高电压技术实验讲义.docx
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高电压技术实验讲义
高电压技术实验讲义
南京工程学院电力工程学院
电力教研室
2013.03
高压实验室安全守则
为了确保人身和设备安全，顺利完成各项试验，特制定本安全守则。
进行高压试验的有关人员应当认真学习本守则，并在试验中严格执行。
1.进行试验前应预习有关试验内容，明确试验的目的、要求以及注意事项。
2.试验应有两人以上进行，单人不得进行。
3.试验时应进行明确分工，数据记录、调整设备、操作以及安全监护必须明确到人，并注意呼唱应答。
4.按试验要求进行接线，注意设备的高电位端对地的安全距离。
试验中应特别注意《实验讲义》中黑体字部分的提示，以确保人身和设备安全。
接线完成自查无误并经指导老师检查后方可通电。
5.进行试验时应严肃认真，不得嬉笑打闹。
6.对试验设备的高压端，试验人员应与其保持足够的安全距离。
7.试验中应遵循“离开护栏并关好门后，才可加电试验；断开电源，试验人员才可进入护栏”的原则。
8.加压时应从零起按规定的速率升压；降压时应缓缓匀速降至零。
不得冲击加压或突然断电，以免造成试验设备损坏。
9.对大容量被试品，试验完成后或需要改变接线前，必须断开电源，并将被试品两极进行充分的放电。
10.试验中如果出现异常情况，应立即切断电源并报告指导老师。
11.试验完成后应将试验记录送交指导老师检查，通过后方可拆线，并将试验设备恢复原状。
电力工程学院高压实验室
2013.03
实验一气体介质放电试验………………………………………………1
一、试验的目的和意义………………………………………………1
二、试验设备…………………………………………………………1
三、高压试验变压器的使用方法……………………………………1
1.试验变压器的控制接线…………………………………………1
2.试验变压器控制箱面板布置……………………………………1
3.注意事项…………………………………………………………2
四、试验项目及方法…………………………………………………2
1.不同电场形式的工频放电………………………………………2
2.不同电场形式的直流放电………………………………………4
3.沿绝缘介质表面工频放电………………………………………5
4.观察电晕放电及绝缘子表面闪络放电现象……………………6
实验二液体、固体介质放电试验……………………………………7
一、试验的目的和意义………………………………………………7
二、试验设备…………………………………………………………7
三、试验方法…………………………………………………………7
1.液体介质击穿试验………………………………………………7
2.固体介质击穿试验………………………………………………8
四、试验注意事项……………………………………………………9
五、影响变压器油击穿电压的因素…………………………………9
六、变压器油击穿试验数据的处理和分析…………………………10
实验三电气设备绝缘预防性试验……………………………………11
一、试验的目的和意义………………………………………………11
二、绝缘试验分类……………………………………………………11
三、进行绝缘试验的一般注意事项…………………………………11
四、试验设备…………………………………………………………11
五、绝缘试验项目……………………………………………………12
（一）绝缘电阻测量………………………………………………12
1.BY2671型数字式兆欧表……………………………………12
2.绝缘电阻测量方法及注意事项……………………………13
3.影响因素………………………………………………………14
（2）直流泄漏电流测量…………………………………………15
1.测量方法及注意事项…………………………………………15
2.影响因素………………………………………………………16
（三）介质损耗测量………………………………………………16
1.GCY-08全自动介质损耗测试仪简介…………………………16
2.介损测试仪面板布置图………………………………………17
3.介损测试仪接线插孔图………………………………………18
4.介质损耗测量接线……………………………………………18
