工频交流耐压试验方法及注意事项

（一）工频交流耐压试验的重要性

在预防性试验中虽然对电气设备进行了上述一系列非破坏性试验，能发现很多绝缘缺陷，但因其试验电压一般较低，往往对某些缺陷，特别是局部缺陷还不能检出，这对安全运行是不够的。为了进一步暴露电气设备的绝缘水平（电气设备绝缘耐受电压能力的大小称绝缘水平，常用试验电压表示）和确定能否投入运行，有必要进行破坏性试验即耐压试验。根据DL/T 596规定，现场电气设备预防性试验中的破坏性试验有工频交流耐压试验和直流耐压试验两种。工频交流耐压试验是鉴定电气设备绝缘强度的最有效和最直接的试验方法，它对判断电气设备能否继续参加运行具有决定性的意义，也是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。

（二）试验接线

工频交流耐压试验的接线，应根据试品的具体情况（试验电压及试品的电容量等），结合现场试验设备的条件选定，通常可采用成套试验设备，如图8-35所示。

图8-35　工频交流耐压试验接线图

T2—试验变压器；T1—调压器；F—保护球隙；PV—电压表；PA—毫安表；SA—短路开关；R1—限流电阻；R2—球间隙保护电阻；CX—球品

（三）试验设备

1.试验变压器

用于高压试验的特制变压器，称为高压试验变压器。它一般可分为两个系列：一种是高压侧电流为1～2 A；另一种是高压侧电流为0.1～0.2 A。

试验时应根据被试设备的电容量和试验时的最高电压来选择试验变压器。首先，由被试设备的电容量计算出试验中通过试验变压器高压线组的电流，主要是电容电流，其值为

式中　CX——被试设备电容量，可用西林电桥测量；

Ut——试验电压。

选择试验变压器时，应使其高压绕组的额定电流不低于式（8-26）的计算值。

其次，再由高压绕组的额定电压不低于被试设备试验电压的条件来确定试验变压器容量，即

式中　UN——试验变压器的高压侧额定电压。

必须指出，在选择试验变压器容量时，应尽可能要大于式（8-27）计算结果。这是因为存在线路中设备的杂散电容之故，杂散电容一般为100～1000pF。

进行绝缘预防性试验时，一般采用YDT25/150的试验变压器即可满足要求。但是，有时为进行研究或进行特殊试验，需要更高的电压或更大的电流时，可采用以下方法解决：

（1）采用两台试验变压器（或电压互感器）并联接线。此时要求这两台试验变压器的容量、短路阻抗和变压比相同，并注意极性。

（2）采用串级联接试验变压器接线。单台试验变压器的额定电压提高时，其体积和重量将增加。这样，不仅绝缘结构制造困难和不经济，而且运输上亦非常不便，因此，对需要较高电压的试验变压器，常采用2～3台电压较低的试验变压器串级联接的方式。

图8-36是常用串级联接变压器的接线图。图中第一台试验变压器的高压侧绕组n2的一端接地，另一端串联一绕组n3，供给第二台变压器初级绕组n4。n4和n5各有一端与变压器的外壳连接，它们都处于第一台高压端的电位，因此第二台变压器的外壳应对地绝缘。显然，第二台变压器高压端的对地电压就是两台变压器的高压端输出电压之和。

图8-36　试验变压器串级联接线路图

串级变压器的优点，在于把复杂的内绝缘转化为外绝缘来解决，使套管易于制造。同时，单台变压器的电压不太高，重量不会过重，体积也较小，便于转移。另外，在运行方式上比较灵活，如三级串接的试验变压器，可改接成ㄚ或△组别供三相试验用，也可并联运行，供给较大电流；不需很高试验电压时，可以只用其中的一台或两台。

串级联接试验变压器的最大缺点是漏抗比较大，数目越多，漏抗就越大。这是因为串级变压器的能量都是经前面一级变压器获得的。当有负载时，由于激磁绕组中电感的压降而使高压绕组中的电压显著降低，因此，串级试验变压器组的级数，一般不超过三级。

（3）采用串联谐振（电压谐振）法的接线。当试验变压器的额定电压不能满足所需试验要求，而额定电流能满足所需电容量的情况下，可用串联谐振的方法来解决试验电压不足的问题。串联谐振法原理如图8-37所示，当XC＝XL时，即产生电压谐振，此时电路中的电流为

