高壓電氣設備

預防性試驗(電氣設備)孫紹壽2008-051第一章 電力設備預防性試驗避雷器試驗互感器試驗斷路器試驗2008-052避雷器試驗閥型避雷器的結構和用途結構：

閥片它具有非線性的電阻，其作用是降低殘壓，避免截波和減速少續流。由于具有多孔性容易受潮。

火花間隙作用是絕緣，放電和滅弧。有磁吹和非磁吹二種，可以串聯，得到較高的初始電壓以防止電弧重燃。

分路電阻是并在間隙上的非線性電阻，使滅弧電壓沿間隙均勻分布，從而提高了放電電壓。

并聯電容是用于控制沖擊放電電壓。

均壓環

66KV以上才有，用于提高沖擊放電電壓和沖擊系數。

瓷套作為內部部件的容器亦是外絕緣。分類：普通型FS、FZ；磁吹型FCD、FCZ、FCX2008-053避雷器試驗閥型避雷器的主要參數基本技術參數從粗分有3個(GB7327—87)：額定電壓、放電電壓、殘壓。細分有11個參數。額定電壓（有效值）。 以前曾標為滅弧電壓（有效值）。由電力系統電壓等級而定。在保證滅弧（切斷工頻續流）條件下允許加在避雷器上的最高工頻電壓。放電電壓?？煞譃?.工頻放電電壓（干燥和淋雨狀態）。 加在避雷器兩端使間隙發生放電的工頻電壓幅值除以，有上限和下限；2.標準雷電沖擊（1.2/50μs）放電電壓；3.波前沖擊(陡波)放電電壓；4.操作沖擊放電電壓。沖擊放電電壓，在避雷器兩端加給定波形的沖擊電壓波時，在放電前所達到的最高電壓。殘壓。又分為標稱電流下（8/20μs）的殘壓和操作沖擊電流下的殘壓；標稱電流又分為1kA，5kA，10kA三種。閥片在沖擊電流時呈現小電阻，使閥片上的壓降降低到足夠低；沖擊電流過后，加在閥片上的電壓是電網工頻電壓，此時閥片呈現最大電阻，限止了工頻續流。一般來說殘壓是指沖擊電流殘壓。2008-054避雷器試驗80%、100%、110%避雷器的含義是什么？這種叫法只是對有間隙避雷器的。這個百分數是避雷器的滅弧電壓與系統最大工作線電壓的比值。避雷器的滅弧電壓是指在保證滅弧的條件下，允許加在避雷器上的最高工頻電壓，它與系統的短時工頻電壓升高值有關，而短時工頻電壓升高又與電網中性點接地方式有關。一般可分為兩種情報況：中性點不直接接地系統，其工頻電壓升高可達系統最大工作線電壓的100%～110%；中性點直接接地系統，其工頻電壓升高可達系統最大工作線電壓的80%。因此，滅弧電壓為系統最大工作線電壓的110%，稱為110%避雷器，用在3～10kV普通閥式避雷器；滅弧電壓為系統最大工作線電壓的100%，稱為100%避雷器，用在35～60kV普通閥式避雷器；滅弧電壓為系統最大工作線電壓的80%，稱為80%避雷器，用在110kV普通閥式避雷器。2008-055避雷器試驗閥型避雷器故障受潮。受潮原因往往是結構密封不良，瓷套管上有裂紋，外部的潮氣侵入內腔而使絕緣下降。火花間隙絕緣老化。這是在間隙內放電時產生的金屬蒸發物附在絕緣物上而導致逐漸老化。閥片受潮或制造質量不良，造成特性變化。并聯電阻的老化。瓷套表面污染和連接不良故障。2008-056避雷器試驗閥型避雷器1絕緣電阻測試。 測量目的是檢查由于密封不好而使其內部受潮或瓷套裂紋等缺陷。當絕緣電阻小于5000MΩ時，即表明內部受潮。但受測量條件限制，“預規”中規定FS型的絕緣電阻應大于2500MΩ。當測得低于規定值可進行泄漏電流測量，泄漏電流一般不大于10μA。當測得值大于2000MΩ時，一般不做泄漏電流測量。2008-057避雷器試驗影響絕緣電阻測量結果主要有三個因素：一、瓷套表面的清潔度，測量前應將瓷套表面擦干凈；二、瓷套表面的干燥度，當空氣濕度較大時，可以用金屬絲在瓷套表面繞一圈作為屏蔽環，并接到兆歐表的“屏蔽”接線柱上，使瓷套表面的泄漏電流直接流入地；三、環境溫度，正常測量溫度范圍應控制在5～35℃之間。2008-058避雷器試驗2測量電導電流和串聯組合元件的非線性因數差值直流電壓加于帶并聯電阻避雷器兩端所測得的電流稱為電導電流。測量目的是檢查避雷器的并聯電阻是否受潮、老化、斷裂、接觸不良以及非線性系數α是否相配。測得的電導電流顯著降低，則表示并聯電阻斷裂或接觸不良，反之表示并聯電阻受潮或瓷腔內進潮；若逐年降低，則表示并聯電阻劣化。2008-059避雷器試驗測量電導電流時的試驗電壓見下表，FZ、FCZ、FCD型避雷器的電導電流按制造廠標準或歷年數據進行比較，而不應有顯著變化。額定電壓361015203050%額定試驗電壓U181012額定試驗電壓U246101620242008-0510避雷器試驗當避雷器由多個帶有分路電阻的元件組裝而成時，還必須校核它們的非線性系數α。非線性系數α的定義為

