大中型水库电气设备绝缘电阻测量

GXF360 2017-11-11

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何继业1 许旭东2 陈世杰3 吴俊欣3

水库是我国水利工程重要的基础设施之一，特别是大中型水库对社会发展与稳定起着重要的作用。水库电气设备的安全稳定影响着水库效益的发挥，问题严重时会给人民生命财产带来威胁。因此，加强对大中型水库的电气设备的检测尤为重要。

测量电气设备的绝缘电阻，是检查其绝缘状态最基本的方法之一，也是不可缺少的试验项目。测量设备的绝缘电阻，可以初步判断主绝缘是否受潮，有助于发现电气设备中影响绝缘的异物以及绝缘击穿和严重过热老化等缺陷。

一、大中型水库主要电气设备

根据电气设备的作用不同，可将水库电气设备分为一次设备和二次设备。电气一次设备指的是直接用于生产、输送、疏导、分配和消耗电能的电气设备，其中主要包括发电机、变压器、断路器、隔离开关、自动开关、互感器、电力电缆、电动机、避雷器等。电气二次设备是指对一次设备的工作进行监测、控制、调节、保护以及为运行维护人员提供运行工况或生产指挥信号所需的低压电气设备，主要包括继电器、测量仪表、控制和信号开关、自动装置、控制电缆等。

通常从高压母线引电缆至站用变压器作为水库设备常用电源，配套柴油发电机组作为备用电源，并用电缆引入低压进线柜进行动力切换，并设电容补偿柜。通过母线排传至设备控制开关，最后通至主电动机、电动蝶阀及照明灯等水库运行设备，主接线图如1所示。

图1 某水库电气主接线图

二、基本原理

绝缘电阻Ri是指在绝缘体的临界电压以下，施加直流电压U-时，测量其所含的离子沿电场方向移动形成的电导电流Ig，应用欧姆定律所确定的比值，即Ri=U-/Ig。但是当绝缘体上施加直流电压以后，便会产生三种电流，电导电流Ig、电容电流Ic、和吸收电流Ia，如图2所示。因此，实际上绝缘电阻为：

这三种电流的变化能反映出绝缘电阻值的大小，通常随着加压时间的增长，这三种电流的总和下降，而绝缘电阻值相应增大。因为总电流随时间衰减，经过一定时间后，Ia和Ic衰减接近于零，整个电路的电流才趋于电导电流的数值，所以通常要求在加压1min(或10min）后读出数值，才能代表比较真实的绝缘电阻。

一般将60s和15s时绝缘电阻的比值R60/R15称为吸收比。有时候吸收比尚不足以反映绝缘介质的电流吸收全过程，为了更好地判断绝缘情况，可以采用较长时间的绝缘电阻进行衡量，即10min和1min绝缘电阻的比值，称为极化指数。

三、测量方法

1.使用仪表

测量电气的绝缘电阻、吸收比和极化指数可使用兆欧表，通常的兆欧表有手摇式、电动式和数字式几种。选择测量仪表型号主要考虑的是其电压等级，对100V以下的电气设备或回路，采用250V的50MΩ及以上兆欧表；100～500V的电气设备或回路，采用500V的 100MΩ 及以上兆欧表；500～3000V的电气设备或回路，采用1000V的2000MΩ及以上兆欧表；3000～10000V的电气设备或回路，采用2500V的10000MΩ及以上兆欧表；10000V及以上的电气设备或回路，采用2500V或5000V的10000MΩ及以上兆欧表。

图2 绝缘体等值电路图

2.测量步骤

电气试验要求有两人以上进行操作，在测量绝缘电阻前要断开设备电源，并拆除一切对外接线，将其充分放电。检查兆欧表是否正常，将兆欧表放置平稳，转动至额定转速，此时兆欧表指针应指向“∞”，再用导线短接兆欧表的火线和地线端头，其指针应指零。假如指针有较大偏差则说明仪器内有故障，应将故障排除再进行测量。通常采用相应等级的兆欧表，对大中型水库主要一次设备进行检测。

