淺談發(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻的測(cè)試

侯天元

(四川圣達(dá)水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川樂(lè)山 614900)

1 概述

測(cè)量絕緣電阻是一項(xiàng)最簡(jiǎn)便而又最常用的試驗(yàn)方法，通常用兆歐表進(jìn)行測(cè)量。從測(cè)試的儀表來(lái)看，由手搖式兆歐表發(fā)展到了數(shù)字式兆歐表;從容量上看，由以往的5000МΩ發(fā)展到現(xiàn)在的幾百GΩ。在實(shí)踐中，我們都知道如何測(cè)試發(fā)電機(jī)、變壓器的絕緣電阻，但我們?cè)诎l(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻測(cè)試過(guò)程中常常會(huì)遇到這樣一些問(wèn)題:這次測(cè)得的絕緣電阻比前一次測(cè)得的絕緣電阻高或低，絕緣電阻高而吸收比不滿(mǎn)足規(guī)程要求等。筆者針對(duì)這些問(wèn)題作一簡(jiǎn)單分析。

2 絕緣電阻測(cè)試的原理

從測(cè)量絕緣電阻的原理看，當(dāng)在電介質(zhì)上施加直流電壓后，隨時(shí)間衰減的電流可以看成由三種電流組成:①漏導(dǎo)電流。漏導(dǎo)電流是由離子移動(dòng)產(chǎn)生的，其大小決定于電介質(zhì)在直流電場(chǎng)中的導(dǎo)電率，所以，可以認(rèn)為它是純電阻性的電流，漏導(dǎo)電流隨時(shí)間增長(zhǎng)趨于穩(wěn)定，其大小反映了絕緣內(nèi)部是否受潮，或者是否有局部缺陷，或者表面是否臟污。因?yàn)檫@些原因都會(huì)引起漏導(dǎo)電流增加，因而其絕緣電阻減小。②幾何電流。它是在加壓時(shí)電源對(duì)電介質(zhì)的幾何電容充電時(shí)的電流，所以稱(chēng)之為幾何電流或電容電流。它是由快速極化過(guò)程形成的位移電流，由于快速極化是瞬時(shí)完成的，因而這種電流瞬時(shí)即逝，很快趨于零。③吸收電流。吸收電流是一個(gè)隨加壓時(shí)間的增長(zhǎng)而減少的電流，不過(guò)它比幾何電流衰減慢的多，這是因?yàn)槲针娏魇蔷徛龢O化產(chǎn)生的，其值取決于電介質(zhì)的性質(zhì)、不均勻程度和結(jié)構(gòu)。

將漏導(dǎo)電流、幾何電流、吸收電流三者相加并繪出一條電流隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)，我們將其稱(chēng)之為吸收曲線(xiàn)(圖1)。

圖1 在直流電壓下電介質(zhì)內(nèi)所產(chǎn)生的三種電流總和隨時(shí)間變化曲線(xiàn)圖

可見(jiàn)，曲線(xiàn)經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后趨于漏導(dǎo)電流曲線(xiàn)，因此，在用兆歐表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，必須等到兆歐表指示穩(wěn)定后才能讀數(shù)。通常認(rèn)為:經(jīng)過(guò)1min后漏導(dǎo)電流趨于穩(wěn)定。由于流過(guò)絕緣介質(zhì)的電流有表面電流和體積電流之分，而表面電流只反映表面狀態(tài)，因此可以將其屏蔽掉。因此，絕緣電阻確切的定義為:作用于絕緣上的電壓與穩(wěn)態(tài)體積電流之比，即:

式中 IW為穩(wěn)態(tài)時(shí)的體積泄漏電流;U為作用于絕緣上的電壓;Rj為絕緣的體積電阻。

根據(jù)上述原理進(jìn)行分析，我們可以通過(guò)測(cè)得被試品在1min時(shí)絕緣電阻的大小來(lái)檢測(cè)出絕緣是否存在有貫通性的集中缺陷、整體受潮或貫通性受潮。［1］

3 發(fā)電機(jī)、變壓器繞組絕緣電阻測(cè)試中應(yīng)注意的

事項(xiàng)