式中：U1、I1為50%額定試驗電壓和該電壓下的電導電流；U2、I2為額定試驗電壓和該電壓下的電導電流。每個元件的非線性系數α應在0.25~0.45之間。非線性系數差值是指同一串聯元件組中兩個元件的非線性系數的差值，即△α＝α1－α2?！邦A規”規定，同一相內，串聯組合元件的非線性系數差值在交按時應不大于0.04，運行中不應大于0.05。2008-0511避雷器試驗3工頻放電電壓測量工頻放電電壓的目的是檢查火花間隙的結構及特性是否正常，檢驗它在過電壓下是否有動作的可能性。測量工頻放電電壓的結線圖示下保護電阻R的選擇。以間隙擊穿后工頻電流不超過0.7A為宜。（帶非線性分路電阻的應小于0.3A。）2008-0512避雷器試驗電壓測量。不能進行高壓側測量，可以進行低壓測量，但低壓電壓表的精度不能太低，應為0.5級。升壓速度。升壓速度一般可控制為：10KV及以下者為3~5KV/S。20~35KV為15~20KV/S。一般說來，從加壓開始，升到避雷器放電大致經過5~7S的時間。放電的時間間隔。試驗三次，取三次的平均值作為放電電壓。每次間隔時間不得小于1分鐘。否則由于間隙內部沒有充分去電離，而造成放電電壓偏低或分散性大。對于帶并聯電阻的FZ型、FCZ型和FCD型避雷器，對加壓時間提出了特殊要求。加壓超過滅弧電壓以后的時間應不大于0.2S。間隙放電后，通過避雷器的放電電流應在0.5S內切斷，電流幅值應限制在0.2A以下。4.底座絕緣電阻。5.檢查密封情況。2008-0513避雷器試驗金屬氧化物避雷器結構特點氧化鋅避雷器的閥片具有極為優異的非線性伏安安特性，用氧化鋅閥片作的避雷器的殘壓可以比用碳化硅閥片的普通閥式避雷器要低得多，這就可以降低輸變電設備的絕緣水平，有很大的經濟效益。這是最主要的優點。氧化鋅避雷器和普通閥型避雷器的區別，無論是結構上的，還是性能上的，都根源于：前者的閥片（材料為氧化鋅）比后者的閥片（材料為碳化硅）的伏安特性的非線性系數（即I=CUα中的α）大得多，以至當電壓差2～3倍時，等值電阻竟相差百萬倍，因此氧化鋅閥片也叫壓敏電阻；而碳化硅閥片在同樣的電壓差之下，等值電阻相差就只有幾十倍，相形見拙了。2008-0514避雷器試驗由于氧化鋅閥片具有如此優良的“閥”性，以至于在閥型避雷器中，為起隔離正常工作電壓和滅弧作用而必不可少的串聯間隙并不必需了。因此，基本型的氧化鋅避雷器已沒有放電間隙，只是由于其他原因，作為輔助措施，有的氧化鋅避雷器裝有串聯或并聯間隙。由于氧化鋅避雷器可以不要放電間隙，這使避雷器的伏秒特性曲線相當平滑，保護性能優良，這是氧化鋅避雷器的第二個主要特點。第三個大的特點是由于氧化鋅避雷器沒有間隙及其優良的“閥”性，它可以將沖擊波的陡度顯著摩緩，對越陡的沖擊波，它的“摩功”越強。2008-0515避雷器試驗金屬氧化物避雷器優點

