高電壓技術：第五章 電氣設備的絕緣及試驗方法

1、第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電氣設備 的絕緣及試驗方法,要求,熟悉電力系統(tǒng)主要電氣設備的絕緣結 構，能對主要電氣設備正確進行絕緣試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,知識點,電力變壓器的絕緣及試驗 互感器的絕緣及試驗 斷路器的絕緣及試驗 GIS的絕緣及試驗 電力電纜的絕緣及試驗 電容器的絕緣與試驗 發(fā)電機的絕緣與試驗 避雷器的試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,重點和難點,各種電氣設備的絕緣特點 各種電氣設備絕緣試驗的接線方法 各種電氣設備絕緣試驗結果的分析方法,第五章 電器設備的絕緣及試驗,5.1 電力變壓 器的絕緣與試驗,內容,電力變壓器的結構特點 電力變壓器的絕緣試驗,第五章 電

2、器設備的絕緣及試驗,一、電力變壓器的結構特點,1變壓器的絕緣結構,我國生產(chǎn)的油浸式電力變壓器中主絕緣幾乎 均采用油屏障絕緣結構，35kV及以下的 采用膠紙筒和油間隙所構成的油屏障絕 緣結構，35kV及以上的采用不含膠的絕緣紙 和紙板構成的絕緣層和油間隙結構。110kV 及以上的油浸式采用小油隙（油隙小于12 mm）結構，60kV以下電壓等級的常采用大 油隙20mm左右）結構,第五章 電器設備的絕緣及試驗,由變壓器的1min 工頻耐壓和沖擊電壓所決定,由變壓器的沖擊耐壓所決定,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2變壓器的絕緣材料和絕緣性能,油浸 電力 變壓 器主 要的

3、絕緣 材料,變壓器油,礦物油,合成油,纖維性固體絕緣材料,介電常數(shù)較高，體積電阻率較大，具有吸濕性，耐熱系數(shù)不高，機械強度也不高,最基本的絕緣材料，充滿整個油箱，起著絕緣和散熱的雙重作用,非纖維固體絕緣材料,芳香聚酰胺紙和紙 板、線性聚酯樹脂 的熱塑性聚合物、 聚丙烯、聚胺基甲 酸酯聚合物,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、電力變壓器的絕緣試驗,繞組絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù) 的測量,泄漏電流的測量,介質損失角正切的測量,交流耐壓試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,1繞組絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)的測量,測量變壓器繞組的絕緣電阻時，應依次測量各繞組對地 和對其他繞組間的絕緣電阻，被測繞組各引線

4、均應短接 在一起，非被測繞組應短接后接地,變壓器絕緣電阻和吸收比的測量順序和部位,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2泄漏電流的測量,特點：比測量絕緣電阻具有更高的靈敏度，能 較靈敏地發(fā)現(xiàn)變壓器套管密封不嚴進水、高壓 套管裂紋等其他試驗項目不易發(fā)現(xiàn)的缺陷,試驗接線與測量次數(shù)及部位：與測量絕緣電阻 的相同，測量時將直流高電壓試驗裝置的高壓輸 出端接至被測繞組，非被測繞組接外殼及地,判斷標準：一般與同類型設備數(shù)據(jù)比較或與同 一設備歷年數(shù)據(jù)比較，不應有顯著變化，并結合 其他絕緣試驗結果綜合分析做出判斷,第五章 電器設備的絕緣及試驗,3介質損失角正切的測量,主要用來檢查變壓器整體受潮、油質劣化、繞組 上附

5、著油泥及嚴重的局部缺陷等，是判斷31.5M VA以下變壓器狀態(tài)的一種較有效的手段,表52 電橋法測量變壓器繞組的部位,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,4交流耐壓試驗,對發(fā)現(xiàn)變壓器的主絕緣的局部缺陷十分有效,試驗時被試繞 組的引出線端 頭均應短接， 非被試繞組端 頭應短接并接 地,第五章 電器設備的絕緣及試驗,實例分析】 交流耐壓試驗時，非被試 繞組首尾短接后不接地可以嗎,低壓繞組不接地時，由于 其處于高壓繞組對地的電 場中，低壓繞組對地將具 有一定的電位，其大小取 決于C2和C12， U2高于其規(guī)定的試驗電壓 ，引起低壓繞組的對地放 電

