探析电力设备的直流高压试验

招嘉桥

（广东创辉电力工程有限公司，广东 佛山 528000）

1 概述

在电力设备的运行中，绝缘故障占了很大比例，所以在电力设备的检测中，绝缘的检测是重中之重。绝缘试验分为两种：①在线监测；②离线试验。在线绝缘监控中，必须收集绝缘状态的资料，并对其进行一定的分析。离线试验只需在断电时即可完成，国内的绝缘试验多以离线试验为主。因此，为保证高压设备长期安全、经济地运行，需要对设备进行一系列的试验，绝缘试验是必不可少的，可以分成3 类[1]。

（1）所有原材料试验。高压电气生产厂家、所有原材料、产品定型和出厂前都要进行试验。检查新高压电气设备是否达到相关技术规范要求，严格控制高压电气产品出厂的质量。

（2）设备大修后的绝缘试验。主要是判断设备在维修过程中是否有绝缘损坏或性能改变，维修后部件的质量是否与原标准相符。

（3）对于正在运行中的电气设备，则定期进行例行的预防性试验。电力设备以电缆的现场试验为例，最重要的是耐压试验。由于电缆线路等被试品的等效电容很大，常规耐压设备无法满足其试验容量要求，这也是国内外现场试验的一个共同难题。传统的一些方法有些是有效的，但也存在一些问题，比如电缆试验时加直流高压的方法实践证明对油纸绝缘的电缆是合适的，但对高电压等级的橡塑绝缘电缆是有害的[2]。

2 绝缘试验的方法研究

电力电缆、GIS、大功率电动机等都是电力系统中的关键设备，因其容量大，采用50Hz 工频电压进行主绝缘的现场试验，需要大量的试验变压器和低压试验电源，从而使现场工频试验变得十分困难。因此，必须采用其他试验手段来进行试验。目前，在现场应用的试验系统主要有工频交流试验系统、直流试验系统、超低频试验系统、振荡电压试验系统等。

2.1 工频交流试验系统

工频高压试验设备由电源控制器、调压器、升压变压器、保护球隙等构成。其中，调压器用于调整工频试验电压的幅度和上升速率，试验变压器用于提供被试品所需要的高压。这种设备在工频试验中起到了很大的作用，但是也有其不足之处，比如需要大容量、高电压的受试品，需要增加调压器和升压变压器的容量，使得这种设备体积庞大，占地面积大，难以搬运，给现场的试验带来了极大的不便[3]。

2.2 直流耐压试验系统

早期的直流电压发生器通常是利用工频电压通过高电压的硅堆整流来实现直流电压。由于设备体积大，稳定性差，纹波系数大，长期以来一直不被人们所接受。目前只有少数试验室自制，在精度要求不高的情况下才能见到。基于工频整流法，研制出一种工频倍压型高压发电机。它具有线路简单、过载能力大、故障率低等优点，但由于采用的是工频倍压，通常没有闭环反馈，因此电压稳定程度不高，保护动作迟缓。

2.3 0.1Hz 超低频交流耐压试验系统

由于直流电压和交流电压的等值问题，在进行工频试验时，考虑到某些对象的电容较大，因而要求试验变压器的体积较大，而造成难以进行现场试验。在此基础上，就有了一种基于0.1Hz 的超低频试验方法，其电容值与试验电压的频率呈正相关关系，其电容值只有工作频率下的1/50。这种方法可以极大地减少试验电源的重量，很适合现场试验。

目前，超低电压（0.1Hz）的电压试验仍然是交流试验，建议在中压交联聚乙烯绝缘电力电缆的试验中使用。一方面，本试验不会使交联聚乙烯绝缘体产生空间电荷，使局部电场发生畸变。另一方面，本试验可在低压下检测出电缆绝缘的老化等缺陷，从而降低了交联聚乙烯电缆的绝缘损伤[4]。

2.4 高频振荡波（OSI）试验

高频振荡波耐压试验法是1990 国际电网大会21.09.1 工作组建议采用的一种新的试验方法，用于高压聚乙烯绝缘电力电缆的现场试验，并可用于常规的预防性试验。目前，该技术主要应用在110kV 及以上的高压电缆上。该高频振荡波耐压试验的基本原理是：由直流电容器对电容器C1 进行充电，当电荷达到一定幅度时，电容器就会放电，当电流达到一定幅度时，电容器就会停止放电，这时，样品上的试验电压经过电感线圈、被试验品电缆Cx、电阻器R1、R2构成振荡放电环路，由此，在样品上获得的电压为约1kV 的衰减振荡波电压。采用高频振荡波作电缆铺设后的交接性试验或预防性试验，其优点和不足之处如下。

2.4.1 优点

该方法更易于在样品上获得所需要的高压，且对现场供电要求低。同时，振荡波试验法能更好地检测出水树形绝缘缺陷和机械损伤。

2.4.2 缺点

该设备需要高压电抗器、高压电容等控制设备，这些设备体积较大，造成现场操作不便。此外，高频振荡波试验方法的有效性不高，在实际应用中，在长电缆线路上很难解决高频电压波在长距离传输后幅度维持的问题。同时在实际应用中，需要对高频振荡波试验和工频试验进行比较。图1 为耐压试验仪，图2 为直流高压试验仪工作原理。

图1 直流耐压试验仪

图2 直流高压试验器工作原理

3 高压试验安全设计方法

在高压试验中，对安全设计有着特别的要求，其安全性设计的好坏，将直接影响到试验结果的精确性和工作人员的人身安全。高压试验安全设计一般应从接地、防止感应电压、放电反击和安全距离等3 个方面进行。

