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摘 要: 进行直流高压试验时,采用负极性试验接线较正极性接线更容易发现电力设备绝缘、特别是油浸纸绝缘的绝缘缺陷。在测量某些电力设备绝缘的泄漏电流时,若电渗现象不明显,而电晕电流对测量结果又影响较大时,宜采用正极性直流试验电压,以减少电晕电流的影响。本文从理论的角度论述了直流高压试验采用负极性试验电压的依据,并对试验接线和试验结果进行了详细说明,指出了选用电压极性应注意的问题。
关键词:泄漏电流； 直流试验； 油浸纸绝缘
中图分类号： S477+.3 文献标识码： A 文章编号：
引言：关于试验电压的极性,我国最新的电力行业标准《电力设备预防性试验规程》(DC/T596-1996)中规定：“在进行直流高压试验时,应采用负极接线”。直流高压试验是电力设备交接和预防性试验的重要试验项目之一,它包括测量泄漏电流和直流耐压试验。这是规程首次对直流高压试验电压极性作明确规定。为什么要这样规定？依据是什么？适用范围又如何？这是试验工作者共同关心的问题,本文根据作者多年的研究结果提出用电渗现象来解释。
1、 电渗现象
电渗现象的产生是由于多孔固体在与液体接触的交界面处,因吸附离子或本身的电离而带电荷,液体则带相反电荷。在外加电场作用下,液体对固体就发生相对移动。在罗伊斯的观察中,由于电势为负极性时水面升高,故可判定水是带正电的,相反,黏土粒子是带负电的。电渗现象最初是由F·罗伊斯在1809年观察到的。当时,他把两个直立的玻璃筒插入一堆湿黏土中。然后,在玻璃筒中注满水,并插入金属电极。当加上电势时,负极处的水面升高,正极处的水面却降低,而且在正极处还吸上了一些悬浮的黏土。这种在外加电场作用下,液体通过多孔固体的运动现象,称为电渗,是胶体常见的电动现象之一。电渗现象可以通过简单的电渗装置模拟。将一根铜线在素烧瓷筒外面绕几圈作为外电极,筒内盛蒸馏水并插入铜线作内电极。两电极间施加300～400V的直流电源,如将外电接电源负极,内电极接电源正极,便可以看到水从素烧筒内往外渗出。若借助极性变换开关改变电源的极性,则发现水不但停止渗出,而且瓷筒表面的水反而向筒内渗入。上述在不同极性电压作用下,水能通过多孔固体(如黏土、素烧瓷筒、油浸纸等)向不同方向运动的现象即所谓电渗现象,就是解释为什么测量泄漏电流要用负极性电压的理论基础。
2、 测量泄漏电流结果及分析
运行经验表明,电缆或变压器等油浸式电力设备的绝缘受潮通常是从外皮或外壳附近开始的。根据电渗现象,电缆或变压器绝缘中的水分在电场作用下带正电,当电缆芯或变压器绕组施加正极性电压时,绝缘中的水分被其排斥而渗向外皮或外壳,使其水分含量相对减小,从而导致泄漏电流减小;电缆芯或变压器绕组施加负极性电压时,绝缘中的水分被其吸引而渗过绝缘向电缆芯或变压器绕组移动,使其绝缘中高场强区的水分相对增大。通过分析可以得出如下结论。
(1)试验电压极性对新的电缆和变压器泄漏电流的测量结果无影响。因为新电缆和变压器的绝缘基本没有受潮,所含的水分甚微,在电场作用下,电渗现象很弱,故而正、负极性试验电压下的泄漏电流相同。
(2)试验电压极性对旧电缆和变压器泄漏电流的测量结果有明显的影响。这是电渗现象所致。油纸绝缘受潮越严重,-dc与+dc的差别越显著,所以用负极性试验电压进行泄漏电流测量较为严格,易于发现油纸绝缘电力设备的绝缘缺陷。应当指出,对某些电力设备,如110kV及以上的少油断路器 , 由 于 其 本 身 的 泄 漏 電 流 值 较 小(<10mA),且电渗现象不明显,当试验引线的电晕电流不可忽视时,以采用正极性直流试验电压为宜,这是因为施加正极性试验电压时,引线的起始电晕电压较负极性为高。高压引线对地电场可用典型的棒板电极等效,实测棒——板电极的起始电晕电压U0,负极性和正极性分别为2.25 kV和4kV,即U-0I2。产生这种现象的原因是高压试验引线,特别是引线端头电晕电流影响。
