高电压试验设备和实验技术概论

摘要：20世纪以来，随着电能应用的日益广泛，电力系统所覆盖的范围越来越大，传输的电能也越来越多，这就要求电力系统的输电电压等级不断提高。就世界范围而言，输电线路经历了 110、150、230千伏的高压，287、400、500、735～765千伏的超高压和 1150千伏的特高压（工业试验线路）的发展。

关键词：高压试验设备 实验标准 绝缘

中图分类号： TM51 文献标识码： A 文章编号：

1 高压电概论

工程上把 1000伏及以上的交流供电电压称为高电压。高电压技术所涉及的高电压类型有直流电压、工频交流电压和持续时间为毫秒级的操作过电压、微秒级的雷电过电压、纳秒级的核致电磁脉冲(NEMP)等。60年代以来，为了适应大城市电力负荷日益增长的需要，以及克服城市架空输电线路走廊用地的困难，地下高压电缆输电发展迅速（由220、275 、345千伏发展到70年代的400、500千伏电缆线路）；同时，为减少变电所占地面积和保护城市环境，全封闭气体绝缘组合电器(GIS)得到越来越广泛的应用。这些都提出许多高电压技术的新问题。

2 高压试验设备选型

2. 1 工频高压试验设备

工频高电压由高电压试验变压器产生, 作用于被试电气设备的绝缘时可考核其在长时间工作电压和瞬间内部过电压条件下的绝缘能力; 同时, 高电压试验变压器还可对高压输电线路的气体绝缘间隙、静电感应电晕损耗等项目进行试验研究。高电压试验室采用的工频试验变压器电压值需满足内部过电压要求, 因此试验变压器的工频输出电压将远超电力变压器标称电压。工频试验变压器额定电压为: Un= k1k2kзUmax =1OO5kV

式中, 以为工频试验变压器的额定电压, k V ; k1为考虑变压器长期运行后绝缘老化的安全系数, 取1. 1; k2 为考虑变压器串级运行电压分布不均匀的系数, 取1.05 ; kз为考虑外绝缘放电等研究性试验的绝缘裕度系数, 取1.3 ; Umax拟为最高试验电压, k V , 330kV 等级产品最高工频干/湿耐受电压为669kV (考虑海拔高度影响) "

工频试验变压器额定电流为:In= Umax ωC×10-9

式中, In为工频试验变压器的额定电流, A ; C 为试品的工频电容和试验变压器本体、高压引线等的杂散电容之和对于330 kV 等级套管、避雷器或绝缘子, 其电容量一般不大于1000pF , 杂散电容一般不大于1OOOpF , 故C取200pF , 计算可得In =0.42 A 考虑研究性试验的绝缘裕度系数kз =1.3 , 则In =0.55A

2.2 冲击电压试验设备

电力输电线路及相关设备常会受到由雷电、操作、瞬变过程等引起的高压冲击。因此, 除了对设备进行常规的工频过电压试验外, 还要进行高压冲击试验, 以检验设备绝缘耐受过电压的能力，试验电压的波形可以分为雷电冲击全波、操作冲击电压波、截波。

冲击电压发生器额定电压为:

Un= k1k2kзUmax/η=2745～3050kV

式中：Un为冲击电压发生器的额定电压, kV；k1 为考虑冲击电压发生器长期工作后绝缘老化的安全系数, 取1.1；k2为考虑各级充电电压分布不均匀的系数，取1.05；kз为考虑外绝缘放电等研究性试验的绝缘裕度系数, 取1. 3; η为冲击电压发生器的效率，雷电冲击时取0.8，操作冲击时取0.65；Umax为最高试验电压, 雷电冲击时取1625kV , 操作冲击时取1188kV 。

冲击电压发生器冲击电容为:C1= (5 ～10 )C2= 10000～20000pF

式中, C2为负荷电容, 包括试品的人口电容、分压器的入口电容及发生器本体、高压引线等的对地杂散电容。试品的人口电容一般不超过700pF，分压器的人口电容一般约为300pF，杂散电容约为1000pF，故C2取

2000pF。

按照实际经验, 闪络试验时, 若主电容较小, 会不利于电弧通道的形成, 且弧压降较大, 放电电压偏高, 试验数据误差将增大。因此冲击电压发生器多采用较大的冲击电容, 一般使Cn值大于0.03pF。