（1）变压器

首先应将高压侧的进线电缆和低压侧的出线母排拆除，若低压侧连接一些控制电缆亦需要拆除，非被测试绕组引线端均短路接地。非被测绕组接地其主要优点是：可以测量出被测绕组对地和非被测绕组间的绝缘状态；同时能避免非被测绕组中，由于剩余电荷对测量的影响。采用相应型号的兆欧表依次测量各绕组对地及绕组间的绝缘电阻，测量部位可按表1进行，同时记录15s、60s、600s绝缘电阻值。测量完毕后，在兆欧表仍保持额定转速下断开火线，然后断开地线，以防止对兆欧表反充放电损毁表计。每测一次绝缘电阻，都应在结束后采用接地线对被测绕组充分放电以后才能拆线、接线，进行下一步操作。对于变压器这样的大型设备，一般不是仅以绝缘电阻值来判断绝缘状态，测量吸收比和极化指数更能准确地判断设备是否受潮或存在贯穿性缺陷。

（2）电动机

电动机的绝缘测试工作中，测量定子绕组绝缘电阻和吸收比是一种最常用的检查绝缘状态的方法。试验时，电动机本身不得带电，端口出线必须和外部连接母线以及其他连接设备断开，尽可能避免外部影响，并将被测定子绕组充分放电。测量时将火线和被测绕组的导体连接，地线和电动机外壳接触（电动机外壳必须接地良好），同时记录绝缘电阻值。

（3）电力电缆

测量电缆时首先应断开进线处隔离开关，对所测电缆充分放电，并拆除电缆两头对外接线，用清洁干燥的布擦净电缆头，选择合适量程的兆欧表，火线连接电缆头，地线连接接地体，逐相测量。为了测量准确，应在电缆芯端部绝缘上或套管端都装屏蔽环并连接兆欧表的屏蔽端。低压电缆或电缆较短时读数很快就趋于稳定值，而高压电缆或电缆较长时一般取15s和60s的读数。

3.注意事项

（1）温度和湿度的影响

温度对绝缘电阻的影响很大，原因在于当温度升高时，绝缘介质中的极化加剧，电导增加，致使绝缘电阻降低，应根据相关公式进行换算。因此，测量时必须记录温度。

湿度对表面泄漏电流的影响很大，绝缘表面吸附潮气，增加电导，使绝缘电阻显著降低，所以进行绝缘试验时应尽量在天气干燥的情况下进行。

（2）放电时间的影响

每测完一次绝缘电阻，应将被试品充分放电，将剩余电荷放尽。否则，在重复测量时，由于剩余电荷的影响，其充电电流和吸收电流将比第一次测量时小，因而造成吸收比减小、绝缘电阻增大的虚假现象。因此，对于电容量较大的设备在测量以后，要经过五分钟甚至更长时间放电才能进行下一次测量。

（3）安全问题

测量电气设备时应注意人身安全，对设备放电时应使用绝缘工具，佩戴绝缘手套和绝缘鞋，切勿用手直接接触放电导线。在测量前必须先断开进线处总开关，确保设备不带电的情况下才能进行下一步操作。

表1 测量变压器绝缘电阻接线（双绕组式）表

项序测量绕组接地部位1 低压侧高压侧绕组和外壳2 高压侧高压侧绕组和外壳3 高压侧和低压侧外壳

四、测量结果的判断

有关绝缘电阻标准，除对少数结构比较简单和部分低电压设备规定了最低值外，对多数高压电气设备的绝缘电阻值不作规定。

除了测得的绝缘电阻值很低，试验人员认为该设备的绝缘不良，在一般情况下，试验人员应将同样条件下的不同相绝缘电阻值进行比较，不应有明显差别，或以同一设备历次试验结果(在可能条件下换算至同一温度）进行比较，不应有显著降低（例如降低至70%），结合其他试验结果进行综合判断。需要时，应对被试品各部位分别进行分解测量（将不测量部位接屏蔽端），便于分析缺陷部位。