高电压综合实验报告.docx

1、高电压综合实验报告实验一 绝缘电阻和吸收比的测量一、实验目的1掌握测量绝缘电阻和吸收比的原理与方法；2根据实验结果能够简单分析被试品绝缘状况。二、实验内容1选择绝缘良好和绝缘劣化的瓷质绝缘子各一片，分别测量它们的绝缘电阻，并比较其差异；2选择绝缘良好和绝缘劣化的氧化锌避雷器各一只，分别测量它们的绝缘电阻，并比较其差异；3测量三相电缆相对相及地的绝缘电阻和吸收比。三、实验说明绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一。测量电气设备的绝缘电阻能够有效的发现两极间的穿透性导电通道、受潮和表面污秽等缺陷，现场和实验室中通常使用绝缘电阻表（兆欧表）来测量绝缘电阻。由于流过绝缘介质的电流有表面电流和体积电流

2、，所以绝缘电阻也有体积绝缘电阻和表面绝缘电阻之分。当绝缘受潮或具有贯穿性缺陷时，体积电阻降低。因此，体积绝缘电阻的大小标志着介质内部绝缘的优劣。在测量过程中，应采取屏蔽措施，排除表面绝缘电阻的影响，以便得到真实准确的体积绝缘电阻值。对于大容量试品（如变压器、发电机、电缆），规程规定除测量其绝缘电阻外，还要求测量吸收比。吸收比K为60s的绝缘电阻与15s的绝缘电阻之比，即KR60s/R15s。根据经验，一般认为当K1.31.5时绝缘是良好的。为了克服测量吸收比可能产生的误判断，常采用对吸收比小于1.3的试品测量其10分钟和1分钟的绝缘电阻之比，即用测量极化指数P的方法来判断绝缘优劣。绝缘电阻或吸

3、收比的试验结果只是参考性的。根据绝缘电阻或吸收比的值来判断绝缘状况时，不仅需要与规定标准相比较，更应该与历史试验数据进行比较，与同类型的设备相比较。下面将分别介绍绝缘子、氧化锌避雷器和三相电力电缆绝缘电阻的测量。1.测量绝缘子的绝缘电阻绝缘子在运行中，由于受电压、温度、机械力以及化学腐蚀等的作用，绝缘性能会劣化，可能会出现零值绝缘子，即绝缘电阻很低（一般低于300M）的绝缘子。零值绝缘子的存在对电力系统安全运行是一个潜在的隐患。当电力系统出现过电压或工频电压升高等情况时，有零值绝缘子的绝缘子串易发生闪络事故。测量绝缘子绝缘电阻可以发现绝缘子裂纹或瓷质受潮等缺陷。绝缘良好的绝缘子的绝缘电阻一般很

4、高，而劣化绝缘子的绝缘电阻明显下降，一般低于300M，因此用绝缘电阻表（兆欧表）可以检测判断绝缘子的优劣。2.测量氧化锌避雷器的绝缘电阻氧化锌避雷器在运行过程中常常因为受潮老化、瓷质裂纹等内部缺陷，使其工频放电放电电压和通流容量下降，进而导致其所保护的电气设备安全受到危害，因此需要定期对氧化锌避雷器进行预防性试验。氧化锌避雷器由氧化锌阀片串连组成，没有火花间隙和并联电阻。通过测量氧化锌避雷器的绝缘电阻，可以发现其受潮老化以及瓷质劣化等缺陷。3.测量三相电缆的绝缘电阻和吸收比电力电缆的薄弱环节是电缆的终端头和中间接头，往往由于制造工艺不良、使用材料不当以及现场安装不当而带来缺陷。绝缘缺陷在运行当

5、中将逐步发展，直至击穿甚至引起爆炸，因此电力电缆必须定期进行预防性试验。电力电缆的绝缘电阻，是指电缆芯对金属铠甲或其它芯之间的绝缘电阻，因此测量时，除测量相的电缆芯之外，其它非被测相的电缆芯应短路接地。电力电缆的绝缘电阻与电缆的长度、测量时的温度以及电缆接头或套管污秽、潮湿程度有较大关系，所以测量时应将电缆终端或电缆中间接头表面擦拭干净，并进行表面屏蔽。四、实验装置和接线图1实验装置测量试品绝缘电阻一般采用绝缘电阻表。绝缘电阻表根据电压等级可分为500V、1000V、2500V、5000V等几种，根据使用方式又可分为手摇式和电动式两种。手摇式绝缘电阻表又被称为摇表，采用流比计原理，其直流电源是

