蘇毅

（中國(guó)南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西 柳州 545006）

1 引言

電氣設(shè)備絕緣的高電壓試驗(yàn)對(duì)于電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。電氣設(shè)備絕緣在長(zhǎng)期運(yùn)行中不但受到工作電壓還會(huì)收到各種過(guò)電壓的影響，所以高壓實(shí)驗(yàn)室中通過(guò)模擬工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓來(lái)檢測(cè)各種設(shè)備的絕緣耐壓能力［1－7］。

高電壓試驗(yàn)在高電壓下進(jìn)行試驗(yàn)，其安全問(wèn)題至關(guān)重要，高電壓試驗(yàn)中的安全防護(hù)問(wèn)題必須引起注意［8，9］。

2 工頻高電壓試驗(yàn)

工頻高電壓試驗(yàn)是檢測(cè)電氣設(shè)備絕緣常進(jìn)行的試驗(yàn)，其好處在于不僅可以檢驗(yàn)設(shè)備絕緣在工頻電壓下的性能，而且還可以檢驗(yàn)設(shè)備對(duì)操作過(guò)電壓與雷電過(guò)電壓的承受能力，可以避免進(jìn)行雷電沖擊和操作沖擊試驗(yàn)的設(shè)備儀器和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的復(fù)雜與高難度。

進(jìn)行工頻高電壓試驗(yàn)時(shí)，工頻高電壓一般采用高壓試驗(yàn)變壓器或者將其串聯(lián)起來(lái)產(chǎn)生，對(duì)于容量較大的被試品，如電容器、電纜等，可以采用串聯(lián)諧振回路來(lái)獲得工頻高電壓。

工頻高電壓裝置是高壓試驗(yàn)室中最基本的設(shè)備，也是產(chǎn)生其他類(lèi)型高電壓設(shè)備的基礎(chǔ)部件。試驗(yàn)變壓器一般為油浸式變壓器，工作原理與一般電力變壓器相似，但是結(jié)構(gòu)和工作條件有較多不同。

（1）試驗(yàn)變壓器容量一般不大

其高壓側(cè)電流I與額定容量P取決于被試品的電容大小:

式中:C—被試品與試驗(yàn)變壓器的電容；

f—電源頻率；

u—試驗(yàn)電壓。

被試品擊穿或者放電時(shí)只需要提供給被試品電容電流；如果被試品被擊穿時(shí)，開(kāi)關(guān)會(huì)立即切斷電源，不出長(zhǎng)時(shí)間出現(xiàn)短路電流。

（2）試驗(yàn)變壓器應(yīng)有較強(qiáng)的絕緣

由于需要產(chǎn)生的工頻電壓很高，要求試驗(yàn)變壓器必須有較強(qiáng)的絕緣。但是其絕緣裕度不需要太大，因?yàn)槠湓谠囼?yàn)室內(nèi)工作，與一般電力變壓器不同，不會(huì)受到雷電與操作過(guò)電壓。

（3）試驗(yàn)變壓器體積不大

試驗(yàn)變壓器的額定電壓較高，但是一般容量不大，所以其本體不大，外觀(guān)上的一個(gè)明顯特點(diǎn)是高壓套管長(zhǎng)而大。

（4）試驗(yàn)變壓器的結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單

試驗(yàn)變壓器與一般電力變壓器相比運(yùn)行時(shí)間較短，發(fā)熱較輕，不需要有復(fù)雜的冷卻系統(tǒng)，因而在額定功率與額定電壓下不宜長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行。

當(dāng)所需的工頻試驗(yàn)電壓較高時(shí)，單臺(tái)試驗(yàn)變壓器由于絕緣難度和造價(jià)的問(wèn)題，就不滿(mǎn)足試驗(yàn)要求，一般采用幾臺(tái)試驗(yàn)變壓器串級(jí)的方式產(chǎn)生高電壓，常用的串級(jí)方式是自耦式連接，高一級(jí)變壓器的勵(lì)磁電流由前一級(jí)高壓繞組的累接繞組供給。