5.介质损耗测量方法……………………………………………19
6.试验中的注意事项……………………………………………19
（四）交流耐压……………………………………………………19
1.试验接线……………………………………………………20
2.试验方法……………………………………………………20
3.试验注意事项…………………………………………………21
六、绝缘试验结果的一般分析方法…………………………………21
七、试验记录…………………………………………………………21
实验报告要求……………………………………………………………23
实验一气体介质放电试验
一、试验的目的和意义
1.熟悉高压试验设备的操作、试验要求、试验方法以及安全注意事项，消除对高电压的恐惧感。
2.观察气体介质放电现象。
3.验证气体介质放电的有关特性。
当施加于电介质上的电压超过某临界值时，通过电介质的电流会突然剧烈增加，致使电介质丧失原有的绝缘性能，这种现象称之为击穿。
空气作为最重要的电介质之一，广泛地应用于各电压等级的电力系统。
空气介质的击穿与电压波形、气压、温度、电场形式（由电极型式决定）以及气隙的长度等因素有关。
对工程中实际存在的各种复杂的电极型式进行模拟试验的数据，是高电压工程设计的重要依据。
二、试验设备试验中涉及的主要设备如表1-1所示。
表1-1试验主要设备
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
高压试验变压器
3kVA，0～50kV
台
1
交、直流两用
2
放电球隙
Φ50
台
1
3
棒电极
Φ20×50
对
1
4
高压硅堆
0.5A，150kV
只
1
5
滤波电容
60kV，0.1μF
只
1
6
水电阻
20kΩ
只
1
7
铜电极
Φ50×50
对
1
8
玻璃板
600×600×5
块
1
图1-1试验变压器控制接线
三、高压试验变压器的使用方法
1.试验变压器控制接线
试验变压器控制接线见图1-1。
当变压器高压首端的短路杆处于旋上状态时，高压套管内的高压硅堆处于被短接状态，此时高压引出端输出交流高压。
若短路杆旋松并取下后，高压硅堆则被串入电路，高压引出端输出负极性直流高压。
2.试验变压器控制箱面板布置
控制箱面板布置图见图1-2。
电流表显示低压侧电流。
电压表显示高压侧电压。
该电压表的刻度有两条，最高示数70kV的那条为直流电压刻度，50kV的为交流电压刻度，试验读数时请注意。
电源插座输入220V电源。
输出接线柱输出0～250V电压至试验变压器初级绕组。
仪表接线柱接至试验变压器仪表绕组。
接地控制箱安全接地。
电流继电器已整定10A跳闸，试验中不必再调整。
试验时间整定在做交流或直流耐压时，可通过“+”“-”按钮事先设定试验时间，时间设定单位为秒。
调压器顺时针转动调压器旋钮，可以升高试验电压；反之则降低试验电压。
计时按键做耐压试验时，在高压侧电压达到额定试验电压后，按下计时键，装置自动按事先设定的时间计时。
该时间到了后，蜂鸣器发出报警声，此时应转动调压器旋钮将试验电压降低至零，再按“停止”按钮切断试验电源。
电源开关用以接通或断开控制箱电源。
启动按键用以接通调压器输入电源。
图1-2试变控制箱面板布置图
回零指示回零指示灯亮时，表示调压器已回到零位，此时才可以按启动键启动。
指示灯不亮时，装置无法启动。
停止按键用以断开调压器输入电源。
3.注意事项
①根据试验要求完成试验接线。
高压试验回路设备之间的连接可以采用细铁丝进行，连线不要过于松弛，但也不要过紧。
接线时应注意对地绝缘距离不小于50cm。
所有接地点（包括控制箱接地、试验变压器高压尾、外壳接地及试验台接地等）接地应连接可靠。
②关闭安全护栏门，且调压器必须回到零位才可以接通电源，合闸升压。
③升压时应按规定的速率进行，不得全电压合闸或跳闸。
④试验完毕应在数秒内匀速将调压器回至零位，然后关闭电源。
4、试验项目及方法
不同型式的电极具有不同形式的电场，其工频放电特性是不同的。
试验表明，均匀电场具有较高的击穿电压，并且击穿电压随着电场均匀程度的下降而降低。
极不均匀电场的击穿电压大大低于均匀电场的击穿电压。
因此，高压工程上通常采用平滑、圆顺的导体表面形状，使得电场尽量分布均匀，从而提高击穿电压以及减小电晕放电的发生。
本试验项目中，我们采用“棒—球”和“球—球”电极来分别模拟极不均匀电场和稍不均匀电场，通过试验来观察两种电场形式下的工频放电特性的差异。