3．1 電容量小的被試品的吸收比小是正常的

2010年7月，在XX水電廠(chǎng)#1廠(chǎng)變(型號(hào)為:SCB10-630/13．8)交接性試驗(yàn)中，使用ZC11D—10型(2500V、0～2500МΩ)搖表，在溫度25℃、濕度75%情況下，測(cè)得該變壓器高壓側(cè)繞組的絕緣電阻為:R15″=750 МΩ、R60″=750 МΩ，吸收比等于1。根據(jù)公式Rj=U/IW，可見(jiàn)IW很快趨于穩(wěn)定，而IW由i1、i2、i3三部分組成。i1為幾何電流，很快趨于零;i2為吸收電流，緩慢減小;i3為漏導(dǎo)電流，基本恒定。因?yàn)閕2吸收電流受被試品電容量大小的影響，從公式中可以看出:i2減少的也快，說(shuō)明該變壓器高壓側(cè)繞組的電容量偏小。從理論上看，被試品的吸收比試驗(yàn)適用于較大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器。

3．2 大容量的被試品需要測(cè)試極化指數(shù)

2012年11月22日，在XX水電廠(chǎng)#1機(jī)組預(yù)防性試驗(yàn)中，在溫度為22℃、濕度為45%時(shí)測(cè)得3×63MW的發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻(絕緣為環(huán)氧云母)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

我們知道，測(cè)量被試品的吸收比能檢測(cè)出被試品的受潮程度。根據(jù)規(guī)程:環(huán)氧云母絕緣的定子繞組吸收比不應(yīng)小于1．6或極化指數(shù)不小于2。［2］通過(guò)表1可以看出所測(cè)得的吸收比遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1．6，但不能作為判斷發(fā)電機(jī)定子繞組的受潮程度。因?yàn)樵?min時(shí)定子繞組的絕緣電阻還沒(méi)有穩(wěn)定下來(lái)，所以，對(duì)于大容量的發(fā)電機(jī)、變壓器繞組，應(yīng)測(cè)試其極化指數(shù)。

表1 XX水電廠(chǎng)#1發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)表

3．3 濕度對(duì)絕緣電阻的影響特別大

2012年12月25日下午(溫度為10℃，濕度為90%)，在XX水電廠(chǎng)220kV、75000kVA#2變壓器預(yù)防性試驗(yàn)中，測(cè)得高壓繞組對(duì)低壓繞組及地的絕緣電阻為6000МΩ。26日中午，又重新測(cè)其絕緣電阻大于16000МΩ(此時(shí)溫度為15℃，濕度為70%)。從測(cè)量絕緣電阻的原理看，25日下午溫度低，不會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果偏大，只有濕度會(huì)引起測(cè)量結(jié)果偏大，因?yàn)楫?dāng)時(shí)潮氣大，表面泄漏必然大，即IW較大，故測(cè)得的絕緣值低。所以，我們測(cè)量絕緣電阻一般要求在干燥、晴天進(jìn)行，盡管規(guī)程規(guī)定測(cè)量時(shí)濕度應(yīng)小于80%［2］，但為測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)盡量在晴天，溫度高于5℃、濕度小于70%以下進(jìn)行。

3．4 容量不同的兆歐表對(duì)大電容被試品測(cè)得的結(jié)果不一致，對(duì)電容小的被試品測(cè)得的結(jié)果卻相近

表2是2010年11月YY水電廠(chǎng)#1機(jī)組預(yù)試中用兩只兆歐表(兆歐表一:ZC11D-10，最大輸出電流值0．28 ～0．3mA;兆歐表二:PC27-2H，最大輸出電流值2mA)測(cè)得的3×15MW的發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻的數(shù)據(jù)(溫度為15℃，濕度為65%)。

表2 YY水電廠(chǎng)#1發(fā)電機(jī)定子繞組絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)表

對(duì)表2的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出兆歐表容量不同測(cè)得大容量被試品的結(jié)果不一致。但是，對(duì)電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測(cè)得的結(jié)果卻相近。

表3是對(duì)YY水電廠(chǎng)一臺(tái)干式變壓器高壓側(cè)繞組絕緣電阻測(cè)試的結(jié)果，該變壓器的型號(hào)為:SCL—298/12．5，容量295kVA，接線(xiàn)組別為 YD—11。

對(duì)表3數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以看出對(duì)電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測(cè)得的結(jié)果卻相近。