工頻高壓試驗(yàn)的基本電路圖如圖1所示，其以試驗(yàn)變壓器或其串級(jí)裝置為主要設(shè)備。

圖1 工頻高壓試驗(yàn)基本電路圖

圖中:AV為調(diào)壓器；

PV1為低壓側(cè)電壓表；

PV2為高壓靜電電壓表；

T為工頻高壓試驗(yàn)變壓器；

Lf與Cf組成濾波器；

R1為變壓器保護(hù)電阻；

F為測(cè)量球隙；R2為測(cè)量球隙保護(hù)電阻；

TO為被試品。

具體的試驗(yàn)方法如下:在被試品上按規(guī)定的速度提高電壓，提升到額定電壓，開(kāi)始計(jì)算時(shí)間。為了發(fā)現(xiàn)有缺陷的被試品的局部放電與擊穿，提升到額定電壓后需要持續(xù)一段時(shí)間，工程中一般取1min，如果在這段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有出現(xiàn)絕緣擊穿或者局部損傷的現(xiàn)象，就可以認(rèn)為該被試品的工頻耐壓試驗(yàn)合格。

3 沖擊高電壓試驗(yàn)

電氣設(shè)備絕緣的沖擊高電壓試驗(yàn)與工頻高電壓試驗(yàn)相比，測(cè)試儀器與實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求較高、投資大，測(cè)試技術(shù)也比較復(fù)雜，在工程試驗(yàn)中沖擊耐壓試驗(yàn)一般不列入設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中，但為了研究電氣設(shè)備的雷電過(guò)電壓與操作過(guò)電壓的絕緣性能，在很多高電壓試驗(yàn)室中都裝設(shè)了沖擊高電壓發(fā)生器，用來(lái)產(chǎn)生操作沖擊電壓波與雷電沖擊電壓波。

沖擊高電壓試驗(yàn)用的標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊全波采用的是非周期性雙指數(shù)波，表示形式如下:

式中:τ1—波尾時(shí)間常數(shù)；

τ2—波前時(shí)間常數(shù)。

沖擊電壓發(fā)生器的常用回路如圖2所示。

圖2 沖擊電壓發(fā)生器回路

以圖2為基礎(chǔ)，近似分析輸出電壓波形與回路元件參數(shù)之間的關(guān)系，C2上的電壓可表示為:

其中:

由于C1＞＞C2，則:

根據(jù)沖擊電壓波前時(shí)間T1的定義，可知:當(dāng)t=t1時(shí)，u2（t1）=0.3U2m；當(dāng)t=t2時(shí)，u2（t2）=0.9U2m，則:

或:

而且:

或:

由式（8）和（9）可得:

則:

解出:

C2上的電壓可表示為:

其中:

計(jì)算化簡(jiǎn)后得:

電氣設(shè)備絕緣的沖擊高電壓試驗(yàn)采用三次沖擊法，對(duì)被試品施加三次負(fù)極性與三次正極性沖擊試驗(yàn)電壓，對(duì)電抗器與變壓器類(lèi)的電氣設(shè)備還需要進(jìn)行沖擊截波的耐壓試驗(yàn)。

3 高電壓試驗(yàn)的安全防護(hù)措施

高電壓試驗(yàn)中的安全問(wèn)題至關(guān)重要，因?yàn)樵诟唠妷合逻M(jìn)行試驗(yàn)，可能由于工作人員的疏忽，人體與帶高電壓設(shè)備部分的距離小于安全距離時(shí)，極有可能發(fā)生人身傷亡事故。而且由于錯(cuò)接試驗(yàn)電路或錯(cuò)加更高的試驗(yàn)電壓，很可能使被試設(shè)備或試驗(yàn)設(shè)備發(fā)生損壞。

為了有效防止意外事故的發(fā)生，必須做好以下各項(xiàng)安全技術(shù)措施:

（1）在進(jìn)行高電壓試驗(yàn)前，充分作好預(yù)備工作，擬定好實(shí)驗(yàn)方案，必須嚴(yán)格執(zhí)行《電業(yè)安全工作規(guī)程》中的相關(guān)內(nèi)容；