1.不同电场形式的工频放电
（1）试验接线
将水电阻旋在试验变压器高压首端的M8螺纹杆上，并按图1-3完成所有接线。
图中电极为“棒—球”，并且注意球电极一侧用金属棒支撑，即相当于球电极本身已经接地。
（2）试验方法
①将电极距离调节为0.5cm。
调整距离时先将左侧棒电极旋上并旋到底，再将球电极旋上。
旋电极时应小心进行，避免电极脱手遭受撞击变形，影响试验数据的准确性（旋电极时可用一只手在电极下方保护）。
然后转动间隙调整手轮使球电极伸出并观察电极杆上的标尺，使之伸出套筒端口4cm。
反旋左侧棒电极使之与球电极刚好接触，再反转间隙调整手轮并观察标尺使之伸出套筒端口3.5cm，此时球电极刚好后退0.5cm，即间隙距离为0.5cm。
图1-3工频放电试验接线
②人员撤出，关好护栏门。
将调压器回至零位（逆时针转到底），合上电源闸刀，接通试变控制箱“电源开关”，按下启动键，将调压器以顺时针方向旋转，按2～3kV/s的速率均匀升高试验变压器电压至电极击穿（电极击穿放电后，变压器控制箱过流脱扣自动跳闸，此时应将调压器回零重新按启动健才可再次升压）。
再重复升压击穿2次（共击穿3次，取其平均值作为该距离下电极的击穿电压），记录各次击穿电压值，填入表1-2。
需要注意的是，在试验变压器控制回路中安装了一只过电流继电器，其整定电流为10A。
一般情况下，当试验变压器高压侧发生击穿放电时，电流会大大增加，该继电器会自动断开控制箱电源，同时，电压表的指示也立即回到零位。
但当电极距离很近（如0.5cm），且电场极不均匀（如棒-球电极）的情况下，击穿电压很低，此时放电回路电流较小，有可能达不到过电流继电器的动作电流，继电器也就不会自动断开电源（后面的直流放电试验也有同样情况）。
那么，如何读取击穿电压数值呢？
可按如下方法进行：
对于电极击穿后继电器自动断电的情况，在按规定的速率升压过程中，注意观察电压表的指示，在电极击穿，电压表指针返回前的示数即为击穿电压；对于电极击穿后继电器不断电的情况，在升压过程中注意观察电极之间，当刚好出现连续放电时的电压示数即为击穿电压。
③断开电源闸刀，打开护栏门进入。
将电极距离分别调节为1.0（此时球电极杆标尺伸出套筒端口3cm，余类推┄┄）、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0cm，重复方法②。
④将电极换成“球—球”，重复试验方法①～③，所得试验数据填入表1-3。
⑤根据表1-2、表1-3，分别作Uf（交流放电电压）和s（电极距离）的关系曲线。
⑥根据试验结果分析不同电场形式工频放电差异的原因。
表1-2“棒-球”电极工频放电试验数据
Uf（kV）S（cm）
放电次数
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
第一次
第二次
第三次
平均值
表1-3“球-球”电极工频放电试验数据
Uf（kV）S（cm）
放电次数
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
第一次
第二次
第三次
平均值
2.不同电场形式的直流放电
图1-4直流放电试验接线
在不均匀电场中，外加电压极性不同，其放电电压也不同，这一现象称之为极性效应。
在分析直流高压输电工程、直流耐压试验以及电火花加工等问题时，都要应用到极性效应的概念。
试验表明，对于棒-球电极，在直流电压作用下，当棒为负极性时，其电晕起始电压较低，但最终击穿电压较高。
这是因为游离形成的正空间电荷使得负棒附近的电场得到加强，故电晕起始电压较低；但对于整个间隙而言，负棒附近的正空间电荷却削弱了外加电场强度，故击穿电压较高。
当棒为正极性时，其电晕起始电压较高，但最终击穿电压较低。
这是因为正棒附近的正空间电荷使得棒电极“等效”曲率半径增大，棒表面电场强度降低，故电晕起始电压较高；但对于整个间隙而言，正棒附近的正空间电荷却加强了外加电场强度，故击穿电压较低。
（1）试验接线
按图1-4接线。
图中电极为“负棒—正球”，接线时可将高压硅堆两端分别用细铁丝固定于尼龙绝缘绳上，并注意硅堆的整流方向为负极性输出。
（2）试验方法
①将电极距离调节为0.5cm。
②人员撤出，关好护栏门。
将调压器回至零位，合上电源闸刀，接通试变控制箱“电源开关”，按下启动键，将调压器以顺时针方向旋转，按2～3kV/s的速率均匀升高试验变压器的电压至电极击穿。