6、或絕緣損壞，所以非被 試繞組都應短路接地,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第二節(jié) 互感器的 絕緣與試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、電壓互感器的絕緣特點,電磁 式電 壓互 感器 按絕 緣分 為,干式,澆注式,油浸式,充氣式,用于電壓等級在6kV以下戶內裝置,一般用于電壓等級在335kV戶內的配電裝置,適用電壓等級為335 kV，可以不要冷卻裝置,第五章 電器設備的絕緣及試驗,110kV及以上電壓互感器多采用的結構： 用套管代替金屬油箱以縮小體積,當上、下鐵心柱內的磁通不相等時，在繞組中感應電勢，產(chǎn)生環(huán)流，使磁通較大的上鐵心柱去磁 ，磁通較小的下鐵心柱增磁，使磁通大致相等，從而使繞組的電壓分

7、布均勻，提高了測量準確度,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、電流互感器的絕緣特性,電流 互感 器按 絕緣 可分 為,干式使用于低壓用戶,澆注式是利用環(huán)氧樹脂作絕緣， 澆注成型，適用于35kV及以下 室內變電站,電容型多為戶外式，用于110kV 及以上的電壓等級電流互感器,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,三、互感器的絕緣試驗,1絕緣電阻的測量,只測互感器繞組的絕緣電阻，不測吸收比。 測量一次繞組時，使用2500V兆歐表； 互感器吊芯檢修時，將鐵心穿心螺栓一端與鐵心 的連接片拆開，用2500V兆歐表測，拆不開不測。 絕緣電阻測量值用比較法分析判斷，不應低于原 始值的60

8、,2tan值的測量,3交流耐壓試驗,該試驗是指繞組連同套管對外殼的工頻交流耐壓試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第三節(jié) 高壓斷路器 的絕緣與試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、高壓斷路器的絕緣特性,高壓斷路器的絕緣主要有三部分： 一是導電部件對地之間的絕緣，通常 由支持絕緣子或瓷套、絕緣拉桿和提 升桿以及絕緣油或絕緣氣體組成； 二是同相斷口間的絕緣； 三是相間絕緣，各相獨立的斷路器的 相間絕緣就是空氣間隙。 斷路器各部分絕緣應能承受規(guī)程所規(guī) 定的試驗電壓的作用,第五章 電器設備的絕緣及試驗,少油斷路器通常采用充油或純瓷絕緣套 管作為對地絕緣，絕緣拉桿一般用環(huán)氧 玻璃布棒（環(huán)氧玻璃鋼,SF

9、6斷路器的絕緣結構十分簡單，在斷 口動、靜觸頭之間的絕緣介質除了瓷套 外就是SF6氣體,其對地絕緣包括SF6氣 體、絕緣瓷套、絕緣拉桿。SF6斷路器 是全封閉的結構，內部絕緣不容易受潮,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、高壓斷路器的絕緣試驗,1絕緣電阻和泄漏電流試驗,對各類型的斷路器，要求測量其整體的絕 緣電阻，測量時應采用2500V兆歐表,對空氣斷路器，實際是測量其支持瓷套的絕 緣電阻，最低不得小于5000M。 對于少油斷路器還應測量絕緣提升桿的絕緣 電阻。（測量提升桿的絕緣電阻應在斷路器 調整完畢與油箱注油之前進行,第五章 電器設備的絕緣及試驗,40.5kV及以上的少油斷路器、空氣斷路器

