一、简答题1. 为什么测量110kV及以上电容型套管的tgδ时,套管的放置位置不同,往往测量结果有较大的差别?
测量高压电容型套管的介质tgδ时,由于其电容小,当放置不同位置时,因高压电极和测量电极对周围未完全接地的构架、物体、墙壁和地面的杂散阻抗的影响,会对套管的实测结果有很大影响。对于不同的放置位置,这些影响又各不相同,所以往往出现分散性很大的测量结果。因此,测量高压电容型套管的tgδ时,要求垂直放置在妥善接地的套管架上进行,而不应该把套管水平放置或用绝缘绳索吊起来在任意角度进行测量。
2. 为什么套管注油后要静置一般时间才能测量其tgδ?
刚检修注油后的套管,无论是采取真空注油还是非真空注油,总会或多或少地残留少量气泡在油中。这些气泡在试验电压下往往发生局部放电,因而使实测的tgδ增大。为保证测量的准确度,对于非真空注油及真空注油的套管,一般都采取注油后静置一段时间让气泡逸出后再进行测量的方法,从而纠正偏大的误差。
3. 引线电晕对测量介质损tgδ有何影响,如何消除?
当测量110kV及以上互感器和套管的高压介质损tgδ时,由于测量时施加于被试品上的试验电压较高,若用一般的导线做高压引线,当电压超过50kV后,就会出现电晕现象,电晕损耗通过杂散电容将被计入被试品的tgδ内,严重影响测量结果,并可能导致误判断。
当高压引线过细时,测得的tgδ数值甚大;当高压引线外径足够大时,测得的tgδ值很稳定,且与制造厂的测量数据基本吻合,说明此时的测量结果正确。由此可得出,消除电晕对测量tgδ影响的主要措施是增大高压引线的直径。当高压引线的直径取为50~100mm时可以获得正确的测量结果。若现场无大直径的高压引线时,为消除电晕的影响,宜将高压引线垂直下落接至被试品,尽量减小高压引线对被试品的杂散电容。
4. 为什么测量高压电气设备绝缘的tgδ时,一般要求空气的相对湿度小于80%?
测量高压电气设备绝缘的tgδ时,一般使用QS1型西林电桥,如测量时空气相对湿度较大,会使绝缘表面有低电阻导电支路,对tgδ测量形成空间干扰。这种表面低电阻的泄漏对tgδ的影响,因不商试品、不同接线而不同。一般情况下,正接线时有偏小的测量误差;而反接线时,则有偏大的测量误差。由于加装屏蔽环会改变测量时的电场分布,因此不宜加装屏蔽环。为保证测量tgδ的准确度,一般要求测量时相对湿度不大于80%。
5. 进行交流耐压试验为什么要必须特别慎重?
交流耐压是对被试设备施加规定的交流试验电压并经历1min的时间。它可以发现设备绝缘的局部缺陷,并保证设备的绝缘水平。因为交流耐压试验时所用的试验电压比较高,被试设备在试验过程中可能被破坏,所以也称之为破坏性试验。为了保证被试设备在试验过程中不被破坏,进行交流耐压试验时,必须特别慎重,并经其他试验(绝缘电阻试验、泄漏试验、介质损试验等)认为被试设备确无缺陷时才进行交流耐压试验。
6. 进行交流耐压试验的方法有哪几种?
交流耐压试验一般有直接试验和间接试验两种。直接试验常采用静电电压表和球隙进行;间接测量常采用电压互感器和分压器并配合表记或仪器进行试验。
7. 电气设备做耐压试验时,应注意那些事项?
电气设备做耐压试验时,应注意以下事项:
(1)交流耐压试验的电压波形应该是正弦的,故应尽量采取Y型接线中的线电压作为电源。
(2)试验变压器应有足够的容量。
(3)为求得测量电压的准确,试验电压须直接自高压侧经电压互感器用准确的电压表测量。但在试验电容量较小的被试设备时,可在试验变压器的低压侧测量电压,并通过经校验过的变比计算出试验电压。
(4)为了限制击穿时试验变压器的过电流,在其高压侧应加限电流电阻,其值可按每1V不大于1Ω计算。
(5)被试验设备应并联一个球形保护间隙,以防止被试设备遭受超过试验电压的过电压危险。间隙电路内应串联电阻,其值一般可按每1V1Ω计算。
(6)禁止用冲击的办法给设备加压,应缓慢升压到规定的试验电压,并在耐压时间内保持电压不变。关于升压速度,一般是从试验电压的1/3升到全压,历时10~15s为宜。
(7)油浸变压器和电压互感器等,应在注油后静置20h以上,3~10kV的变压器静置5~6h,然后进行耐压试验。
8. 工频耐压试验时的试验电压为什么要从零升起,试毕又应将电压降到零后再切断电源?
