大中型水庫電氣設備絕緣電阻測量

GXF360 2017-11-11

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何繼業(yè)1 許旭東2 陳世杰3 吳俊欣3

水庫是我國水利工程重要的基礎設施之一，特別是大中型水庫對社會發(fā)展與穩(wěn)定起著重要的作用。水庫電氣設備的安全穩(wěn)定影響著水庫效益的發(fā)揮，問題嚴重時會給人民生命財產(chǎn)帶來威脅。因此，加強對大中型水庫的電氣設備的檢測尤為重要。

測量電氣設備的絕緣電阻，是檢查其絕緣狀態(tài)最基本的方法之一，也是不可缺少的試驗項目。測量設備的絕緣電阻，可以初步判斷主絕緣是否受潮，有助于發(fā)現(xiàn)電氣設備中影響絕緣的異物以及絕緣擊穿和嚴重過熱老化等缺陷。

一、大中型水庫主要電氣設備

根據(jù)電氣設備的作用不同，可將水庫電氣設備分為一次設備和二次設備。電氣一次設備指的是直接用于生產(chǎn)、輸送、疏導、分配和消耗電能的電氣設備，其中主要包括發(fā)電機、變壓器、斷路器、隔離開關、自動開關、互感器、電力電纜、電動機、避雷器等。電氣二次設備是指對一次設備的工作進行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護以及為運行維護人員提供運行工況或生產(chǎn)指揮信號所需的低壓電氣設備，主要包括繼電器、測量儀表、控制和信號開關、自動裝置、控制電纜等。

通常從高壓母線引電纜至站用變壓器作為水庫設備常用電源，配套柴油發(fā)電機組作為備用電源，并用電纜引入低壓進線柜進行動力切換，并設電容補償柜。通過母線排傳至設備控制開關，最后通至主電動機、電動蝶閥及照明燈等水庫運行設備，主接線圖如1所示。

圖1 某水庫電氣主接線圖

二、基本原理

絕緣電阻Ri是指在絕緣體的臨界電壓以下，施加直流電壓U-時，測量其所含的離子沿電場方向移動形成的電導電流Ig，應用歐姆定律所確定的比值，即Ri=U-/Ig。但是當絕緣體上施加直流電壓以后，便會產(chǎn)生三種電流，電導電流Ig、電容電流Ic、和吸收電流Ia，如圖2所示。因此，實際上絕緣電阻為：

這三種電流的變化能反映出絕緣電阻值的大小，通常隨著加壓時間的增長，這三種電流的總和下降，而絕緣電阻值相應增大。因為總電流隨時間衰減，經(jīng)過一定時間后，Ia和Ic衰減接近于零，整個電路的電流才趨于電導電流的數(shù)值，所以通常要求在加壓1min(或10min）后讀出數(shù)值，才能代表比較真實的絕緣電阻。

一般將60s和15s時絕緣電阻的比值R60/R15稱為吸收比。有時候吸收比尚不足以反映絕緣介質(zhì)的電流吸收全過程，為了更好地判斷絕緣情況，可以采用較長時間的絕緣電阻進行衡量，即10min和1min絕緣電阻的比值，稱為極化指數(shù)。

三、測量方法

1.使用儀表

測量電氣的絕緣電阻、吸收比和極化指數(shù)可使用兆歐表，通常的兆歐表有手搖式、電動式和數(shù)字式幾種。選擇測量儀表型號主要考慮的是其電壓等級，對100V以下的電氣設備或回路，采用250V的50MΩ及以上兆歐表；100～500V的電氣設備或回路，采用500V的 100MΩ 及以上兆歐表；500～3000V的電氣設備或回路，采用1000V的2000MΩ及以上兆歐表；3000～10000V的電氣設備或回路，采用2500V的10000MΩ及以上兆歐表；10000V及以上的電氣設備或回路，采用2500V或5000V的10000MΩ及以上兆歐表。

圖2 絕緣體等值電路圖

2.測量步驟

電氣試驗要求有兩人以上進行操作，在測量絕緣電阻前要斷開設備電源，并拆除一切對外接線，將其充分放電。檢查兆歐表是否正常，將兆歐表放置平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動至額定轉(zhuǎn)速，此時兆歐表指針應指向“∞”，再用導線短接兆歐表的火線和地線端頭，其指針應指零。假如指針有較大偏差則說明儀器內(nèi)有故障，應將故障排除再進行測量。通常采用相應等級的兆歐表，對大中型水庫主要一次設備進行檢測。