10、和SF6斷路器，應測量其支持瓷套、絕緣提 升桿一極斷口間直流泄漏電流。泄漏電流試 驗比絕緣電阻測量能更靈敏地發(fā)現(xiàn)絕緣提升 桿受潮、滅弧室壓力筒受潮、絕緣油受潮及 劣化等缺陷,第五章 電器設備的絕緣及試驗,對于少油斷路器和空氣斷路器，按圖接線進行試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2介質損失角正切的測量,SF6斷路器不進行此項試驗,少油斷路器一般也不做此項試驗,有并聯(lián)電容器的斷路器，則應測量電容器的電容值和tan,第五章 電器設備的絕緣及試驗,3交流耐壓試驗,交流耐壓的試驗電壓一般由試驗變壓器或串聯(lián)諧振回路產(chǎn)生。試驗應在分、合閘狀態(tài)下進行。 合閘狀態(tài)下的試驗是為了考驗用作絕緣支柱的瓷套管的絕緣；

11、 分閘狀態(tài)下的試驗是為了考驗斷路器的斷口、滅弧室的絕緣，分閘試驗時應在同相斷路器動觸頭和靜觸頭之間施加試驗電壓,第五章 電器設備的絕緣及試驗,5.4電力電纜 的絕緣與試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、電力電纜絕緣結構特性,電力電纜是由導電線芯、絕緣、護套 、屏蔽層、鎧裝等幾部分組成,電力電纜按導電線芯的數(shù)量和形狀可分為：單芯結構、三相圓芯電纜、三 相扇形電纜、四芯扇形電纜等,電力電纜按絕緣材料分為：油紙絕緣電纜、橡塑絕緣電纜、充油電纜、充氣電纜等,尤以交聯(lián)聚乙烯電纜在中、高壓輸電系統(tǒng)中的應用廣泛,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,交聯(lián)聚乙烯電力電纜,有優(yōu)良的電氣

12、性能和耐熱性能，具有傳輸容量較大、附件接頭簡單、不受高度落差的限制、沒有漏油和引起火災的危險等優(yōu)點,交聯(lián)聚乙烯電纜和油浸紙包電纜在結構上的區(qū)別除了相間主絕緣采用交聯(lián)聚乙烯塑料以及線芯形狀是圓形之外，還有兩層半導體屏蔽層。(芯線外面的半導體屏蔽層;相間絕緣外面的半導體屏蔽層和薄銅帶組成了良好的相間屏蔽層。,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、電力電纜絕緣試驗,1、測量絕緣電阻,電力電纜的絕緣電阻，是指電纜芯線對地或電纜某芯線對其他芯線及外皮間的絕緣電阻。 測量時除被測相芯線外，非被測相芯線應短路并接地,電力電纜的絕緣電阻與電纜的長度、測量時的溫度以及電纜終端頭或套管表面臟污、潮濕等有較大的關系。測

13、量時應將電纜的終端頭表面擦拭干凈，并在纜芯端部絕緣上或套管端加裝屏蔽環(huán)消除表面電流的影響,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2直流耐壓和泄漏電流試驗,直流耐壓試驗是現(xiàn)場檢查電纜抗電強度的常用方法，直流耐壓對檢查絕緣中的氣泡 、絕緣損傷等局部缺陷比較有效，泄漏電流對反映絕緣老化、受潮比較靈敏,泄漏電流的測量應采用微安表接在高壓端的接線，并應設法消除試品表面及周圍空間的雜散電流的影響,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,加壓側微安表與對側微安表讀數(shù)之差即為電纜絕緣 的泄漏電流,第五章 電器設備的絕緣及試驗,在泄漏電流試驗過程中，若發(fā)現(xiàn)泄漏電流隨時 間增大而明顯上升說明電纜頭或電

