件的 影响后，所测绝缘电阻值和吸收比应与其出厂时的值比较，与历史数据 相比较，与同批设备相比较，其变化不能超过规程允许的范围。同时， 应结合绝缘电阻值与吸收比的变化结合起来综合考虑。五、测量绝缘电阻的规定1．测试规定（1）试验前应拆除被试设备电源及一切外连线，并将被试物短接后接 地放电1min，电容量较大的应至少放电2min，以免触电。 （2）校验兆欧表是否指零或无穷大。 (3)用干燥清洁的柔软布擦去被试物的表面污垢，必要时可先用汽油洗 净套管的表面积垢，以消除表面的影响。（4）接好线，如用手摇式兆欧表时，应用恒定转速（120r/min）转动摇柄， 兆欧表指针逐渐上升，待1min后读取其他绝缘电阻值。 （5）在测量吸收比时，为了在开始计算时就能在被试物上加上全部试验电压， 应在兆欧表达到额定转速时再将表笔接于被试物，同时计算时间，分别读取15s和 60s的读数。 （6）试验完毕或重复进行试验时，必须将被试物短接后对地充分放电。这样 除可保证安全外，还可提高测试的准确性。 （7）记录被试设备的铭牌、规范、所在位置及气象条件等。2．测试时注意事项（1）对于同杆双回架空线或双母线，当一路带电时，不得测量另一回路的绝缘 电阻，以防感应高压损坏仪表和危及人身安全。对于平行线路，也同样要注意感 应电压，一般不应测其绝缘电阻。在必须测量时，要采取必要措施才能进行，如 用绝缘棒接线等。 （2）测量大容量电机和长电缆的绝缘电阻时，充电电流很大，因而兆欧表开始 指示数很小，但这并不表示被试设备绝缘不良，必须经过较长时间，才能得到 正确的结果。使用手摇式兆欧表测量大容量设备的绝缘电阻时，试验结束时手 不能停，要先断开L线与被测设备之间的联接，再停止转动摇表，并立即对被测 设备放电和接地，防止被试设备对兆欧表反充电损坏兆欧表和被测设备所带高 电压电人。（3）如所测绝缘电阻过低，应进行分解试验，找出绝缘电阻最低 的部分。 （4）一般应在干燥、晴天、环境温度不低于50C时进行测量。在阴 雨潮湿的天气及环境湿度太大时，不应进行测量。 （5）测量绝缘的吸收比时，应避免记录时间带来的误差。由上述可 知，变压器、发电机等设备绝缘的吸收比，是用兆欧表在加压15s和60s 时记录其绝缘电阻值后计算求得的。测量时，流过绝缘的电流分量中漏 导电流不随时间变化，其值很小，分析时可以略去；充电电流在很短时 间（小于1s）内衰减到零，也可以略去。随时间变化的主要分量是吸收 电流，它与测量时间t的关系为： （4-3） I (t) ? At ? nx式中 A―常数，决定于被试品绝缘材料； n―指数。R 60??U U ? , R15?? ? ?n A ? 60 A ?15? nR 60?? (U/A) ? 60n n K= ? =4 n R 15?? (U/A) ?15故lg(R 60?? /R15?? ) n= lg4（4-4）试验时，记录时间往往不是实际加压时间，设记录时间与加压时 间的绝对误差为 ，则此时测得的绝缘电阻为 ?tR?R ?=U U ? (t ? ? t ) n A(? +? t )-n A（4-5）而实际的绝缘电阻R为：U U n R= -n ? t At A由上两式计算出的绝缘电阻测量值的相对误差 ?R 为：?t n R ?-R (U / A)(t ? ? t ) n ?R= ? ? 1 ? (1 ? ) ? 1 ? (1 ? ?t) n ? 1 R (U / A)t n t式中 ?t ―测量时间的相对误差。（4-6）试验时，时间记录往往不易准确，兆欧表刻度展开时间一般1~2s。若 2 为 记录时间有2s误差，则对15s而言， ?t ? 14% ，对60s而言， ?t 15 为3%左右。 若取吸收比K=2，则n=0.5。因此，当记录时间的相对误差为2s时，对 15s绝缘电阻的相对误差?R15?? ? (1 ? 0.14)0.5 ? 1 ? 17%对60s绝缘电阻的相对误差?R 60?? ? (1 ? 0.03)0.5 ? 1 ? 1.5%对于R和 60??R15?? 的相对误差引起的吸收比计算结果的误差可达5%~9%，这样，在现场测量吸收比时，往往导致测量结果重复 性较差，给测试结果分析带来困惑。因此，应准确过自动记录15s 和60s的时间。若用极化指数来监测吸收过程，上述误差可以忽略。 （6）屏蔽环装设位置。为了避免表面泄漏电流的影响，测量时应在 绝缘表面加等电位屏蔽环，且应靠近E端子装设。 （7）兆欧表的L和E端子接线不能对调。用兆欧表测量电气设备绝缘 电阻时，其正确接线方法是L端子接被试品与大地绝缘的导电部分，E端 子接被试品的接地端。 （8）兆欧表与被试品间的连线不能铰接或拖地，否则会产生测量误 差。 （9）采取兆欧表测量时，应设法消除外界电磁场干扰引起的误差。 在现场有时在强磁场附近或在未停电的设备附近使用兆欧表测量绝缘电 阻，由于电磁场干扰也会引起很大的测量误差。1）磁耦合。由于兆欧表没有防磁装置，外磁场对发电机里的磁钢和表头部分 的磁钢的磁场都会产生影响。当外界磁场强度为400A/m时，误差为 ?0.2% 外界磁场愈强，影响愈严重，误差愈大。 2）电容耦合。由于带电设备和被试设备之间存在耦合电容，将使被试品中 流过干扰电流。带电设备电压愈高，距被试品愈近，干扰电流愈大，因而引 起的误差也愈大。 消除外界电磁场干扰的办法是：①远离强电磁场进行测量；②采用高电压级 的兆欧表，例如使用5000V或10000V的兆欧表进行测量；③利用兆欧表的 屏蔽端子G进行屏蔽。 （10）为便于比较，对同一设备进行测量时，应采用同样的兆欧表、同样 的接线。当采用不同型式的兆欧表测绝缘电阻，特别是测量具有非线性电阻 的阀型避雷器时，往往会出现很大的差别。 当用同一只兆欧表测量同一设备的绝缘电阻时，应采用相同的接线， 否则将测量结果放在一起比较是没有意义的。六、影响测试绝缘电阻的主要因素1．湿度随着周围环境的变化，电气设备绝缘的吸湿程度也随着发生变化。当空 气相对湿度增大时，由于毛细管作用，绝缘物（特别是极性纤维所构成的 材料）将吸收较多的水分，使电导率增加，降低了绝缘电阻的数值，尤其 是对表面泄漏电流的影响更大。2．温度电气设备的绝缘电阻随温度变化而变化的，其变化的程度随绝缘的种类而 异。富于吸湿性的材料，受温度影响最大。一般情况下，绝缘电阻随温度 升高而减小。这是因为温度升高时，加速了电介质内部离子的运行，同时 绝缘内的水分，在低温时与绝缘物结合得较紧密。当温度升高时，在电场 作用下水分即向两极伸长，这样在纤维质中，呈细长线状的水分粒子伸长， 使其电导增加。此外，水分中含有溶解的杂质或绝缘物内含有盐类、酸性 物质，也使电导增加，从而降低了绝缘电阻。由于温度对绝缘电阻值有很大影响，而每次测量又不能在完全相同的温度 下进行，所以为了比较试验结果，我国有关单位曾提出过采用温度换算系数 的问题，但由于影响温度换算的因素很多，如设备中所用的绝缘材料特性、 设备的新旧、干燥程度、测温方法等，所以很难规定出一个准确的换算系数。 目前我国规定了一定温度下的标准数值，希望尽可能在相近温度下进行测试， 以减少由于温度换算引起的误差。3．表面脏污和受潮由于被试物的表面脏污或受潮会使其表面电阻率大大降低，绝缘电阻 将明显下降。必须设法消除表面泄漏电流的影响，以获得正确的测量结 果。4．被试设备剩余电荷对有剩余电荷的被试设备进行试验时，会出现虚假现象，由于剩余电荷 的存在会使测量数据虚假地增大或减小。要求在试验前先充分放电10min。图4-6示出了不同放电时间后， 绝缘电阻与加压时间的关系。 剩余电荷的影响还与试品容量有关，若试品容量较小时，这种 影响就小得多了。5．兆欧表容量实测表明，兆欧表的容量对绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量结果都 有一定的影响。兆欧表容量愈大愈好。考虑到我国现有一般兆欧表的容量 水平，推荐选用最大输出电流1mA及以上的兆欧表，这样可以得到较准确 测量结果。绝 1500 缘 电 阻MΩ放电时间1min5min 15min100024h500 0 1 2 3 4 5 加压时间(min)图4-6 不同的放电时间后绝缘电阻与加压时间的关系曲线七、测量结果各种电力设备的绝缘电阻允许值，见规程规定。 将所测得的结果与有关数据比较，这是对实验结果进行分析判断的重要方 法。通常用来作为比较的数据包括：同一设备的各相间的数据、出厂试验 数据、耐压前后数据等。如发现异常，应立即查明原因或辅以其他测试结 果进行综合分析、判断。? 电气设备的绝缘电阻不仅与其绝缘材料的电阻系数 成正比，而且还与 L 其尺寸有关。它们的关系可用 R=?来表示。即使是同一工厂生产的两台电 S 压等级完全相同的变压器，绕组间的距离L应该大致相等，其中的绝缘材 料也应该相同，但若它们的容量不同，则会使绕组表面积S不同，容量大 者S大。这样它们的绝缘电阻就不相同，容量大者绝缘电阻小。因此，即 使是同一电压等级的设备，简单地规定绝缘电阻允许值是不合理的，而应 采用科学的“比较”方法，所以在规程中一般不具体规定绝缘电阻的数值， 而强调“比较”，或仅规定吸收比与极化指数等指标。对于吸收过程较长的大容量设备，如大型变压器、发电机、电缆等， 有时用R60/R15吸收比值不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，为 更好地判断绝缘是否受潮，可采用较长时间的绝缘电阻比值进行衡量， 称为绝缘的极化指数，表示为R10 min K2 ? R1 min（4--7）式中 K2―极化指数： R10min―加压10min时测的绝缘电阻，Ω； R1min―加压1min时测的绝缘电阻，Ω。 极化指数测量加压时间较长，用手摇兆欧表很难控制转速稳定，一般 采用电动兆欧表测量。测定的电介质吸收比率与温度无关，变压器的极化指 数一般应大于1.5，绝缘较好时其值可达3―4。第二节 泄漏电流和直流耐压试验一、泄漏电流由于绝缘电阻测量的局限性，所以在绝缘试验中就出现了测量泄漏 电阻的项目。