體積小。結構簡單，具有極強的抗污性能。無間隙。改善了避雷器陡波響應特性，提高了對設備保護的可靠性。在大氣過電壓下動作后，實際上無工頻續流通過，可承受多重雷擊延長了工作壽命。通流能力大，提高了動作負載能力。電氣設備所受的過電壓可降低。可對大容量電容器組進行保護。裝入GIS時不存在由SF6氣壓變化引起放電電壓變化和間隙中電弧引起SF6的分解。易制成直流避雷器。2008-0516避雷器試驗金屬氧化物避雷器主要參數在交流(50Hz)系統中用的無間隙金屬氧化物物避雷器的基本技術參數可認為有3個(見GB11032--89)：額定電壓、殘壓、參考電壓。殘壓分陡波沖擊電流下的殘壓，雷電沖擊電流下的殘壓，操作沖擊電流下的殘壓（標稱電流有20kA，10kA，5kA三種）。參考電壓，慣常主要用直流1mA下的參考電壓。2008-0517避雷器試驗金屬氧化鋅避雷器閥片的劣化機理金屬氧化物避雷器閥片的劣化包括長期工頻劣化、過電壓沖擊劣化和熱，崩潰三種情況。由于金屬氧化物避雷器沒有間隙，運行中其閥片長期處于工作電壓下，它的非線性伏安特性將隨時間推移，發生小電流區域漂移的現象，且由于電荷向晶界層積聚，引起晶界層電阻變低，勢壘高度降低，即出現長期工頻劣化。另外，在長尾波過電壓或短尾波過電壓作用下，閥片的伏安特性也將發生暫時性的漂移，一般2～3天內即可恢復，但是隨著過電壓次數的增加，時間加長，伏安特性漂移加大恢復可能減慢，導致避雷器在持續運行電壓下泄漏電流不斷增大，即出現過電壓沖擊劣化。長期工頻劣化和過電壓沖擊劣化都是積累效應。而水分的介入，無論是液態還是氣態，都會迅速有力地加劇閥片的劣化。最終影響金屬氧化物物避雷器的熱穩定性。當閥片劣化到一定程度，發致在運行中或某激發后產生的熱量大于自身散熱量，這時熱穩定性被破壞，就會出現熱崩潰。這是一個過程，量變引起了質變。2008-0518避雷器試驗金屬氧化鋅避雷器運行中劣化的征兆金屬氧化物在運行中劣化主要是指電氣特性和物理狀態發生變化，這些變化使其伏安特性漂移，熱穩定破壞非線性系數改變，電阻局部劣化等。一般情況下這些變化都可以從避雷器的如下幾種電氣參數的變化上反映出來在運行電壓下，泄漏電流阻性分量峰值的絕對值增大；在運行電壓下，泄漏電流諧波分量明顯增大；在運行電壓下的有功損耗絕對值增大；在運行電壓下的總泄漏電流的絕對值增大，但不一定明顯。2008-0519避雷器試驗金屬氧化物避雷器試驗1絕緣電阻測試。測量目的是為了了解內部是否受潮。對于35KV及以下的金屬氧化物避雷器，用2500V兆歐表測得的絕緣電阻值不應低于1000MΩ；對于35KV以上的金屬氧化物避雷器，用5000V兆歐表測得的絕緣電阻值不應低于2500MΩ2測直流1mA時的臨界動作電壓U1mA及0.75U1mA下的泄漏電流測量氧化鋅避雷器在直流1mA下臨界動作電壓，是氧化鋅避雷器預防性試驗的必檢項目，每年在雷雨季節到來之前必須進行該項試驗，通過試驗可以檢查其閥片是否受潮，確定其動作特性能否符合要求。測量回路與閥型避雷器電導電流測量回路一樣。2008-0520避雷器試驗3測運行電壓下的交流泄漏電流全電流的在線檢測。目前國內許多運行單位使用MF－20型萬用表（或數字式萬用表）并接在動作記數器上測量全電流，其測量原理與有并聯電阻避雷器電導電流測量原理相同，這是一種簡便可行的方法。亦可使用專用的全電流測量儀原理圖如下測量時，可采用交流毫安表，也可用經橋式整流器連接的直流毫安表。當電流增大到2~3倍時，往往認為已達到危險界限。這一標準可以有效地檢測氧化鋅避雷器在運行中的劣化。2008-0521避雷器試驗BLQ—1型氧化鋅避雷器測試儀2008-0522避雷器試驗試驗分別在相—相，相—地每兩單元之間進行，檢驗項目及方法如下：