14、纜內部可能受潮；若泄漏電流升至某一電壓后急劇上升，說明電纜已明顯老化或存在嚴重隱患；泄漏電流周期性擺動，說明電纜有局部孔隙性缺陷,在進行直流耐壓試驗和泄漏電流試驗時應均勻升壓，在0.25、0.5、0.75、1.0倍試驗電壓下停1min,讀取泄漏電流的值。升壓到試驗電壓時，同時讀取1min及5min的泄漏電流值， 耐壓5min的泄漏電流值不應大于耐壓1min時的泄漏電流,第五章 電器設備的絕緣及試驗,5.5 電容器 的絕緣與試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、電力電容器結構特征,電力電容器主要有三部分組成：電容器極板(是導電良好的金屬材料)、介質材料(起著儲藏能量和絕緣的雙重作用，要求單位體

15、積或單位質量所儲藏的能量盡量大，并且損耗小、壽命長、工藝性能好)，和外殼(有金屬外殼和絕緣外殼兩種，絕緣外殼最常見的是電瓷外殼,第五章 電器設備的絕緣及試驗,介質材料,固體介質,液體介質,金屬化紙和金屬化薄膜,用于電容器的固體介質要求導電微粒和弱點很少、耐 電強度高，介電常數(shù)大、介質損耗小，且易于加工成 厚度均勻的薄膜，宜卷繞、浸漬性能好,電容器紙,塑料薄膜,用作浸漬劑。要求有良好的電氣性能，希望電阻率、介 電常數(shù)和擊穿場強高，tan??；有好的理化性能，凝 固點低，粘度小，不燃，無毒，與固體介質相容性好； 材料來源廣泛，處理工藝,簡單等,電容器油、烷基苯、二芳基乙烷、 酯類浸漬劑等,具有自愈性

16、，在電力電容器設計中常用組合介質結構,第五章 電器設備的絕緣及試驗,平行板電容器,極板面積，cm2,極間介質的厚度，m,真空的介電常數(shù)，其值為8.8510-12F/m,介質的相對介電常數(shù),電容值約 等于該元件展開成平面長條時的2倍,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、電容器的絕緣試驗,1測量絕緣電阻,耦合電容器，測量兩極間的絕緣電阻絕緣,電阻不低于5000M,并聯(lián)電容器，測量兩極對外殼的絕緣電阻（測量時兩極應短接），這主要是檢查器身套管等對地的絕緣。一般要求絕緣電阻不低于2000M,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2電容值和tan的測量,可判斷電容器內部接線是否正確，是否有斷 線或擊穿現(xiàn)象,1)耦

17、合電容的電容值和tan的測量(采用QS1電橋正接線,測量的電容值，pF,所測電容銘牌電容值，pF,規(guī)程規(guī)定耦合電容器的電容變化率在運行中應在銘牌 電容值的+10%5%范圍,第五章 電器設備的絕緣及試驗,電力電容器電容值的測量,1).用法拉表測量,2).電壓、電流表法,電流表A所測得的電流值，A,頻率表F所測的頻率值Hz,電壓表 所測得的電壓值V,F,第五章 電器設備的絕緣及試驗,3交流耐壓試驗,耦合電容器只在必要時進行極間交流耐壓 試驗,并聯(lián)電容器的極間一般不做交流耐壓試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,5.6 發(fā)電機的 絕緣與試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、發(fā)電機的絕緣結構,發(fā)電機的

18、絕緣結構主要取決于其定子繞組的結構，定子繞組的結構又與電機的容量和額定電壓等有關,定子繞組的絕緣包括槽絕緣、匝間絕緣和端部防暈,發(fā)電機槽中的絕緣厚度（包括導線絕緣、匝間絕緣和對地絕緣等）是影響槽滿率（槽內導體截面與整個槽截面之比）的主要因素,第五章 電器設備的絕緣及試驗,發(fā)電機繞組的絕緣結構基本采用連續(xù)式 絕緣結構,連續(xù)式絕緣是指整個繞組均采用絕緣帶半疊繞（后一圈絕緣帶將前一圈搭蓋上一半）而成,絕緣帶一般采用玻璃布補強的環(huán)氧粉云母帶 （黃絕緣,第五章 電器設備的絕緣及試驗,將匝間絕緣改為 縱包，即在漆包 線3外面用約厚 0.08mm的芳香 聚酰胺云母紙2 縱包，而讓對地 絕緣1中所含的 樹脂將