工频耐压试验时,电压若不是由零逐渐升压,而是在试验变压器一次绕组上突然加压,这时将由于励磁涌流而在被试品上出现过电压。若在试验过程中突然将电源切断,对于小电容量试品,会由于自感电动势而引起过电压。因此对试品做工频耐压试验时,必须通过
9. 为什么规定工频耐压试验电压持续时间为1min,而在产品出厂试验中又允许将时间缩短为1s?
电力设备耐压试验要规定耐压时间,这是因为绝缘材料的击穿电压大小与加压时间有关,时间越长,交流电压使绝缘材料由于介质损耗而产生的热量增加,击穿电压降低。规定试验电压持续时间为1min,这样既可能将设备存在的绝缘弱点暴露出来,也不会因时间过长而引起不应有的绝缘损伤或击穿。但在产品出厂检查中,为提高试验速度,允许将持续时间缩短至1s,但必须把试验电压提高25%。
10. 为什么绝缘油在耐压试验中,火花放电的电极采用平板型电极而不采用球形电极?
绝缘油耐压试验火花放电的电极用平板型电极,因其极间电场分布均匀,易使油中杂质连成“小桥”,故火花放电电压在较大程度上决定于杂质的多少。如用球形电极,由于球间电场强度比较集中,杂质有较多的机会碰到球面,接受电荷后又被强电场拆去,故不容易构成“小桥”。绝缘油耐压试验的目的是检查油中的水分、纤维等杂质,因此采用平板型电极较好。我国规定使用直径为25mm的平板型标准电极进行绝缘油耐压试验,极间距离规定为2.5mm。
11. 绝缘油在耐压试验中,其火花放电电压的变化情况有几种,有何作用?
绝缘油在耐压试验中,每杯试样试验6次,取其平均值,即为该试样的介电强度。试验中,其火花放电电压的变化有4种情况:
(1)第一次火花放电电压特别低。原因是第一次试验可能因油杯中注油样时或注油前油杯电极表面不洁带进了一些外界因素的影响,使得第一次的数值偏低。这时可取2~6次的平均值。
(2)6次火花放电电压数值逐渐升高。原因是在未净化处理或处理不够彻底而吸有潮气的油样品中出现,这是因为油被火花放电后油品潮湿程度得到改善所致。
(3)6次火花放电电压数值逐渐降低。原因是出现在较纯净的油中,因为生成的游离带电粒子、气泡和碳屑量相继增加,损坏了油的绝缘性能。另外,还有的自动油试验器在连续试验6次中不搅拌,电极间的碳粒逐渐增加,导致火花放电电压逐渐降低。
(4)火花放电电压数值两头偏低中间高,这属于正常现象。
12. 变压器等设备注油后,为什么必须静置一定的时间才可进行耐压试验?
变压器在注油时,其内部将产生许多气泡,潜伏在变压器及部件中。由于绝缘材料的介电常数不同,介电常数小的绝缘材料不能承受较大的电场强度。如果变压器注油后立即进行耐压试验,因为空气(气泡)的介电常数小于变压器油及其他绝缘材料的介电常数,随着耐压试验的电压升高,气泡很快发生放电,气泡周围绝缘材料局部温度升高,电流也增大,温度再升高,最后导致绝缘击穿。所以变压器注油后必须按照规定静置一定时间方可进行耐压试验,以防因气体未排完而造成绝缘击穿,损坏变压器。故规定:110kV及以下者静置时间应大于24h,220kV及330kV者静置时间应大于48h,500kV者静置时间应大于72h。
13. 为什么高电压充油设备的变压器油除进行耐压试验外,尚需进行微水量的测定?
当水分进入高压充油设备后,水分在油中的状态可分为悬浮状、溶解状和沉积状。当水分呈悬浮时,使油的火花放电电压下降最为显著;溶解状态次之;沉积状态一般影响很小。为监测这类进水受潮,除了变压器油耐压试验合格外,对高电压充油设备的变压器油尚需进行微水量的测定,以测量悬浮和溶解状态下的水分含量。我国规定,大修后:66~110kV者微水量不大于20mg/L,220kV者微水量不大于15mg/L,330~500kV者微水量不大于10mg/L。
14. 对电力电缆做交流耐压试验时,为什么必须直接测量电缆端的电压?