3、 直流耐压试验
3.1 试验接线电力设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘,油浸纸电力电缆与油浸式电力变压器绕组内绝缘的直流耐压试验。外绝缘对地电场可以近似用棒-板构成的电场来等效。
3.2 分析研究表明,在棒-板电极构成的不对称、极不均匀电场中,气体间隙相同时,由于极性效应,负棒-正极的火花放电电压是正棒-负极的火花放电电压的2倍多,当间隙距离为100 cm时,正、负极性的火花放电电压分别为450 kV和1000 kV,1000/450=2.2倍。这种极性效应也是由于电晕空间电荷对电场畸变造成的。通常,电力设备的外绝缘水平比其内绝缘水平要高,显然,施加负极试验电压外绝缘就更不容易发生闪路,这样就有利于实现用直流耐压试验检查内绝缘缺陷的目的。另外,对电缆等油浸纸绝缘的电力设备,由于电渗现象,其内绝缘施加负极性试验电压时的击穿电压,较正极性低10%左右,也就是说,电缆芯接负极性试验电压检出缺陷的灵敏度更高,即更容易发现绝缘缺陷。
4、 结语
进行直流高压试验时,采用负极性试验接线较正极性接线更容易发现电力设备绝缘、特别是油浸纸绝缘的绝缘缺陷。在测量某些电力设备绝缘的泄漏电流时,若电渗现象不明显,而电晕电流对测量结果又影响较大时,宜采用正极性直流试验电压,以减少电晕电流的影响。兆欧表的测量结果也可用上述理论进行分析。
参考文献
[1] 杨咏林,安萍,邵瑰玮,等.非均匀电场中气固混和体直流电晕特性研究[J].高电压技术,2004(10).
[2] 李仲明,唐子鹏.220kV变压器高压线圈引出线烧断故障的分析[J].广西电力,2005(2).
[3] 史振华,杨波.主变近区短路后电气试验的探讨[J].电力学报,2005(3).
[4] 刘海涛.对大型电力变压器现场直流电阻试验的一点见解[J].变压器,2003(4).
关键词:泄漏电流； 直流试验； 油浸纸绝缘
中图分类号： S477+.3 文献标识码： A 文章编号：
引言：关于试验电压的极性,我国最新的电力行业标准《电力设备预防性试验规程》(DC/T596-1996)中规定：“在进行直流高压试验时,应采用负极接线”。直流高压试验是电力设备交接和预防性试验的重要试验项目之一,它包括测量泄漏电流和直流耐压试验。这是规程首次对直流高压试验电压极性作明确规定。为什么要这样规定？依据是什么？适用范围又如何？这是试验工作者共同关心的问题,本文根据作者多年的研究结果提出用电渗现象来解释。
1、 电渗现象
电渗现象的产生是由于多孔固体在与液体接触的交界面处,因吸附离子或本身的电离而带电荷,液体则带相反电荷。在外加电场作用下,液体对固体就发生相对移动。在罗伊斯的观察中,由于电势为负极性时水面升高,故可判定水是带正电的,相反,黏土粒子是带负电的。电渗现象最初是由F·罗伊斯在1809年观察到的。当时,他把两个直立的玻璃筒插入一堆湿黏土中。然后,在玻璃筒中注满水,并插入金属电极。当加上电势时,负极处的水面升高,正极处的水面却降低,而且在正极处还吸上了一些悬浮的黏土。这种在外加电场作用下,液体通过多孔固体的运动现象,称为电渗,是胶体常见的电动现象之一。电渗现象可以通过简单的电渗装置模拟。将一根铜线在素烧瓷筒外面绕几圈作为外电极,筒内盛蒸馏水并插入铜线作内电极。两电极间施加300～400V的直流电源,如将外电接电源负极,内电极接电源正极,便可以看到水从素烧筒内往外渗出。若借助极性变换开关改变电源的极性,则发现水不但停止渗出,而且瓷筒表面的水反而向筒内渗入。上述在不同极性电压作用下,水能通过多孔固体(如黏土、素烧瓷筒、油浸纸等)向不同方向运动的现象即所谓电渗现象,就是解释为什么测量泄漏电流要用负极性电压的理论基础。