（2）在進(jìn)行試驗(yàn)之前，試驗(yàn)負(fù)責(zé)人應(yīng)對(duì)每個(gè)參加試驗(yàn)的人員明確分工，具體說(shuō)明有關(guān)安全的注重事項(xiàng)；

（3）高壓試驗(yàn)工作必須有兩人以上共同配合，才能開(kāi)展工作，并應(yīng)明確其中有經(jīng)驗(yàn)的一人為試驗(yàn)負(fù)責(zé)人，負(fù)安全責(zé)任；

（4）試驗(yàn)設(shè)備的容量，儀表的量程必須在試驗(yàn)前考慮合適，儀表的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、插頭和調(diào)壓器及滑桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，必須判明且正確無(wú)誤；

（5）試驗(yàn)裝置的電源開(kāi)關(guān)應(yīng)使用明顯斷開(kāi)的雙極開(kāi)關(guān)，以便區(qū)分合閘或分閘兩種工作狀態(tài)，交直流耐壓、直流泄漏電流試驗(yàn)的電源應(yīng)裝設(shè)可靠的過(guò)流保護(hù)裝置，最低限度也應(yīng)裝設(shè)熔斷件或瞬時(shí)電流脫扣開(kāi)關(guān)以及紅綠指示燈；

（6）高壓試驗(yàn)一般由較低一級(jí)的試驗(yàn)人員負(fù)責(zé)接線(xiàn)，之后由試驗(yàn)負(fù)責(zé)人負(fù)責(zé)檢查；

（7）試驗(yàn)設(shè)備和被試驗(yàn)設(shè)備的金屬外殼均應(yīng)接地，高壓試驗(yàn)引線(xiàn)應(yīng)盡量縮短，截面應(yīng)足夠大；

（8）試驗(yàn)結(jié)束后，應(yīng)拆除自裝的接地短路線(xiàn)，恢復(fù)被試設(shè)備實(shí)驗(yàn)前的接線(xiàn)，拆除安全網(wǎng)并清理和檢查現(xiàn)場(chǎng)，不應(yīng)遺忘工具和其他物件，確保被試設(shè)備和場(chǎng)地恢復(fù)試驗(yàn)前的狀況。

5 結(jié)束語(yǔ)

電氣設(shè)備在制造、運(yùn)輸、安裝和運(yùn)行中都有可能會(huì)產(chǎn)生絕緣缺陷，特別是在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，電氣設(shè)備受到電場(chǎng)、熱效應(yīng)、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)腐蝕以及環(huán)境條件等因素的影響，其絕緣品質(zhì)將逐漸劣化，極可能導(dǎo)致絕緣系統(tǒng)的破壞，因此做好電氣設(shè)備的高壓試驗(yàn)工作至關(guān)重要。

［1］李光范，王曉寧，李鵬，等.1000kV特高壓電力變壓器絕緣水平及試驗(yàn)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2008，32（3）:l－6.

［2］賀以燕.工頻高壓試驗(yàn)設(shè)備的現(xiàn)狀及其發(fā)展（上）［J］.變壓器，1994，5:2 －5.

［3］賀以燕.工頻高壓試驗(yàn)設(shè)備的現(xiàn)狀及其發(fā)展（下）［J］.變壓器，1994，6:2 －6.

［4］張文亮，張國(guó)兵.特高壓GIS現(xiàn)場(chǎng)工頻耐壓試驗(yàn)與變頻諧振裝置限頻方案原理［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（24）:1 －4.

［5］張文亮，張國(guó)兵.特高壓交流試驗(yàn)電源特點(diǎn)探討及比較［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2007，27（4）:1 －4.

［6］華中工學(xué)院，上海交通大學(xué).高電壓試驗(yàn)技術(shù)［M］.北京:水利電力出版社，1985.

［7］趙智大.高電壓技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［8］仲崇山，韓筱慧，吳冰，等.高壓試驗(yàn)人身安全防護(hù)系統(tǒng)的研制［J］.華中電力，2009，22（5）:25 －28.

［9］曹小龍，曹小虎，吉玲，等.高壓試驗(yàn)工作中應(yīng)重視的安全問(wèn)題［J］.電力安全技術(shù)，2010，12（12）:55 －57.