对电力电缆做交流耐压试验时,之所以必须直接测量电缆端的电压,是因为电缆的电容效应会使电缆端的电压升高,当电缆充电容量接近于变压器容量时,这个电压可升高25%左右。因此必须使用高电压电压表或经过电压互感器直接测量电缆端的电压,使试验电压不超过规定值。
15. 交、直流耐压相比,为什么直流耐压可用小容量试验设备?
当试品电容量较大时,如用交流高电压进行绝缘试验,则会有很大的电容电流,故要求试验变压器有较大的容量。用直流做高压试验可避免电容电流,只需供给绝缘泄漏电流,从而可减小试验设备的容量。因此对一些大电容的试品,如长电缆,常用直流耐压试验代替交流耐压试验。
16. 发变电所的耦合电容为什么能将话音载波引进载波室,而且能阻止强大的工频电流波进入载波室?
电力系统用的载波通信是将话音信号载在高频信号上,经电力线传到发电厂、变电站的,发电厂、变电站的耦合电容能将高频波和工频波分开。因高频信号一般采用400Hz,通过耦合电容时,由于频率厂很高,其容抗XC=1/(2πfC)很小,载有话音的高频波能顺利通过到达载波室,但由于工频频率为50Hz,容抗显得很大,故可阻止工频电流通过耦合电容器,当然工频电流也就进不了载波室。
17. 工频耐压试验中被试品局部击穿,为什么有时会产生过电压,怎样限制过电压?
若被试品是较复杂的绝缘结构,可认为是几个串联电容,绝缘局部击穿就是其中一个电容被短接放电。当一个电容击穿,它的电压迅速降到零,无论此部分绝缘强度是否自动恢复,被试品未击穿部分所分布的电压已低于电源电动势,电源就要对被试品充电,使其电压再上升。这时,试验装置的漏抗和被试品的电容形成振荡回路,使被试品电压超过高压绕组的电动势。电路里接有保护电阻,一般情况下可限制这种过电压。但试验装置漏抗很大时,就不足以阻止这种振荡。这种过电压一般不高,但电压等级较高的试变绝缘裕度也不大,当它工作在接近额定电压时,这种过电压可能对它有危险,甚至击穿被试品。一般被试品并联保护球隙,当出现过电压时保护球隙击穿,限制电压升高。
18. 工频耐压试验时,试验变压器高压输出端串联电阻R有何作用,其电阻值如何选择?
工频耐压试验时,由于试品存在电容,一般电路呈容性。试验中若试品被击穿或闪络放电,由于R存在,使回路中电流减小,并使电容放电过程减缓,维持试品匝间电容电压比较均匀,保护试品绝缘。另外,在有些情况下,试变漏抗与试品电容可能发生串联谐振,此时R可限制这种过电压。R过小时起不了保护作用,而R值大就有较好的保护效果。但在耐压试验过程中,电容电流通过R要引起发热,R值越大,发热越厉害,此时要求电阻有很大的热容量,有时难以办到。因此R值一般按每1V电压0.1~1Ω范围内选择。
19. 变压器油的击穿电压为什么分散性很大,如何提高其试验质量?
如果条件相同,一般气体的击穿电压每次测基本相差不多。但变压器油的击穿电压每次相差很大,一般为25%~30%,有时甚至达50%,产生分散性的主要原因是:
(1)前一次击穿时所产生的碳分子和气泡在变压器油中残留的数量对击穿电压的高低有影响。
(2)每次试验的间隔时间及周围大气条件(温度、压力、湿度等)的影响。
(3)升压速度的快慢。
(4)变压器油中含污状况的影响。
为了提高试验质量,统一试验方法:一般取好油样后应静止3~5min,让气泡逸出、杂质沉淀。前后两次试验间隔应为2~3min,让前一次击穿所产生的碳粒和气泡离开电极中间,击穿电压取连续试验3~5次的平均值。
20. FS型避雷器做工频放电电压试验时,为什么升压速度要慢?
FS型避雷器做工频耐压试验时,升压速度不能太快,是为了防止电压表由于机械惯性作用而来不及摆动,因而得不到准确的结果。尤其禁止用冲击方法加压,以免产生振荡过电压而引起击穿事故。
对FS型避雷器试验的升压速度,10kV及以下避雷器控制在3~5kV/s,对20~35kV避雷器控制在15~20kV/s。
21. 在进行变压器油的击穿试验时,为什么升压速度慢时击穿电压低,而升压速度快时击穿电压高?