6、通过内置手摇发电机供给,输出的是负极性高压。电动式的直流电源则采用电池使晶体管震荡器产生交变电压，经变压器及倍压整流后输出直流高压。装置选取原则：a)测量高压绝缘子的绝缘电阻一般采用2500V及以上的绝缘电阻表；b)测量氧化锌避雷器的绝缘电阻根据其电压等级来选取绝缘电阻表：35kV及以下的避雷器使用2500kV的绝缘电阻表；35kV以上的氧化锌避雷器用2500V或5000V的绝缘电阻表；c)测量电力电缆的绝缘电阻根据其电压等级来选取绝缘电阻表：1000V以下的电缆可用1000V绝缘电阻表；1000V及以上的电缆用2500V绝缘电阻表，6kV及以上的电缆也可用5000V绝缘电阻表。本书中我们选取

7、2500V手摇式绝缘电阻表（兆欧表）1只作为测试装置；试品则采用悬式绝缘子2片、10kV氧化锌避雷器2只和10kV橡塑绝缘三相电力电缆模型1套。2装置原理图图2-1-1 手摇式绝缘电阻表的原理结构图“L”端子线路端子，测量时接被试品的高压侧“E”端子接地端子，测量时一般接地或试品外壳“G”端子屏蔽端子，测量时接被试品的屏蔽端子3.试验接线图图2-1-2 测量绝缘子的绝缘电阻图2-1-3 测量氧化锌避雷器的绝缘电阻图2-1-4 测量三相电缆模型的绝缘电阻五、实验步骤1试验前先检查安全措施，确保被试品电源及一切对外连线应拆除。使用放电棒对被试品放电，大容量设备（该实验中的电缆试品）至少放电5分钟。

8、2根据表面污秽及潮湿情况决定是否采取表面屏蔽或擦拭表面污秽，以消除表面污秽对测量绝缘电阻的影响。3将绝缘电阻表（兆欧表）水平放置。短接“L”、“E”端子，瞬时、低速摇动摇柄，以免损坏绝缘电阻表，此时仪表指示应是零；将“L”、“E”端子断开，匀速摇动摇柄，此时仪表指示应是无穷大。4将“L”端子接于被试品高压侧，“E”端子接低压或外壳接地部分。摇动绝缘电阻表达到额定转速（120r/min），读取1分钟时的绝缘电阻值。5当测量容性试品的吸收比时，应先摇动绝缘电阻表达到额定转速，再将“L”端子接被试品的高压侧，同时开始计时，读取15s和60s时的绝缘电阻值。6读数后先断开“L”端子与被试品的连线，再停

9、止摇动手柄，防止容性试品对绝缘电阻表放电，损坏绝缘电阻表。7试验完毕，必须将被试品对地充分放电，以保证人身、仪器的安全。8更换试品，重复17步骤，测量不同被试品的绝缘电阻值。9记录被试品的设备型号、环境温度以及绝缘电阻表的型号。六、实验数据处理及要求：1根据测量被试品所得的绝缘电阻值，参照规程判断被试品绝缘状况，并简单分析绝缘劣化的原因。2用2500V及以上绝缘电阻表摇测绝缘子绝缘电阻，每片悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300 M。3对35kV及以下金属氧化物避雷器用2500V绝缘电阻表摇测每节绝缘电阻，应不低于1000 M；对35kV以上的金属氧化物避雷器用2500V或5000V绝缘电阻表摇测

10、每节的绝缘电阻，应不低于2500 M4为了便于比较，可将不同温度下测得的电力电缆绝缘电阻值换算为20时的值。换算式为：R20RtKt式中 R20换算到20时的绝缘电阻值；Rt温度为t时的绝缘电阻值；Kt温度换算系数，按表2-1-1中选用。表2-1-1 绝缘电缆的部分温度换算系数电缆温度（）510152025303540Kt0.570.70.851.01.151.411.611.925根据测量所得电力电缆的R60s和R15s，进行温度换算，计算吸收比K，并参照规程或表2-1-2判断电力电缆的绝缘状况，并简单分析绝缘劣化的原因。表2-1-2 电力电缆绝缘电阻（供参考）额定电压（kV）1361035

