对电力直流高压试验中的分析

摘要：直流高压试验是电力设备交接和预防性试验的重要试验项目，它包括测量泄漏电流和直流耐压试验。本文正是在高压试验电压极性研究的理论基础上，对电渗漏和耐压试验的研究进行电极性研究和分析，以期为高压试验的工程应用提供可供借鉴的方法与经验。

关键词：电力;高压试验; 电渗现象;问题分析

Abstract: dc high-voltage test is the electric power equipment transferring and preventive test important test of the project, it includes measurement leakage current and dc pressure test. This article is in high pressure test voltage polarity of the theory research, based on electric leakage and pressure test on the research of the polar research and analysis, so as to provide the high pressure test engineering application for reference method and experience.

Keywords: electric power; High pressure test; Electroosmosis phenomenon; Problems analysis

中图分类号：O521 文献标识码：A文章编号：

高压试验是电力设备交接和预防性试验的重要试验项目，它包括测量泄漏电流和直流耐压试验。我国最新的电力行业标准《电力设备预防性试验规程》(DC/T596-1996)中对直流高压试验的电极性有明确的规定：“在进行直流高压试验时，应采用负极接线”。对于直流高压试验中电压极性问题，也是直流高压试验研究者共同关心的问题，鉴于此，本论文试图对高压试验中电压的极性展开研究，以期为高压试验的工程应用提供可供借鉴的方法与经验。

一、高压试验中电压极性的研究依据

目前我国和世界上多数工业发达国家都具有2250KV的试验变压器，个别国家的试验变压器的电压已达到3000KV。而对于直流高压试验的电压极性的研究，其基本理论依据是什么？适用范围多大？对于这些问题，本文作者根据多年的研究结果提出用电渗现象来解释。

什么是电渗现象？这是F.罗伊斯在1809年观察到的，当时他把两个直立的玻璃筒插入一堆湿黏土中。然后,在玻璃筒中注满水,并插入金属电极。当加上电势时，负极处的水面升高,正极处的水面却降低,而且在正极处还吸上了一些悬浮的黏土。这种在外加电场作用下，液体通过多孔固体的运动现象，称为电渗，是胶体常见的电动现象之一。电渗现象的产生是由于多孔固体在与液体接触的交界面处，因吸附离子或本身的电离而带电荷，液体则带相反电荷。在外加电场作用下，液体对固体就发生相对移动。在罗伊斯的观察中，由于电势为负极性时水面升高,故可判定水是带正电的，相反，黏土粒子是带负电的。

高压试验中存在的电渗现象也可以通过简单的电渗装置进行模拟。先将一根铜线在素烧瓷筒外面环绕几圈作为外电极，瓷筒里面灌注蒸馏水，然后插入铜线作内电极，再往瓷筒两电极间施加300～400V的直流电源，就会发现如下现象：如将外电极接通电源负极，内电极接通电源正极，便可以看到水从素烧瓷筒内往外渗出；若借助电极性变换开关，反过来改变电源的电压极性，就会发现瓷筒里面的水不但停止渗出，而且连瓷筒表面的水也向瓷筒内渗入。上述实验现象表明：在不同极性电压作用下，水能通过多孔固体（如黏土、素烧瓷筒、油浸纸等）向不同方向运动。这种现象也就是所谓的电渗现象，这也就是解释为什么测量泄漏电流要用负极性电压作为研究的理论基础。

二、直流高压试验的电压极性试验分析

高压电流的运行流量数据值对比表明，电缆线或变压器等油浸式电力设备的绝缘材料，其受潮通常是从外皮或外壳附近开始的。我们可以根据电渗现象原理来对此进行解释，电缆线或变压器绝缘材料中的水分在电场作用下带正电，当电缆芯或变压器绕组施加正极性电压时，绝缘材料中的水分被其排斥而渗向外皮或外壳，使其水分含量相对减小，继而导致泄漏电流减小；电缆芯或变压器绕组施加负极性电压时，绝缘中的水分被其吸引而渗过绝缘材料向电缆芯或变压器绕组移动，使其绝缘材料中的高场强区的水分相对增大。我们通过分析可以得出如下结论：

（一）直流高压试验中电压极性对新的电缆和变压器泄漏电流的测量结果无影响。因为新电缆和变压器的绝缘基本没有受潮，所含的水分甚微，在电场作用下，电渗现象很弱，故而在正、负极性试验电压下的泄漏电流会相同。

（二）直流高压试验中电压极性对旧电缆和变压器泄漏电流的测量结果有明显的影响，这是电渗现象所致。绝缘油纸受潮越严重，-dc与+dc的差别越显著,所以采用负极性试验电压进行泄漏电流量测算较为严格，也更易于发现电力设备中绝缘油纸存在的绝缘方面的缺陷。应当指出，对某些电力设备，如110KV及以上的少油断路器，由于其本身的泄漏电流值较小（