表3 YY水電廠(chǎng)——干式變壓器高壓側(cè)繞組絕緣電阻測(cè)試數(shù)據(jù)表

通過(guò)對(duì)表2、表3進(jìn)行綜合分析得知，兆歐表的容量對(duì)大電容試品測(cè)得結(jié)果的影響較大。筆者從測(cè)量絕緣電阻的原理分析造成這種現(xiàn)象的原因。根據(jù)Rj=U/IW，對(duì)于大電容被試品，容量大的兆歐表能提供大的輸出電流，吸收電流i2衰減的就快些，也就是說(shuō)充電時(shí)間短些。而容量小的兆歐表不能提供大的輸出電流，吸收電流衰減就慢得多，所以，容量大的兆歐表對(duì)具有良好絕緣的大電容試品來(lái)說(shuō)測(cè)得的絕緣往往高些，因此，一般推薦選用最大輸出電流1mA以上的兆歐表。為便于比較，對(duì)同一設(shè)備進(jìn)行測(cè)量時(shí)，應(yīng)采用同一型號(hào)的兆歐表。

3．5 注意溫度的影響

一般在溫度升高時(shí)，加速了電介質(zhì)內(nèi)部離子的運(yùn)動(dòng)。被試品內(nèi)的水分在低溫時(shí)與絕緣物結(jié)合得較緊密;當(dāng)溫度升高時(shí)，在電場(chǎng)作用下水分向兩極伸長(zhǎng)，這樣，在纖維物質(zhì)中，呈細(xì)長(zhǎng)線(xiàn)狀的水分粒子拉長(zhǎng)，使其電導(dǎo)增加，從而降低了絕緣電阻。一般情況下，應(yīng)盡可能在相近溫度下測(cè)試絕緣電阻，因?yàn)檫M(jìn)行溫度換算會(huì)受被試品材料、新舊程度、干燥程度等因素影響，將導(dǎo)致較大誤差。

3．6 被試品受潮和表面臟污將影響測(cè)量結(jié)果

被試品受潮和表面臟污將影響測(cè)量結(jié)果，因?yàn)槠浔砻嫘孤╇娏鲗⒃龃蟆?/p>

3．7 將被試品充分放電

對(duì)于吸收現(xiàn)象顯著的被試品在試驗(yàn)前后的放電時(shí)間不少于5min。對(duì)于10000pF以上的大容量設(shè)備要求在試驗(yàn)前后先充分放電10min。如果被試品存在殘余電荷，當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相同時(shí)，會(huì)使測(cè)量結(jié)果虛假的增大;當(dāng)剩余電荷的極性與兆歐表的極性相反時(shí)，會(huì)導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果不真實(shí)，可能增大或減小。

除此之外，我們?cè)跍y(cè)試發(fā)電機(jī)、變壓器絕緣電阻中還應(yīng)注意以下問(wèn)題:根據(jù)被試品的電壓等級(jí)，正確選擇兆歐表的電壓;校驗(yàn)兆歐表是否指零或無(wú)窮大;兆歐表需要放置平穩(wěn)、牢固;被試品的連線(xiàn)不能絞接或觸地(手搖式兆歐表或者測(cè)試導(dǎo)線(xiàn)不帶屏蔽線(xiàn)的數(shù)字式搖表);兆歐表的L端和E端子的接線(xiàn)不能對(duì)調(diào)，屏蔽環(huán)裝設(shè)位置應(yīng)靠近E端子，應(yīng)設(shè)法消除外界電磁場(chǎng)干擾引起的誤差;在使用手搖式兆歐表測(cè)試中，搖柄應(yīng)由慢漸快120 r/min勻速轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 對(duì)測(cè)試結(jié)果的判斷

在排除了人為因素與外界因素后，筆者對(duì)測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行了分析判斷:(1)所測(cè)得的絕緣電阻值應(yīng)大于規(guī)程規(guī)定的允許數(shù)值;(2)將測(cè)得的結(jié)果與有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，觀(guān)察絕緣電阻發(fā)生變化的趨勢(shì)，通?？捎脕?lái)作比較的數(shù)據(jù)包括:同一設(shè)備各相間的數(shù)據(jù)、同類(lèi)設(shè)備間的數(shù)據(jù)、出廠(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)、耐壓前后等;(3)如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應(yīng)查明原因或與其他測(cè)試結(jié)果進(jìn)行綜合分析、判斷。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然測(cè)量絕緣電阻是一項(xiàng)簡(jiǎn)單的工作，但要準(zhǔn)確判斷發(fā)電機(jī)、變壓器繞組是否存在絕緣缺陷，就必須選擇好兆歐表、正確的操作方法并結(jié)合被試品的容量、溫度、濕度、表面臟污以及往年的數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、判斷。

［1］ 陳化鋼．電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法［M］．北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社，2001．

［2］ 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程，DL/T596-2005［S］．