19、此孔隙填 滿，可比半疊繞 時省10%空間,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,提高內部起始電暈放電電壓的措施主要 有：在絕緣層外包浸過半導體漆的玻璃 布帶、在線棒槽內涂半導體漆、下線后 壓緊槽楔。 繞組端部防暈措施有：在繞組絕緣表面 加半導體層和在絕緣層中加內屏蔽極板,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二.發(fā)電機的絕緣試驗,1定子繞組絕緣電阻及吸收比的測量,以免繞組匝間分布電容的影響,第五章 電器設備的絕緣及試驗,影響發(fā)電機定子、繞組絕緣電阻的因素主 要有：測量電壓、測量時間、溫度、濕度 以及絕緣材料的質量、尺寸等,第五章 電器設備的絕緣及試驗,2轉子繞組絕緣電阻的測量,1

20、）靜態(tài)測量,2）動態(tài)測量,發(fā)電機靜止狀態(tài)，把滑環(huán)上的電刷提起來，用1000V 兆歐表測量（水冷用500V或以下的兆歐表）火線接在 滑環(huán)處，地線接在轉軸上。測量前后將兩花環(huán)短接放電,測量采用電壓法。用內阻為20000/V的萬用表。在 測量前一定保證勵磁回路絕緣狀況良好,轉子繞組對軸絕緣電阻值（M,萬用表內阻 正負滑環(huán)之間的電壓 正滑環(huán)對軸電壓,第五章 電器設備的絕緣及試驗,3定子繞組的泄漏電流及直流耐壓試驗,4定子繞組工頻交流耐壓試驗,發(fā)現(xiàn)發(fā)電機主絕緣在槽部和槽口處缺陷的有效方法,優(yōu)點是試驗電壓和工作波形、頻率一致，絕緣內 部的電壓分布及擊穿性能符合發(fā)電機的工作狀態(tài),可以從電流隨著電壓變化的情況

21、中觀察絕緣的狀況,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,5.7 避雷器的試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,一、閥式避雷器的試驗,1絕緣電阻的測量,2工頻放電電壓試驗（見圖518,目的是檢查火花間隙的結構及特性是否正常 ，檢驗它在過電壓下是否有動作的可能性,測量時應注意問題： （1）電壓的測量。 （2）保護電阻的選擇。 （3）升壓速度(35kV/s) （4）放電時間間隔,折算到高壓側的短路阻抗,估計的避雷器放電電壓,V,流過避雷器的放電電流，A,第五章 電器設備的絕緣及試驗,第五章 電器設備的絕緣及試驗,3電導電流的測量,帶并聯(lián)電阻的避雷器施加直流電壓時，其 兩端所測得的

22、電流稱為電導電流。測量電 導電流的目的是檢查避雷器的并聯(lián)電阻是 否受潮、老化、斷裂、接觸不良以及非線 性系數(shù)（描述著電壓與電流的非線性 關系，即）是否相配,U2, I2額定試驗電壓及對應的電導電流,U1, I150%額定試驗電壓及對應的電導電流,當避雷器是由多個帶有分路電阻的元件組裝而成時，需測量 校核其中每個元件的非線性系數(shù)是否相近。 同一相內，串聯(lián)組合元件中兩個元件的非線性系數(shù)差值運行中 不應大于0.05，否則，各元件的工頻電壓分布會嚴重不均勻， 從而影響避雷器的滅弧性能,第五章 電器設備的絕緣及試驗,二、金屬氧化物避雷器試驗,1絕緣電阻測試,2直流1mA下電壓及75%該電壓下泄 漏電流的測量,試驗時應注意，試 驗必須與地絕緣， 外表面應加屏蔽， 屏蔽線要封口；直 流電壓發(fā)生器應單 獨接地；試品底部 與匝絕緣應保持干 燥,試驗