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1 高电压工程系 tslc@mail.hust.edu.cn 刘春 13871018672
高电压技术 高电压工程系 刘春

2 5 绝缘的耐压试验—破坏性试验 特点:试验时施加到设备上的电压远高于设备正常运行绝缘所承受的电压,试验时可能会对绝缘造成伤害. 工频耐压试验
直流耐压试验 雷电冲击耐压试验 操作冲击耐压试验

3 5.1 工频耐压试验 工频耐压试验：是交流设备的基本耐压方式。是鉴定电气设备性能最严格、最有效的直接方法，能有效发现较危险的集中性缺陷。它对判断电气设备是否投入运行具有决定性的意义。是保证设备绝缘水平，避免发生绝缘事故的重要手段。 交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规程（DL/T 596）已对各类设备的耐压值作出了规定。 方法：1min工频耐压试验 在绝缘上施加工频试验电压1min,若不发生绝缘闪络、击穿和其它异常现象，则认为绝缘是合格的。 以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的85％。规程给出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示

4 电力变压器交流试验电压值 括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统
额定 电压 kV 最高工作电压 线端交流试验电压值 中性点交流试验电压值 全部更换 部分更换绕组 35 40.5 85 72 66 72.5 140 120 110 126.0 200 170 （195） 95 80 220 252.0 360 395 306 336 （200） （170） 330 363.0 460 510 391 434 （230） 500 550.0 630 680 536 578

5 5.1.1 工频电压的获得 一、高压试验变压器 进行工频试验时，不允许直接使用电网的工频电压，必须使用专门的高压发生装置。 1、特点
（1）绝缘裕度不需要取得太大 。Why？ （2）试验变压器的容量一般比较小 ，容性阻抗大。高压侧额定电流一般为1A。对于某些特殊试品和特殊试验项目，要求试验变压器的额定电流大于1A。

6 特点 （3）油箱本体小、高压套管又长又大。 单套管式，其高压绕组的一端接地，另一端输出额定全电压
双套管式，铁心和油箱均处于U/2电位，所以油箱不能放在地上，而必须按全电压的一半对地绝缘起来。用两只额定电压只有U/2的套管来代替一只额定电压为U的套管，可以大大降低试验变压器和套管的制造难度和价格。 （4）连续运行时间短，不需要有复杂的冷却系统。一般不超过 30分钟。 （5）试验变压器的漏抗较大，短路电流较小。

7 2 试验变压器结构图 试验变压器结构图 1.低压绕组 2、高压绕组 3、铁芯 4、外壳 5、高压套管 6、均压环 、绝缘支柱

8 二 串级试验变压器 T1、T2－单套管试验变压器，AV-调压器，1、2－T1的高低压绕组
4、5－T2的高低压绕组，3－累接绕组，TO-试品。Z－绝缘支柱 两台单套管变压器串级联结示意图

9 分析 各级试验变压器的容量不一样，T1的容量为 T2的容量为 总的制造容量为 而串级装置的输出容量为 串级装置的容量利用率为
不难求出n级串级装置的容量利用率为

10 三、调压装置 1.自耦调压器 单相自耦调压器是一个线圈，通过不同的抽头来取得不同的电压。用手柄转动其实就是通过碳刷机械运动连续变比改变副边线圈匝数。 存在滑动触头，电压波形不失真，容量小。 2.移圈式调压器 移圈调压器的结构和电磁原理与变压器相似。它借助一个沿铁心柱高度方向上下移动的短路线圈，改变主回路二个线圈的阻抗和电压分配，达到调节输出电压的目的。 不存在滑动触头，但漏抗大，电压波形畸变，容量大 3.电动发电机组

11 4.感应调压器 　感应调压器的结构和电磁原理类似绕线式异步电动机，而能量转换关系则类似于自耦变压器。它借助于手轮或伺服电动机等传动机构，使定子和转子之间产生角位移，从而改变定子绕组与转子绕组感应电动势的相位和幅值关系，以达到调节输出电压的目的。感应调压器有三相式和单相式两种。 无触点 。 感应调压器是由转子和定子构成，为了阻止转子旋转故将其用螺栓固定，将在转子上感应出来的电势作为类似于变压器副边的二次电源， 单相感应调压器制造成本比较高，特别是大容量产品。此外单相产品转子偏心若达到一定数值，很容易产生运行振动和噪声。由于这些因素，单相感应调压器输出容量受到很大限制，大容量产品很少生产。　　 经专门设计的感应调压器，能较好地适用于一般要求的高压试验配套

