高电压综合试验

高电压综合试验与实践

一、实验目的

1、参观高电压与绝缘实验室，认识各种高压设备。

2、观察液体击穿实验，更深入的理解小桥理论。

3、通过棒-板间隙放电和球间隙放电实验，全面深刻的理解气体介质的击穿特性。

二、实验原理

工程用变压器油属于不纯净的液体介质，油中常含有气体、水分以及各种聚合物。这些杂质的介电常数和电导与油本身的相应参数不相同，这就必然会在这些杂质附近造成局部强电场。在电场力的作用下，这些杂质很容易沿电场方向极化定向，并排列成杂质“小桥”，如果杂质“小桥”贯穿于两电极之间，由于组成“小桥”的纤维和水分的电导大，发热增加，促使水分汽化，形成气泡小桥连通两级，导致油的击穿。由于这种击穿依赖于“小桥”的形成，所以也称此为解释变压器油热击穿的所谓“小桥”理论。

球间隙电场是典型的稍不均匀电场实例。球隙的工频击穿电压通常是指工频电压的峰值电压。

羊角间隙电场是典型的极不均匀电场。由于极性效应，在工频交流电压下，羊角间隙的击穿电压总是发生在棒极为正极性的半周期的峰值电压附近。

三、实验内容

1、参观高电压与绝缘实验室。

进入实验大厅，第一个感觉就是高压实验室跟别的实验室不同。实验大厅十分高大空旷，设备很大，数量却不多。这是因为试验时电压高，对周围的绝缘距离要求就大，如果距离太小，那么仪器在升压的过程中可能会向周围放电。

高电压与绝缘实验大厅有四个主要的设备，工频高压发生器（工频高压试验变压器）、直流高压发生器、冲击电压发生器和冲击电流发生器。

（1）工频高压发生器（工频高压试验变压器）

试验大厅中的工频高压发生器是两级串联，每一级为500kV/1000kVA的变压器，两级串联后构成了一个1000kV/2000kVA的变压器。但是实际发电容量为额定值的80%~85%。

电力变压器一般是持续工作，因此需要充分考虑散热、绝缘和保护；然而实验变压器工作时间短，不需要过多的散热，因此没有散热片，体积较小。

可以看到，两级电压器的外壳上均匀缠绕着一种金属环，这就是均压环，它的作用是使绝缘子两端的电压均匀。外壳上三级均压环使电压呈250 kV—500 kV—750 kV—1000 kV 均匀分布。

双套管串级变压器原理图（实验室的为两级串联）（2）直流高压发生器

倍压整流电路，利用滤波电容的存储作用，由多个电容和二极管可获得几倍于变压器副边电压的输出电压。把多个单元倍压电路串联起来可以实现多级倍压整流电路。

每两个硅堆组成一级倍压电路，每一级倍压整流电路使电压增大一倍，试验大厅的直流高压发生器共有6级电路串联，因此输出电压为输入电压的12倍，额定输出电压为1200kV。

直流高压串级发生器原理图（3）冲击电压发生器

多级电容器在并联接线下充电，然后设法将各级电容器在某一瞬间串联起来放电，即可获得很高的冲击电压。适当选择放电回路中各元件的参数，还可获得不同的冲击波形。

冲击电压发生器外观上和直流高压发生器非常相似，一个很明显的差别就是冲击电压发生器有许多铜球间隙。可以看到，试验大厅中的冲击电压发生器有8组铜球间隙，也就是说这是一个8级冲击电压发生器，额定输出电压为2400kV。

（4）冲击电流发生器

冲击电流发生器的工作原理基本上与冲击电压发生器相似。由一组高压大容量的电容器通过直流高压并联充电，充电时间为几十秒至几分钟，然后通过触发球隙的击穿，并联对地试品放电，从而在试品上流过冲击大电流。

试验大厅中的冲击电流发生器额定电流为200kA。

2、液体击穿实验——“小桥”理论

Z-VI型直流高压发生器作为电源，产生高压加在油杯两端；ZV-B型全屏蔽自动换挡直流高压微安表作为电流表，测量放电漏电流；试品是两个油杯，一个盛放的是纯净的变压器油，另一个是加入杂质的变压器油，杯中有一对圆盘形电极。

通电后逐渐升压，纯净的油杯中基本没有变化，而加入杂质的油杯中可以看到两个电极间逐渐形成了一层细密的通道；继续升压，含有杂质的油杯中反应愈加强烈，电极间“小桥”更加密集，杂质在油杯中浮动，还能看到些许气泡，同时听到嘶嘶声；当升压到某一数值时，小桥闪出一道亮光，同时听到啪的一声，变压器油发生击穿。

变压器油的击穿受多种因素影响，杂质和水分是重要的影响因素。试验所用的变压器油并非完全纯净，含有微量的气体、水分以及其他纤维杂质，一般利用“小桥”理论来解释变压器油的击穿过程。小桥理论认为油中杂质包括水分和纤维等其相对介电常数较大，更容易在电场作用下定向排列，沿电力线力一向形成小桥。组成小桥的成分电导较大，因此泄漏电流增大，使得小桥发热严重导致油和水分局部汽化，最后形成击穿。

与交流电压相比，在直流电压作用下，由于直流电压的单向导电性，油中杂质在直流电压下更容易极化而定向排列形成小桥，因而更容易发生油中击穿.直流击穿电压较交流电压低且同样的电压峰值下直流更容易产生电弧放电。

发

.

生击穿时的电压大致为28kV，漏电流为140A

3、羊角间隙和球间隙放电

250kV的工频电压发生器分别加在棒-板间隙和球间隙上。

开启电源开关，操作台上绿灯亮；依次按下调压器合闸按钮、变压器合闸按钮，操作台

上红灯亮；按下升压按钮逐渐升压，先迅速升压，到30kV的时候缓慢升压，观察间隙间现象；升压到某一数值时，气隙发生放电击穿，保护装置启动，使调压器、变压器跳闸，操作台上绿灯亮；关闭电源开关，实验结束。

羊角间隙放电实验中，在38.6kV开始放电，继续升压到40.8kV时击穿，放电时间较长；球间隙放电实验中，在48kV时放电并迅速击穿，放电时间短。

四、实验分析与总结

我还想说说我在这个实验过程中的收获和体会。

其实说实话我不是第一次参观我们院的高压试验大厅了，准确的说应该是第四次了。不同的老师带我们进去过，为我讲解过。但是我是从这次才认真地做着笔记，认真的去了解了三大件（工频、直流、冲击发生器），了解它们的工作原理。还看老师演示了两个实验：液体击穿实验——“小桥”理论、羊角间隙和球间隙放电。说实话，我自己和同学们都被“惊艳”到了，看到那些神奇的现象一方面为自己是学习电气的感到自豪，但同时又有些惭愧：连这“世面”都没见过的我们明年就能要走上工作岗位？要学的东西太多了，我们要趁剩下的不多的大学生涯，好好学些知识。

每一个武大人都应该有这样的魄力：今日我以母校为荣，明日母校能够以我为荣！