关于泄漏电流的概念在上节中已加以说明。测量泄漏电流所 用的设备要比兆欧表复杂，一般用高压整流设备进行测试。由于试验电压 高，所以就容易暴露绝缘本身的弱点，用微安表直测泄漏电流，这可以做 到随时进行监视，灵敏度高。并且可以用电压和电流、电流和时间的关系 曲线来判断绝缘的缺陷。因此，它属于非破坏性试验。 由于电压是分阶段地加到绝缘物上，便可以对电压进行控制。当电 压增加时，薄弱的绝缘将会出现大的泄漏电流，也就是得到较低的绝缘电 阻。1．泄漏电流测量的特点测量泄漏电流的原理和测量绝缘电阻的原理本质上是完全相同的，而且能 检出缺陷的性质也大致相同。但由于泄漏电流测量中所用的电源一般均由 高压整流设备供给，并用微安表直接读取泄漏电流。因此，它与绝缘电阻 测量相比又有自己的以下特点：（1）试验电压高，并且可随意调节。测量泄漏电流时是对一定电压等 级的被试设备施以相应的试验电压，这个试验电压比兆欧表额定电压高 得多，所以容易使绝缘本身的弱点暴露出来。因为绝缘中的某些缺陷或 弱点，只有在较高的电场强度下才能暴露出来。 （2）泄漏电流可由微安表随时监视，灵敏度高，测量重复性也较好。 （3）根据泄漏电流测量值可以换算出绝缘电阻值，而用兆欧表测出的 绝缘电阻值则不可换算出泄漏电流值。因为要换算首先要知道加到被试 设备上的电压是多少，兆欧表虽然在铭牌上刻有规定的电压值，但加到 被试设备上的实际电压并非一定是此值，而与被试设备绝缘电阻的大小 有关。当被试设备的绝缘电阻很低时，作用到被试设备上的电压也非常 低，只有当绝缘电阻趋于无穷大时，作用到被试设备上的电压才接近于 铭牌值。这是因为被试设备绝缘电阻过低时，兆欧表内阻压降使“线路” 端子上的电压显著下降。（4）可以用i ? f (u ) 或 i ? f ( t ) 的关系曲线并测量吸收比来判断绝缘缺陷。泄漏电流与加压时间的关系曲线如图4-7所示。在直流电压作用下，当绝缘 受潮或有缺陷时，电流随加压时间下降得比较慢，最终达到的稳态值也较， 即绝缘电阻较小 。iI1 2 I2 1 0t1t2t图4-7 泄漏电流与加压时间的关系曲线 1―良好；2―受潮或有缺陷（5）测量原理 当直流电压加于被试设备时，其充电电流（几何电流和吸收电流） 随时间的增加而逐渐衰减至零，而泄漏电流保持不变。故微安表在加压 一定时间后其指示数值趋于恒定，此时读取的数值则等于或近似等于漏 导电流即泄漏电流。 对于良好的绝缘，其漏导电流与外加电压的关系曲线应为一直线。 但是实际上的漏导电流与外加电压的关系曲线仅在一定的电压范围内才 是近似直线，如图4-8中的OA段。若超过此范围后，离子活动加剧，此 时电流的增加要比电压增加快得多，如AB段，到B点后，如果电压继续 再增加，则电流将急剧增长，产生更多的损耗，以致绝缘被破坏，发生 击穿。iB A0u0 u1u图4-8 绝缘的伏安特性在预防性试验中，测量泄漏电流时所加的电压大都在A点以下，故对良好 的绝缘，其伏安特性 i ? f(u) 应近似于直线。当绝缘有缺陷（局部或全部）或 有受潮的现象存在时，则漏导电流急剧增长，使其伏安特性曲线就不是直线 了。因此，可以通过测量泄漏电流来判断绝缘是否有缺陷或是否受潮。 将直流电压加到绝缘上时，其泄漏电流是不衰减的，在加压到一定时间后， 微安表的读数就等于泄漏电流值。绝缘良好时，泄漏电流和电压的关系几 乎呈一直线，且上升较小；绝缘受潮时，泄漏电流则上升较大；当绝缘有 贯通性缺陷时，泄漏电流将猛增，和电压的关系就不是直线了。因此，通 过泄漏电流和电压之间变化的关系曲线就可以对绝缘状态进行分析判断。 在图4-9和图4-10中绘出了泄漏电流和电压及时间的关系曲线。i( ? A)和A，B相比较 C相可能有缺陷C相i( ? A)2可能变三相 或有缺陷A相 B相 21U D .Ct图4-9 泄漏电流和电压的关系曲线图4-10 泄漏电流和时间的关系曲线2．影响测量结果的主要因素（1）高压连接导线 由于接往被测设备的高压导线时暴露在空气中的，当其表面场强高于约 20kV/cm时（决定于导线直径、形状等），沿导线表面的空气发生电离，对 地有一定的泄漏电流，这一部分电流会结果回来而流过微安表，因而影响测 量结果的准确度。 一般都把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引 线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。 屏蔽线金额已用低压的软金属线，因为屏蔽和心之间的电压极低，致使仪 表的压降而已，金属的外壳屏蔽一定要接到仪表和升压变压器引线的接点上， 要尽可能地靠近升压变压器出线。这样，电晕虽然还照样发生，但只在屏蔽 线的外层上产生电晕电流，而这一电流就不会流过微安表，只要可以完全防 止高压导线点与放电对测量结果的影响。由上述可知，这样接线会带来一些 不便，为此，根据电晕的原理，采取用粗而短的导线，并且增加导线对地距 离，避免导线有毛刺等措施，可减小电晕对测量结果的影响。（2）表面泄漏电流Ib It Ib IIb 1 It Ib Ib?AIt?A2u (a)u (b)图4-11 通过被试设备的体积泄漏电流和表面泄漏电流及消除示意图 （a）未屏蔽 （b）屏蔽泄漏电流可分为体积泄漏电流和表面泄漏电流两种，如图4-11所示。表面泄漏 电流的大小，只要决定于被试设备的表面情况，如表面受潮、脏污等。若绝缘内部 没有缺陷，而仅表面受潮，世界上并不会降低其内部绝缘强度。为真实反映绝缘内 部情况，在泄漏电流测量中，所要测量的只是体积电流。但是在实际测量中，表面 泄露电流往往大于体积泄漏电流，这给分析、判断被试设备的绝缘状态带来了困难， 因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。 消除的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持足够 的距离；另一种是采用屏蔽环江表面泄漏电流直接短接，使之不流过微安表Ⅰ，见 图4-11（b）（3）温度 与绝缘电阻测量相似，温度对泄漏电流测量结果有显著影响。所不 同的是温度升高，泄漏电流增大。 由于温度对泄漏电流测量有一定影响，所以测量最好在被试设备温 度为30～80oC时进行。因为在这样的温度范围内，谢老电流的变化较为 显著，而在低温时变化小，故应停止运行后的热状态下进行测量，或在冷 却过程中对几种不同温度下的泄漏电流进行测量，这样做也便于比较。（4）电源电压的非正弦波形 在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。 如果供给整流设备的交流低压不时正线波，则对测量结果是有影响的。影响 电压波形的主要是三次谐波。 必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很多的。实 践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。另 外，在选择电源时，最好用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。 如果电压是直接在高压直流侧测量的，则上述影响可以消除。 （5）加压速度 对被试设备的泄漏电流本身而言，它与加压速度无关，但是用微安 表所读取得并不一定是真实的泄漏电流，而可能是保护吸收电流在内的合 成电流。这样，加压速度就会对读数产生一定的影响。对于电缆、电容器 等设备来说，由于设备的吸收现象很强，这是的泄漏电流要经过很长的时 间才能读到，而在测量时，又不可能等很出的时间，大都是读取加压后 1min或2min时的电流值，这一电流显然还包含着被试设备的吸收电流，而 这一部分吸收电流是和加压速度有关的。如果电压是逐渐加上的，则在加压的过程中，就已有吸收过程，读得 的电流值就较小，如果电压是很快加上的，或者是一下子加上的，则在加压 的过程中就没有完成吸收的过程，而在同一时间下读得的电流就会大一些， 对于电容大的设备就是如此，而对电容量很小的设备，因为他们没有什么吸 收过程，则加压速度所产生的影响就不大了。 但是按照一般步骤进行系列电流测量时，很难控制加压的速度，所以 对大容量的设备进行测量时，就出现了问题。 （6）微安表接在不同位置时 在测量接线中，微安表接的位置不同，测得的泄漏电流竖直也不同， 因而对测量结果有很大影响。图4-12所示为微安表接在不同位置时的分析 用图。由图4-12可见，当微安表处于μA1位置时，此时升压变压器T和CB 及C12（抵押绕组可看成地电位）和稳压电容C的泄漏电流与高压导线的电 晕电流都将有可能通过微安表。这些试具的泄漏电流有时甚至远大于被试 设备的泄漏电流。在某种程度上，当带上被试设备后，由于高压引线末端 电晕的减少，总的泄漏电流又可能小于试具的泄漏电流，这使得企图从总 的电流间去试具电流的做法将产生异常结果。特别是当被试设备的电容量很小，又没有装稳压电容时，在不接入被试设 备来测量试具的泄漏电流时，升压变压器T的高压绕组上各点的电压与接入 被试设备进行测量时的情况有显著的不同，这使上述减去所测试具泄漏电 流的办法将产生更大的误差。所以当微安表处于升压变压器的低压端时， 测量结果受杂散电流影响最大。 为了既能将微安表装于低压端，又能比较真实地消除砸三电流及电晕电 流的影响。可选用绝缘较好的升压变压器，这样，升压变压器一次侧对地 及一、二次侧之间杂散电流的影响就可以大大减小。经验表明，一、二次 侧之间杂散电流的影响很大的。另外，还可将高压进线用多层塑料管套上， 被试设备的裸露部分用塑料、橡皮之类绝缘物覆盖上，能提高测量的准确 度。 除采用上述措施外，也可将接线稍加改动。如图4-12所示，将1、2两点， 3、4两点连接起来（在图中用虚线表示），并将升压变压器和稳压电容器 对地绝缘起来。