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对直流高压试验中电压极性的研究
2021-05-14

武汉华天电力专业生产直流高压发生器,下面为大家介绍直流高压试验中电压极性的研究。


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。

高压发生器



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(<10MA),且电渗现象不明显,当直流高压试验引线的电晕电流不可忽视时,以采用正极性直流试验电压为宜。这是因为直流高压试验施加正极性电压时,引线的起始电晕电压比负极性为高。高压引线对地电场可用典型的棒板电极等效,实测棒—板电极的起始电晕电压U0,负极性和正极性分别为2.25KV和4KV,即U-0<U+0。这是由于棒极附近正空间电荷的影响。正空间电荷使紧贴正棒附近的电场减弱,而使负棒附近的电场增强。

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  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。

  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。

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