高电压试验技术

电气设备绝缘试验分类
? 耐压试验（绝缘强度试验、破坏性试验）：目的

是考核设备耐受过电压的能力。外施电压高于长 期最大工作电压。主要包括：交流耐压、直流耐 压、冲击耐压。
? 检查性试验（绝缘特性试验、非破坏性试验）： 目的是测定绝缘某些方面的特性，间接判断绝缘 状况。外施电压低于正常运行电压，无破坏性。 ? 试验顺序：一般先做非破坏性试验，非破坏性试 验合格后再做破坏性试验。

电气试验

高电压试验技术主要内容
? 多种波形的产生方法

工频高压、直流高压、冲击高压 ? 高电压或大电流的测量方法
测量方法、误差分析

第1章 交流高电压试验设备
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一、 试验变压器的基本特点和结构形式

1.工频高压的产生方法

? 高电压试验变压器
? 串联(或并联)谐振发生器

? 倍频发生器

2.试验变压器的基本特点 ? 电压高

最高工作电压 40.5 / 3, 耐压72kV (约3.1倍)
? 容量小
由试品容量决定， ? 设：
I ? 2?fC ?10?3 A, (C ? μF, U ? kV)

以35kV电力变压器预防性试验值为 例：

C ? 7000pF U ? 100kV, I ? 0.158A, P ? 15.8kVA

? 漏抗大 ? 抗过电压能力小 ? 温升、电动力、工作时间影响小 试验变压器应重点解决绝缘问题

试验变压器的主要参数
额定电压（kV）

额定容量
(kVA)

50 5 10 50 100

100 10 20 100 200

250 250 500 1000

500 300 500 1000 1500

1000 1000 2000

? 体积与重量∝ u3 ,单台电压不宜太高 ? 采用串接方式输出更高电压

具有累接绕组(自耦式)的串级线路 ? 单套管串级线路

高压绕组中点接壳的串级试验变压器原理电路图

3.减少试验变压器漏抗的方法 ①两个低压绕组供电； ②采用平衡绕组

?m
i0
u1 e1 i2

?1?

e2

u2

4.短路电抗的计算 ? 漏抗大，内阻大，输出能力低，波形畸变 ? 串级总漏抗大于各单台之和 ①漏抗测量

x12 ? x1 ? x 2 x13 ? x1 ? x3 x 23 ? x 2 ? x3

1 x1 ? ?x12 ? x13 ? x 23 ? 2 1 x 2 ? ?x12 ? x 23 ? x13 ? 2 1 x3 ? ?x13 ? x 23 ? x12 ? 2

②两级漏抗计算(标么值)
Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ UⅠ ? U ? 2 x ? x ? x 2 1 1 3 12 I Ⅱ UⅡ ? U 2 1 Ⅱ 1

? ? ?2 x

? xⅡ 2 I

?

?

串级输出电压：
Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅱ Ⅰ UⅠ ? U ? 2 U ? 4 x ? x ? x ? x 2 2 1 1 2 3 12 I

?

?

1 Ⅱ Ⅱ Ⅰ U k ? x k ? 4 x1 ? xⅡ ? x ? x 2 3 12 2

?

?

二、单级试验变压器

1.基本试验回路
? 各器件的作用 ? 试品电容量、试变容量、对湿闪污闪的要求

2.试变运行的几个问题
①容升现象--在试验回路呈容性（容抗大于感抗）状态下

1 1 2 2 CU C ? LI ? U C ? U L ? U C ? U 2 2

② 非零值合闸过电压 ③ 试品闪络引起的恢复过电压 ④ 试变输出电

压波形的畸变

? 试变铁芯的非线性，励磁电流呈非线性，在调压器漏 抗上产生高次谐波，试变输入为非正弦波
? 负载为电容性，对高次谐波阻抗小，回路高次电流增 大，畸变加强 结论：除了试变铁芯的非线性磁化曲线外，调压器和 变压器漏抗及电容性负载是输出电压畸变的主要原因

2.调压设备分类
?自耦调压器

漏抗小、容量小、输出电压低、价格便宜
?感应调压器

平滑调节、容量大、漏抗大、价格高
?移卷调压器 ?电动发电机组

频率稳定、波形良好、电压调节范围宽、与 外界无电联系、投资大、运行维护复杂

自耦调压器

3.移圈调压器的工作原理 ? 调压器结构 辅助线圈1、主线圈2、补偿线圈3、短路圈4

? 调压器特点 ? 容量大 ? 铁心不饱和 ? 自身不产生高次谐波电流 ? 磁阻大 ? 空载电流大 ? 调压器漏抗特性

五、谐振式交流发生装置
⒈串联谐振装置—10—300Hz

串联谐振电路
? 对GIS、发电机和变压器、交联电缆、高压 断路器等电容量较大、试验电压高的被试品 进行交流耐压试验，需要大容量的试验设备 ，可采用串联谐振试验装置

? 它能够以较小的电源容量对较大电容和较高 试验电压的被试品进行耐压试验 ? 回路由被试品负载电容和与之串联的电抗器 和电源组成，如图2所示。

2. 并联谐振装置—10—300Hz

并联谐振回路
? 在进行变压器、电容器等电容量较大的被试品 的交流耐压试验时，试验变压器的容量常难以 满足要求 ? 现场常采用电抗器并联补偿。 ? 当参数选择适当，使两条并联支路的容抗与感 抗相等时，回路处于并联谐振状态，此时试验 变压器的负载最小。 ? 采用并联谐振回路应特别注意，试验变压器应 加装过流速断保护装置，因为当被试品击穿时 ，谐振消失，试验变压器有过电流的危险。