2、 测量泄漏电流结果及分析
运行经验表明,电缆或变压器等油浸式电力设备的绝缘受潮通常是从外皮或外壳附近开始的。根据电渗现象,电缆或变压器绝缘中的水分在电场作用下带正电,当电缆芯或变压器绕组施加正极性电压时,绝缘中的水分被其排斥而渗向外皮或外壳,使其水分含量相对减小,从而导致泄漏电流减小;电缆芯或变压器绕组施加负极性电压时,绝缘中的水分被其吸引而渗过绝缘向电缆芯或变压器绕组移动,使其绝缘中高场强区的水分相对增大。通过分析可以得出如下结论。
(1)试验电压极性对新的电缆和变压器泄漏电流的测量结果无影响。因为新电缆和变压器的绝缘基本没有受潮,所含的水分甚微,在电场作用下,电渗现象很弱,故而正、负极性试验电压下的泄漏电流相同。
(2)试验电压极性对旧电缆和变压器泄漏电流的测量结果有明显的影响。这是电渗现象所致。油纸绝缘受潮越严重,-dc与+dc的差别越显著,所以用负极性试验电压进行泄漏电流测量较为严格,易于发现油纸绝缘电力设备的绝缘缺陷。应当指出,对某些电力设备,如110kV及以上的少油断路器 , 由 于 其 本 身 的 泄 漏 電 流 值 较 小(<10mA),且电渗现象不明显,当试验引线的电晕电流不可忽视时,以采用正极性直流试验电压为宜,这是因为施加正极性试验电压时,引线的起始电晕电压较负极性为高。高压引线对地电场可用典型的棒板电极等效,实测棒——板电极的起始电晕电压U0,负极性和正极性分别为2.25 kV和4kV,即U-0
3、 直流耐压试验
3.1 试验接线电力设备的绝缘分为内绝缘和外绝缘,油浸纸电力电缆与油浸式电力变压器绕组内绝缘的直流耐压试验。外绝缘对地电场可以近似用棒-板构成的电场来等效。
3.2 分析研究表明,在棒-板电极构成的不对称、极不均匀电场中,气体间隙相同时,由于极性效应,负棒-正极的火花放电电压是正棒-负极的火花放电电压的2倍多,当间隙距离为100 cm时,正、负极性的火花放电电压分别为450 kV和1000 kV,1000/450=2.2倍。这种极性效应也是由于电晕空间电荷对电场畸变造成的。通常,电力设备的外绝缘水平比其内绝缘水平要高,显然,施加负极试验电压外绝缘就更不容易发生闪路,这样就有利于实现用直流耐压试验检查内绝缘缺陷的目的。另外,对电缆等油浸纸绝缘的电力设备,由于电渗现象,其内绝缘施加负极性试验电压时的击穿电压,较正极性低10%左右,也就是说,电缆芯接负极性试验电压检出缺陷的灵敏度更高,即更容易发现绝缘缺陷。
4、 结语
进行直流高压试验时,采用负极性试验接线较正极性接线更容易发现电力设备绝缘、特别是油浸纸绝缘的绝缘缺陷。在测量某些电力设备绝缘的泄漏电流时,若电渗现象不明显,而电晕电流对测量结果又影响较大时,宜采用正极性直流试验电压,以减少电晕电流的影响。兆欧表的测量结果也可用上述理论进行分析。
参考文献
[1] 杨咏林,安萍,邵瑰玮,等.非均匀电场中气固混和体直流电晕特性研究[J].高电压技术,2004(10).
[2] 李仲明,唐子鹏.220kV变压器高压线圈引出线烧断故障的分析[J].广西电力,2005(2).
[3] 史振华,杨波.主变近区短路后电气试验的探讨[J].电力学报,2005(3).
[4] 刘海涛.对大型电力变压器现场直流电阻试验的一点见解[J].变压器,2003(4).