黃河明珠水利水電建設(shè)有限公司 河南三門峽 472000

隨著我國(guó)水電事業(yè)的不斷發(fā)展成熟，水力發(fā)電在我國(guó)總發(fā)電供應(yīng)中所占比逐漸增多，承擔(dān)了更多的調(diào)峰、調(diào)頻的任務(wù)，而且發(fā)電站直接供應(yīng)工業(yè)用電的方式也在增多。在水電站的電力系統(tǒng)中有種類繁多的電力設(shè)備，保證可靠安全的供電，必須要求這些設(shè)備的安全運(yùn)行。電力設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)輸、安裝過(guò)程中，都可能存在質(zhì)量問(wèn)題，引起潛伏的故障隱患。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，設(shè)備絕緣缺陷問(wèn)題引起電力系統(tǒng)停電事故占比超60%，所以針對(duì)電力設(shè)備的高壓試驗(yàn)工作至關(guān)重要。

1 高壓測(cè)試的分類與要求

高壓試驗(yàn)是目前預(yù)防電氣事故的重要措施，為防止發(fā)生事故，在電力設(shè)備投入運(yùn)行前必須要進(jìn)行高壓試驗(yàn)，從而提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備中潛在的隱患[1]。

1.1 高壓試驗(yàn)的分類

高壓試驗(yàn)根據(jù)項(xiàng)目的不同分絕緣試驗(yàn)和特性試驗(yàn)。絕緣試驗(yàn)是指通過(guò)模擬電氣設(shè)備在運(yùn)行中可能承受的各種作用電壓進(jìn)行電氣設(shè)備絕緣性能的耐壓試驗(yàn)，從而考驗(yàn)絕緣承受電壓的能力。通常把絕緣試驗(yàn)以外的電氣試驗(yàn)統(tǒng)稱為特性試驗(yàn)。

通過(guò)分析電力系統(tǒng)的故障，可以發(fā)現(xiàn)其中絕緣擊穿占比很高。因此為保證設(shè)備的安全運(yùn)行，必須進(jìn)行絕緣試驗(yàn)檢查。通常使用高于被試設(shè)備額定電壓的2～3倍或以上進(jìn)行試驗(yàn)。這對(duì)設(shè)備的絕緣缺陷的考核是非常嚴(yán)格的。絕緣試驗(yàn)又分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)。當(dāng)非破壞性試驗(yàn)已發(fā)現(xiàn)異常的情況下，應(yīng)及時(shí)查明原因并進(jìn)行消缺、檢修后再進(jìn)行破壞性耐壓試驗(yàn)，以避免對(duì)設(shè)備產(chǎn)生損壞。

特性試驗(yàn)的目的是檢查電氣設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是否符合規(guī)程的要求，檢驗(yàn)設(shè)備是否滿足正常運(yùn)行的要求。同一臺(tái)設(shè)備可能有多個(gè)不同的特性試驗(yàn)項(xiàng)目，如變壓器通常進(jìn)行電壓比、空載和負(fù)載損耗、空載電流、直流電阻測(cè)試、阻抗電壓等特性試驗(yàn)項(xiàng)目。

1.2 高壓試驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)要求

高壓試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中使用的高電壓對(duì)人員和設(shè)備的安全性都會(huì)造成一定的影響，因此在試驗(yàn)過(guò)程中必須做好相關(guān)的規(guī)范要求，避免管理不當(dāng)導(dǎo)致試驗(yàn)出現(xiàn)異常。