3.1 接地设计

为了确保高压试验的精确性和人身安全，高压试验应具有良好的接地系统，并具有小于0.5Ω 的接地电阻。在接地系统良好的情况下，六边形屏蔽试验室内被视为一等电位体。应接地的高压试验装置及试件外壳应接地，并与被试验装置的接触点进行可靠的金属连接。试验室的金属结构、金属防护栅栏、采暖水管、工艺循环水管等都必须与屏蔽接地网紧密相连，并在接点上有显著的标识。高压试验设备、试件及电力分配设备中使用的带状接地导线，采用多股编织裸铜丝或外层涂有透明绝缘层的铜软绞或铜带。采用特殊的导线夹具将移动式接地线与导线相连接，接地线与接地体之间采用螺栓连接。接地线要尽量短，不能采用缠绕的方法进行接地。将50mm 乘以5mm 的扁钢接地线和临时接地栓安置在贯穿试验室的主电缆沟槽内，用于高压试验设备、试验品和电力分配设备使用的带式接地线，并将接地排与屏蔽基板网进行多点可靠的电气连接。在高压试验装置及试件中使用的接地导线，其断面应符合试验要求，但不能少于4mm2。用于电力分配设备的承载式接地导线，其截面不能少于25mm2。在高压试验中，六边形法拉第笼兼做避雷器和引出器时，六边形法拉第笼应与建筑物的地基绝缘，因为六边屏蔽罩是一个小的接地，而在高电压试验中，六边形屏蔽罩是通过多个接地孔与接地系统相连，所以在试验完成后，六边形法拉第笼应在多点接地位置，以达到防雷接地的目的。

3.2 防止感应电压和放电反击的措施

在进行高电压试验时，相邻的其他仪表应采取防止感应电的措施，相邻的其他仪表装置应短接，接地可靠。在电容器间安装一套专门的短路接地孔，并将试验室内的空闲电容装置进行短路。为了避免在高电压试验中受到电磁场的影响和提高电动势而导致的反冲，试验室必须采取相应的安全技术措施。试验室内采用六边封闭式屏蔽体，便于在试验室中进行等电位连接。但试验中放电时，由于六面屏蔽体与建筑物周围的地电势存在一定的电势梯度，所以在进入试验室的高压电缆必须用金属管进行埋设，其长度不得少于15m，并以5m 的间隔与地电极相连接。在六边形法拉第笼周围及进出人员时，应采用均匀或隔离等方法，以减少跨步电压，使接地网均压环的外缘封闭，外边缘形成圆弧。通常在人们进出的地方铺设沥青路面，或在地面上安装两个“帽檐式”的接地网片。同时，对于重要的电气、弱电设备，应安装防放电反击及感应电压的防护措施。

3.3 安全距离与绝缘隔离

高压试验场地四周要有栅栏，栅格的直径不得超过50mm（IP10），高度不得小于2m，接地牢固。在围栏上贴上“止步，高压危险”的标志。试验中的高压导线和试验装置的带电段到栅栏之间的间距都要有一定的安全距离。

4 电力设备高压试验的安全管理措施

4.1 做好接地系统的安全管理

良好的接地系统能保障试验仪器及工作人员的人身安全；同时，试验室应采用六面屏蔽式等电位器，其外壳、高压试验装置应接地良好，并有可靠的连接检验装置和被试验仪器的接触点。试验室的金属结构、采暖水管、安全屏蔽栅格等必须与屏蔽接地紧密相连，接地线的横截面必须符合试验的要求，并在接点上有显著的可见标记。用于电力分配设备的接地导线应超过25mm2。在高压试验中，为了达到防雷的目的，应将多个接地井与地面系统相连，在试验完成后，应将接地刀闸闭合，以达到多点接地的目的。

4.2 做好试验的安全警示工作

在进行高电压试验时，必须对试验地点进行安全警示，并将其设置在试验地点附近。其次，要有专门的人员来维持试验场地的秩序。所有的安全警告标志都要贴上，既能给不相干的人一个良好的警示，保障他们的生命安全；同时也能有效的防止外部因素干扰各种试验的有序进行。

4.3 做好高压试验的相关准备工作

随着社会的发展，高压试验的范围不断扩大，试验的内容也日趋复杂，对试验环境的要求也随之提高，所以在进行相关的高压试验时，必须做好相应的准备工作，以确保高压试验的顺利进行。比如，在高压试验之前，要尽可能的详细，要对试验环境、试验内容、试验目标进行合理的规划。以保证所制订的试验方案符合有关规定并具有可操作性和安全性。另外，在试验中要充分考虑各种突发事件，并采取相应的预防措施[5]。

4.4 做好安全监督工作

高压试验需要根据相关记录数据来分析电力设备的性能情况，是一项研究性试验，这就要求工作人员具备相关的专业知识[6]。在日常试验过程中，要注重给工作人员传授相关操作经验，保证工作人员能够将理论与实践相结合，充分掌握试验操作过流程，同时对于错误的试验操作出现的问题也要找出相关原因，吸取经验教训，结合数据进行分析，避免类似错误重复发生。相关专业知识的具备有利于试验顺利开展。

4.5 加强高压试验的安全设计工作

在高压试验中，最重要的就是安全，这一点绝对不能忽略。在此基础上，试验的关键是最后的试验结果，它不仅与试验本身的安全性息息相关，而且还与试验的成功与否相关[7]。从这一点就可以看出，试验设计必须引起极大的关注，要做好各种控制措施，对试验的各项指标进行清楚的规定，确保试验的准确性。

5 结语

总之，直流高压试验作为一项技术含量高、技术含量高、涉及面广的项目，与其他高压试验一样，必须实行科学的现代化管理，以确保高压试验工作的顺利进行，同时高压试验的安全性设计也要考虑全面周到。