这样做能够得到较为满意的测量结果，但并不能完全消除 杂散电流等的影响，因为高压引线的电晕电流还会流过微安表。R C12 T RB CB 4 V 1?A? A1?A?ACR1CxRx32?A?A2图4-12 微安表接在不同位置时的分析图 除采用上述措施外，也可将接线稍加改动。如图4-12所示，将1、2两点，3、 4两点连接起来（在图中用虚线表示），并将升压变压器和稳压电容器对地绝缘起来。 这样做能够得到较为满意的测量结果，但并不能完全消除杂散电流等的影响，因为 高压引线的电晕电流还会流过微安表。 当被试设两极对地均可绝缘时，可将微安表接于μA2位置，即微安表处于被 试设备低电位端。此位置处理受表面泄漏的影响外，不受杂散电流的影响。 当微安表接于图4-12中的μA位置时，如前所述，若屏蔽很好，其测量结果是很准 确的。（7）试验电压极性 1) 电渗透现象使不同极性试验电压下油纸绝缘电气设备的泄漏电流测 量值不同 电渗透现象是指在外加电场作用下，液体通过多孔固体的运动现象， 它是胶体中常见的电动现象之一。由于多孔固体在与液体接触的交界面处， 因吸附离子或本身的电力而带电荷，液体则带相反电荷，因此在外电场作用 下，液体会对固体发生相对移动。 运行经验表明，电缆或变压器的绝缘受潮通常是从外皮或外壳附近开 始的。根据电渗现象，电缆或变压器的绝缘中的水分在电场作用下带正电， 当电缆心或变压器绕组加正极性电压时，绝缘中的水分被其排斥而渗向外皮 或外壳，使其水分含量相对减小，从而导致泄漏电流减少；当电缆心或变压 器绕组加负极性电压时，绝缘中的水分会被其吸引而渗过绝缘向电缆心或变 压器绕组移动，使其绝缘中高场强区的水分相对增加，导致泄漏电流增大。 a）实验电压的极性对新的电缆和变压器的测量结果无影响。因为新电缆 和变压器绝缘基本没有受潮，所含水分甚微，在电场作用下，电渗现象很弱， 故正、负极性试验电压下的泄漏电流相同。 b）实验电压的极性对旧的电缆和变压器的测量结果有明显的影响。2) 试验电压极性小于对引线电晕电流的影响 在不均匀、不对称电场中，外加电压极性不同，其放电过程及放电电压不同的 现象，称为极性效应。 根据气体放电理论，在直流电压作用下，对棒－板间隙而言，其棒为负极性时 的火花放电电压比棒为正极性时高得多，这是因为棒为负极性时，游离形成的正空间 电荷，使棒电极前方的电场被削弱；而在棒为正极性时，正空间电荷使棒电极前方电 场加强，有利于流注的发展，所以在较低的电压下就导致间隙发生火花放电。对电晕起初是电压而言，由于极性效应，会使棒为负极性的电晕起 始电压较棒为正极性时略低。这是因为棒为负极性时，虽然有利仍从电场最 强的棒端附近开始，但正空间电荷使棒极附近的电场增强，故其电晕起始电 压较低；而棒为正极性时，由于正空间电荷的作用犹如帮电极的“等效”曲 率半径有所增大，故其电晕起始电压较高。 在进行直流泄漏电流试验时，其高压引线对地构成的电场可等效为 棒―板电场，由上述分析可知，当实验电压为负极性时，电晕其实电压较低， 所以此时的电晕电流影响较大。从这个角度而言，测量泄漏电流较小的设备 （如少油断路器等）时，宜采用正极性试验电压。3．测量时的操作规定（1）按接线图接好线，并由专人认真检查接线和仪器设备，当确认无误 后，方可通电及升压。 （2）在升压过程中，应密切监视被试设备、实验回路及有关表计。微安 表的读数应在升压过程中，按规定分阶段进行，且需要有一定的停留时间， 以避开吸收电流。 （3）在测量过程中，若有击穿、闪络等异常现象发生，应马上降压，以 断开电源，并查明原因，详细记录，待妥善处理后，再继续测量。 （4）实验完毕、降压、断开电源后，均应对被试设备进行充分放电。放 电前先将微安表短接，并先通过有高阻值电阻的放电棒放电，然后直接接地， 否则会将微安表烧坏，例如在图4-12中，无论在哪个位置放电，都会有电流 流过微安表，即使微安表短接，也发生由于冲击而烧表现象，因此必须严格 执行通过高电阻放电的办法，而且还应注意放电位置。对电缆、变压器、发 电机的放电时间，可以其容量大小由1min增至3min，电力电容器可长至 5min，除此之外，还应注意附近设备有无感应静电电压的可能，必要时也应 放电或预先短接。 （5）若是三相设备，同理应进行其它两项测量。 （6）按照规定的要求进行详细记录。在电力系统交接和预防性实验中，测量泄漏电流时，常遇到的主要异常情况如 下。 （一）从微安表中反映出来的情况 （1）指针来回摆动。这可能是由于电源波动、整流后直流电压的脉动系数比 较大以及试验回路和被试设备有充放电过程所致。若摆动不大，又不十分影响读数， 则可取其平均值；若摆动很大，影响读数，则可增大主回路和保护回路中的滤波电 容的电容量。必要时可改变滤波方式。 （2）指针周期性摆动。这可能是由于回路存在的反充电所致，或者是被试设 备绝缘不良产生周期性放电造成的。 （3）指针突然冲击。若向小冲击，可能是电源回路引起的；若向大冲击，可 能是试验回路或被试设备出现闪络或产生间歇性放电引起的。 （4）指针指示数值随测量时间而发生变化。若逐渐下降，则可能是由于充电 电流减小或被试设备表面绝缘电阻上升所致；若逐渐上升，往往是被试设备绝缘老 化引起的。 （5）测压用微安表不规则摆动。这可能是由于测压电阻断线或接触不良所致。 （6）指针反指。这可能是由于被试设备经测压电阻放电所致。 （7）接好线后，未加压时，微安表有指示。这可能是外界干扰太强或地电位 抬高引起的。 遇到（3）、（4）两种情况时，一般应立即降低电压，停止测量，否则可能导 致被试设备击穿。4．测量中的问题（二）从泄漏电流数值上反映出来的情况 （1）泄漏电流过大。这可能是由于测量回路中各设备的绝缘状况不佳或 屏蔽不好所致，遇到这种情况时，应首先对实验设备和屏蔽进行认真检查 ，例如电缆电流偏大应先检查屏蔽。若确认无上述问题，则说明被试设备 绝缘不良。 （2）泄漏电流过小。这可能是由于线路接错，微安表保护部分分流或有 断脱现象所致。 （3）当采用微安表在低压侧读数，且用差值法消除误差时，可能会出现 负值。这可能是由于高压线过长、空载时电晕电流大所致。因此高压引线 应当尽量粗、短、无毛刺。 （三）硅堆的异常情况 在泄漏电流测量中，有时发生硅堆击穿现象，这是由于硅堆选择不当、 均压不良或质量不佳所致。为防止硅堆击穿，首先应正确选择硅堆，使硅 堆不致在反向电压下击穿；其次应采用并联电阻的方法对硅堆串进行均压 ，若每个硅堆工作电压为5kV时，每个并联电阻常取为2 M?5．测量结论对某一电气设备进行泄漏电流测量后，应对测量结果进行认真、全 面地分析，以判断设备的绝缘状况，做出结论是合格或不合格。 对泄漏电流测量结果进行分析、判断可从下述几方面着手。 （一）与规定值比较 泄漏电流的规定值就是其允许的标准，它是在生产实践中根据积累多年 的经验制订出来的，一般能说明绝缘状况。对于一定的设备，具有一定的规 定标准。这是最简便的判断方法。 （二）比较对称系数法 在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之中的最大 值和最小值的比）进行分析、判断。一般说来不对称系数不大于2。iL ? （三）查看关系 f (u) 曲线法 iL 利用泄漏电流和外加电压的关系? f (u) 曲线即曲线可以说明绝缘在高压下的 状况。如果在实验电压下，泄漏电流与电压的关系曲线是一近似直线，那就说明 绝缘没有严重缺陷，如果是曲线，而且形状陡峭，则说明绝缘有缺陷。（四）空载电流对试验结果的影响 如果试验时天气比较潮湿，绝缘支架受潮、试验回路有尖端毛 刺，等尖端放电现象存在，则不带被试品就有较大的空载泄漏电流存在， 对试验结果会造成较大的影响，有些人会用先测一下空载电流，然后再 带上被试下测出负载试验泄漏电流，用负载试验泄漏电流减去空载泄漏 电流的办法进行校正，实际上这是不科学的，因为带上被试品后会改变 电位分布，有时会出负载试验泄漏电流小于空载泄漏电流的现象，因而 正确的做法是，先不带负载，加压到额定值，看空载泄漏电流在什么水 平，如果较小可以忽略不计，如果较大，则应排除造成空载泄漏电流较 大的原因，如清擦或烘干绝缘支架，改变微安表的位置，清除试验回路 的尖端毛刺，直到空载泄漏电流合格为止。二、直流耐压试验直流耐压试验和直流泄漏试验的原理、接线及方法完全相同，差别在 于直流耐压试验的试验电压较高，所以它除能发现设备受潮、劣化外，对 发现绝缘的某些局部缺陷具有特殊的作用、往往这些局部缺陷在交流耐压 试验中是不能被发现的。 直流耐压试验与交流耐压相比有以下几个特点： （1）设备较轻便。在对大容量的电力设备（如发动机）进行试验，特 别是在试验电压较高时，交流耐压试验需要容量较大的试验变压器，而当 进行直流耐压试验时，试验变压器的容量可不必考虑。通常负荷的泄漏电 流都不超过几毫安，核算到变压器侧的容量微不足道。因此，直流耐压试 验的试验设备较轻便。 （2）绝缘无介质极化损失。在进行直流耐压试验时，绝缘没有极化损失， 因此不致使绝缘发热，从而避免因热击穿而损坏绝缘。进行交流耐压试验 时，既有介质损失，还有局部放电，致使绝缘发热，对绝缘的损伤比较严 重，而直流下绝缘内的局部放电要比交流下的轻得多。基于这些原因，直 流耐压试验还有些非破坏性试验的特性。（3）可制作伏安特性。进行直流耐压试验时，可制作伏安特性曲线，可根 据伏安特性曲线的变化来发现绝缘缺陷。并可由此来预测击穿电压，如图413所示。预测击穿电压的方法是将泄漏电流与电压关系曲线延长，泄漏电流 急剧增长的地方，表示即将击穿，此时即停止试验，如图4-13中的Ｕ０即为 近似的击穿电压。I0U0U图4-13 延长伏安特性曲线预测击穿电压根据预测的直流击穿电压，有人认为可以估算出交流击穿电压的幅 值，换算公式为： 1 交流击穿电压幅值＝ ? 直流击穿电压K式中Ｋ――巩固系数，与设备的绝缘材料和结构有关，可用直流击穿电压 与交流击穿电压的幅值来表示，其值一般在1.0~4.2范围内。