高壓試驗(yàn)過(guò)程中必須有兩名以上人員參與，每次試驗(yàn)開(kāi)始前，試驗(yàn)的負(fù)責(zé)人要對(duì)全體試驗(yàn)人員詳細(xì)說(shuō)明試驗(yàn)中的安全注意事項(xiàng)，交代相鄰間隔的帶電部位以及其他安全事項(xiàng)。試驗(yàn)時(shí)，首先對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行處理，試驗(yàn)裝置的金屬外殼應(yīng)可靠接地，高壓引線應(yīng)盡量縮短，并采用專用的高壓試驗(yàn)線，必要時(shí)還要使用絕緣物支持牢固，并且要與相鄰設(shè)備保持安全距離。試驗(yàn)設(shè)備的電源開(kāi)關(guān)應(yīng)使用有明顯斷開(kāi)的雙極刀開(kāi)關(guān)[2]。試驗(yàn)裝置的低壓回路中要有兩個(gè)串聯(lián)電源開(kāi)關(guān)，并加裝過(guò)載自動(dòng)跳閘裝置。進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)，對(duì)測(cè)試環(huán)境要求被測(cè)試品的溫度不低于5℃；試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)先進(jìn)行非破壞性試驗(yàn)，再進(jìn)行破壞性試驗(yàn)；進(jìn)行電壓極性的直流耐壓試驗(yàn)時(shí)，要求采用負(fù)極性試驗(yàn)等。

2 水電站高壓試驗(yàn)介紹

水電站高壓試驗(yàn)日常進(jìn)行的大部分為絕緣耐壓試驗(yàn)，包括絕緣電阻及吸收比試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、介質(zhì)損耗試驗(yàn)和交流耐壓試驗(yàn)等。

2.1 絕緣電阻及吸收比

絕緣電阻是反應(yīng)絕緣性能和狀態(tài)的最基本指標(biāo)之一，測(cè)量絕緣電阻是檢查電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)最簡(jiǎn)便的輔助方法。根據(jù)絕緣電阻試驗(yàn)結(jié)果能夠初步判定設(shè)備有無(wú)受潮或絕緣狀態(tài)異常。通常使用兆歐表來(lái)測(cè)量絕緣電阻和吸收比，規(guī)定加壓60s以后測(cè)得的數(shù)值為被試品的絕緣電阻。

由于不同的絕緣設(shè)備在外施電壓下電容電流與吸收電流的存在，總電流隨加壓時(shí)間而變化。當(dāng)絕緣受潮或存在缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，總電流隨時(shí)間下降的緩慢，因此可以通過(guò)測(cè)試電流與時(shí)間的關(guān)系來(lái)判斷絕緣的狀態(tài)，這就是吸收比和極化指數(shù)。將加壓60s和15s時(shí)的絕緣電阻比值R60’/R15’稱之為吸收比Ka，將加壓600s和60s時(shí)的絕緣電阻比值R600‘/R60’稱之為極化指數(shù)Kp?！?/p>

2.2 直流耐壓試驗(yàn)

直流耐壓與直流泄露試驗(yàn)原理相同，都是通過(guò)晶體管逆變或倍壓整流等方式將直流高壓加在被試設(shè)備上，并通過(guò)高低壓側(cè)自動(dòng)擋位切換電流表進(jìn)行電流測(cè)量，與半波整流電路儀器相比，體積小、試驗(yàn)容量大，試驗(yàn)后降壓帶有自放電功能，已經(jīng)全面取代半波整流電路儀器。直流耐壓試驗(yàn)?zāi)軌蚩简?yàn)電氣設(shè)備的電抗強(qiáng)度，反應(yīng)設(shè)備受潮、劣化和局部缺陷等多方面的問(wèn)題。直流耐壓試驗(yàn)在發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、電纜、電容器的絕緣預(yù)防性試驗(yàn)中廣泛應(yīng)用。

直流耐壓試驗(yàn)過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注影響測(cè)量結(jié)果的因素：高壓連接導(dǎo)線對(duì)地泄露電流的影響；被試設(shè)備表面泄露電流的影響；溫度的影響；加壓速度對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響；微安表接在不同位置時(shí)對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。

2.3 介質(zhì)損耗試驗(yàn)

在電力系統(tǒng)中，絕緣材料在電壓的作用下總會(huì)流過(guò)一定的電流（即介質(zhì)的電導(dǎo)和極化），都存在著能量損耗，在電壓作用下絕緣材料內(nèi)部引起的能量損耗稱之為介質(zhì)損耗。通常使用介質(zhì)損耗角正切值tanδ來(lái)反應(yīng)絕緣介質(zhì)或電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的優(yōu)劣。測(cè)量介質(zhì)損耗角正切值tanδ的方法是應(yīng)用高壓交流平衡電橋（西林電橋）。

