淺談發電機、變壓器絕緣電阻的測試

侯天元

(四川圣達水電開發有限公司，四川樂山 614900)

1 概述

測量絕緣電阻是一項最簡便而又最常用的試驗方法，通常用兆歐表進行測量。從測試的儀表來看，由手搖式兆歐表發展到了數字式兆歐表;從容量上看，由以往的5000МΩ發展到現在的幾百GΩ。在實踐中，我們都知道如何測試發電機、變壓器的絕緣電阻，但我們在發電機、變壓器絕緣電阻測試過程中常常會遇到這樣一些問題:這次測得的絕緣電阻比前一次測得的絕緣電阻高或低，絕緣電阻高而吸收比不滿足規程要求等。筆者針對這些問題作一簡單分析。

2 絕緣電阻測試的原理

從測量絕緣電阻的原理看，當在電介質上施加直流電壓后，隨時間衰減的電流可以看成由三種電流組成:①漏導電流。漏導電流是由離子移動產生的，其大小決定于電介質在直流電場中的導電率，所以，可以認為它是純電阻性的電流，漏導電流隨時間增長趨于穩定，其大小反映了絕緣內部是否受潮，或者是否有局部缺陷，或者表面是否臟污。因為這些原因都會引起漏導電流增加，因而其絕緣電阻減小。②幾何電流。它是在加壓時電源對電介質的幾何電容充電時的電流，所以稱之為幾何電流或電容電流。它是由快速極化過程形成的位移電流，由于快速極化是瞬時完成的，因而這種電流瞬時即逝，很快趨于零。③吸收電流。吸收電流是一個隨加壓時間的增長而減少的電流，不過它比幾何電流衰減慢的多，這是因為吸收電流是緩慢極化產生的，其值取決于電介質的性質、不均勻程度和結構。

將漏導電流、幾何電流、吸收電流三者相加并繪出一條電流隨時間變化的曲線，我們將其稱之為吸收曲線(圖1)。

圖1 在直流電壓下電介質內所產生的三種電流總和隨時間變化曲線圖

可見，曲線經過一段時間后趨于漏導電流曲線，因此，在用兆歐表進行測量時，必須等到兆歐表指示穩定后才能讀數。通常認為:經過1min后漏導電流趨于穩定。由于流過絕緣介質的電流有表面電流和體積電流之分，而表面電流只反映表面狀態，因此可以將其屏蔽掉。因此，絕緣電阻確切的定義為:作用于絕緣上的電壓與穩態體積電流之比，即:

式中 IW為穩態時的體積泄漏電流;U為作用于絕緣上的電壓;Rj為絕緣的體積電阻。

根據上述原理進行分析，我們可以通過測得被試品在1min時絕緣電阻的大小來檢測出絕緣是否存在有貫通性的集中缺陷、整體受潮或貫通性受潮。［1］

3 發電機、變壓器繞組絕緣電阻測試中應注意的

事項

3．1 電容量小的被試品的吸收比小是正常的

2010年7月，在XX水電廠#1廠變(型號為:SCB10-630/13．8)交接性試驗中，使用ZC11D—10型(2500V、0～2500МΩ)搖表，在溫度25℃、濕度75%情況下，測得該變壓器高壓側繞組的絕緣電阻為:R15″=750 МΩ、R60″=750 МΩ，吸收比等于1。根據公式Rj=U/IW，可見IW很快趨于穩定，而IW由i1、i2、i3三部分組成。i1為幾何電流，很快趨于零;i2為吸收電流，緩慢減小;i3為漏導電流，基本恒定。因為i2吸收電流受被試品電容量大小的影響，從公式中可以看出:i2減少的也快，說明該變壓器高壓側繞組的電容量偏小。從理論上看，被試品的吸收比試驗適用于較大容量的發電機、變壓器。

3．2 大容量的被試品需要測試極化指數

2012年11月22日，在XX水電廠#1機組預防性試驗中，在溫度為22℃、濕度為45%時測得3×63MW的發電機定子繞組絕緣電阻(絕緣為環氧云母)數據見表1。

我們知道，測量被試品的吸收比能檢測出被試品的受潮程度。根據規程:環氧云母絕緣的定子繞組吸收比不應小于1．6或極化指數不小于2。［2］通過表1可以看出所測得的吸收比遠遠大于1．6，但不能作為判斷發電機定子繞組的受潮程度。因為在1min時定子繞組的絕緣電阻還沒有穩定下來，所以，對于大容量的發電機、變壓器繞組，應測試其極化指數。

