高压电气设备绝缘性能的判断

高压电气设备绝缘预防性试验是保证设备安全运行的重要措施。本文从四种试验方法分析讨论测量电气设备绝缘的各种特性，从而判断其绝缘内部的缺陷。
1 绝缘电阻的测量
最基本而常用的非破坏性试验方法：就是用兆欧表测量被试验的绝缘电阻。通常，电气设备的绝缘都是多层的，这些多层绝缘体，在外施直流电压下，就有吸收现象，即电流逐渐减小，而趋于某一恒定值(泄漏电流)。图1中的曲线1即为这一电流随时间变化的曲线，因为通过介质的电流与介质电阻的测量值成反比，故可用曲线2表示介质加压后其电阻的测量值与时间的关系，如被试品绝缘状况愈好，吸收过程进行得愈慢，吸收现象便愈明显，如被试品严重受潮或其中有集中性导电通道，由于绝缘电阻显著降低，泄漏电流增大，吸收过程快，如曲线3所示。这样流过绝缘的电流便迅速变为一较大的泄漏电流。因此可根据被试品的电流变化情况来判断被试品的绝缘状况。
当被试品绝缘中存在贯穿的集中性缺陷时，反映泄漏电流的绝缘电阻明显下降，用兆欧表检查时便发现。例如：变电站中的针式绝缘子最常见的缺陷是瓷质开裂，开裂后绝缘电阻明显下降，一般就可用兆欧表检测出来；而发电机的绝缘往往变动甚大，它和被试品的体积、尺寸、空气状况等有关，往往难以给出一定的绝缘电阻值的判断标准。通常把处于同一运行条件下不同相的绝缘电阻进行比较，或是把这一测量的绝缘电阻和过去对它曾测得的绝缘电阻值进行比较来发现问题；对于容量较大的设备如电机、变压器、电容器等可利用吸收现象来测量它们的绝缘电阻(即绝缘电阻测量值)随时间的变化以判断绝缘状况。吸收试验反映B级绝缘和B级浸胶绝缘的局部缺陷和受潮程度比较灵敏。发电机定子绝缘的吸收现象是十分明显的，通常用吸收比来表示：K＝R60″/R15″ (即60s时兆欧表读数与15s时的读数之比)。由于K值是两个绝缘电阻之比故与设备尺寸无关，可有利于反映绝缘状态，完好干燥的绝缘，吸收现象明显，吸收比K常较大(大于1.3)；绝缘受潮时，吸收现象不明显，吸收比较小(接近于1)。
需要注意的是，有时当某些集中性缺陷虽已发展得很严重，以致在耐压实验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比均很高，这是因为这些缺陷虽然严重，但还没有贯穿的缘故。因此只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘状况是不可能的，还需要选择其它方法进行试验。
2 泄漏电流试验
泄漏电流试验与绝缘电阻测量原理相同，只是前者在较高电压下进行(高于10kV)，通常是测量出试品在不同试验电压下的泄漏电流，做出泄漏电流I与试验电压U的关系曲线，因而能更灵敏地测出一法中所发现的缺陷。如图2为发电机绝缘泄漏曲线，对于良好的绝缘，泄漏电流随试验电压成直线上升，且值较小(曲线1)，当绝缘受潮时电流数值如曲线2所示，如绝缘中有集中性缺陷，泄漏电流值在超过一定试验电压时，将剧烈增加(曲线3)，缺陷愈严重，泄漏值发生剧增的试验电压越低(曲线4)，此时设备在运行中有击穿的危险。
对设备测出的泄漏电流值，可按规程进行比较，并参照过去的记录进行分析判断。
3 介质损失角正切值(tgδ)的测量
这是一种使用较多而且对判断绝缘较为有效的方法，通过测量tgδ可反映出整个绝缘的分布性缺陷，例如运行中绝缘的普遍受潮和老化(如油的劣化、有机固体材料的老化等)，这时流过绝缘的有功电流分量增大，tgδ也增大，实际上反映了绝缘中单位体积内功率损耗的增大。用测量tgδ的方法检查变压器、互感器、套管、电容器等都有一定的效果。
如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则用测tgδ法有时反映就不灵敏，被试绝缘体积越大，就越不灵敏。
对电机、电缆这类电气设备，由于运行中的故障多为集中性缺陷发展所致，整个体积越大，用测tgδ的效果越差。因此，通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时便不做这项试验，对套管绝缘，tgδ试验是一项必不可少而且是较有效的试验。因套管体积小，用tgδ试验不仅可反映套管绝缘分布情况，而且有时可检查出其集中性缺陷。
在用tgδ法判断绝缘状况时，必须着重厂史的比较并且与处于同样运行条件下的同类型其它设备比较，即使tgδ未超过标准，但与过去比较有明显增大时，就必须进行处理，以免在运行中发生事故。
以上提到的试验方法都是在较低电压下进行，属于非破坏性试验。通过试验进行全面对比分析，可以判断出被试设备的绝缘状况与缺陷性质。绝缘预防性试验一般每年一次，如在试验中发现有与规程规定不符时，应查明原因，消除缺陷。
4 耐压试验
耐压试验是绝缘预防性试验的一个重要项目，即对绝缘施加一个比工作电压高得多的电压进行耐压试验。在试验中可能引起设备绝缘的损坏，故又称破坏性试验。为避免设备的损坏，耐压试验要在非破坏性试验之后进行，即在非破坏性试验之后方允许进行。
目前，绝缘预防性试验中应用耐压试验方法主要有：交流耐压和直流耐压两种。在应用中，发现过大量的缺陷，有效地提高了电气设备的安全。
4.1 交流耐压试验
交流耐压试验能有效地发现较危险的集中性缺陷，可准确地考验绝缘的裕度，但有一重要缺点：即对固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中的一些弱点更加发展，因此，应当选择合适的试验电压值。一般考虑到运行中绝缘的变化耐压试验电压值应取得比出厂电压低些。而且不同情况的设备应不同对待。例如在大修前发电机定子绕组的试验电压常取1.3～1.5倍额定电压；对于运行20年以上的发电机，由于绝缘较老，可取1.3倍额定电压来做耐压试验。但对与架空线路有直接连接的运行20年以上的发电机考虑到运行中大气过电压侵袭的可能较大，为了安全仍要求用1.5倍额定电压来做耐压试验。
做耐压试验时，常是升压至试验电压后，加压1min以便观察被试品的情况，同时也是为使已开始击穿的缺陷来得及暴露出来，耐压时间不宜太长，以免使绝缘发生击穿。
4.2 直流耐压试验
直流耐压试验也能确定绝缘的电气强度，与交流耐压试验相比，它的特点是：试验设备轻小，其次在绝缘进行直流耐压试验的同时，可通过测量泄漏电流来观察内部的绝缘缺陷。
直流耐压试验电压的选取，也应参照绝缘的工频交流耐压试验电压和交直流击穿强度之比。对发电机定子绕组取2～2.5倍额定电压，对于3、6、10kV的电力电缆取5～6倍额定电压；对20～35kV的电缆取4～5倍额定电压；35kV以上电缆取3倍额定电压。电力电缆在进行直流耐压试验时，持续5min，用泄漏电流的读数来寻找缺陷。直流耐压的时间比交流耐压长一些。所以发电机试验时是以每级0.5倍额定电压分阶段升高，每阶段停留1min，以观察并读取泄漏电流值。利用直流高压对电气设备进行耐压试验，具有更加重要的意义。
为了保证电气设备能安全可靠地运行，防患于未然，应该定期地对绝缘进行预防性试验，通过一些试验查出潜伏的缺陷。