（4）在进行直流耐压试验时，一般都兼做泄漏电流测量，由于直流耐压试验 时所加电压较高，故容易发现缺陷。 （5）易于发现某些设备的局部缺陷。对电缆来说，直流试验也容易发现其局 部缺陷。 综上所述，直流耐压试验能够发现某些交流耐压所不能发现的缺陷。但交流 耐压对绝缘的作用更近于运行情况，因而能检出绝缘在正常运行时的最弱点。因此， 这两试验不能互相代替，必须同时应用于预防性试验中，特别是电机、电缆等更应 当作直流试验。（一）试验电压的确定 进行直流耐压试验时，外施电压的数值通常应参考该绝缘的交流耐压 试验电压和交、直流下击穿电压之比，但主要是根据运行经验来确定。 （二）实验电压的极性 电力设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘，外绝缘对地电场可以近似用 棒―板电极构成的不对称、极不均匀电场中，气体间隙相同时，由于极性效 应，负棒―正极的火花放电电压是正棒―负极的火花放电电压的2倍多，如 图4-14所示。1350 d直流火花放电电压U(kV)负极性900 750 600 450 300 150 0 50 100 150 200 250 300 间隙距离 d(cm)正极性图4-14 棒―板空气间隙的直流火花放电电压与间隙距离的关系由图4-14可见，当间隙距离为100cm时，正、负极性的火花放电电压分 别为450kV和1000kV，即＝2.2倍。这种极性效应是由于电晕空 间电荷对电场畸变造成的。 通常，电力设备的外绝缘水平比其内绝缘水平高，显然，施加负极性试 验电压外绝缘更不容易发生闪络，这有利于实现直流耐压试验检查内绝缘缺 陷的目的，另外，对电缆等油浸纸绝缘的电力设备，由于电渗现象，其内绝 缘施加负极性试验电压时的击穿电压较正极性低10％左右，也就是说，电 缆心接负极试验电压检出缺陷的灵敏度更高，即更容易发生绝缘缺陷。 应指出，直流耐压试验的时间可比交流耐压试验的时间（1min）长些。直 流耐压试验结果的分析判断，可参阅交流耐压试验分析判断的有关原则。第三节 介质损失角正切值试验电介质就是绝缘材料。当研究绝缘物质在电场作用下所发生的物理现 象时，把绝缘物质称为电介质；而从材料的使用观点出发，在工程上把绝缘 物质称为绝缘材料。既然绝缘材料不导电，怎么会有损失呢？我们确实总希 望绝缘材料的绝缘电阻愈高愈好，即泄漏电流愈小愈好，但是，世界上绝对 不导电的物质是没有的。任何绝缘材料在电压作用下，总会流过一定的电流， 所以都有能量损耗。把在电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗 或介质损失。 如果电介质损耗很大，会使电介质温度升高，促使材料发生老化（发 脆、分解等），如果介质温度不断上升，甚至会把电介质熔化、烧焦，丧失 绝缘能力，导致热击穿，因此电介质损耗的大小是衡量绝缘介质电性能的一 项重要指标。 在外加交流电压作用下，绝缘介质就流过电流，电流在介质中产生能 量损耗，这种损耗成为介质损耗。介质损耗很大时，就会使介质温度升高而 老化，甚至导致热击穿。因此，介质损耗的大小就反映了介质的优劣状况。当绝缘物上加交流电压时，可以把介质看成为一个电阻和电容并联组成的等值电 路，如图4-15（a）所示。根据等值电路可以作出电流和电压的相量图，如图4-15 （b）所示。I I IR I IC U IC C R IR? ?U(a)(b)图4-15 在绝缘物上加交流电压时的等值电路及相量图 （a）介质等值电路 （b）等值电路电流、电压相量由相量图可知，介质损耗由 质损失角，其正切值为? IR 产生，夹角大时， ?? IR 就越大，故称为介 ?tg? =IR U/R 1 ? ? IC U/?C ?CR（4-8） （4-9）U2 介质损耗 P= ? U 2? Ctg? R 由上式可见，当U、f、C一定时，P正比于 质损耗。，所以用 tg?来表征介 tg?测量的 tg? 灵敏度较高，可以发现绝缘的整体受潮、劣化、变质及小体 积设备的局部缺陷。一、介质损失角正切值的测量原理介质损耗角正切的测量方法很多，从原理上来分，可分为平衡测量法和角 差测量法两类。传统的测量方法为平衡测量法，即高压西林电桥法。由于技 术的发展和检测手段的不断完善，角差测量法使用的越来越普遍。 当绝缘受潮、老化时，有功电流将增大，tgδ也增大。通过测tgδ 可以反映 出绝缘的分布性缺陷。如果缺陷是集中性的，有时测tgδ 就不灵敏，这是 因为集中性缺陷为局部的，可以把介质分为缺陷和无缺陷的两部分；无缺 陷的部分为R1和C1的并联；有缺陷部分为R2和C2的并联。则：P ? P1 ? P2? CU 2 tg? ? ? C1U 2 tg?1 ? ? C2 U 2 tg? 2C1 C2 tg? ? tg?1 ? tg? 2 C C（4-10） （4-11） （4-12）当有缺陷部分占的比例很小时， 就不易发现局部缺陷。C ? C2 ,C2 tg? 2 就很小，所以测整体 Ctg? 的时在《电力设备预防性试验规程》中对电机、电缆等绝缘，因为缺陷的集 中性及体积较大，通常不做此项试验；而对套管、电力变压器、互感器、 电容器等则做此项试验。 我国目前使用的测 tg? 试验装置有西林电桥（图4-16给出了QS1西林电桥的 三种试验接线），M型介质试验器，还有P5026M型交流电桥、GWS-1型光 导微机介质损耗测试仪等，具体的使用方法可参见制造厂说明。本节主要介 ? 绍西林电桥法测量 tg。 西林电桥的两个高压桥臂，分别由试品ZN及无损耗的标准电容器CN组成； 两个低压桥臂，分别由无感电阻R3及无感电阻R4与电容C4并联组成，如图 4-16所示。各桥臂的导纳为YX ? 1 ? j?C x RxYN ? j?C NY3 ? 1 R31 Y4 ? ? j?C4 R4调节R3、C4使电桥达到平衡时，应满足YX Y4 ? Y3YN? 1 ? ? ? j?C x ? ? Rx ? ? ? ? 1 ? 1 ? ? R ? j?C4 ? ? R ? j?C N ? 3 ? 4 ?（4-13）解此方程，实部、虚部分别相等，可得1 tg? ? ? ?C4 R4 ?C x Rx（4-14）R4 1 Cx ? CN R3 1 ? tg 2?（4-15）当tgδ&0.1， 误差允许不大于1%时，式（4-15）可改写为R4 C x ? CN R3?（4-16）高压西林电桥是用于工频高压，于是ω=2πf=100π是固定的；同时电桥中 10 4 的R4取 ，也是固定的，这时 ?tgδ=ωR4C4=KC4×106 （4-17）式中C4的单位是F，若C4以μF计则上式可写为tgδ=KC4 式中 K=F-1。 （4-18）于是C4就可以直接分度为tgδ。在西林电桥上tgδ是直读的。Cx是按R3的 读数，通过式（4-15）计算得出。CN一般都用100pF，个别也有用50pF或 1000pF，但都是固定已知值。 高压西林电桥的高压桥臂的阻抗比对应的低压臂阻抗大得多，所以电桥 上施加的电压绝大部分都降落在高压桥臂上，只要把试品和标准电容器放在 高压保护区，用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，则在低压桥臂上调节 R3和C4就很安全，而且测量准确度较高，但这种方法要求被试品高低压端 均对地绝缘。ZN G R4 R3CNZN G R4CNC4R3C4(a)(b)ZN G R4 R3CNC4(c)图4-16 QS1型西林电桥原理接线 （a）正接线 （b）反接线 （c）对角线接线 Zx―被测绝缘阻抗；CN―标准电容；R3―可变电阻；C4―可变电容；G―检流计图4-16（a）正接线用于两极对地绝缘的设备，用于试验室或绕组间测 。 tg? 图4-16（b）反接线用于现场被试设备为一极接地的设备，要求电桥有足够 的绝缘。由于R3和C4处于高电位，为保证操作的安全应采取一定的措施。 一个办法是将电桥本体和操作者一起放在绝缘台上或放在一个叫法拉第笼的 金属笼里对地绝缘起来，使操作者与R3、C4处于等电位。另一种办法是人 通过绝缘连杆去调节R3和C4。现场试验通常采用反接线试验方法。图4-16 （c）对角线接线用于被试设备为一极接地的设备且电桥没有足够的绝缘。电桥测试中的注意事项： 在电桥测试中，有些问题往往容易被忽视，使测量数据不能反映被试设备 的真实情况，常被忽视的问题有：tg? （1）外界电场干扰的影响。在电压等级较低（例如35kV电压等级）的电气设备 测试中，容易忽视电场干扰的影响。 （2）高压标准电容器的影响。现场经常使用的BR-16型标准电容器，电容量为 50pF，要求tg? %&0.1%。由于标准电容器经过一段时间存放、应用和运输后，本身 的质量在不断变化，会受潮、生锈，如忽视了这些质量问题，同样会影响测试的数 据。 （3）试品电容量变化的影响。在用QS1型西林电桥测量电气设备绝缘状况时，往 tg 往重视 ? 值，而容易忽视试品电容量的变化，由此而产生一些事故。（4）消除表面泄漏的方法。当测量电气设备绝缘的 tg? 时，空气相对湿度 对其测量结果影响很大，当绝缘表面脏污，且又处于湿度较大的环境中时， 表面泄漏电流增加，对其测量结果影响更大。 采取其有效的方法，如电热风法、瓷套表面瓷群涂擦法、化学去湿法等。 （5）测试电源的选择。在现场测试中，有时会遇到试验电压与干扰电源不 同步，用移相等方法也难以使电桥平衡的情况。 （6）电桥引线的影响： 1）引线长度的影响。分析研究表明，在一般情况下，Cx引线长度约为 5~10m，其电容约为pF；而CN引线约为1~1.5m，其电容约为 300~500pF。当R4=3184欧和R3较小时，对测量结果影响很小，但若进 行小容量试品测试时，就会产生偏大的测量误差。 2）高压引线与试品夹角的影响。测量小容量试品时，高压引线与试品 的杂散电容对测量的影响不可忽视。 3）引线电晕的影响。高压引线的直径较细时，当试验电压超过一定数 时，就可能产生电晕。例如若用一般的导线做高压引线，当电压超过50kV 后，就会出现电晕现象。