工业用变压器油中难免有一些杂质、污物,当外加电场时,油中的纤维、水分、气泡等便向电场强度较大处移动,并顺着电场方向在电极之间逐渐形成一个“小桥”,当外加电压升高到一定值时,就会沿“小桥”放电。但是气泡、水分、纤维等杂质在电场作用下需一定的时间才能形成极间的“小桥”,如果升压速度太快,来不及形成“小桥”,会使变压器油的击穿电压不正常地偏高。反之,升压速度太慢,又会出现击穿电压偏低的情况,两者有时相差30%,故试验升压速度一般以3~5kV/s为宜。
22. 工频电压下工作的电容器,当电源切断、用导线短路放电时,为什么有时有放电火花,而有时却没有?
工频交流电压周期性地按正弦规律变化,这个电压加在电容器上,时而充电,时而放电。在拉开电源的瞬间,如果是在正弦波的正值或负值范围内,此时电容器被充了电,若将电容器的两电极短路,就会看到明显的放电火花。如果在断开电源的瞬间,刚好在正弦波正、负交替经过零点的时刻,这时电容器经电源放电,而下一次的充电又被切断,因此将电容器两电极短路,就不会产生放电火花。
23. 变压器内绝缘的击穿电压为什么要求比少油断路器灭弧室内绝缘油高?
变压器内的绝缘油是起绝缘和冷却作用的,如含有杂质、水分,则会降低整体的绝缘强度,导致绝缘损坏事故。而少油断路器灭弧室内的绝缘油主要起灭弧作用,灭弧的强度取决于油分解产生的油气混合物,即使油的击穿电压低些也不会明显影响其灭弧能力。所以变压器内的绝缘油要求比少油断路器灭弧室内的绝缘油击穿电压要高些。
24. 变压器为什么要进行感应高压试验,感应高压试验为什么要提高试验电源的频率,感应加压的时间是如何确定的?
感应高压试验是为了检查绕组的匝间、层间、段间和相间的绝缘,同时也是冲击试验前后的复查试验项目。感应高压试验还可以用于中性点为半绝缘的变压器,并利用外接支撑辅助变压器来把出线端电压提高,使得绕组的主绝缘和纵绝缘都得到了试验。感应高电压试验通常是在低压绕组上施加100~400Hz频率的两倍额定电压,其他绕组开路的情况下进行的。
采用提高试验电源频率,主要是由于在试验中需要在绕组的两端加两倍的额定电压,这样会使铁芯中的磁通密度增加一倍。由于变压器在额定电压时,磁通已接近饱和,若不提高电源频率,则因磁饱和而使空载电流急剧增加,达到不能允许的程度。为了提高试验电压,又不使铁芯饱和,多采用提高电源频率的方法。因为变压器的电动势方程式为
e=KfB
式中E——感应电动势;
K——常数;
f——频率;
B——磁通密度。
由此可见,当E增大一倍时,若将f提高一倍,则B保持不变。为了保持磁通不便,增加电压也就要相应地增加电源的频率,因此感耐压试验电源的频率要大于额定频率两倍以上,一般采用100~400Hz。
感应耐压的试验时间与试验电源的频率有关,在频率增加后,铁芯和绝缘的损耗均要增大,为避免损耗增加对绝缘带来的不利影响,当试验频率大于100Hz时,试验时间应相应地缩短,但不得少于20s。其计算公式为
t=60(100/f)
式中f——试验持续时间,s;
f——试验电源频率,Hz。
25. 对串级式电压互感器进行三倍频试验时,如何获得三倍频试验电源?
对110kV及220kV串级式电压互感器,由于绕组导线漆膜脱落形成匝间短路、局部放电造成的层间绝缘损伤以及绝缘支架的酚醛板分层起泡等原因,在过电压作用下就可能损坏。因此规定在大修后及必要时要对串级式或分级绝缘式的电压互感器进行倍频感应耐用试验。为此,一些企业生产了三倍频变压器用做耐压试验时的1.50Hz电源,也有一些单位自行研制三倍频试验电源。常见的是将3台单相变压器的一次绕组接成星形,二次绕组接成开口三角形,一次侧接于工频电压,并适当过励磁。由于正弦波电流在饱和的铁芯中产生非正弦的磁通,由此感应的电动势也是非正弦的,而其中主要成分是基波和三次谐波分量。因变压器的一次绕组接成星形,所以三次谐波分量没有通路,在二次侧的三角形开口端,三相绕组基波感应电动势的相量和为零,而三次谐波感应电动势相位相同。因此,从开口三角形端输出三相三次谐波(150Hz)电动势的算术和。