该发牛器为环氧支柱塔式组合结构, 由充电装置、本体、陡波装置、截波装置、控制装置、测量设备等组成。充电装置包括恒流装置! 可控硅(晶闸管)、充电变压器、保护电阻、高压硅堆、自动接地装置、直流电阻分压器;本体则是不对称充电方式, 将波头、波尾电阻分散至各级回路中形成高效率的放电回路。

试验方法

进行高电压试验需要有正确的试验方法，如耐压试验、介质损耗试验、局部放电试验等。高压电工设备外绝缘的介电强度，受气压、温度、湿度、风沙、污秽、雨水、射线等因素的影响，需要有不同条件下的换算法和等效的试验方法。高电压测量装置和测量技术是正确进行高电压试验的基础。对不同类型的高电压需采用不同的测量装置。如测量直流电压或低频交流电压的有效值用高压静电电压表；测单次短脉冲(微秒或纳秒级)用高压示波器，测高电压下的脉冲大电流一般用罗戈夫斯基线圈。此外常用的高电压测量装置还有各种分压器、分流器、局部放电仪等。60年代以来，光电测试技术引入高电压领域，它将高电位端的量（如高压回路的电流）转变为光信号，通过光纤传送到低电位端的接受仪器，再将光信号转为电信号，避免了高电压传到低电压的测量系统而引起的危险，以及电磁场对低电压测量系统的干扰。

3 高电压绝缘特性研究

高压电工设备的绝缘应能承受各种高电压的作用，包括交流和直流工作电压、雷电过电压和内部过电压。研究电介质在各种作用电压下的绝缘特性、介电强度和放电机理，以便合理解决电工设备的绝缘结构问题是高电压技术的重要内容。

雷电过电压和内部过电压对输电线路和电工设备的绝缘是个严重的威胁。因此，研究各种气体、液体和固体绝缘材料在不同电压下的放电特性是高电压技术的重要课题。其中气体包括大气条件下的空气、压缩空气、六氟化硫气体及高真空等常用作输电线路和电工设备绝缘及其他用途的材料。因此，研究如何提高气体绝缘的放电电压，研究影响气体放电的各种因素，如间隙大小、电极形状、作用电压的极性和类型、气体的压力、温度、湿度和杂质等，对确保电工设备的经济合理和安全运行有重要意义。在采取措施限制雷电过电压和内部过电压的情况下，随着电压等级的提高，工作电压对绝缘特性的影响越来越重要。在工作电压作用下超高压输电线路和电工设备的电晕放电、局部放电、绝缘老化、静电感应、无线电干扰、噪声等现象都是高电压技术研究的课题。

在工程上经常利用一些气体放电的特性来解决许多高电压技术领域中所遇到的科学技术问题，如利用球隙放电测量高电压；用各种间隙放电来限制过电压；利用电晕放电时产生稳定的电晕层以改善电场分布，从而提高间隙的放电电压等。

4 高压试验相关标准

GB/T16927.1一1997 根据IEC60一l:1989《高电压试验技术, 第一部分: 一般试验要求》进行修订, 在技术内容及编写规则上都和IEC标准保持一致, 同时用GB/T16927.1一1997《高电压试验技术, 第一部分: 一般试验要求》取代GB311.2一3一83 《高电压试验技术, 第一部分:一般试验条件和要求; 第二部分: 试验程序》。和旧版本相比, 新标准在技术上汲取了现代高电压技术在放电机理方面的研究成果, 修正了大气校正因数, 并且增加了人工污秽试验, 同时保持了原标准中的试验程序。国际标准IEC6O一1的采用使我国的高电压试验技术与国际保持了一致性, 为技术经济交流提供了便利。

5 结束语

高压试验设备是超高压输电线路进行相关试验研究的工具, 以此为基础的高压试验内容包括了对输变电设备电气绝缘、点电晕干扰、带电作业和对变压器进行的高压冲击试验等; 同时, 新的试验相关标准汲取了新的研究成果, 使我国的试验技术与国际接轨。

参考文献：

[1]华中工学院, 上海交通大学. 高电压试验技术仁[M].北京:水利电力出版社, 1985

[2]GB/T16927.1一1997 高电压试验技术(第一部分) :一般试验要求[S]

[3]吴广宁,高波,周利军,张血琴.论我校高电压与绝缘技术专业研究生的科研选题[A]. 第三届全国高等学校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集[C]. 2005