a)做試驗時應從電器設備中拆除過電壓保護器。

b)直流1mA參考電壓：在過電壓保護器兩端施加直流電壓（直流電壓的脈動部分不大于±1.5%），待流過過電壓保護器的電流穩定于1mA后，讀出的電壓數值不得小于說明書中規定值。

c)泄漏電流測量：在過電壓保護器在任意兩端施加0.75倍直流1mA參考電壓（直流電壓的脈動部分不大于±1.5%），流過過電壓保護器的電流不大于50μA。

d)無間隙過電壓保護器不允許做工頻放電電壓試驗。TBP過電壓保護器

ABC2008-0523避雷器試驗用了特制間隙，設置了均壓和照射結構。可解決普通串聯間隙無法解決的放電分散大，沖擊伏秒特性差的問題。過電壓保護器應進行工頻放電電壓測試試驗應在TBP的“相間”及“相對地”間進行。測量次數三次以上取平均。6kVTBP

A工頻放電電壓(kV)12.5/10.3B工頻放電電壓(kV)16.8/14.0(A—電機用，B—電站用)TBP過電壓保護器2008-0524避雷器試驗3低壓金屬氧化物避雷器試驗3.1用500V兆歐表測閥片絕緣電阻，應不小于0.5MΩ，當為零時則閥片已壞；為∞時，熔絲已斷，不能使用。3.2加直流電壓，用直流毫安表和電壓表測量泄漏電流和U1mA、對220V者U1mA≥500V；對380V者U1mA≥800V時為正常。2008-0525電流(電壓)互感器電流(電壓)互感器的試驗項目：一、二次繞組及末屏的絕緣電阻Tgδ及電容量絕緣油的色譜分析絕緣油擊穿電壓交流耐壓局部放電極性檢查校核勵磁特性曲線空載電流測量2008-0526電流(電壓)互感器電流互感器的伏安特性曲線測試方法：接線如下圖所示，為了減少試驗誤差電壓表應靠近被試品端，并使用內阻較高者，每次試驗都使用同類型表計，在升壓過程應逐點讀取對應的電流和電壓值，從最小升至最大值，中間不要下降往返以免磁滯的影響而使曲線螺旋上升。在試驗前應先進行強磁場退磁法退磁。錄制曲線時電流從零升起至電壓飽和，可讀取5～7個點。2008-0527電流(電壓)互感器電壓互感器的感應耐壓試驗結線如同電流互感器伏安特性測試結線，電壓升至1.3倍(次級130伏)讀取勵磁電流值。電流（電壓）互感器交流耐壓標準一次繞組按出廠值的85%進行，出廠值不明按下面標準二次繞組及末屏對地為2kV電壓等級（kV）3610152035試驗電壓（kV）1521303847722008-0528斷路器試驗高壓斷路器2008-0529斷路器試驗主要參數1.額定電壓：表示在運行中能長期承受的最高線電壓。斷路器的額定電壓應等于、大于系統最高電壓值。（以往斷路器銘牌上有額定電壓和最高電壓兩個數值，現在只有額定電壓一個數值了。）2.額定電流 （110% 4小時）3.額定短路開斷電流（KA）：在額定電壓下，斷路器能保證可靠地開斷的最大短路電流。其值是指觸頭分離瞬間短路電流周期分量有效值。額定電壓標準367.212（24）40.5126（123）252（245）系統額定電壓3610（20）351102202008-0530斷路器試驗4.額定短路關合電流：在額定電壓下，斷路器能可靠關合的短路電流最大峰值，稱為額定短路關合電流。一般等于額定短路開斷電流的2.5倍。5.額定短時耐受電流及其持續時間額定值（熱穩定電流）：額定短時耐受電流等于額定短路開斷電流，其持續時間額定值在110KV及以下為4秒，在220KV以上為2秒。表示發熱而不損壞的熱穩定能力。6.額定峰值耐受電流（動穩定電流）：額定峰值耐受電流等于額定短路關合電流。表示斷路器在沖擊短路電流作用下，承受電動力的能力即動穩定能力。7.合閘時間：從斷路器操動機構合閘線圈接通電源，到斷路器主觸頭接觸為止所需的一段時間。對發電機和需併列的斷路器尤為重要。8.分閘時間：分閘時間包括固有分閘時間和熄弧時間兩部分。固有分閘時間，指從斷路器操動機構分閘線圈接通電源，到滅弧觸頭剛分離為止的一段時間；熄弧時間，指從觸頭分離，到斷路器各相電弧室全熄滅為止的一段時間。一般為0.06~0.12S＜0.065S為快速斷路器。2008-0531斷路器試驗9.額定操作循環：斷路器應能承受一次或兩次以上的關合――開斷或關合后立即開斷的能力。這種按一定的時間間隔進行多次的分、合、分、合的操作稱為操作循環?？紤]配合重合閘裝置。有自動重合閘分――t’――合分――t――合分；無自動重合閘分――t――合分――t――合分。t’無電流間隔時間標準0.3~0.5St運行人員強送時間標準180S合分合閘后立即分閘2008-0532斷路器試驗高壓斷路器的滅弧介質