如果电路中的损耗电阻R很小，则电流很大，而在电感L和电容CX上的电压降分别为

试品CX上的电压决定于试验回路中的电流I的大小，其值可高出试验变压器输出电压的许多倍。

这种试验接线的优点是：试品击穿，谐振终止，高压消失；击穿后电流下降，不会造成试品击穿点扩大等。

（4）采用并联谐振（电流谐振）法的接线。当试验变压器的额定电流不能满足所需试验要求，而额定电压能满足所需试验电压的情况下，可用并联谐振的方法来解决试验电流不足的问题。并联谐振法原理如图8-38所示，当XL＝XC时，即产生电流谐振。此时，虽然两个支路的电流都很大，但回路中的总电流I≈0，XC上的电压等于电源电压。实际上因回路中有电阻和铁芯的损耗，回路总电流不可能完全等于零。

图8-37　串联谐振原理图

（a）等值电路；（b）相量图；
—外施电压；CX—试品电容；L—补偿电感；R—回路电阻；C—容性压降；L—感性压降；R—阻性压降

图8-38　并联谐振原理图

（a）等值电路；（b）相量图
L—并联电器；CX—试品电容；rL、rC—L、CX中的电阻

2.调压设备

对调压器的基本要求是：电压从零到最大值都能平滑地进行调节，并且不使电压波形发生畸变。在电气设备预防性试验中，常用的调压方式有：

（1）自耦变压器。这是简单的调压方式。其优点是能平滑地调压，输出波形好，功率损耗小，价格便宜。其缺点是容量受限制，一般仅几至十几千伏安。因此它适用于小容量试验变压器调压。

（2）移卷调压器。它是通过移动一个有活动的线圈来调节电压的，其原理图和结构示意图如图8-39所示。

图8-39　移卷调压器的原理图和结构示意图

（a）原理图；（b）结构示意图

它在结构上的特点是：①线圈A和B匝数相等，绕向相反，互相串联成调压器的不可动线圈（实际上制造中为同向绕制反向串联）；②可移动的线圈K是短路连接的。结构上的这两个特点，保证了它调节电压及其他特性。

如果没有动线圈K，则线圈A和B产生的主磁通相互抵消，只有与各自线圈相交链的漏磁通ΦA和ΦB，分别通过铁芯的上部和下部。当有动线圈K时，它调节电压的原理是：在AX端加电源电压U1后，电流I在上、下部铁芯中产生方向相反的磁通ΦA和ΦB，它们分别通过非导磁材料各自构成闭合回路，如图8-39（b）所示。当转动把手，使动线圈K移至铁芯下端时，ΦB和K交链，在K内感生的电流产生和ΦB相反的磁通ΦK，如图8-39（a）所示，其大小又相等，故使交链B的磁通为零，则B的感应电势为零，输出电流也为零。

当动线圈K移至铁芯的中间位置时，ΦA和ΦB与K的交链情况相同，但在K中产生的感应电势方向相反，互相抵消，使动线圈K内无感应电流，则电压U1在A和B两个线圈中各占一半，则输出电压等于外加电压的一半，即

当动线圈K移至铁芯的上端时，ΦA和K交链，在K中感应电流产生和ΦA相反的磁通，大小也相等，所以交链A的磁通为零，即电压为零。全部电压都加在B上，则输出电压等于全电压U1。所以，移卷调压器通过动线圈K由下端移向上端输出电压将由零逐渐增大为U1。

实际结构中，为了提高二次电压，使U2＞U1，往往还在二次侧串接一个附加线圈（补偿线圈），附加线圈的匝数一般很少，通常为主线圈A的1％。线圈K可以用手动，也可以由电动机转动涡杆来使它上下移动。移卷式调压器没有滑动触头，因此容量能造得很大，从几十到几千伏安，目前，我国已能做到10kV、2500kVA的产品，它的体积较大。此外，它的主磁通ΦA、ΦB要经过一段非导磁材料（对于干式主要是空气，对于油浸式主要是油），磁阻很大，所以它的激磁电流相当大，漏抗也很大，但其铁芯却不易饱和。这两点对工频高压输出的波形是有影响的，铁芯不易饱和使输出波形畸变的因素减弱，而漏抗很大将促使波形发生畸变。

移卷调压器在高压实验室及现场应用很广，它是100kV及以上试验变压器常用的配套调压装置。当用移卷调压器调压时，其容量一般应等于或小于试验变压器的容量，即

式中　PT1——移卷调压器的容量；

PT2——试验变压器的容量，但是在必要时，可过负荷125％。

3.采用限流电阻R1和球隙保护电阻R2

在图8-35中的R1用于限制短路电流和振荡电压（击穿或放电时产生的），保护试验变压器和防止试品击穿时扩大击穿后的烧伤部位。同理，R2是防止球隙放电时使球面烧伤和防止试品无辜击穿。R1和R2的作用原理相同，但保护对象稍异，故R1的电阻值可按0.1～0.5Ω/V选取，R2可按1Ω/V选取，所受电压按试验电压考虑。R1和R2可采用金属电阻或水电阻，其中水电阻用得较多，其热容量应按通过的电流和电阻值来计算。盛水的容器（一般用有机玻璃管）应有膨胀余地，且有防爆孔。它的外绝缘按150～200kV/m来选取。