12 高压试验常用调压器的主要特点 型 式 移圈调压器 感应调压器 自耦调压器 环 式 柱 式 额定容量（kVA） 25~2250 10～4500
型   式 移圈调压器 感应调压器 自耦调压器 环 式 柱 式 额定容量（kVA） 25~2250 10～4500 0.1～30 10～2500 电 压 10kV及以下 0.5kV 调压范围(%) 5（2.5）～100 0（1）～100 波形畸变率(%) <5 <1 效率(%) >94 >96 >98 空载电流(%) <30 <15 <3 短路阻抗 大 中 小 产品成本 低 高 作为高压试验调压器 只能满足一般要求 可以满足特殊要求

13 5.1.2 工频耐压试验的基本接线 容升效应？ Why? 容升效应与串联谐振

14 5.1.3 工频谐振耐压试验 谐振时

15 工频谐振耐压试验的优点 减少电源容量（包括变压器、调压器等） 试品击穿时的故障电流减小 电源中的谐波成分大大减少 并联谐振：
当输出电压满足要求，而试验变压器的容量不够时，还可以考虑并联谐振的方法

16 工频试验变压器 参数: U＝500kV I＝1A

17 5.2 直流高压实验 一、直流耐压试验特点 随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到重视。
5.2 直流高压实验 一、直流耐压试验特点 随着直流输电技术的发展，直流耐压试验受到重视。 试验设备轻便，容量小（不需要提供无功） 可同时测量泄漏电流。 局放小，对绝缘的损伤小。 缺点：由于交流和直流情况下绝缘内部的电压分布不同，因而，直流耐压试验不如交流耐压实验更接近真实工况。

18 预备知识: 直流电源的组成 直流电源的组成

19 直流高压的获得 一 半波整流和全波整流 高压硅堆承受两倍的电源电压 电压脉动系数 半波整流

20 全波整流

21 二 倍压整流回路 图5-7 (a) 两倍电压 （b)两倍电压 带上负载后，三种倍压装置的输出电压会降低，并出现脉动 （c） 三倍电压

22 分析 倍压整流回路

23 三 串级直流高压装置 两级直流高压装置 空载时，各点电压为：

24 串级直流高压装置

25 该装置的优点 理论上，增加串级级数即可以得到更高直流电压 对试验变压器的最大输出电压没有提出更高要求 对硅堆反向承受电压没有提出更高要求

26 串级直流高压装置的参数计算 (1) 脉动电压： 平均电压降落： (2) 平均电压： (3) 脉动系数： <5%
可见，脉动与电压降落与电源频率、级数、电容量、负载电流有关

27 3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC
减少串级直流高压装置的脉动的方法 1 合理选择级数n 得 令 对于超高压直流装置，采用高电压、大电容量的电容器和高频整流是有利的 2 取C’＝2C Cn’的电压为其余电容器的一半，因而其高度可减小到一半。在相同的结构形式下，Cn’的电容量可为其他电容器的两倍，此时电压降落为： 与（2）式比较，减小 3 从上到下逐级增加电容，即Ck＝Ck’=kC 实际很少采用

28 串级直流高压发生装置 5级 U＝1000kV I为mA量级

29 直流耐压试验的基本接线 直流耐压试验的基本接线

30 5.3 冲击高压试验 5.3.1 冲击电压波形的定义 T1：波头时间（波前时间） T2：波尾时间（波长时间、半峰值时间）
5.3 冲击高压试验 冲击电压波形的定义 T1：波头时间（波前时间） T2：波尾时间（波长时间、半峰值时间） 标准雷电冲击波：1.2s±30％/50 s ±20％, 幅值误差： ±3％ 操作冲击波：一般推荐为非振荡形，250 ±30％ /2500 ±60％ s,幅值误差： ±3％