再重复升压击穿2次（共击穿3次，取其平均值作为该距离下电极的击穿电压），记录各次击穿电压值，填入表1-4。
③将电极距离分别调节为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0cm，重复方法②。
④将硅堆调转方向再接入，使电极成“正棒—负球”型式，重复试验方法①～③，所得试验数据填入表1-5。
⑤根据表1-4和表1-5，分别作UF（直流放电电压）和s（电极距离）的关系曲线。
⑥根据试验结果分析产生极性效应的原因。
表1-4“负棒-正球”电极直流放电试验数据
UF（kV）S（cm）
放电次数
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
第一次
第二次
第三次
平均值
表1-5“正棒-负球”电极直流放电试验数据
UF（kV）S（cm）
放电次数
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
第一次
第二次
第三次
平均值
3.沿绝缘介质表面工频放电
玻璃也是一种绝缘材料，而且其抗电强度很高。
当所施加的电压无法直接将玻璃击穿时，便会沿玻璃绝缘的表面对地放电，观察该放电现象。
（1）试验接线
按图1-5接线。
接线时注意铜电极不要脱手，以免打碎玻璃。
图1-5沿面放电试验接线
（2）试验方法
①用30cm钢直尺调整铜电极侧面至玻璃板边缘的距离为0.5cm。
②人员撤出，关好护栏门。
合上电源闸刀，接通试变控制箱“电源开关”，按下启动键，将调压器以顺时针方向旋转，按2～3kV/s的速率均匀升高试验变压器的电压至电极击穿。
再重复升压击穿2次（共击穿3次，取其平均值作为该距离下电极的击穿电压），记录各次击穿电压值，填入表1-6。
③将铜电极侧面至玻璃板边缘的距离分别调节为1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0cm，重复方法②。
④根据表1-6，作Uf（交流放电电压）和s（电极距离）的关系曲线。
表1-6沿玻璃绝缘介质表面工频放电试验数据
Uf（kV）S（cm）
放电次数
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
第一次
第二次
第三次
平均值
4.观察电晕放电及绝缘子表面闪络放电现象
在不均匀电场中，当电压足够高时，小曲率半径的导体由于局部电场强度很高而对附近空气产生局部放电，称为电晕放电。
电晕放电会引起功率损耗，并且电晕电流所具有的断续高频脉冲性质，会对无线通讯产生干扰。
在外加电压一定的情况下，增大导体的截面，或者改变导体的形状，使其表面尽量平滑圆顺，可以消除或减弱电晕放电。
①观察电晕放电现象
试验电压为100kV。
试验中注意观察不同曲率半径导体上的电晕放电现象有何差异？
②观察绝缘子表面闪络放电
100kV试验变压器，单片绝缘子加压至表面闪络放电，观察放电现象。
实验二液体、固体介质放电试验
一、试验的目的和意义
1.熟悉液体、固体介质击穿试验的要求和方法。
2.观察介质击穿时的现象。
3.了解介质击穿电压的影响因素。
液体和固体绝缘介质是电力系统中用途广泛的绝缘材料。
变压器油是最常用的液体介质，主要用于绝缘、冷却以及在开关中灭弧。
固体绝缘材料种类繁多，常用的有塑料、橡胶、云母、玻璃、绝缘纸以及电瓷等。
通过介质击穿放电试验，获得相关的电气性能参数，可以为电气设备制造过程中绝缘材料的选用，以及保障电气设备安全运行提供参考数据。
变压器油的型号按凝固点来分主要有10#、25#和45#，其凝固点分别为-10℃、-25℃和-45℃。
变压器油的性能指标主要有理化指标（包括运动粘度、倾点和凝固点、酸度、含水量、闪点、氧化安定性等），以及电气指标（包括击穿电压和介质损耗因数）。
根据《电力设备预防性试验规程》DL/T596-1996规定，投入运行前变压器油的击穿电压：
35kV及以下≥35kV；110～220kV≥40kV；500kV≥60kV。
运行中变压器油的击穿电压：
35kV及以下≥30kV；110～220kV≥35kV；500kV≥50kV。
2、试验设备
试验中涉及的主要设备如表2-1所示。
表2-1试验主要设备
序号