11、绝缘电阻每公里不小于（M）油浸纸绝缘电缆50100100100交联聚乙烯绝缘电缆100010002500聚氯乙烯绝缘电缆5060七、实验注意事项1测试时，“L”和“E”端子引线需要使用外绝缘良好的导线。2测量电力电缆等容性试品时，注意屏蔽端子“G”的接法，可以尝试比较有无屏蔽两种状况下的绝缘电阻情况。3测量同类设备最好使用同种型号的绝缘电阻表。4如果测量电力电容器极间绝缘电阻时，由于电力电容器的电容量较大，吸收电流衰减时间长，很难摇出准确的绝缘电阻值，并且其充电电荷大，危险系数高，因此一般现场测量常采用火花法。火花法即摇测两极间绝缘电阻时，绝缘电阻表轻摇25圈，用一导线短路两极，当出现明显火花

12、时，可以认为绝缘为合格，无火花则可能极间出现了绝缘劣化情况。5绝缘电阻测试数值的大小与环境温度的高低有很大的关系。温度越高，绝缘电阻降低的越快，吸收比的值也会有所改变。所以，测试绝缘电阻或吸收比的时候，应当记录当时的温度。八、思考题1测量绝缘电阻能够发现绝缘的那些缺陷？答：当被试绝缘品中存在贯通的集中性缺陷时，反映Ig的绝缘电阻往往明显下降，于是用兆欧表检查时即可发现；对于电容量较大的设备如：电机、变压器、电容器等，利用吸收现象来测量这些设备的绝缘电阻随时间的变化，可以更有利于判断绝缘状态，如果绝缘状况良好，则吸收现象将甚明显，K值远大于1。2影响绝缘电阻测量结果的因素有哪些，如何能够尽量消除

13、这些因素的影响。答：实验二 泄漏电流的测量一、实验目的1掌握测量泄漏电流的原理；2掌握电力电缆泄漏电流的测量方法；3掌握金属氧化物避雷器的U1mA和0.75U1mA下泄漏电流I的测量方法；4掌握根据泄漏电流测量结果诊断绝缘状况的方法。二、实验内容1测量电力电缆的泄漏电流；2测量氧化锌避雷器的泄漏电流。三、实验说明泄漏电流是反映设备绝缘性能的基本指标之一。通过测量泄漏电流，可以掌握电气设备绝缘的情况，及早发现其缺陷，从而进行相应的维护与检修，以保证设备的正常运行，防止运行中设备在工作电压或过电压作用下击穿所造成的停电甚至严重损坏设备的事故，起到预防作用。在直流电压作用下测量泄漏电流，实际上也就是

14、测量绝缘电阻。经验表明：当所加的直流电压不高时，由泄漏电流换算得的绝缘电阻值与兆欧表所测值极为接近，此时，测泄漏电流并不比用兆欧表测量绝缘电阻能获得更多的信息；当用较高的电压来测量泄漏电流时，更有可能发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷，如变压器套管开裂、内部受潮、绝缘油劣化、绝缘纸沿面炭化等。在不同的电压下测量绝缘泄漏电流的变化，可有效地判断绝缘质量。绝缘没有缺陷时，泄漏电流将随电压大致按线性增长；绝缘有缺陷时，则泄漏电流的增长就比电压增长快，尤其在电压较高时，泄漏电流急剧增加，这是兆欧表所不能发现的。绝缘电阻或泄漏电流值都和绝缘的温度密切相关。温度升高时，泄漏电流上升，绝缘电阻下降，所以在测量