电晕损耗通过杂散电容将被计入被试品的 tg?内。 严重影响测量结果，并可能导致误判断。4）引线接触不良的影响。当QS1电桥高压线或测量引出线与被试品接触不良 时，相当于被试支路串联一个附加电阻。该电子在交流电压作用下会产生有 功损耗并与被试品自身有功损耗叠加，使测量的介质损耗因数超过规定的限 值，导致误判断。 （7）接线的影响。小电容（小于500pF）试品主要有电容型套管、 3~110kV电容式电流互感器等。对这些试品采用QS1型电桥的正、反接线 进行测量时，其介质损耗因数的测量结果是不同的。 按正接线测量一次对二次或一次对二次及外壳（垫绝缘）的介质损耗因 数，测量结果是实际被试品一次对二次及外壳绝缘的介质损耗因数。而一 次和顶部周围接地部分的电容和介质损耗因数均被屏蔽掉（电桥正接线测 量时，接地点是电桥的屏蔽点）。 由于正接地具有良好的抗电场干扰，测量误差较小的特点，一般应以正 接线测量结果作为分析判断绝缘状况的依据。（二）角差测量法测量tgδ 由于介质损耗角很小，如果直接测量其角差很困难，因此，传统的测 量方法均采用平衡测量法。随着技术的进步及元器件的发展，可以通过直接 测量电压和电流的角差来测量tgδ，即角差法测量tgδ。这种方法免去了平衡 测量法中需要调节平衡的繁琐，大大减少了试验的工作量。角差法测量方法 很多，如图4-17所示为角差法典型的测量原理接线图，其工作原理如下： 由图4-15所示，测量tgδ实际上就是测量流过试品容性电流与全电流 的相角差，在试验时同时测量流过标准电容器电流（其相角与流过试品的容 性电流的相角一致）和流过试品的电流（全电流），这样可测得到二者之间 的相角差，从而可以计算tgδ的数值。采样电阻是无感精密电阻。测量回路 将电流信号变为数字信号，通过傅立叶变换能精确稳定地测量畸变波形的相 位差。但测量精度完全由高速高精度器件和计算处理的精度决定。考虑到正、 反接线及高低压隔离问题，数据传输可以通过光纤传输或将数据转换为红外 光并发送到接收器来进行隔离。升压变压器 输入 220 V / 50Hz 标准电容器 N CCx ( 试品)电阻取样 测量单元 测量试品电流 标准电容 器电流外壳接地公共接地端接收器 通讯电缆图4－17 非平衡法测量tgδ接线示意图二、 tg? 测量中的抗干扰措施在现场进行测量时，试品和桥体往往处于周围带电部分的电场作用范围之内， 虽然电桥本体及联接线采用了屏蔽措施，但试品无法做到全屏蔽。这时干扰就会通过 试品高压极的杂散电容产生干扰，影响测量结果。为了消除或减少由电场干扰引起的 误差，采用平衡法测量时可以采用如下措施： （1）加设屏蔽 当试品体积不大时，可用金属屏蔽罩或网将试品与干扰源隔开， 可以减少测量误差。 （ 2）采用移相电源 由于干扰源的相位一般是无法改变的，因此，可以通过改 变电源的相位，使得电源的相位和干扰的相位同相或反相，来达到消除或减少同频率 干扰的目的。 （3）倒相法 测量时将电源正接和倒相各测量一次，测得两组结果tgδ1、C1和 tgδ2、C2, 然后通过式4－19和式4－20计算求得tgδ和C：tg?C1tg? 1 ? C 2 tg?＝2C1 ? C 2（4-19）C?C1 ? C 2 2（4-20）采用非平衡法测量时，可采用如下措施： （1）采用异频电源。由于干扰的频率一般为工频或工频的谐波，因此，可 将输入电源整流成直流后通过开关逆变电路逆变为异于工频的正弦波，避开 干扰的频率范围，这样可大大提高测量精度。这种方法在非平衡法测量中使 用较多，而且抗干扰的效果较好。 （2）补偿法。通过计算机数据处理，将测量数据进行补偿，使得测量波形 为不畸变的正弦波形后，计算得到tgδ和C。三、影响测试的主要因素及分析判断1．影响因素 tg? （1）温度的影响。 值受温度影响而变化，为了比较试验结果，对同 一设备在不同温度下的变化必须将结果归算到一个巩固的基准温度，一般 0 归算到20 。 C （2）湿度的影响。在不同的湿度下测得的值也是有差别的，应在空气 相对湿度小于80%下进行试验。 （3)绝缘的清洁度和表面泄漏电流的影响。这可以用清洁和干燥表面来 将损失减到最小，也可采用涂硅油等办法来消除这种影响。2．分析 （1）和《电力设备预防性试验规程》的要求值作比较。 （2）对逐年的试验结果应进行比较，在两个试验间隔之间的试验测量值不 应该有显著的增加或降低。 （3）当值未超过规定值时，可以补充电容量来分析，电容量不应该有明显 的变化。 （4）应充分考虑温度等的影响，并进行修正。 （5）通过测tg? =f（U）的曲线，观察tg? 是否随电压而上升，来判断绝缘 内部是否有分层、裂纹等缺陷。 3．综合判断 由上述可知，每一项预防性试验项目对反映不同绝缘介质的各种缺陷的 特点及灵敏度各不相同，因此对各项预防性试验结果不能孤立地、单独地对 绝缘介质做出试验结论，而必须将各项试验结果全面地联系起来，进行系统 地、全面地分析、比较，并结合各种试验方法的有效性及设备的历史情况， 才能对被试设备的绝缘状态和缺陷性质做出科学的结论。例如，当利用兆欧 tg? 表和电桥分别对变压器绝缘进行测量时，如果 值不高，其绝缘电阻、吸 tg? 收比较低，则往往表示绝缘中有集中性缺陷；如果 值也高，则往往说明 绝缘整体受潮。一般地说，如果电气设备各项预防性试验结果（也包括破坏性试验） 能全部符合规定，则认为该设备绝缘状况良好，能投入运行。但是对非破坏 性试验而言，有些项目往往不作具体规定，有的虽有规定，然而，试验结果 却又在合格范围内出现“异常”，即测量结果合格，增长率很快。对这些情 况如何作出正确判断，则是每个试验人员非常关心的问题。根据现场试验经 验，现将电气设备绝缘预防性试验结果的综合分析判断概括为比较法。它包 括下列内容： （1）与设备历年（次）试验结果相互比较，因为一般的电气设备都应 定期地进行预防性试验，如果设备绝缘在运行过程中没有什么变化，则历次 的试验结果都应当比较接近。如果有明显的差异，则说明绝缘可能有缺陷。 （2）与同类型设备试验结果相互比较。因为对同一类型的设备而言， 其绝缘结构相同，在相同的运行和气候条件下，其测试结果应大致相同。若 悬殊很大，则说明绝缘可能有缺陷。 （3）同一设备相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的绝缘 情况应当基本一样，如果三相试验结果相互比较差异明显，则说明有异常的 绝缘可能有缺陷。（ 4）与《电力设备预防性试验规程》规定的“允许值”相互比较。对 有些试验项目，《电力设备预防性试验规程》规定了“允许值”，若测量值 超过“允许值”，应认真分析，查找原因，或在结合其他试验项目来查找缺 陷。 总之，应当坚持科学态度，对试验结果必须全面地、历史地综合分析，掌 握设备性能变化的规律和趋势，这是多年来试验工作者总结出来的一条综合 分析判断试验结构的重要原则，并以此来正确判断设备绝缘状况，为检修提 供依据。 表4-1列出了非破坏性试验基本方法的比较，在试验中应充分利用它们 的特点去发掘绝缘缺陷。试验方法 测量绝缘电阻能发现的缺陷 贯通的集中性缺陷，整 体受潮或有贯通性的受 潮部分不能发现的缺陷 未贯通的集中性缺陷， 绝缘整体老化及游离评价 基本方法之一测量吸收比受潮，贯通的集中性缺 陷未贯通的集中性缺陷， 绝缘整体老化应用于判断受潮测量泄漏电流同绝缘电阻测量，但较 灵敏同绝缘电阻测量基本方法之一tg?整体受潮、劣化，小体 积被试品的贯通及未贯 通缺陷大体积被试品的集中性 缺陷基本方法之一第四节 局部放电试验一、局部放电及局部放电测量可检测的缺陷种类在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局 部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种 放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然 保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。发生在绝缘体内的称为内部局部放 电；发生在绝缘体表面的称为表面局部放电；发生在导体表面而周围都是气 体的，可称之为电晕放电。 局部放电会逐渐腐蚀、损坏绝缘材料，使放电区域不断扩大，最终导 致整个绝缘体击穿。故必须把局部放电限制在一定水平之下。高压绝缘设备 都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但出厂时要做局 部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。二、局部放电基本物理过程及其主要技术参数局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种 生成物。从电气性能方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁 波辐射、有能量损耗。最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉 冲电压出现。如果绝缘中存在有气泡，当工频高压施加于绝缘体的两端时， 如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压，则气泡上的电压就随外加 电压的变化而变化。若外加电压足够高，即上升到气泡的击穿电压时，气泡 发生放电，放电过程使大量中性气体分子电离，变成正离子和电子或负离子， 形成了大量的空间电荷，这些空间电荷，在外加电场作用下迁移到气泡壁上， 形成了与外加电场方向相反的内部电压，这时气泡上剩余电压应是两者叠加 的结果，当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时，于是气泡的放电暂停， 气泡上的电压又随外加电压的上升而上升，直到重新到达其击穿电压时，又 出现第二次放电，如此出现多次放电。