影響介質(zhì)損耗試驗(yàn)的因素主要有：外界電場(chǎng)干擾的影響，需要避開(kāi)干擾源、增加電場(chǎng)屏蔽、改變?cè)囼?yàn)頻率等方法排除干擾；高壓標(biāo)準(zhǔn)電容的影響，需要排除標(biāo)準(zhǔn)電容本身原因造成的影響，因此測(cè)試設(shè)備每年都需要進(jìn)行校驗(yàn)，并在干燥、清潔的專用儲(chǔ)藏室中存儲(chǔ)；溫度的影響，一般情況下tanδ是隨溫度上升而增加的，試驗(yàn)是應(yīng)記錄試驗(yàn)溫度，并將不同溫度的試驗(yàn)值換算至20℃；試驗(yàn)電壓、表面泄漏電流、試驗(yàn)引線等影響。

2.4 交流耐壓試驗(yàn)

交流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)被試品絕緣承受各種過(guò)電壓能力的有效方法，能夠發(fā)現(xiàn)設(shè)備中較危險(xiǎn)的集中性缺陷。由于交流電壓的波形、頻率和被試品絕緣內(nèi)部的電壓分布，比較符合電氣設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)的實(shí)際情況，能夠真實(shí)有效的發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，對(duì)保證設(shè)備安全運(yùn)行具有重要意義。為避免試驗(yàn)時(shí)損壞設(shè)備，交流耐壓試驗(yàn)必須在一系列非破壞性試驗(yàn)之后進(jìn)行。交流耐壓試驗(yàn)的電壓很高，對(duì)不良絕緣來(lái)說(shuō)是一種破壞性試驗(yàn)，會(huì)使原有的絕緣弱點(diǎn)繼續(xù)發(fā)展，即使是良好的絕緣也可能會(huì)受到影響。設(shè)備耐壓試驗(yàn)不合格的原因主要有絕緣性能變化、絕緣中出現(xiàn)雜質(zhì)、絕緣表面臟污、試驗(yàn)方法不正確、電壓測(cè)量不準(zhǔn)確、保護(hù)手段不足等。

3 高壓試驗(yàn)案例——水電站高壓電機(jī)

水電站的高壓電機(jī)在維修前，都要進(jìn)行絕緣試驗(yàn)，包括繞組直流電阻、絕緣電阻的測(cè)量，繞組直流耐壓和交流耐壓試驗(yàn)。開(kāi)始試驗(yàn)前，要準(zhǔn)備電機(jī)上次的試驗(yàn)報(bào)告、電橋、電動(dòng)兆歐表、直流高壓發(fā)生器、交流耐壓儀等。

3.1 電機(jī)的直流試驗(yàn)

（1）直流電阻測(cè)量。在測(cè)量繞組的直流電阻前，要先進(jìn)行繞組的放電，避免其中殘留的電荷影響測(cè)量結(jié)果，同時(shí)保護(hù)電橋不被擊壞。水電站中某風(fēng)機(jī)電機(jī)的電壓等級(jí)為6kV，測(cè)量前記錄好繞組的接線方式，然后接線開(kāi)始測(cè)試。該電機(jī)的中性點(diǎn)沒(méi)有引出，所以只能進(jìn)行繞組間的直流電阻測(cè)量。測(cè)試結(jié)果：UV為0.1348Ω，UW為0.1348Ω，VW為0.1348Ω。其三相不平衡系數(shù)為0%，小于要求的1%，因此電阻測(cè)量合格。