表1 XX水電廠#1發電機定子繞組絕緣電阻測試數據表

3．3 濕度對絕緣電阻的影響特別大

2012年12月25日下午(溫度為10℃，濕度為90%)，在XX水電廠220kV、75000kVA#2變壓器預防性試驗中，測得高壓繞組對低壓繞組及地的絕緣電阻為6000МΩ。26日中午，又重新測其絕緣電阻大于16000МΩ(此時溫度為15℃，濕度為70%)。從測量絕緣電阻的原理看，25日下午溫度低，不會導致測量結果偏大，只有濕度會引起測量結果偏大，因為當時潮氣大，表面泄漏必然大，即IW較大，故測得的絕緣值低。所以，我們測量絕緣電阻一般要求在干燥、晴天進行，盡管規程規定測量時濕度應小于80%［2］，但為測試結果的準確性，應盡量在晴天，溫度高于5℃、濕度小于70%以下進行。

3．4 容量不同的兆歐表對大電容被試品測得的結果不一致，對電容小的被試品測得的結果卻相近

表2是2010年11月YY水電廠#1機組預試中用兩只兆歐表(兆歐表一:ZC11D-10，最大輸出電流值0．28 ～0．3mA;兆歐表二:PC27-2H，最大輸出電流值2mA)測得的3×15MW的發電機定子繞組絕緣電阻的數據(溫度為15℃，濕度為65%)。

表2 YY水電廠#1發電機定子繞組絕緣電阻測試數據表

對表2的數據進行分析，可以看出兆歐表容量不同測得大容量被試品的結果不一致。但是，對電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測得的結果卻相近。

表3是對YY水電廠一臺干式變壓器高壓側繞組絕緣電阻測試的結果，該變壓器的型號為:SCL—298/12．5，容量295kVA，接線組別為 YD—11。

對表3數據進行分析，可以看出對電容量小的試品，用兩只容量不同的兆歐表測得的結果卻相近。

表3 YY水電廠——干式變壓器高壓側繞組絕緣電阻測試數據表

通過對表2、表3進行綜合分析得知，兆歐表的容量對大電容試品測得結果的影響較大。筆者從測量絕緣電阻的原理分析造成這種現象的原因。根據Rj=U/IW，對于大電容被試品，容量大的兆歐表能提供大的輸出電流，吸收電流i2衰減的就快些，也就是說充電時間短些。而容量小的兆歐表不能提供大的輸出電流，吸收電流衰減就慢得多，所以，容量大的兆歐表對具有良好絕緣的大電容試品來說測得的絕緣往往高些，因此，一般推薦選用最大輸出電流1mA以上的兆歐表。為便于比較，對同一設備進行測量時，應采用同一型號的兆歐表。

3．5 注意溫度的影響

一般在溫度升高時，加速了電介質內部離子的運動。被試品內的水分在低溫時與絕緣物結合得較緊密;當溫度升高時，在電場作用下水分向兩極伸長，這樣，在纖維物質中，呈細長線狀的水分粒子拉長，使其電導增加，從而降低了絕緣電阻。一般情況下，應盡可能在相近溫度下測試絕緣電阻，因為進行溫度換算會受被試品材料、新舊程度、干燥程度等因素影響，將導致較大誤差。

3．6 被試品受潮和表面臟污將影響測量結果

被試品受潮和表面臟污將影響測量結果，因為其表面泄漏電流將增大。

3．7 將被試品充分放電

對于吸收現象顯著的被試品在試驗前后的放電時間不少于5min。對于10000pF以上的大容量設備要求在試驗前后先充分放電10min。如果被試品存在殘余電荷，當剩余電荷的極性與兆歐表的極性相同時，會使測量結果虛假的增大;當剩余電荷的極性與兆歐表的極性相反時，會導致測量結果不真實，可能增大或減小。

除此之外，我們在測試發電機、變壓器絕緣電阻中還應注意以下問題:根據被試品的電壓等級，正確選擇兆歐表的電壓;校驗兆歐表是否指零或無窮大;兆歐表需要放置平穩、牢固;被試品的連線不能絞接或觸地(手搖式兆歐表或者測試導線不帶屏蔽線的數字式搖表);兆歐表的L端和E端子的接線不能對調，屏蔽環裝設位置應靠近E端子，應設法消除外界電磁場干擾引起的誤差;在使用手搖式兆歐表測試中，搖柄應由慢漸快120 r/min勻速轉動。

4 對測試結果的判斷

在排除了人為因素與外界因素后，筆者對測得的結果進行了分析判斷:(1)所測得的絕緣電阻值應大于規程規定的允許數值;(2)將測得的結果與有關數據進行比較，觀察絕緣電阻發生變化的趨勢，通?？捎脕碜鞅容^的數據包括:同一設備各相間的數據、同類設備間的數據、出廠試驗數據、耐壓前后等;(3)如發現數據異常，應查明原因或與其他測試結果進行綜合分析、判斷。

5 結語

雖然測量絕緣電阻是一項簡單的工作，但要準確判斷發電機、變壓器繞組是否存在絕緣缺陷，就必須選擇好兆歐表、正確的操作方法并結合被試品的容量、溫度、濕度、表面臟污以及往年的數據進行綜合分析、判斷。

［1］ 陳化鋼．電氣設備預防性試驗方法［M］．北京:中國科學技術出版社，2001．

［2］ 電力設備預防性試驗規程，DL/T596-2005［S］．