4.保护球间隙

在误操作或产生谐振过电压时，球隙先行放电，使过流保护动作而切断电源，保护试品免遭无辜损坏。保护球隙的放电电压，一般调整在试验电压的115％～120％。

（四）试验电压的测量

在试验中，试验电压的测量是关键的环节。

测量交流高压的方法很多，概括起来分为两类，一类是在低压侧测量；另一类是在高压侧直接测量。对一般的设备如瓷绝缘、开关设备和绝缘工具等可在低压侧测量，而对重要的设备，特别是对容量较大的设备进行耐压试验时，必须在高压侧直接进行电压测量。否则会引起很大误差：

1.在低压侧测量

这种方法是在试验变压器低压绕组或测量绕组的端子上，用电压表进行测量，然后通过换算来确定高压侧的试验电压，即

U2＝KU1

式中　U2——高压侧施加的电压；

U1——低压绕组或测量绕组的电压表读数；

K——变比，高压绕组与测量绕组的匝数比，一般为1000∶1；或者是高压绕组与低压绕组的匝数比，其数值可查铭牌。

2.在高压侧测量

首先说明，为什么要强调在高压侧测量。在工频耐压试验时，其等值电路如图8-40所示。

图8-40　工频交流耐压时的等值电路及相量图

（a）等值电路；（b）相量图
XL—试验变压器漏抗；CX—被试设备电容；U·—试验变压器的高压侧电压

由图8-40（a）可见

由图8-40（b）可知，及同相，而与反相，则上式可改写成

而(www.xing528.com)

UL＝ICZS

其中

IC＝Ut2πfCX

所以

式中　IC——在应加试验电压下，通过被试设备的电容电流；

ZS——试验变压器的短路阻抗；

ZS％——试验变压器短路阻抗百分数；

Ut——应加于被试设备端部的电压；

CX——被试设备的电容；

UN、NN——试验变压器的额定电压、额定阻抗；

PN——试验变压器的额定容量。

由式（8-32）可见，当试验变压器选定后，且被试设备的试验电压一定时，若被试设备电容量越大，则电压升高越多。

由上述分析可知，当被试设备为电容性时，试验回路的电流基本上是属于容性的，由于电容电流在试验变压器的绕组上要产生漏抗压降，使被试设备端电压升高，也就是现场通常所说的“容升”。为了避免“容升”给试验带来的影响，在试验时应尽量采用高压侧测压，特别是对大容量被试设备，更应当注意。

其次，介绍现场电气设备进行预防性试验时，在高压侧测量电压时所采用的具体方法。

（1）用电容分压器测量。

用电容分压器测量的原理是：使被测电压通过串联的电容分压器进行分压，测出其中低阻抗电容上的电压，再用分压比算出被测电压。为减小分布参数的影响，C2不能太小，一般取为几十到几百皮法，C1应不小于（30～40）HpF，其中H为高压电容器，单位为m。

用电容分压器测量高压的接线如图8-41所示。由于分压器的分压比是随所加电压和周围环境而变化的，所以在每次进行耐压试验时，都需与试验变压器空载时的变比进行比较，以确定试验时分压器低压侧电压表的读数，因而在测量前都要校准分压比。其方法是：将S与1接通，接通后，逐渐升高试验变压器的输出电压，这样就可以得到若干组U和Ut的数值。用这些数值做成所谓校正曲线，如图8-42所示。试验时，把S与2接通，并从校正曲线上找出试验电压下电压表V的读数U来，即可升压进行试验。当电压表V的读数为U时，说明被试设备上已承受了试验电压。

