大中型水庫電氣設(shè)備絕緣電阻測量

何繼業(yè) 許旭東 陳世杰 吳俊欣

大中型水庫電氣設(shè)備絕緣電阻測量

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(chǔ)設(shè)施之一，特別是大中型水庫對(duì)社會(huì)發(fā)展與穩(wěn)定起著重要的作用。水庫電氣設(shè)備的安全穩(wěn)定影響著水庫效益的發(fā)揮，問題嚴(yán)重時(shí)會(huì)給人民生命財(cái)產(chǎn)帶來威脅。因此，加強(qiáng)對(duì)大中型水庫的電氣設(shè)備的檢測尤為重要。

測量電氣設(shè)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(yàn)項(xiàng)目。測量設(shè)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(shè)備中影響絕緣的異物以及絕緣擊穿和嚴(yán)重過熱老化等缺陷。

一、大中型水庫主要電氣設(shè)備

根據(jù)電氣設(shè)備的作用不同，可將水庫電氣設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備。電氣一次設(shè)備指的是直接用于生產(chǎn)、輸送、疏導(dǎo)、分配和消耗電能的電氣設(shè)備，其中主要包括發(fā)電機(jī)、變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、自動(dòng)開關(guān)、互感器、電力電纜、電動(dòng)機(jī)、避雷器等。電氣二次設(shè)備是指對(duì)一次設(shè)備的工作進(jìn)行監(jiān)測、控制、調(diào)節(jié)、保護(hù)以及為運(yùn)行維護(hù)人員提供運(yùn)行工況或生產(chǎn)指揮信號(hào)所需的低壓電氣設(shè)備，主要包括繼電器、測量儀表、控制和信號(hào)開關(guān)、自動(dòng)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(shè)備常用電源，配套柴油發(fā)電機(jī)組作為備用電源，并用電纜引入低壓進(jìn)線柜進(jìn)行動(dòng)力切換，并設(shè)電容補(bǔ)償柜。通過母線排傳至設(shè)備控制開關(guān)，最后通至主電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)蝶閥及照明燈等水庫運(yùn)行設(shè)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(shí)，測量其所含的離子沿電場方向移動(dòng)形成的電導(dǎo)電流Ig，應(yīng)用歐姆定律所確定的比值，即Ri=U-/Ig。但是當(dāng)絕緣體上施加直流電壓以后，便會(huì)產(chǎn)生三種電流，電導(dǎo)電流Ig、電容電流Ic、和吸收電流Ia，如圖2所示。因此，實(shí)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(shí)間的增長，這三種電流的總和下降，而絕緣電阻值相應(yīng)增大。因?yàn)榭傠娏麟S時(shí)間衰減，經(jīng)過一定時(shí)間后，Ia和Ic衰減接近于零，整個(gè)電路的電流才趨于電導(dǎo)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(shí)的絕緣電阻。

一般將60s和15s時(shí)絕緣電阻的比值R60/R15稱為吸收比。有時(shí)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(shí)間的絕緣電阻進(jìn)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(dòng)式和數(shù)字式幾種。選擇測量儀表型號(hào)主要考慮的是其電壓等級(jí)，對(duì)100V以下的電氣設(shè)備或回路，采用250V的50MΩ及以上兆歐表；100～500V的電氣設(shè)備或回路，采用500V的 100MΩ 及以上兆歐表；500～3000V的電氣設(shè)備或回路，采用1000V的2000MΩ及以上兆歐表；3000～10000V的電氣設(shè)備或回路，采用2500V的10000MΩ及以上兆歐表；10000V及以上的電氣設(shè)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(yàn)要求有兩人以上進(jìn)行操作，在測量絕緣電阻前要斷開設(shè)備電源，并拆除一切對(duì)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(dòng)至額定轉(zhuǎn)速，此時(shí)兆歐表指針應(yīng)指向“∞”，再用導(dǎo)線短接兆歐表的火線和地線端頭，其指針應(yīng)指零。假如指針有較大偏差則說明儀器內(nèi)有故障，應(yīng)將故障排除再進(jìn)行測量。通常采用相應(yīng)等級(jí)的兆歐表，對(duì)大中型水庫主要一次設(shè)備進(jìn)行檢測。