（2）絕緣電阻測(cè)量。絕緣電阻試驗(yàn)前，需要確認(rèn)電機(jī)的接地可靠性，短接電機(jī)繞組后開(kāi)始試驗(yàn)。絕緣電阻測(cè)試結(jié)果R15為230MΩ，R60為245MΩ，吸收比K為1.06。對(duì)比上次的實(shí)驗(yàn)記錄，R15為1000MΩ，R60為1430MΩ，吸收比K為1.43。確認(rèn)電機(jī)繞組存在異常，內(nèi)部可能有受潮或者積灰放電。首先進(jìn)行確認(rèn)是否受潮，將加熱器接入外部電源，加熱器運(yùn)行后對(duì)絕緣電阻進(jìn)行復(fù)測(cè)，間隔2小時(shí)進(jìn)行一次。完成10H加熱后，R15為1422MΩ，R60為1540MΩ，吸收比K為1.08。結(jié)合數(shù)據(jù)分析，電機(jī)繞組存在受潮影響，但是其吸收比仍然不達(dá)標(biāo)，懷疑繞組回路中還存在積灰放電。打開(kāi)電機(jī)接線盒，接線盒與電機(jī)引出線連接部位積灰嚴(yán)重。清理積灰后，重新安排測(cè)量，R15為1533MΩ，R60為3010MΩ，吸收比K為1.96，測(cè)試合格。

（3）直流漏電電流測(cè)量。直流漏電流測(cè)試前，需在安全操作的基礎(chǔ)上，對(duì)電機(jī)中測(cè)溫元件進(jìn)行短路接地。然后開(kāi)始直流泄露測(cè)試。先檢查實(shí)驗(yàn)儀器的連接情況，確認(rèn)沒(méi)有問(wèn)題后進(jìn)行空升試驗(yàn)。按照規(guī)程檢修時(shí)6kV的電機(jī)直流耐壓最高為15kV，設(shè)定過(guò)電保護(hù)為16kV。升壓過(guò)程中，當(dāng)電流發(fā)生急劇變化時(shí)，立即停止試驗(yàn)檢查。升壓需要實(shí)施階梯升壓的方法，設(shè)定每3kV為一個(gè)階段，每個(gè)階段停留1分鐘記錄繞組上的泄露電流值。試驗(yàn)結(jié)果I3kV為2μA，I6kV為 3μA，I9kV為5μA，I12kV為 7μA，I15kV為 9μA，升壓過(guò)程中泄露電流穩(wěn)步上升，且都在20μA以內(nèi)，測(cè)試通過(guò)。

3.2 電機(jī)的交流試驗(yàn)

交流耐壓試驗(yàn)是檢驗(yàn)電力設(shè)備絕緣水平最可靠的試驗(yàn)，因?yàn)槠湓囼?yàn)環(huán)境最接近正常運(yùn)行的狀態(tài)。與直流耐壓測(cè)試一樣，需要先檢查設(shè)備連接狀況，然后進(jìn)行空升。按照規(guī)程要求6kV的電機(jī)檢修時(shí)的交流試驗(yàn)電壓為9kV。交流耐壓試驗(yàn)過(guò)程，也需要關(guān)注電流狀況，電壓緩慢升壓至9kV，并保持1分鐘后結(jié)束試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果：交流耐壓試驗(yàn)9kV，保持1分鐘無(wú)異常[3]。

3.3 小結(jié)

試驗(yàn)完成后，要拆除接線清理試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)。通過(guò)直流試驗(yàn)和交流試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析，確認(rèn)電機(jī)高壓試驗(yàn)結(jié)果合格。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，最大的難點(diǎn)在于絕緣部分，特別是繞組的絕緣電阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及試驗(yàn)過(guò)程中異常的處理解決。

4 結(jié)語(yǔ)

高壓試驗(yàn)是水電站安全生產(chǎn)運(yùn)行的重要保障措施，本文通過(guò)理論和實(shí)踐兩個(gè)角度對(duì)水電站高壓試驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，對(duì)高壓試驗(yàn)過(guò)程的研究具有一定的參考意義。高壓試驗(yàn)是一個(gè)無(wú)止境的研究課題，特別是水電站的高壓試驗(yàn)，要求相關(guān)人員要依靠試驗(yàn)過(guò)程中經(jīng)驗(yàn)的積累，不斷提升技術(shù)水平，為水電站的安全生產(chǎn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。