过电压保护装置的规定
? 试验回路中应具备过电压、过电流保护。 ? 配置过压、过流保护的测量、速断保护装置。

? 对重要的被试品 (如发电机、变压器等)进行交流耐 压试验时，宜在高压侧设置保护球间隙
? 球隙的放电距离对发电机一般可整定在1~1.15倍额定 电压所对应的放电距离; ? 对变压器整定1.15~1.2倍额定电压对应的放电距离。

? 发电机试验时，球隙应在现场施加已知电压进行整 定。

第2章 交流高电压的测量
?工频(直流)高电压的测量 测量方法 直接测量法：静电电压表法 转换测量法：分压器法 物理效应： 光电测量系统 ? 测量误差 根据国标要求，整体测量误差在±3%以内

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一、 静电电压表 1.工作原理(作用直流电压)
? 平行平板电极，极板间能量
1 1 S 1 S 1 W ? C

U 2 ? ? ? U 2 ? ? ? ? E 2 ? l 2 ? ?VE 2 2 2 l 2 l 2 1 2 W ? ? ? E P ? 单位体积内能量 2

? 设极板上正负电荷吸力F，极板位移dl ,

则所作功F· dl与极板间能量增量dw=F· dl相等

dw 1 2 dC F? ? U dl 2 dl 2 1 1 1 U ? ? ? ?SU 2 ? ? 2 ? ? ? ? C 2 2 l ? l ? ? U ? 2 Fl / C

? 带脉动分量的直流电压作用时 设脉动分量δU 仅含正弦基波分量，幅值且为δU 2 则 2 ? ? 1 ?U 2
U ? U P ? ?U / 2

?

?

? UP 1?

? ? ? 2 ?UP ? ?

当
当

?U
UP

? 0.03

U ,时 ? 1.0004 UP , 时

U ? 1.03 UP

?U
UP

? 0.349

?国产Q4-V型100kV静电电压表
? 使用特点 ? 极间阻抗高 ? 绝缘电阻大 ? 刻度分布不均匀 ? 特别要注意 ? 防止电晕放电 ? 防止风摆

二、高压交流分压器 R1 ? R2 k? 1.分压比： R
2

C1 ? C 2 k? C1

? 分压器基本要求：无感。

? 电阻分压器一般不用来测量较高的电压

CVT
C1 TT C2 δ A S L E F C3 X af R0 xf a

特高压柱式CVT

标准电压互感器

1000kV试验线段出线构架

2. 杂散电容的影响

? 考虑对地杂散电容的影响

U1 1 ? , I2 j?C1d

C1d ? C1

? Ce Ce Ce ? ? / sh ? C1 ? 1? ? C1 ? ? C1 C1 ? 6C1 ?

1 j?C2U 2 C2 U1 ? I2 ? ? U2 j?C1d j?C1d C1d
1 j?C2U 2 C2 U ? I2 ? ? U2 j?C1 j?C1 C1
' 1

C1d Ce U1' ? ? 1? ?1 U1 C1 6C1

同时考虑高压引线的分布电容时，对地电容的影响减弱：

C1 C1d ? Ce ? C H

? ? Ce ? C H ?Ce ? ?1 ? 6C 1 ? ?

? ? Ce ? C H ? ? ? CH ? ?1 ? 3C 1 ? ?

?? ? ?? ??

分布电容影响的改善措施 ? C1 ? 100 ~ 200pF

? 高压顶端装设屏蔽罩
? 分压器与周围物体保持一定距离 ? 安装点实测分压比

第3章

直流高电压试验设备

? 直流高电压试验设备的用途

? 交流大容量试品的试验
? 直流高压输电工程

? 其它高压设备的直流电源
? 其它技术领域的应用

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一、 基本的整流回路 1.半波整流回路(各元件作用、工作电压)

?脉动电压和电压降落 ? 接上负载后，输出为脉动电压，且UC<Um

? 三个基本参数 额定直流电压(平均值)

UP
额定直流电流(平均值)

1 ? ?U max ? U min ? 2

I P ? U P / RL

电压纹波因数(规程规定 S ≤3%) 100 103 134(100+34)

S ? ?U / U P
IP ?U ? 2 fC

2. 倍压整流回路

? 各元件工作电压
U C1 ? U m , U C 2 ? 2U m U D1 ? U D 2 ? 2U m

? 带负载后的脉动电压和电压降落

IP ?U ? 2 fC 2
IP ?U ? 2U m ? U max ? fC1

?U P

3I P ? ?U ? ?U ? 2 fC

二、 串级直流高压装置 1.两级串级回路

2.各点电位分析
u1 ? U m sin ?t u 2 ? 2U m u 4 ? 4U m u3 ? U m ? U m sin ?t u5 ? 3U m ? U m sin ?t

3.各元件最大工作电压
u C1 ? U m uC 2 ? uC 3 ? uC

4 ? 2U m u D1 ? u D 2 ? u D3 ? u D 4 ? 2U m

4.输出波形分析 设高压装置共n级

? 脉动电压计算

? n ?U ? ?
?

2

? n IP 4 fC

?

? 平均电压降落

IP ?U P ? ?U ? ?U ? 4n 3 ? 3n 2 ? 2n 6 fC

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