当试品中的气隙放电时，相当于试品 失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲 叠加在千伏级的外施电压上。所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这 种电压脉冲检测出来。其中电荷q称为视在放电量。三、局部放电测量的基本回路如图4－18所示为测量局部放电的三种基本回路。图中C代表试品电容， Z（Z）代表测量阻抗，Ck代表耦合电容，它的作用是为Cx与Zm之间提供 一个低阻抗的通道。Z代表接在电源与测量回路间的低通滤波器，Z可以让 工频电压作用到试品上，但阻止被测的高频脉冲或电源中的高频分量通过。 图4－18（a）中，试验电压U经Z施加于试品Cx，测量回路由Ck与Zm串联 而成，并与 Cx并联，因此称为并联测量回路。试品上的局部放电脉冲经Ck 耦合到Zm上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接 地的情况，在实际工作中应用较多。图4－18（b）为串联测量回路 ，测量 阻抗Zm串联接在试品Cx低压端与地之间，并经由Ck形成放电回路。因此， 试品的低压端必须与地绝缘。图4－18（c）为桥式测量回路，又称平衡测 量回路。试品Cx与耦合电容Ck均与地绝缘，测量阻抗Zm与Zm分别接在 Cx 与Ck的低压端与地之间。ZCKMZ ACxMZ ACx CKAM' ZmCxZmCKZmZm(a )(b)图4－10 测量局部放电的基本回路(c)图4－18 测量局部放电的基本回路四、局部放电测量中的抗干扰措施1．干扰来源 广义的电磁干扰除了包括与局放信号一起通过电流传感器进入监测 系统的干扰以外，还包括影响监测系统本身的干扰，诸如接地、屏蔽、以 及电路处理不当所造成的干扰等。现场电磁干扰特指前者，它可分为连续 的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪声。周期型干扰包括系统高次谐波、载 波通讯以及无线电通讯等。脉冲型干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型 干扰。周期脉冲型干扰主要由电力电子器件动作产生的高频涌流引起。随 机脉冲型干扰包括高压线路上的电晕放电、其他电气设备产生的局部放电、 分接开关动作产生的放电、电机工作产生的电弧放电、接触不良产生的悬 浮电位放电等。白噪声包括线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变 压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。 电磁干扰一般通过空间直接耦合和线路传导两种方式进入测量点。测 量点不同，干扰耦合路径会不同，对测量的影响也不同；测量点不同，干 扰种类、强度也不相同。２．常用的抑制干扰方法 干扰的抑制总是从干扰源、干扰途径、信号后处理三方面考虑。找出干扰 源直接消除或切断相应的干扰路径，是解决干扰最有效最根本的方法，但要 求详细分析干扰源和干扰途径，且一般不允许改变原有的变压器运行方式， 因此在这两方面所能采取的措施总是很有限。对于经电流传感器耦合进入监 测系统的各种干扰，采取各种信号处理技术加以抑制。一般从以下几方面区 分局放信号和干扰信号；工频相位、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、 重复率和物理位置等。在抗干扰技术中有两种不同的思路：一种是基于窄带 (频带一般为10kHz至数10kHz)信号的。它通过合适频带的窄带电流传感器 和带通滤波电路拾取信号，躲过各种连续的周期型干扰，提高了测量信号的 信噪比。这种方法只适合某一具体的变电站，使用上不方便。此外，由于局 部放电信号是一种宽频带脉冲，窄带测量会造成信号波形的失真，不利于后 面的数字处理。另一种是基于宽频(频带一般为10至1000kHz)信号的处理方 法。检测信号中包含局放的大部分能量和大量的干扰，但信噪比较低。对于 这些干扰的处理步骤一般是：a.抑制连续周期型干扰；b.抑制周期型脉冲干 扰；c.抑制随机型脉冲干扰。随着数字技术的发展及模式识别方法在局放中 的应用，这种处理方法往往能取得较好的效果。在后级处理中，很多处理方 法是一致的。可归纳为频域处理和时域处理方法。频域方法是利用周期型干 扰在频域上离散的特点处理之；而时域处理方法是根据脉冲型干扰在时域上 离散的特点处理。有硬件和软件两种实现方式。由于局部放电脉冲信号是很微弱的信号，现场的电磁干扰都将对测量 结果产生较大误差，因此，要做到准确测量很困难。为了提高测量精度， 除了采取上述介绍的抗干扰措施外，在测量中还应可采取如下措施： （1）试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备，特别是试验变压器和耦 合电容Ck。 （2）滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。 （3）试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。 （4）测量回路的参数配合要适当， 耦合电容要尽量小于试品电容Cx， 使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷。 （5）必须对测量设备进行校准。第五节 交流耐压试验交流耐压试验是对电气设备绝缘外加交流试验电压，该试验电压比设 备的额定工作电压要高，并持续一定的时间（一般为1min）。交流耐压试 验是一种最符合电气设备的实际运行条件的试验，是避免发生绝缘事故的一 项重要的手段。因此，交流耐压试验是各项绝缘试验中具有决定性意义的试 验。 但是，交流耐压试验也有缺点，它是一种破坏性的试验；同时，在试 验电压下会引起绝缘内部的累积效应。因此，对试验电压值的选择是十分慎 重的，对于同一设备的新旧程度和不同的设备所取的数值是不同的，在我国 《电力设备预防性试验规程》中已作了有关的规定。 交流耐压试验可以分为下列几种： （1）交流工频耐压试验。 （2）0.1HZ试验。 （3）冲击波耐压试验。 （4）倍频感应电压试验和操作波试验。 （5）局部放电试验。一、交流工频耐压试验图4－19中给出交流工频耐压试验的接线图。FU S2 T1 S1 KM 1 VT2R1 C1 R2 G CXP1 A P2C2V图4－19 交流耐压试验接线图 S1、S2――开关；FU――熔断器；T1――调压器；T2――试验变压器；KM―― 过流继电器； P1、P2――测量线圈；R1――保护电阻；R2――球隙保护电阻；G――保护球隙； C1、C2――电容分压器；Cx――被试绝缘在图中接于测量线圈P1、P2的电压表属于低压侧测量，可以通过变比 换算到高压侧。而接于C1和C2之间电压表属于高压侧测量，这是现场常用 的方法，它可以避免由于容性电流而使被试设备端电压升高所带来的影响。 我国的试验变压器有各种电压和容量等级，各单位在购置试验器时应 对本单位的电气设备在实验电压下的充电进行计算，根据充电电流小于试验 变压器的额定输出电流的原则来选择试验变压器的容量。而充电电流可以用 I充 被试物的电容Cx来估算 ? U 试验电压 ?C X ，Cx可用西林电桥来测定。 有时，为得到高电压，可以采用串级方法，谐振式交流耐压装置。二、试验注意事项（1）必须在被试设备的非破坏性试验都合格后才能进行此项试验，如果 有缺陷（例如受潮），应排除缺陷后进行。 （2）被试设备的绝缘表面应擦干净，对多油设备应使油静止一定的时间。 （3）应控制升压速度，在1/3试验电压以前可以快一些，其后应以每秒钟 3%的试验电压连续升到试验电压值。 （4）实验前后应比较绝缘电阻、吸收比，不应有明显的变化。 （5）应排除湿度、温度、表面脏污等影响。三、操作规定（1）试验前应了解被试设备的非破坏性试验项目是否合格，一殷应在所 有非破坏试验项目全部做完，且合格以后才做交流耐压试验，若有缺陷或异 常，应在排除缺陷（如受潮时要干燥）或异常后再进行试验。 （2）试验现场应围好遮栏，挂好标志牌，并派专人监视。 （3）试验前应将被试设备的绝缘表面擦拭干净。对多油设备应按有关规 定使油静止一定时间，如大容量变压器，应使油静止12-20h，3~10kV变压 器，应使油静止5~6h后再做试验。 （4）调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的105%~110%，连续试 验三次，应无明显差别，并检查过流保护装置动作的可靠性。 （5）根据试验接线图接好线后，应由专人检查，确认无误（包括引线对 地距离、安全距离等）后方可准备加压。 （6）加压铅要检查调压器是否在“零位”，若在“零位”方可加压，而 且要在高呼“加高压”后才能实施操作。（7）升压过程中应监视电压表及其他表计的变化，当升至0.5倍额定试验 电压时，读取被试设备的电容电流；当升至额定电压时，开始计算时间，时 间到后缓慢降下电压。 （8）对于升压速度，在1/3试验电压以下可以稍快一些，其后升压应均匀， 约按每秒3%试验电压升压，或升至额定试验电压的时间为10~15s。 （9）实验中若发现表针摆动或被试设备、实验设备发出异常响声、冒烟、 冒火等，应立即降下电压，在高压侧挂上地线后，查明原因。 （10）被试设备无明显规定者，一般耐压时间为1min，对绝缘棒等用具， 耐压时间为5min，实验后应在挂上接地棒后触摸有关部位，应无发热现象。 （11）试验电压值要认真确定，特别是发电机的耐压试验，一定要严格监 督不要升高到规定值以上。 （12）实验前后应测量被试设备的绝缘电阻及吸收比，两次测量结果不 应有明显差别。