图8-41　用电容分压器测量高压的线路图

C1—高压标准电容器；C2—低压电容器（C2≫C1）；V—静电电压表或真空管电压表；γ—C2上的并联电阻；R1—保护水电阻；T—试验变压器；TV—标准电压互感器

图8-42　标准电压互感器和分压器仪表电压的分压曲线

用这种方法测量时，若V为高阻抗交流电压表或静电电压表，可测得有效值；若V为峰值电压表，可测得电压峰值；若将V改接成示波器，则可观察波形和测量电压峰值。

试验时，常在C2的两端并联，其目的是在试验中消除C2上的残留电荷，使分压器具有良好的升降特性，一般取时间常数τ＝γC2＝1～2s。

电容分压器法是目前现场常用的方法，分压器结构简单，携带方便，准确度高。

（2）用静电电压表测量。

静电电压表也是现场常用的测量高压的设备之一。测量时，将静电电压表并接于被试设备两端，可直接读出加于被试设备上的高电压。这种方法简单、准确，凡有条件的地方均应考虑采用这种测量方法。静电电压表的结构示意图如图8-43所示。

由图8-43可见，静电电压表的结构主要是两个电极：一个是固定电极；另一个是可动电极，利用两个电极间的电场力使可动电极偏转来测量电压。连接线使可动电极与保护电极具有相同的电位。静电电压表的结构是各种各样的，但其基本原理相似。下面以国产Q4—V型100kV静电电压表为例来说明。

在图8-43中，被测电压U加在平板电极1、2之间，电极6中部有一个窗口，放置可动电极2，在电场力作用下，可动电极转动，其转矩为

图8-43　国产Q4—V型100kV静电电压表的原理图和结构示意图

（a）原理图；（b）结构示意图
1—固定电极；2—可动电极；3—绝缘支杆；4—指示标尺；5—底座；6—保护电极；7—连接线

式中　a——偏转角；

C——可动电极和电极1之间的电容。

该力矩由悬挂可动电极的张丝或弹簧（图中未画出）所产生的反作用力矩M2＝Ka来平衡，其中K为常数。

当平衡时M1＝M2，则

可见，偏转角的大小和被测电压的平方及有 关，而决 定于静电电压表的电极形状。为了使电压刻度比较均匀，常将可动电极做成特殊的形状，使得随 a的增加而减小。偏转角的大小由固定在张丝上的小镜经一套光系统反射到标尺上。因静电电压表的指示与被测电压平方成正比，所以它的偏转方向与被测电压的极性无关，既能测量直流，又能测量交流电压（在交流电压作用下可动电极上的电荷随固定电极上电荷极性改变而变化，但始终保持它等值、异号），在测量交流电压时所测到的为电压的有效值。

静电电压表两极间的电容量约10～30pF，显然内阻很大。因此在测量时几乎不会改变被试物上的电压。这对于被试设备阻抗高的情况尤其合适。对电压等级不太高的试验，使用它能很方便地在高压端直接测出电压。静电电压表能耐受的电压由两电极间的距离及固定高压电极的绝缘介质表面放电电压决定。改变电极间距离，能改变测量电压范围。它所能测量交流高压的频率范围由该绝缘介质的高频性能决定，一般可达数兆赫。我国已生产出多种规格的静电电压表，例如Q3—V型能测量0～7.5～15～30kV；Q4—V型能测量0～10～20～50～100kV。目前国内生产最高电压的静电电压表是250～500kV。

（3）用电压互感器测量。

在被试设备上并联一只准确度较高（0.5级）的电压互感器，在电压互感器的低压侧用电压表测量，然后乘上变比即可换算出高压侧电压。

若在互感器低压侧用峰值表测量，能够直接测得击穿时的峰值电压。若在低压侧改接上电子示波器能够监视加在被试设备上的电压波形，同时也能测定被试设备放电时的电压幅值。

这种方法简单，准确度高，是现场常用的测量方法，但一般只能测到250kV，且不便于携带。

（4）用球隙测量。

采用球隙直接测量高压侧的电压是高压试验中最基本的测量方法，已经有数十年的历史，积累了大量的使用经验，制定了准确度达±3％的表格。它不仅可以用来测量交流高压幅值，同样也可用来测量冲击电压及直流电压。

球隙测量高压的基本原理是：在一定的大气条件下，一定直径的铜球，当球隙距离一定时，其火花放电电压是固定的。因此可以用球隙来测量高压。不同球径的放电电压与距离的关系参见球隙放电标准表。

球隙的装置简单，能够直接测出很高的电压，所以一般说来，在实验室中使用起来确实方便，但在现场条件下使用，往往带来很大的误差，以致达到无法使用的程度。如几次在现场（室外）用500 mm的球隙做感应耐压的过电压保护，球隙的放电电压调整在（1.15～1.20）Ut。结果大大提前放电（均未进行预放电），其中有一次间隙调整为320 mm，在当时气象条件下，放电电压为408kV有效值，可是升至320kV时即放电，误差达30％。在现场测量中，这样的例子不胜枚举，所以在电力系统中至少是在预防性试验中，用球隙测高压是不现实的。