15、泄漏电流和绝缘电阻时，都要记录温度，对有的试品还要进行温度校正。1电力电缆的泄漏电流测量电力电缆主要由导电线芯（载流芯）、电缆护层和绝缘介质三部份组成，根据绝缘材料的不同，电力电缆分为油纸绝缘电力电缆、橡塑绝缘电力电缆、塑料绝缘电力电缆、充油电缆等类型，广泛使用于各种电压等级。对电力电缆进行直流耐压及泄漏电流试验，是检查电力电缆绝缘状况的一个主要试验项目。直流耐压试验和泄漏电流试验是同时进行的。下面表2-2-1中为规程中部分电力电缆直流耐压试验并测量泄漏电流时的直流试验电压标准。表2-2-1 部分电力电缆直流耐压与泄漏电流测量时标准试验电压电缆类型额定电压（kV）(U0/U)直流试验电压（kV

16、）说明橡塑绝缘电力电缆3.6/618U0为电力电缆导体与金属套或金属屏蔽之间的设计电压，U为导体与导体之间的设计电压6/6，6/10258.7/103721/356326/357864/110192纸绝缘电力电缆3.6/6176/6308.7/104721/3510526/35130与交流耐压试验相比，直流耐压及泄漏电流试验有以下的优点：（1）对长电缆线路进行耐压试验时，所需试验设备容量小；（2）在直流电压作用下，介质损耗小，高电压下对良好绝缘的损伤较小；（3）在直流耐压试验的同时监测泄漏电流及其变化曲线，微安级的电流表灵敏度高，反映绝缘老化和受潮比较灵敏；（4）可以发现交流耐压试验不易发现的

17、一些缺陷，例如直流耐压试验对绝缘中的气泡、机械损伤等局部缺陷比较有效。试验时电缆芯一般接负极性高压，因为电缆的直流击穿强度与电缆芯所加的极性有关。有文献表明，在正极性高压下，电力电缆的击穿电压比负极性下高10左右，而且在电场的作用下，绝缘中的水分将向电场较弱的铅皮表面移动，使缺陷不易被发现。电缆直流耐压试验的时间一般为5min,因为电缆在直流电压下的击穿多为电击穿，电缆直流击穿电压与作用时间关系不大，电缆的电击穿一般在加压最初的12min内发生。耐压5min时的泄漏电流值不应大于耐压1min时的泄漏电流值。下图给出的是某三相电缆的泄漏电流随时间变化的特性曲线。2-2-1三相电缆的泄漏电流随时间

18、变化特性曲线图a中为绝缘完好情况下泄漏电流的变化过程，随着时间增加，泄漏电流趋于零；图b为绝缘有极小的缺陷时，泄漏电流随时间增加也趋于零，但其过程中有细小的突变情况；图c为绝缘有局部缺陷时，其泄漏电流随着时间增加而增大。2氧化锌避雷器的泄漏电流测量氧化锌避雷器的泄漏电流测量包括了直流1mA电压U1mA和75U1mA电压下的泄漏电流测量，其目的是为了检查其非线性特性及绝缘性能，在本书中介绍的是非现场环境的测试方法。U1mA为试品通过1mA直流时，被试品两端的电压值，规程规定：1mA电压值U1mA与初始值相比较，变化应不大于5。75U1mA电压下的泄漏电流应不大于50A。这样比较的意义在于说明，当

19、U1mA电压降低25时，合格的金属氧化物避雷器的泄漏电流大幅度的降低，从1000A下降至50A以下。若U1mA电压下降或75U1mA下泄漏电流明显增大，就可能是避雷器阀片受潮老化或瓷质有裂纹。四、实验装置和接线图1实验装置：实验室测量试品的泄漏电流，一般采用直流高压发生器和微安表，使用静电高压表或电阻分压器测量试品端的高压。在本书中，我们采用2mA/60kV的直流高压发生器和0.5级的微安表作为测试仪器，最大量程50kV的静电电压表作为高压测量装置，被试品采用10kV橡塑绝缘三相电力电缆和10kV氧化锌避雷器2便携式直流高压发生器工作原理图：图2-2-2 直流高压发生器工作原理图3接线图图2-

20、2-3 测量三相电缆的泄漏电流注：图2-2-3中虚线表示屏蔽图2-2-4 测量氧化锌避雷器的泄漏电流五、实验步骤（一）电力电缆的泄漏电流测量1试验前先对电缆进行充分放电，将电缆两端电缆头绝缘表面擦拭干净，减少表面泄漏电流引起的误差。2按照图2-2-3将电力电缆泄漏电流试验的接线接好。3试验场地设置好遮栏，并检查接地线是否良好、放电棒是否接好。4加压时，应分段逐渐提高电压，分别在0.25、0.5、0.75、1.0倍试验电压下停留1min，然后读取并记录泄漏电流值；如需进行耐压试验，可在试验电压下进行5min耐压试验，并在耐压试验结束前，再次读取记录耐压后的泄漏电流值。5试验完毕，应先降压，切断电