表一

由此导致外加的直流高压试验的电压极性不同时，高压引线的电晕电流是不同的。表一列出了在不同极性试验电压下，高压引线电晕电流的测量结果。由表可见，40KV下的电晕电流负极性较正极性高出50%-80%，这对泄漏电流较小的电力设备泄漏电流测量结果将有举足轻重的影响，有时甚至导致出现负值现象。同时，可以得到结论:加40KV负极试验电压时,线端为刷状的空载泄漏电流比在同样电压下测得的少油断路器的泄漏电流还要大。产生这种现象的原因是高压试验中引线部分的电极不同所致，特别是引线端头电晕电流影响。

三、直流高压试验电极性耐压研究

直流高压试验另一个重要的试验是耐压试验，而绝缘试验是其主要的检测指标，受电极性影响也最大。绝缘特性试验是指在较低的电压下或是用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷，尽量弥补。例如测量绝缘电阻、测量绝缘的介质损耗角正切值、油中的气体色谱分析、空载试验、局部放电的超声波测量。实践证明，此类方法是有效的,但尚不能仅靠它来判断绝缘的耐压等级。

高压试验中的绝缘耐压试验电极性研究，它能通过电流量数据变化值发现那些危险性较大的集中性缺陷，确保绝缘耐压等级的检测依据。在电极性变化耐压试验中，对比正负电极下，升高电压供给被试品所需的高电压，用球隙测压器来测量电压或保护被试品受过电压数值。由于有些被试品的电容量很大，故而电压极性的试验必须考虑这些客观因素。从理论上讲，如果容性电流增大，其绝缘耐压性能会增大；如果在电压极性改变的情况下，其绝缘性能会相应有所减少，其试验电压极性的改变而相应的数值也呈反比。对于某些被试品大容量、高电压的要求,调压器、升压变压器的容量也要相应的增大，因此高压耐压试验必须在非破坏性试验之后进行，以避免电压极性的变化中造成不应有的击穿和经济损失。

通常耐压试验的被试品，一般为容性负荷，当被试品的电容量较大时，电容电流在试验变压器的漏抗上就会产生较大的压降。由于被试品上的电压与试验变压器漏抗上的电压相位相反，有可能因电容电压升高而使被试品上的电压比试验变压器的输出电压还高，因此要求在被试品上直接测量电极电压。要达到高压试验的电压要求，通常采用工频高压经高压硅堆整流而获得直流高压，但这种方式因设备体积大、稳定度差、纹波系数高而日渐淘汰，而采用工频倍压整流高压发生器，其电路简单、过载能力强、故障率低的特点，有利于在高压试验中进行电极性研究，但由于是工频倍压一般无闭环反馈，因而高压稳定度差，使得电极试验数值波动变化大，必须扩大数据采集面，进行多点测算和数值比较。

四、直流高压试验电极性耐压试验分析

直流高压试验的另一常规项目――直流耐压试验，也同样受电极性影响。通过直流高压试验的电压极性研究数据对比表明，在棒-板电极构成的不对称、极不均匀的电场中，气体间隙也相同时，由于电极性效应，负棒-正极的火花放电电压是正棒-负极的火花放电电压的2倍多，当间隙距离为100cm时，正、负极性的火花放电电压分别为450KV和1000KV，1000/450=2.2倍。这种电极性效应也是由于电晕空间电荷对电场畸变造成的。通常情况下，电力设备的外绝缘水平比其内绝缘水平要高，显然，高压试验中施加负极试验电压使，外绝缘就更不容易发生闪路，这样就有利于达到用直流耐压试验检查内绝缘缺陷的目的。另外，对电缆等采用油浸纸作为绝缘此类的电力设备，由于电渗现象，其内绝缘施加负极性试验电压时的击穿电压，较正极性低10%左右，也就是说，电缆芯接负极性试验电压检出缺陷的灵敏度更高，即更容易发现绝缘缺陷。

因此，我们在进行直流高压试验时，采用负极性试验接线较正极性接线更容易发现电力设备绝缘、特别是油浸纸绝缘材料的绝缘缺陷。此外，在测量某些电力设备绝缘的泄漏电流时，若电渗现象不明显，而电晕电流对测量结果又影响较大时，宜采用正极性直流试验电压，以减少电晕电流的影响，并在此基础上，完成对直流高压试验的基本研究。

五、结语

电力设备的高压试验是一项高技术复杂工程，它涉及管理模式、评估技术、监测技术、诊断技术、经济分析、人员素质等多个方面，同时，由于高压试验工作环境的非凡性，这就要求参试人员增强对电气试验的熟悉程度，提高试验技术水平，克服各种主客观因素带来的影响，从各种角度理解高压试验的中必须解决的测量泄漏电流和直流耐压试验的问题。

总之，对高压试验各个方面的研究中还有不少问题有待解决，需要更多的人投入研究工作，相信在电力技术人员的共同努力下，对高压试验各个方面的研究一定会上一个新的台阶，研究成果开发和运用它也将给人们带来巨大的社会和经济效益。

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