有油、壓縮空氣、真空、六氟化硫（SF6）、固體產氣、磁吹等。高壓斷路器的分類：多油斷路器少油斷路器壓縮空氣斷路器真空斷路器六氟化硫（SF6）斷路器磁吹斷路器2008-0533斷路器試驗真空斷路器的工作原理：通過特殊結構的動、靜觸頭在高真空度的滅弧室內閉合和分開，來達到關合和分斷線路電流的目的。由于滅弧室內高度真空（殘留壓強低于10－4mm汞柱的稀薄氣體）具有很高的絕緣強度，所以分閘位置僅需很小的觸頭開距，如12KV真空滅弧室內一般8~10mm就能滿足要求。動、靜觸頭分離瞬間產生的電弧，電弧燃燒過程中產生的帶電粒子和金屬蒸汽在真空中很快擴散，并為屏蔽罩所冷泤。當電弧過零時觸頭斷口間的介質強度就很快恢復，完成了斷流過程。2008-0534斷路器試驗動、靜觸頭的特殊結構：使電弧電流流經時產生橫向（或縱向）磁場，在橫向（或縱向）磁場的作用下電弧電流沿著表面轉圈燃燒（縱向磁場使電弧成擴散型）避免觸頭燒損穩定了開斷性能。由于快速切斷小電感電流時產生操作過電壓，使用氧化鋅避雷器和加裝阻容保護回路后可以解決，所以目前開始使用廣。2008-0535斷路器試驗操作過電壓：由于電弧后真空介質強度恢復速度很高，所以真空開關有開斷高頻電流的能力、以及真空斷路器斷開小電流時的電流截流現象是造成真空開關產生操作過電壓的內部因素。（所謂截流現象就是交流真空電弧不在工頻電流自然過零瞬間熄滅，而是在自然過零前，電流為I0時突然熄滅。電弧熄滅時，電流也從I0突然降至0。）真空斷路器在開斷電流時可能因截流造成過電壓稱為截流過電壓，因重燃和高頻電流切斷的反復出現造成的過電壓稱為多次重燃過電壓。2008-0536斷路器試驗A)截流過電壓。截流過電壓的產生原因。

假定負載是無損耗的，若真空斷路器的觸頭在某一時刻分離，t1瞬間電流突然截斷，這時電源電壓等于EmCOSωτ(τ為t1到電流零點間的時間間隔)。電流截斷時，L中的電流為I0。當真空斷路器S中的電流從I0突然降至零時，電感L中的電流不能突變，繼續向分布電容C充電。電感電流對電容充電的結果，使電容電壓升高。2008-0537斷路器試驗