21、源，然后使用放电棒对被测电缆进行对地放电数次。6更换其它相的电缆重复上述试验。（二）氧化锌避雷器的泄漏电流测量1试验前对氧化锌避雷器进行外观检查，并将避雷器绝缘表面擦拭干净。2按照图2-2-4将氧化锌泄漏电流试验的接线接好。3设置好遮拦，并检查好接地线是否良好、放电棒是否接好。4加压前设置好相应的电压档位，加压时，当微安表示数为1mA时，读取此时静电电压表的读数，并记录之。5切换电压档位为75U1mA，观察微安表的示数，并记录之。6试验完毕，先降压，切断电源，然后使用放电棒对试品以及其它带电设备进行放电。六、实验报告要求1将电力电缆测试记录的数据填入表2-2-2表2-2-2 各相电缆的泄漏电流

22、测试值（A）相别试验电压倍数、时间0.25倍、1min0.5倍、1min0.75倍、1min1.0倍1min5minA相B相C相2绘制电力电缆泄漏电流与电压的关系曲线，由它们的变化趋势分析被试电缆的绝缘性能。3根据氧化锌避雷器泄漏电流测试结果分析其绝缘性能，并说明原因。七、实验注意事项1电力电缆芯线与金属铠甲间存在较大电容，测试后，均应进行充分放电，放电时间一般不少于2min。2升压过程应均匀分级进行，不可太快。75试验电压以下可以均匀缓慢地升高电压，超过75试验电压后，应以每秒2试验电压的速度升高。3升压中若出现击穿、闪络等异常现象，应迅速降压断开电源，并查明原因。4试验前检查控制箱和高压发

23、生器本体上的接地是否良好。5避免吸收电流对测量结果的影响，在微安表数值稳定后读取泄漏电流值。6注意消除电晕电流的干扰。八、思考题1与测量绝缘电阻相比，测量泄漏电流有何特点？答：2为何要采用负极性直流高压进行泄漏电流的测量？3分析在试验电压下泄漏电流值周期性摆动的原因。4描述电力电缆试验升压过程中微安表变化的现象，并分析其原因。实验三 介质损耗角正切值（tg）的测量一、实验目的1掌握测量电气设备绝缘的tg和Cx的原理和方法；2了解自动精密电桥的结构和原理，学习使用自动精密电桥测量绝缘介质损耗的方法；二、实验内容1使用正接法测量油浸单相式电压互感器的高压绕组对低压绕组、铁芯和外壳的介质损耗角正切值

24、tg和电容量Cx；2使用正接法测量套管的介质损耗角正切值tg和电容量Cx。三、实验说明测量介损对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。通过测量介损，可以反应出绝缘的一系列缺陷，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、绝缘老化等等，通过对同一电气设备tg的历史数据分析，还可以掌握设备绝缘性能的发展趋势。测量介损的同时，也能测量试品的电容量。试品的电容量的改变，也能够反映出试品的绝缘状况，因此电容量也是一个重要参数。介质损耗是绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化效应，在其内部引起的能量损耗，也叫介质损失，简称介损。介质损耗角是在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(

25、功率因数角)的余角()， 简称介损角。介质损耗角正切值tg也称为介质损耗因数，定义如下：图2-3-1分别是试品电路图（a），相量图(b)和等值电路图(c)：图2-3-1绝缘的等值电路和相量图由相量图中可知，总电流可以分解为电容电流Ic和电阻电流IR，因此损耗角=(90-)，所以tg=IR/IC测量tg的方法主要有平衡电桥法（QS1、QS3西林电桥）、不平衡电桥法、瓦特表法和相敏电路法。本实验中采用平衡电桥法，并使用新型的AI6000分体式自动精密电桥取代传统的QS1型高压西林电桥，其工作原理与高压西林电桥相似。接线最常用的是正接法和反接法。当试品两端对地绝缘时既可以采用正接法也可以采用反接法，