31 冲击电压波形形状的描述 由双指数波叠加而成： －波尾时间常数。 －波头时间常数， 通常

32 5.3.2 单级冲击电压发生器 一、 单级冲击电压发生器的原理 在波头时间范围内， 可将电压波形表示为： 用直流电源向电容器充电的波形模拟，
单级冲击电压发生器 一、 单级冲击电压发生器的原理 在波头时间范围内， 可将电压波形表示为： 用直流电源向电容器充电的波形模拟， 波头时间：T1≈ 3.24R1C2

33 波尾波形 在波尾时间范围内， 可将电压波形表示为：

34 单级冲击电压发生器的原理电路（1） 首先C1充电， 然后合上开关， C1经R1向C2充电，形成波头 同时C1和C2经过电阻R2放电，
形成波尾。 高效回路 一般情况下，C1>>C2，所以波尾主要由C1放电的快慢决定 C2和R1－－波头电容和波头电阻， C1和R2－－波尾电容和波尾电阻。 定义放电回路的电压利用系数η为：

35 单级冲击电压发生器的原理电路 (c) 高效回路 对于(a) 低效回路 对于(b) 效率介于(a)和(c)之间 对于(c) 高效回路

36 实际的单级冲击电压发生器回路 调整调压器的输出可以改变电容C1的充电电压， 调整电阻R1和R2可以改变输出波形，
放电球隙G的放电电压根据C1的充电电压和输出电压的要 求进行调整。 由于受到高压硅堆和电容器额定电压的限制，同时也考虑 放电球隙的直径不宜过大，一般单级冲击电压发生器的最 高输出幅值不超过200～300kV

37 放电回路的计算 利用试品的等效电 容做波头电容C2 解以上方程，可得 （1） K－－回路系数 1、  2－－波尾时间常数和波头时间常数

38 放电回路的计算 令 则 （2） 可得理论波头时间 将(2)带入(1)计算，得 同理，可得波尾时间T2满足

39 5.3.3 多级冲击电压发生器 一 多级冲击电压发生器的原理 并联充电、串联放电(高效回路) 首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0，
多级冲击电压发生器 一 多级冲击电压发生器的原理 并联充电、串联放电(高效回路) 首先调整球隙距离，使G1的放电电压为U0， G2～G4的放电电压在U0～2U0范围内； 对各个电容器同时充电到U0 G1首先击穿，导致G2～G4依次击穿； 各个电容器串联起来对C2和R2放电，在输出端获得幅值很高的冲击电压

40 多级冲击电压发生器球隙击穿的原理 充电结束时，上面一排杂散电容被充电到电压U0，下面一排未被充电
G1首先击穿，1点电位瞬时降为零，2点电位瞬时变为－U0。杂散电容C30来不及放电，3点电位仍维持在U0，于是G2承受的电压（上升到2U0，从而导致G2击穿。 G2击穿后，3点电位从＋U0 降为－ U0 ，4点电位瞬时变为－2U0。杂散电容C50来不及放电，5点电位仍维持在U0，于是G3承受的电压上升到3U0，从而导致G3击穿。 `

41 多级冲击电压发生器的特点 关键在于： 杂散电容来不及放电
关键在于： 杂散电容来不及放电 杂散电容放电的快慢一方面取决于杂散电容的大小，另一方面取决于放电电阻R的大小，即杂散电容放电的时间常数。 在实际当中，有时候为了确保各级球隙能顺利自动放电，还需要采取措施增大杂散电容 雷电冲击与操作冲击波产生方法相同。

42 二 三电极球隙 作用：人为控制输出冲击电压 工作原理：当冲击电压发生器各个电容充电完毕后，利用另外一个回路产生一个电压较低的脉冲电压，并将该脉冲电压施加在三电极球隙的电极2和3之间（即间隙g），使间隙g击穿，利用间隙g击穿时产生的火花触发主间隙G的击穿。此时应防止间隙G击穿时，高电位沿电极3瞬间贯入低压脉冲回路。

43 冲击电压发生器（1760kV,8级，1.2/50us)

44 特高压冲击电压发生器