負載回路的諧振頻率負載回路的特征阻抗

t以截流瞬間為零點的時間因為t1接近電流零點的某一時刻，故τ很小所以可假設cosωτ≈1,由此可求得負載側電壓最大值為對空載變壓器和空載感應電動機而言，很大約為數十千歐姆，即使I0為1～2A，對于10KV系統，也就遠遠大于所以由于變壓器和電動機都是有損耗的所以達不到理論高度。（變壓器僅為理論值的63%；感應電動機的漏感比變壓器的勵磁電感小得多所以特性阻抗亦小，過電壓水平最高1.33倍。）

2008-0538斷路器試驗真空開關初期不得不采用截流水平很高的鎢或鉬作為觸頭材料，在強電感回路中產生很高的過電壓?，F在已發展了截流水平較低的觸頭材料（銅鉍合金）在真空開關中應用，所以截流過電壓已不成為使用中的障礙。2008-0539斷路器試驗B)多次重燃過電壓。

如果真空開關的觸頭正好在電流零點前很短時間內分離，觸頭剛分離時電流很快過零，真空電弧熄滅，這時，觸頭之間的間隙很小，不能承受恢復電壓，發生重擊穿。擊穿過程中，流過觸頭間隙的電流含有高頻分量，如果高頻電流分量的幅值大于工頻電流瞬時值的話就會出現高頻電流零點，真空開關在高頻電流的零點切斷電流，切斷后，系統中某些電容和電感可能發生高頻振蕩，產生高的電壓，這一電壓再次使觸頭間隙擊穿，并再一次在高頻電流零點切斷電流，產生更高的電壓，擊穿反復產生，電壓也就不斷提高。多次重燃過電壓只有在某些線路上發生，如切斷感應電動機起動電流時。理論上計祘，滿足L/L0＜0.42時才能發生。2008-0540斷路器試驗多次重燃過電壓對于像感應電動機這樣的負載，危險不僅來自高的過電壓幅值，而來自過高的頻率，即很陡的過電壓前沿。當電機受到前沿很陡的過電壓作用時，過電壓不是均勻地加到各個線卷上，第一個線卷承受過電壓值達到總的過電壓幅值的一半，這樣，即使過電壓幅值不太大，一個線卷承受的過電壓就足以引起線卷匝間絕緣擊穿。2008-0541斷路器試驗開斷感應電動機起動電流時，多次重燃過電壓的倍數對于容量不太大的電機，電機容量越大，過電壓倍數越小。如圖：2008-0542斷路器試驗真空斷路器的事故率為0.1%/年（其中滅弧室為0.001%/年、機構為0.1%年），油斷路器為0.43%/年真空斷路器的定期檢修項目：檢查項目檢查的主要內容檢查周期（次/年）備注分、合動作檢查檢查分、合閘指示器；手動分、合真空開關數次1外部導電回路的一般檢查主導電回路緊固件的檢查12008-0543斷路器試驗操動機構檢查清掃、潤滑；控制回路緊固件的檢查1測試項目測量主回路、控制回路與地之間的絕緣電阻1主回路對地1000MΩ各部分的檢查與清掃；操動機構的檢查真空滅弧室表面的清掃；各部分的緊固件的檢查并且進行緊固；檢查與觸頭有關的所有部件及其位置；彈簧的檢查和修整；主導電回路的檢查；分、合特性試驗；自由脫扣試驗；觸頭電磨損的測量在投入運行的初期，每1~2年檢查一次；在檢查二次后，每6年檢查一次行程、超行程、緩沖器等壓板,可動導體及其連接部分手動和電動分,合閘動作試驗電氣性能測量按“預規”表13真空斷路器的試驗項目、周期、要求2008-0544斷路器試驗六氟化硫斷路器（SF6）六氟化硫SF6無色、無臭、無毒的惰性氣體。沸點－62℃，工作溫度150℃，密度是空氣的5.1倍。（遇水后生成氫氟酸有毒性和腐蝕性。低氟化物有毒，金屬氟化物對皮膚產生過敏。）在均勻電場和相同的條件下SF6的絕緣強度為空氣的2.5~5倍。在0.3MPa壓力下SF6的絕緣強度與變壓器油的絕緣強度相同。SF6作介質時可以使電氣設備的外形尺寸大大縮小。SF6斷路器的工作原理弧柱的電導率高，燃弧電壓低，弧柱能量小，所以對觸頭燒損小。電弧燃燒時SF6氣體分解出少量低硫分解物在電弧熄滅后能在很短時