（1）變壓器

首先應將高壓側(cè)的進線電纜和低壓側(cè)的出線母排拆除，若低壓側(cè)連接一些控制電纜亦需要拆除，非被測試繞組引線端均短路接地。非被測繞組接地其主要優(yōu)點是：可以測量出被測繞組對地和非被測繞組間的絕緣狀態(tài)；同時能避免非被測繞組中，由于剩余電荷對測量的影響。采用相應型號的兆歐表依次測量各繞組對地及繞組間的絕緣電阻，測量部位可按表1進行，同時記錄15s、60s、600s絕緣電阻值。測量完畢后，在兆歐表仍保持額定轉(zhuǎn)速下斷開火線，然后斷開地線，以防止對兆歐表反充放電損毀表計。每測一次絕緣電阻，都應在結(jié)束后采用接地線對被測繞組充分放電以后才能拆線、接線，進行下一步操作。對于變壓器這樣的大型設備，一般不是僅以絕緣電阻值來判斷絕緣狀態(tài)，測量吸收比和極化指數(shù)更能準確地判斷設備是否受潮或存在貫穿性缺陷。

（2）電動機

電動機的絕緣測試工作中，測量定子繞組絕緣電阻和吸收比是一種最常用的檢查絕緣狀態(tài)的方法。試驗時，電動機本身不得帶電，端口出線必須和外部連接母線以及其他連接設備斷開，盡可能避免外部影響，并將被測定子繞組充分放電。測量時將火線和被測繞組的導體連接，地線和電動機外殼接觸（電動機外殼必須接地良好），同時記錄絕緣電阻值。

（3）電力電纜

測量電纜時首先應斷開進線處隔離開關，對所測電纜充分放電，并拆除電纜兩頭對外接線，用清潔干燥的布擦凈電纜頭，選擇合適量程的兆歐表，火線連接電纜頭，地線連接接地體，逐相測量。為了測量準確，應在電纜芯端部絕緣上或套管端都裝屏蔽環(huán)并連接兆歐表的屏蔽端。低壓電纜或電纜較短時讀數(shù)很快就趨于穩(wěn)定值，而高壓電纜或電纜較長時一般取15s和60s的讀數(shù)。

3.注意事項

（1）溫度和濕度的影響

溫度對絕緣電阻的影響很大，原因在于當溫度升高時，絕緣介質(zhì)中的極化加劇，電導增加，致使絕緣電阻降低，應根據(jù)相關公式進行換算。因此，測量時必須記錄溫度。

濕度對表面泄漏電流的影響很大，絕緣表面吸附潮氣，增加電導，使絕緣電阻顯著降低，所以進行絕緣試驗時應盡量在天氣干燥的情況下進行。

（2）放電時間的影響

每測完一次絕緣電阻，應將被試品充分放電，將剩余電荷放盡。否則，在重復測量時，由于剩余電荷的影響，其充電電流和吸收電流將比第一次測量時小，因而造成吸收比減小、絕緣電阻增大的虛假現(xiàn)象。因此，對于電容量較大的設備在測量以后，要經(jīng)過五分鐘甚至更長時間放電才能進行下一次測量。

（3）安全問題

測量電氣設備時應注意人身安全，對設備放電時應使用絕緣工具，佩戴絕緣手套和絕緣鞋，切勿用手直接接觸放電導線。在測量前必須先斷開進線處總開關，確保設備不帶電的情況下才能進行下一步操作。

表1 測量變壓器絕緣電阻接線（雙繞組式）表

項序測量繞組接地部位1 低壓側(cè) 高壓側(cè)繞組和外殼2 高壓側(cè) 高壓側(cè)繞組和外殼3 高壓側(cè)和低壓側(cè) 外殼

四、測量結(jié)果的判斷

有關絕緣電阻標準，除對少數(shù)結(jié)構(gòu)比較簡單和部分低電壓設備規(guī)定了最低值外，對多數(shù)高壓電氣設備的絕緣電阻值不作規(guī)定。

除了測得的絕緣電阻值很低，試驗人員認為該設備的絕緣不良，在一般情況下，試驗人員應將同樣條件下的不同相絕緣電阻值進行比較，不應有明顯差別，或以同一設備歷次試驗結(jié)果(在可能條件下?lián)Q算至同一溫度）進行比較，不應有顯著降低（例如降低至70%），結(jié)合其他試驗結(jié)果進行綜合判斷。需要時，應對被試品各部位分別進行分解測量（將不測量部位接屏蔽端），便于分析缺陷部位。