设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
高压试验变压器
3kVA，0～50kV
台
1
交、直流两用
2
试油杯
标准
只
1
3
搅拌棒
根
1
4
水电阻
20kΩ
只
1
5
铜电极
Φ50×50
对
1
图2-1试油杯结构图
三、试验方法
1.液体介质击穿试验
①用清洁、干燥的取样瓶抽取待试验变压器油样。
②用清洁的丝绢揩拭试油杯（不可用布和棉纱），试油杯的结构如图2-1所示。
再用清洁的变压器油清洗试油杯，然后放入烘箱干燥2～3小时，温度控制在80～100℃。
③将经过干燥的试油杯自烘箱取出，置于实验台上。
将油杯电极外端的调整棒（棒的直径恰为2.5mm）旋下，将杯中电
图2-2变压器油击穿试验接线
极距离调整为2.5mm。
调整时可先将一端电极（称可调电极）的固定螺丝拧松，再将调整棒放入杯中两电极之间，轻推可调电极，使两电极与调整棒接触，再拧紧固定螺丝即可。
电极距离调整好后，取下调整棒并旋入可调电极外端。
④将油样瓶轻轻摇动，以使油中杂质混合均匀而又不形成气泡。
然后用油样清洗试杯两次（清洗时不要倒油过多，小半杯即可，以免浪费），再将油样沿杯壁慢慢注入油杯后，按图2-2接入试验电路并静置5min（标准试验时应静置15min），使气泡溢出，油层平稳。
接入油杯时先将油杯卡上端固定螺丝松开，将可调或固定电极穿入油杯卡固定孔内，再将油杯卡上端固定螺丝用手旋紧（不要用工具旋，以免拧断固定螺丝）即可。
⑤人员撤出，关好护栏门。
合上电源闸刀，接通试变控制箱“电源开关”，按下启动键，将调压器以顺时针方向旋转，以2～3kV/s的速率升压至油被击穿。
然后用搅拌棒在杯中电极间搅拌几下，使电极间因击穿而产生的游离碳散开。
再静置5min后，重复升压击穿试验。
每杯油样试验6次，取其平均值为该油样的介电强度。
图2-3青壳纸击穿试验接线
⑥在上述试验过的油样中加入几滴自来水，经搅拌后再做6次击穿试验，一次击穿搅拌后静置2min再做击穿试验。
所有试验数据填入表2-2。
比较加入自来水（杂质）前后，变压器油介电强度的差异。
2.固体介质击穿试验
①从烘箱内取出经过干燥处理的青壳纸5张放入铜电极之间（铜电极不要放在玻璃板上，否则，玻璃表面绝缘的耐压也被计入纸绝缘的耐压中），如图2-3所示。
铜电极距青壳纸边缘距离不要太近（应保持≮1cm距离），以免沿面放电。
②人员撤出，关好护栏门。
合上试验变压器电源，以2～3kV/s的速率升压至介质被击穿。
将青壳纸换一位置，重复加压至介质再次被击穿。
做3～4次击穿并取穿电压平均值作为介质的介电强度。
③将未经过干燥处理的青壳纸5张放入铜电极之间，然后重复上述试验。
将各次试验数据填入表2-2，并比较干燥纸和受潮纸击穿电压的差异。
表2-2液体、固体介质击穿放电试验数据
Uf（kV）介质类型
放电次数
变压器油
青壳纸
纯净油
杂质油
干燥纸
受潮纸
第一次
第二次
第三次
第四次
第五次
第六次
平均值
4、试验注意事项
1.变压器油击穿试验
变压器油击穿试验应按正确方法进行，以避免得出错误的试验结果。
①试验应选择晴好天气进行，室温15～35℃，湿度不大于75%。
②试油杯从烘箱取出后应先调整电极距离，再用纯净油冲洗干净（包括搅拌棒），最后注入纯净油。
注油时应使油沿杯壁徐徐流下，以减少气泡产生。
操作中不可用手触及油杯内部和电极，杯外溅出的油可以用抹布擦净。
③注油后应按规定时间静置后再试验。
④搅拌棒不可随意放置，以免将杂质带入油中。
搅拌棒不用时可挂在尼龙绳上。
加压放电击穿后，应用搅拌棒将电极间的游离碳搅散。
加入自来水杂质后，也应用搅拌棒全杯充分搅拌，使水分散入油中，否则水滴会沉入油杯底部。
2.青壳纸击穿试验
经干燥的纸由烘箱中取出后，应及时进行试验，不可长时间放置，以免其吸湿后影响试验结果。
5、影响变压器油击穿电压的因素
1.水分及纤维
变压器油中以小水珠形态悬浮分布的水分，在电场作用下会形成“小桥”，从而造成击穿电压降低。
而以溶解状（即以水分子形态分散在油分子中）的水分，由于其无法形成“小桥”，因此对油击穿电压几乎没有影响。
当油中含有纤维、碳粒以及尘埃等杂质时，也会形成“小桥”，导致击穿电压降低。
2.温度
试验表明，当变压器油中含有一定的水分时，在-5～0℃之间击穿电压出
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