26、当被试品一端固定接地时只能采用反接法。因此在测量时，必须根据试品具体情况选取合适的接线方式，在实验室中常常采用正接法接线，在现场测试中常常采用反接法接线，本书中着重介绍正接法接线方式。正接法测量绝缘介质tg的原理图：图2-3-2 正接法原理图反接法测量绝缘介质tg的原理图：图2-3-3 反接法原理图图中：U：高压输出 Cx、Rx：试品的电容和电阻(串联等值电路)R3：可调电阻 G：检流计R4：固定电阻 CO：标准电容（501PF）C4：可调电容 R：保护电阻 P：屏蔽（1）油浸单相式电压互感器的介质损耗测量电压互感器在电力系统的电能计量、继电保护、自动控制等装置中用于变换电压，运行数量多，而且

27、长期处于工作状态，其工作可靠性对于整个系统的安全运行具有重要的意义。目前电力系统中运行的电压互感器按绝缘结构可分为电磁式电压互感器、串级式电压互感器和电容式电压互感器三种。电磁式电压互感器又可分为油浸单相、油浸三相五柱式、浇注式电压互感器，多用于35kV及以下的电压等级。35110kV电压互感器多为串级式电压互感器，更高电压等级的多为电容式电压互感器。基于篇幅所限，本书仅介绍油浸单相式电压互感器的高压绕组对低压绕组、铁芯和外壳及套管绝缘的介质损耗角正切值（tg）的测量方法。电压互感器tg的测量是判断电压互感器绝缘状况的重要手段之一。测量互感器的介质损耗tg能够灵敏的发现绝缘受潮、劣化及套管绝缘

28、损坏等缺陷。（2）110kV穿墙套管的介质损耗测量套管是电力系统广泛应用的一种电力设备，它的作用是使高压引线安全穿过墙壁或设备箱体与其它电力设备相连接。套管的使用场所决定了其结构要有较小的体积和较薄的绝缘厚度，由于套管法兰处的电场强度较高，长期运行过程中容易出现套管绝缘劣化受潮等缺陷，严重影响电力设备安全运行。套管tg和电容量的测量是判断套管绝缘状况的重要手段之一。由于套管体积较小，电容量较小（几百pF），因此测量其tg可以较为灵敏地反映套管劣化受潮及某些局部缺陷。测量套管的电容量也可以发现套管电容芯层局部击穿、严重漏油、测量小套管断线及接触不良等缺陷。四、实验装置和接线图1实验装置：AI60

29、00分体式自动精密电桥 1台标准电容器 1只10kV电压互感器 1只110kV套管 1只50kV工频变压器及控制箱 各1台50kV静电电压表 1台2原理图：正接法原理图请参看图2-3-2，反接法原理图请参看图2-3-33正接法测量绝缘tg的接线图：图2-3-4 正接法测量介质损耗因数接线图4反接法测量绝缘tg的接线图图2-3-5 反接法测量介质损耗因数接线图五、实验步骤1按照图2-3-4中正接线方式接线。注意测量电压互感器介质损耗接线时需将高压绕组两端短接后接高压输出、低压绕组两端短接后接通道2。2打开接收器与测量单元的电源开关，接收器对准测量单元光通讯器窗口，按下“显示”键，此时接收器和测量

30、单元进入工作状态。3使用接收器调节测量单元的相应参数。4接通试验电源，缓慢升压至10kV。530秒后按下接收器“保持”键读取并记录相应数据。6降压至零，对试品进行放电，冷却5分钟后，重复步骤2-5。7重复试验获得3组以上的试验数据，并记录之。六、实验报告要求1记录相关试验数据，描述tg随着温度变化的趋势。2要求将电压互感器试验测试结果与规程给出参考值进行比较，判断其绝缘状况。参考值见表2-3-1表2-3-1 电压互感器tg（）参考值试品高压绕组电压等级温度 (C)注510203040506070（必要时）tg值（）与历年数值比较不应有显著变化电压互感器35kV以上大修后1.52.02.54.06.0运行中2.02.53.55.08.035kV以下大修后2.02.53.55.58.0运行中2.5