四、交流试验中的问题1．调压器的情况 当接通电源，合上电磁开关，接通调压器后，调压器便发出沉重的声响， 这可能是将220v的调压器错接到380v的电源上了，若此时电流出现异常读 数，则又可能是调压器不在零位，并且其输出侧有短路或类似短路的情况， 最常见的是接地棒忘记摘除。 2．电压表的情况 （1）电压表有指示。接通电源后，电压表马上就有指示，这说明调压 器不在零位，若电压表指示甚大，且伴有声响，则可能马上嗅出味来。 （2）电压表无指示，接通电源后，调节调压器，电压表无指示，这可 能是由于自耦变压器碳刷接触不良，或电压表回路不通，若变压器测量线卷 （或变压器输入线圈）有断线的地方所致。 3．升压过程中出现的情况 （1）在升压或持续试验的过程中，出现限流电阻内部放电，这可能是 由于管内没有水或水不够所致。有时出现管外表面闪络，这可能是由于水阻 过大、管子短或表面脏污所致。（2）在升压过程中，电压缓慢上升，而电流急剧上升，这可能是由于被 试设备存在短路或类似短路的情况所致，也可能是被试设备容量过大或接近 于谐振所致。 （3）若随着调压器往上调节，电流下降，电压基本不变可有下降趋势， 这可能是由于试验负荷过大、电流容量不够所致。在这种情况下，可改用大 容量电源进行尝试。否则可能是由于波形畸变的影响所致。120Us(kV)100 80 60 40 20 0 0.2 0.4 0.6 0.8 把手位置图4－20 移卷调压器（12.5kVA）调压的试验变压器（150kV，25kVA）在工频耐 压试验过程中的电压变化曲线（被试品电容为6410pF）（4）在升压过程中，随着移卷调压器调节把手的移动，输出电压不均匀 地上升，而出现一个马鞍形，即通常所说的“Ｎ形曲线”如图4－20所示。 这是由于移卷调压器的漏抗与负载电容的容抗相匹配而发生串联谐振造成的， 遇到这种情况可采用增大限流电阻或改变回路参数的办法来解决。 4．从被试设备方面反映出的情况 被试设备在耐压试验时合格，但是在交流试验后却发现被击穿。这可能 是由于试验者的疏忽，在试验后，忘记降压就拉闸所造成的。五、交流耐压试验结果的分析（1）被试设备一般经过交流耐压试验，在规定的持续时间内不发生击 穿为合格，反之为不合格。被试设备是否击穿，可按下述情况分析： 1）根据试验时接入的表记进行分析。一般情况下，若电流表突然上升，则 表明被试设备击穿。但当被试设备的容抗 X C 与试验变压器的漏抗 X L 之比等 于2时，虽然被试设备击穿，电流表的指示也不会发生变化，因为此时回路 电抗没有变化；而当 X C X L 与 的比值小于2时，虽然被试设备被击穿，电流 表的指示反而下降，这是由于此时回路电抗增大所致。上述现象可用图4－ 21进行分析，图中 X C 为被试品的容抗， X L 为试验变压器的漏抗。XLI U XC图4－21 交流耐压试验的等值回路当采用串并联补偿法或被试设备容量较大、试验变压器容量不够时，就有可 能出现上述异常现象。当采用电压互感器或电容分压器等方法测高压端部电 压，被试设备击穿时，其表针指示会突然下降，低压侧的电压表也能反映出 来。 2）根据试验控制回路的状况进行分析。若过流继电器整定值适当，则被 试设备击穿时，过电流继电器要动作，电磁开关跟着就要跳开；若整定值过 小，可能在升压过程中，并非被试设备击穿，而是由于被试品电流较大，造 成电磁开关跳开；若整定值过大，即被试设备放电或发生小电流击穿，也不 会有反映。 3）根据被试设备状况进行分析。在被试过程中，如被试设备发生击穿声 响，发生断续放电声响、冒烟、焦臭、跳火以及燃烧等，一般都是不允许的， 当查明这种情况确实来自被试设备绝缘部分（如在绝缘中发现贯穿性小孔、 开裂等现象）时，则认为被试设备存在问题或早已被击穿。 除此之外，若在被试过程中，出现局部放电，则应按各种不同的被试设 备，就其有关规定，进行处理或判断。 （2）当被试设备为有机绝缘材料，经试验后，立刻进行触摸，如出现普 遍或局部发热，都认为绝缘不良，需要处理（如烘烤），然后再进行试验。（3）对组合绝缘设备或有机绝缘材料，耐压前后期绝缘电阻不应下降30 ％，否则就认为不合格。对于纯瓷绝缘或表面以瓷绝缘为主的设备，易受当 时气候条件的影响，可酌情处理。 （4）在试验过程中若空气湿度、温度、或表面脏污等的影响，仅引起表 面滑闪放电或空气放电，则不应认为不合格。在经过清洁、干燥等处理后， 在进行试验；若并非由于外界因素影响，而是由于瓷件表面釉层绝缘损伤、 老化等引起的（如加压后表面出现局部红火），则应认为不合格。 （5）精心综合分析、判断。应当指出，有的设备及时通过了耐压试验， 也不一定说明设备毫无问题，特别是像变压器那样有绕组的设备，即使进行 了耐压试验，也往往不能检出匝间、层间等缺陷，所以必须汇同其他试验项 目所得的结果进行综合判断。除上述测量方法外，还可以进行色谱分析、微 水分析、局部放电测量等。第五章 绝缘油的气相色谱试验与分析第一节 充油电气设备内部主要绝缘材料的性能充油电气设备内部的主要绝缘材料有变压器油、纸和纸板等A级绝缘材料， 当运行年限为20年左右时，最高允许温度为105℃。一、变压器油的性能变压器油的耐电强度、传热性及热量都比空气好得多，因此目前国 内外的电气设备，特别是大中型电力变压器和电抗器、电流互感器、电压 互感器等基本上都采用油浸式结构，并且变压器油起着绝缘和散热的双重 作用。 运行中的变压器油质量标准如表5-1所示。表5-1 运行中变压器油质量标准序号 项目 设备电压等级 /kV 质量标准 投入运行前的油 运行油 检验方法1外状透明、无杂质或悬浮物外观目视2水溶性酸/pH＞5.4≥4.2GB/T75983酸值（mgKOH/g）≤0.03≤0.1GB/T7599或 GB/T2644闪点（闭口） /℃≥140（10、25号油） ≥135（45号油）与新油原始测定值 相比不低于10GB/T2615水分/（mg/L）330～500 220 ≤110≤10 ≤15 ≤20 ≥35≤15 ≤25 ≤35 ≥19GB/T7600 或GB/T76016界面张力（25℃）/ （mN/m）GB/T65417介质损耗因数（90℃）500 ≤330 500 330 66～220 35及以下≤0.007 ≤0.010 ≥60 ≥50 ≥40 ≥35≤0.020 ≤0.040 ≥50 ≥45 ≥35 ≥30GB/T56548击穿电压/kVGB/T507 或DL/T429.99体积电阻率（90℃） /Ω?m)500 ≤330≥6×1010≥1×1010≥ 5×109GB/T5654 或DL/T42110油中含气量/（%） （体积分数）330～500≤1≤3DL/T423或 DL/T45011油泥与沉淀物/（%） （质量分数）＜0.02（以下可忽略不计）GB/T51112油中溶解气体组分含 量色谱分析按DL/T722-2000规定GB/T17623 GB/T7252取样油温为40～60℃运行中变压器油的质量随着老化程度与所含杂质等条件不同而变化很 大，除能判断变压器故障的项目（如油中溶解气体色谱分析等）外，通常 不能单凭任何一种试验项目作为评价油质状态的依据，应根据几种主要特 性指标进行综合分析，并随变压器电压等级和容量不同而有所区别。表5-2 为运行中变压器油常规检验周期及检验项目。 由于充油电气设备容量和运行条件的不同，油质老化的速度也不一样。当 变压器用油的PH值接近4.4或颜色骤然变深，其他某项指标接近允许值或不 合格时，应缩短检验周期，增加检验项目，必要时采取有效处理措施。表5-2为运行中变压器油常规检验周期及检验项目设备名称 设备规范 检验周期 表5.1.1中检验项目变压器 （电抗器）330～500kV设备投运前或大修后每年 至少一次 必要时1～10 1～3，5～10 4，1166～220kV、8MVA 以上设备投运前或大修后每年 至少一次 必要时1～9 1～3，5，7，8 6，9，11＜35 kV设备投运前或大修后三年 至少一次自行规定套管设备投运前或大修后每年 1～3年 必要时自行规定二、固体绝缘材料的性能充油电气设备的内绝缘常采用油纸绝缘结构，所用的植物纤维纸及 其制品包含电缆纸、电话纸、皱纹纸、金属皱纹纸、点胶绝缘纸、绝缘纸 板等。 变压器油与绝缘纸相结合构成的油纸绝缘结构具有很高的耐电强度， 比两者分开单独的（油和纸）任何一种材料都高得多。由于油的绝缘强度 和介电系数低于纤维质，油承受较大的电场强度，因此，用纸把油分成一 定数量的小油隙，既可以消除油中纤维杂质的积累而不易形成“小桥”， 又可以使电场均匀，提高绝缘的电气强度。 油纸绝缘的缺点是油和纸两者均易被污染，只要含百分之几的杂质， 影响就相当严重。因此，在工艺过程中要尽可能地获得较纯净的油和纸， 并根据此选择合适的工作场强，才能保证变压器绝缘结构的可靠性。 1．绝缘纸 纸的分子结构有羟基，宏观上为多孔结构，极易吸引水分，在正常 大气条件下含水分为7%~9%，饱和时可达15%。纸易被干燥，即使在空 气中加热也可干燥至含水分仅0.1%，而在真空中可大大提高干燥速度。 由于纸和水的亲和力较油和水的亲和力强，因此，一般纸都从油中吸收水 分，并且纸吸收水分后不会与油平均分担水分而影响耐电强度、绝缘老化 和机械强度。同时还应指出，纸在干燥过程中不仅很难驱出纸层中的最后 残存水分（约0.1%），而且一般在干燥的最后阶段极易伴有热老化分解 而放出的水分，两者难以直接区分。纸受热能分解放出气体的比例约为H2O：CO：CO2=70：12：18，其 中CO、CO2是由纸纤维焦化所致。由于变压器绝缘中纤维上承担的工作场 强并不高，通常不需要干燥到含0.1%水分这一危险临界值。实际上，不仅 纸的热老化与水分和氧的存在有关，也与其他参数有很复杂的关系。一般说 来，除非纸被油完全浸透，否则纸中都会有空气或其他气体的空隙。空隙所 分担的电压比纸高得多，如果空隙发生局部放电，将会使油纸绝缘逐渐腐蚀 绝缘而最终导致损坏。 ①电缆纸。电缆纸是充油变压器主要绝缘材料之一，一般是由未漂白硫 酸盐纸浆经抄纸而制成。