（五）操作要点

（1）试验前，应了解被试设备的其他试验项目是否合格，若有缺陷或异常，应在排除缺陷（如受潮时要干燥）或异常后再进行试验。

（2）试验现场应围好遮栏，挂标示牌，并派专人监护。

（3）试验前，被试设备表面应擦拭干净。对充油设备应按有关规定使油静置一定时间才能进行耐压试验。静置时间如无制造厂规定，则应依据设备的额定电压满足以下要求：500kV者，应大于72h；220kV及330kV者，应大于48h；110kV以下者，应大于24h。

（4）调整保护球隙，使其放电电压为试验电压的115％～120％，连续试验3次，应无明显差别，并检查过流保护动作的可靠性。

（5）根据试验接线接好线后，应由专人检查，确认无误（包括引线对地距离、安全距离等）方可准备加压。

（6）加压前，要检查调压器是否在“零”位，若在“零”位方可加压，而且要在高呼“加高压”后才能实施操作。

（7）升压过程中应监视电压表及其他表计的变化，当升到0.5倍额定试验电压时读取被试设备的电容电流。当升至额定试验电压时，开始计算时间，时间到后缓慢降下电压。

（8）升压速度。在试验电压以下可以稍快，其后升压应均匀，约以每秒3％试验电压的速度加压，或升至额定试验电压的时间为10～15s。

（9）试验中若发现表针摆动或被试设备有异常响声、冒烟、冒火等，应立即降下电压，在高压侧挂上地线后，再查明原因。

（10）当被试设备无明确规定时，一般耐压时间为1 min，对绝缘棒等用具为5 min，试验后应立即触摸有关部位，通常应无发热现象。

（11）试验前后均应测量被试设备的绝缘电阻及吸收比，两次测量结果不应有明显差别。

（六）试验结果分析判断

（1）被试设备一般经交流耐压试验，在持续时间内，不击穿为合格，反之为不合格。被试设备是否击穿，可按下述各种情况进行分析：

1）根据试验时接入的表计进行分析。一般情况下，若电流表突然上升则表明被试设备击穿，但当被试设备的容抗XC与试验变压器的漏抗XL之比等于2时，虽然被试设备击穿，电流表的指示也不会发生变化，而XC与XL的比值小于2时，虽然被试设备击穿，电流表的指示反而下降。所以，如试验大容量的被试设备或试验变压器容量不够时，就有可能出现前面两种不正常现象。当采用电压互感器或电容分压器等方法实测高压端部电压，则被试设备击穿时，其表针指示要突然下降，有时低压侧的电压表也要反映出来。

2）根据试验控制回路的状况进行分析。若过流继电器整定值适当，则被试设备击穿时，过流继电器要动作，电磁开关跟着就要跳开；若整定值过小，可能在升压过程中，并非被试设备击穿，而是由于被试设备电流较大，造成电磁开关跳开；若整定值过大，即使被试设备放电或小电流击穿也不会有反应。

3）根据被试设备状况进行分析。在试验过程中，如被试品发出击穿声响，发出断续放电声响、冒烟、冒气、焦臭、跳火以及燃烧等，一般都是不允许的。当查明这种情况确定来自被试品绝缘部分，则认为被试品存在问题，或已被击穿。

除此之外，若在试验过程中出现局部放电，则应按各种不同的被试品，就其有关规定，进行处理或判断。

（2）当被试品为有机绝缘材料，经试验后，立刻进行触摸，如出现普遍或局部发热。都认为绝缘不良，需经处理（如烘烤），再行试验。

（3）对组合绝缘的设备，或有机绝缘材料，其耐压前后绝缘电阻不应下降30％，否则为不合格。对于纯瓷绝缘或表面以瓷绝缘为主的设备，易受当时气候条件的影响，则可酌情处理。

（4）在试验过程中，若由于空气温度、湿度或表面脏污等的影响，引起表面滑闪放电或空气放电，则不应认为不合格。在经过清洁、干燥等处理后，再行试验，若并非由于外界因素影响，而是由于瓷件表面釉层绝缘损伤、老化等引起（如加压后，表面出现局部红火，便是如此），则应认为不合格。

（5）综合分析判断。应当指出，即使有的设备通过了耐压试验，也不一定说明设备毫无问题。特别是像变压器那样有绕组的设备，即使进行了交流耐压，也往往不能检出匝间、层间等缺陷，所以必须与其他试验项目所得结果综合判断。除上述测量方法外，还可以进行色谱分析、微水分析、局部放电测量等。