（1）變壓器

首先應(yīng)將高壓側(cè)的進(jìn)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?yán)@組引線端均短路接地。非被測繞組接地其主要優(yōu)點(diǎn)是：可以測量出被測繞組對(duì)地和非被測繞組間的絕緣狀態(tài)；同時(shí)能避免非被測繞組中，由于剩余電荷對(duì)測量的影響。采用相應(yīng)型號(hào)的兆歐表依次測量各繞組對(duì)地及繞組間的絕緣電阻，測量部位可按表1進(jìn)行，同時(shí)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(duì)兆歐表反充放電損毀表計(jì)。每測一次絕緣電阻，都應(yīng)在結(jié)束后采用接地線對(duì)被測繞組充分放電以后才能拆線、接線，進(jìn)行下一步操作。對(duì)于變壓器這樣的大型設(shè)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(zhǔn)確地判斷設(shè)備是否受潮或存在貫穿性缺陷。

（2）電動(dòng)機(jī)

電動(dòng)機(jī)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(yàn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)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(shè)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(shí)將火線和被測繞組的導(dǎo)體連接，地線和電動(dòng)機(jī)外殼接觸（電動(dòng)機(jī)外殼必須接地良好），同時(shí)記錄絕緣電阻值。

（3）電力電纜

測量電纜時(shí)首先應(yīng)斷開進(jìn)線處隔離開關(guān)，對(duì)所測電纜充分放電，并拆除電纜兩頭對(duì)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(zhǔn)確，應(yīng)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(shí)讀數(shù)很快就趨于穩(wěn)定值，而高壓電纜或電纜較長時(shí)一般取15s和60s的讀數(shù)。

3.注意事項(xiàng)

（1）溫度和濕度的影響

溫度對(duì)絕緣電阻的影響很大，原因在于當(dāng)溫度升高時(shí)，絕緣介質(zhì)中的極化加劇，電導(dǎo)增加，致使絕緣電阻降低，應(yīng)根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行換算。因此，測量時(shí)必須記錄溫度。

濕度對(duì)表面泄漏電流的影響很大，絕緣表面吸附潮氣，增加電導(dǎo)，使絕緣電阻顯著降低，所以進(jìn)行絕緣試驗(yàn)時(shí)應(yīng)盡量在天氣干燥的情況下進(jìn)行。

（2）放電時(shí)間的影響

每測完一次絕緣電阻，應(yīng)將被試品充分放電，將剩余電荷放盡。否則，在重復(fù)測量時(shí)，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(shí)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(duì)于電容量較大的設(shè)備在測量以后，要經(jīng)過五分鐘甚至更長時(shí)間放電才能進(jìn)行下一次測量。

（3）安全問題

測量電氣設(shè)備時(shí)應(yīng)注意人身安全，對(duì)設(shè)備放電時(shí)應(yīng)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(dǎo)線。在測量前必須先斷開進(jìn)線處總開關(guān)，確保設(shè)備不帶電的情況下才能進(jìn)行下一步操作。

表1 測量變壓器絕緣電阻接線（雙繞組式）表

四、測量結(jié)果的判斷

有關(guān)絕緣電阻標(biāo)準(zhǔn)，除對(duì)少數(shù)結(jié)構(gòu)比較簡單和部分低電壓設(shè)備規(guī)定了最低值外，對(duì)多數(shù)高壓電氣設(shè)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(yàn)人員認(rèn)為該設(shè)備的絕緣不良，在一般情況下，試驗(yàn)人員應(yīng)將同樣條件下的不同相絕緣電阻值進(jìn)行比較，不應(yīng)有明顯差別，或以同一設(shè)備歷次試驗(yàn)結(jié)果(在可能條件下?lián)Q算至同一溫度）進(jìn)行比較，不應(yīng)有顯著降低（例如降低至70%），結(jié)合其他試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合判斷。需要時(shí)，應(yīng)對(duì)被試品各部位分別進(jìn)行分解測量（將不測量部位接屏蔽端），便于分析缺陷部位。

五、結(jié)語

綜上所述，本文結(jié)合理論分析和工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，介紹大中型水庫電氣設(shè)備主要包括變壓器、電動(dòng)機(jī)、電力電纜絕緣電阻測量方法，分析了溫度、濕度、放電時(shí)間對(duì)絕緣電阻的影響及測量結(jié)果的判斷方法。通過對(duì)水庫電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的判斷，為水庫安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保障

（作者單位：1.江蘇省水利工程建設(shè)局 210029 2.江蘇省水利科學(xué)研究院225009 3.揚(yáng)州大學(xué)水利與能源動(dòng)力工程學(xué)院 225127）