在充油电力变压器中，一般采用DLZ-08和DLZ-12 型电缆纸，其厚度分别为0.08mm和0.12mm。电缆纸主要用作导线绝缘、 纸圈层间绝缘和引线包扎绝缘等。 对于超大型高压电力变压器，为了提高纸圈匝绝缘的电气强度，可采 用高气密性、高均匀性的绝缘纸，如厚度为0.075mm和0.045mm的纸圈匝 绝缘纸。0.075mm绝缘纸的冲击和工频击穿场强比DLZ-08型电缆纸提高 27.6%~36%。为了提高绝缘纸的耐热性，近年来国内外研制成了多种改性 的耐热绝缘纸，如将纸浆在有碱性触媒下使纤维素与氰乙烯起化学反应，以 氰乙基换普通纤维分子中最容易老化的第一羟基，经氰化处理后的使用温度 可提高20℃。如果使用温度不变，氰化纸可延长使用寿命，并能减轻变压 器的重量。②电话纸。电话纸由硫酸盐纸浆制成，主要用作线圈导线绝缘和线圈端 的端绝缘。在充油电力变压器中采用型号为DH-50型的电话纸，其厚度为 0.5±5%mm，卷成宽度为500±10mm纸卷。 ③皱纹纸。皱纹纸是将底纸为纤维绝缘纸的绝缘纸经加工而成。各种皱 纹纸的引伸率分别为15%，20%，30%，50%，100%，200%和300%，目 前采用的皱纹纸型号为JW-50，底纸分低密度和高密度两种。 以高密度纤维绝缘纸为底纸和单方向引申率为20%的皱纹纸，一般用作匝绝 缘。底纸厚度为0.075~0.125mm，并有两种不同的颜色。当第二层与第一层 匝间绝缘颜色不同时，容易发现第一层绝缘纸有无跑层现象。 以高密度纤维绝缘纸为底纸和具有双方向引申率的皱纹纸，一般用作引线绝 缘。这种皱纸的底纸厚0.1mm，包括皱纹高度为0.45mm，长度方向引申率 为50%，垂直于长度方向引申率为20%。由于它可使引线弯曲时最小半径小 于绝缘后引线外径的4倍，加之浸油性能好，抗张强度、撕裂强度和伸长率都 比电缆纸高，因此，目前在变压器线圈的引线中已广泛采用这种皱纹纸包扎 绝缘。 ④金属皱纹纸。在底纸为0.075mm的纤维绝缘纸一面上粘0.0075mm的 铝箔，可制成0.5mm厚的金属皱纹纸。它的引申率至少为60%，可用作电屏 蔽材料。由于它有较高的引申率和柔软性，可制成任意形状的光滑表面，即 可制成宽度为1000mm的大张金属皱纹纸带，也可制成宽度为12.5，20，25， 30，40，50，75，100mm等的金属皱纹纸带。⑤点胶绝缘纸。如在底纸厚度为0.08~0.5mm纤维绝缘纸的单面或双 面涂以环氧树脂胶点，可制成胶层厚度为0.mm、黏合强度达 450kPa的点胶绝缘纸，可作为层间绝缘。 这种纸在120℃或150℃分别烘焙40min或80min后，胶层固化而使各 层纸粘固在一起，机械强度增加，当用作中小型变压器层式线圈的层间绝缘 时，可使抗短路机械力的能力有所提高。同时，由于绝缘纸上的树脂涂层是 呈点胶状，涂层在溶化与固化过程中仅有微量树脂渗透于纤维纸中，从而可 保证绝缘材料中气体的排出和油的浸入，可将局部放电对绝缘的损坏程度减 少到最小。 2．绝缘纸板 它由木质纤维或掺有适量棉纤维的混合纸浆经抄纸、压光而制成。目 前有木质纤维和棉纤维各占一半的50/50型和不掺棉纤维的100/100型两种 纸板。 从表5-3中的纤维程度可以看出，，棉纤维中含99%以上纯α纤维素， 而木纤维中的α纤维素只占80%左右，并还含一定的β纤维素和木质。易吸 收水分的β纤维素和木质混合在一起将增加吸湿能力，同时也增强纤维的结 构作用。木质具有离子交换树脂的作用，对热稳定较差的β纤维素的电离现 象可起到催化作用，即H2O+CO+CO2=H2CO3→H++CO3(5-1)表5-3 棉不纤维物理性能比较种类 指标 棉纤维 木纤维断面粗度10～20μm 多而少25～45μm 少而大纤维间隙毛细管现象多少由于β纤维素和木质的存在，基于上述化学反应中电离现象的催化作 用，连锁反应将促进热分解，因此木纤维热性能不够稳定。 在变压器绝缘中，绝缘纸板被广泛用作主绝缘的隔板（纸筒）、线圈 间支撑条、垫块、线圈的支撑绝缘和铁轭绝缘。在110kV级以上变压器中用 作隔板、角环等的绝缘纸板，通常采用型号为100/100，其厚度有0.5，1.0， 1.5，2.5和3mm，目前已开始采用4~8mm的厚纸板。随着制造超高压和特高压大型及特大型充油电力变压器的需要，国内外 都在不断的提高绝缘纸板的性能，如瑞士Weidmann公司的T系列绝缘纸板、 美国Dubeent公司的芳香族聚酰胺纸板都显示良好的高耐热性和机械性能。 由于绝缘纸和绝缘纸板的介电系数εz为4.5左右，变压器油的介电系数εy仅为 2.2，而油纸绝缘在交流电压下纸层的场强Ey按Ez：Ey = εy：εz分布，油隙 是油纸绝缘结构的薄弱环节。因此，在木质纤维中适当掺合低介电系数 （2.1~3.8）组分的合成树脂纤维的纸板，在超高压大容量变压器制造中有 良好的应用前景。同时，由于采用纸浆成型的绝缘件稳定性好，强度适中， 可以提高绝缘结构的可靠性。因此，国内已研制出各种由纸浆成型的绝缘件， 以此来解决超高压电力变压器绝缘结构和引线绝缘问题。第二节 变压器油中气体的产生机理油和纸是充油电气设备的主要绝缘材料，油中气体的产生机理与材料的性能 和各种因素有关。一、变压器油劣化及产气变压器油是由天然石油经过蒸馏、精炼而获得的一种矿物油。它是由 各种碳氢化合物所组成的混合物，其中，碳、氢两元素占其全部重量 95%~99%，其他为硫、氮、氧及极少量金属元素等。石油基碳氢化合物有 环烷烃（CnH2n）、烷烃（CnH2n + 2）、芳香烃（CnH2n - m）以及其他 一些成分。 一般新变压器油的分子量在270~310之间，每个分子的碳原子数在 19~23之间，其化学组成包含50%以上的烷烃、10%~40%的环烷烃和 5%~15%的芳香烃。表5-4列出了部分国产变压器油的成分分析结果。表5-4部分国产变压器油的成分分析依据油类及厂家 芳烃/（CA%） 烷烃/（CP%） 环烷烃/（CN%）新疆独炼，#453.3049.7047.00新疆独炼，#254.5645.8350.06兰炼，#454.4645.8349.71兰炼，#256.1057.8036.10东北七厂，#258.2860.4631.26天津大港，#2511.8024.5063.70环烷烃具有较好的化学稳定性和介电稳定性，黏度随温度的变化小。 芳香烃化学稳定性和介电稳定性也较好，在电场作用下不析出气体，而且能 吸收气体。变压器油中芳香烃含量高，则油的吸气性强，反之则吸气性差。 但芳香烃在电弧作用下生成碳粒较多，又会降低油的电气性能；芳香烃易燃， 且随其含量增加，油的比重和黏度增大，凝固点升高。环烷烃中的石蜡烃具 有较好的化学稳定性和易使油凝固，在电场作用下易发生电离而析出气体， 并形成树枝状的X腊，影响油的导热性。 变压器油在运行中因受温度、电场、氧气及水分和铜、铁等材料的催 化作用，发生氧化、裂解与碳化等反应，生成某些氧化产物及其缩合物（油 泥），产生氢及低分子烃类气体和固体X腊等。绝缘油劣化反应过程为RH + e → R*+ H* (5-2) 式中，e为作用于油分子RH的能量；R*和H*分别为R和H的游离基。游离基是极其 活泼的基团，与由中氧作用生成更活泼的过氧化游离基，即 R* + O2 → ROO*(过氧化基) H* + H* →H2 ROO* + RH →ROOH + R* (5-3) (5-4) (5-5)过氧化氢也是极不稳定的，可分解成ROO*和OH*两个游离基，使氧化反应 继续下去。变压器油一旦开始劣化，即使外界不供给能量也能把以游离基为 活化中心的链式反应自动持续下去，而且反应速度越来越快。这时，只有加 入抗氧化剂，依靠抗氧化剂的分子和氧化中的自由基相互作用，使氧化反应 链中断才能抑制变压器油的老化。实验证明：绝缘油未加抗氧化剂时产气速 率若为100%，则有抗氧化剂时的产气速率仅为26.9%。 在变压器油中加抗氧化剂对延缓变压器油老化有明显效果；此外，如加1， 2，3苯并三唑（BTA）还可抑制油流带电现象。通常，为了抑制变压器油老 化，在油未开始氧化时氨基比林，在氧化初期加的氨基比林或烷基酚等，在 油激烈氧化阶段加邻位氨基苯酚。 上述ROO*、R*仍会继续反应，过氧化物再经一系列反应，最终生成醇 （ROH）、醛（RCHO）、酮（RCOR）、有机酸（RCOOH）等中间氧化物， 并生成H2O、CO2及氢和碳链较短的低分子烃类。此外，在无氧气参加反应 时，RH也会生成低分子烃类，以C3H8为例，即：C3H8→C2H4+CH4 2（C3H3）→2C2H8+C2H4 (5-6) (5-7)当变压器油受高电场能量的作用时，即使温度较低，也会分解产气。 在场强为130kV/cm作用下，变压器油在25~30℃时的产气成分如表5-5所示。 表5-5在场强为130kV/cm作用下变压器油的产气组分（体积%）试样编号 CH4 C2H6 C2H4 C2H213.31.71.93.022.21.42.32.433.721.011.61`1.42变压器油中溶解的气体在电场作用下将发生电离，释放出的高能电子与油 分子发生碰撞，使C─H或C─C键断裂，把其中的H原子或CH3原子团游离 出来而形成游离基，促使产生二次气泡。当电场能量足够时即可发生上述反应。上述反应的产气速率取决于化学键强 度，键强度越高，产气速率越低；同时产气速率还与电场强弱、液相表面气 体的压力有关，可用经验关系式描述，即dp ? k (u ? u s ) n p ? dt（5-8）式中， 时的起始电压，一般为3±0.5kV，p为油面气体压力；n为常数，取1.82；γ 为常数，取0.16。 总之，在热、电、氧的作用下，变压器油的劣化过程以游离基链式反应进 行，反应速率随着温度的上升而增加。氧和水分的存在及其含量高低对反 应影响很大，铜和铁等金属也起触媒作用使反应加速，老化后所生成的酸 和H2O及油泥等危及油的绝缘特性。经过精炼的变压器油中不含低分子烃 类气体，但变压器油在运行中受到高温}