絕緣的非破壞性試驗

1、高電壓工程系高電壓工程系劉春劉春第1010講講 絕緣的非破壞性試驗（二）絕緣的非破壞性試驗（二）與破壞性試驗（一）與破壞性試驗（一）一、局部放電局部放電-局放局放1. 局部放電的概念：局部放電的概念： Partial Discharge,Partial Discharge,簡稱為簡稱為PD: PD: 由于電氣設備內部絕緣存在弱點，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復擊穿和熄滅現(xiàn)象。2. 局部放電的危害：局部放電的危害： 局部放電發(fā)生在一個或幾個絕緣內部的氣隙或氣泡之中。由于放電能量很小，不影響電氣設備的短時絕緣強度。局放產生的一些不良效應，如不良化合物的產生，就可以慢慢地

2、損壞絕緣，最后可導致整個絕緣被擊穿，發(fā)生突發(fā)性故障。4.3 4.3 局部放電測量局部放電測量3.局部放電的特點： 當介質內部發(fā)生局部放電時，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)當介質內部發(fā)生局部放電時，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產生，介質損耗的增象。有些屬于電的：如電脈沖的產生，介質損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學變化、氣體壓力的變化和化學變化. .4.局部放電的檢測： 這些現(xiàn)象都可以用來判斷局部放電是否存在，因此檢測方法也可以分為電的和非電的兩類。5.5.測量局部放電的幾種方法測量局部放電的幾種方法絕緣油

3、的氣相色譜分析法：這項試驗是通過檢查電氣設備油樣內所含的氣體組成的含量來判斷設備內部的隱藏缺陷。超聲波探測法：在電氣設備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測器，用以探測局部放電所造成的超聲波，從而了解有無局部放電的發(fā)生，粗測其強度和發(fā)生的部位。脈沖電流法：測PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強弱程度，這種方法可以給出定量的結果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標。二、二、 局部放電的基本物理過程局部放電的基本物理過程局部放電的三電容模型局部放電的三電容模型Cg：氣泡的電容Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質電容Ca：其余大部分絕緣的電容 u局部放電機理 首次放電過程 氣泡兩端電壓ug隨外加電

4、壓u的升高而升高；當u上升到Us時，ug到達氣泡的放電電壓Ug時，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug 下降到Ur，然后放電熄滅。 Ur叫做殘余電壓，數(shù)值上它小于Ug（絕對值），可以接近為零值。局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化 tUCCCCCuCumbgbbgbgsin單次放電過程持續(xù)時單次放電過程持續(xù)時間約間約10-8s數(shù)量級，含數(shù)量級，含有較多高頻成分。有較多高頻成分。局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化 局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化放電火花一熄滅，Cg兩端的電壓將再次上升，由于此時Cg已經有了一個初始的直流電壓Ur 。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當它再次升到U

5、g時，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅 。放電機理放電機理當氣泡兩端Cg放電時，放電總電容Cg： Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr真實放電量真實放電量當Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0時， qr UgCgbagbgabababaggCCCCCCCCCCCCCC)( babagrgrCCCCCUUq在實際試驗時，上式中所表達的各個量，都是無法實測的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Ca上的，當Cg上的電壓變動(Ug-Ur)時，會造成外施電壓的變化外施電壓的變化量量 U（可以測量）（可以測量）應為babrgCCCUUU由此兩式得總電容

6、上的電壓變化量U： 相應的電荷變化量q（視在放電量）視在放電量）： 把U 式代入上式q ，可得 babgagbrCCCCCCCqU)(gbgbaCCCCCUqbgbrCCCqqCqU這個式子建立了真實放電量和視在放電量視在放電量之間的關系之間的關系真實放電量：真實放電量： qr，是無法測量的，是無法測量的（1）視在放電量：視在放電量： q，其表達式中的量都是可以測得的。它是局部放電試驗中的重要參量，國際和國家標準中，對于各類高壓設備的視在放電量q的允許值均有所規(guī)定q比真實放電量比真實放電量qr小得多，小得多，它以pC作為計量單位。2.2.表征局部放電的重要參數(shù)表征局部放電的重要參數(shù)放電重復率N

7、（2）放電重復率放電重復率N 一秒鐘內產生的脈沖數(shù)叫做放電重復率N，可以通過實驗求得。如果每半周內的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n （3）放電能量放電能量一次脈沖放電能量W當外施電壓由零上升到Us時，Cg上的電壓為Ug，即可得如Ur0，則 。bbgrgrgrCCCUUqUUqW221bgbsgCCCUUgrgsUUUUqW2/2/sUqW放電能量的大小對電介質的老化速度有很大影響。放電能量的大小對電介質的老化速度有很大影響。局部放電的其它表示方法為了表征局部放電在一定期間內的平均綜合效應，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流平均放電電流，放電功率放電功率等。有時還測量局部放電的起始放電電

8、壓起始放電電壓和熄滅電壓熄滅電壓。影響局部放電特性的多種因素 主要有電壓的幅值 、電壓的波形和頻率、電壓的作用時間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等。3 3 局部放電測量的基本回路局部放電測量的基本回路電檢測法電檢測法 發(fā)生局放時，試品兩端會出現(xiàn)一個瞬時的電發(fā)生局放時，試品兩端會出現(xiàn)一個瞬時的電壓變化，在檢測回路中引起一高頻脈沖電流壓變化，在檢測回路中引起一高頻脈沖電流，將它轉化成電脈沖后就可以進行測量。，將它轉化成電脈沖后就可以進行測量。（a）串聯(lián)測量回路 Ck耦合電容，為耦合電容，為Cx與檢測與檢測阻抗阻抗Zm之間提供一個低阻抗之間提供一個低阻抗的通道（電源本身由于高頻的通道（電源本身由于高頻感抗

9、而無法提供），感抗而無法提供）， Ck內部內部必須無局放，值較大以增大必須無局放，值較大以增大Zm上的信號；上的信號；Z低通濾波器，以防局放低通濾波器，以防局放時放電脈沖被電源的雜散電時放電脈沖被電源的雜散電容旁路，同時也可阻止電源容旁路，同時也可阻止電源本身的干擾脈沖進入試品和本身的干擾脈沖進入試品和測量支路測量支路局放并聯(lián)、橋式測量回路局放并聯(lián)、橋式測量回路（b）并聯(lián)測量回路）并聯(lián)測量回路 （c）橋式測量回路）橋式測量回路適合于試品一端接地的情況適合于試品一端接地的情況外部干擾在外部干擾在Zm和和Zm上的干擾上的干擾信號基本抵消信號基本抵消測量儀器：測量儀器：示波器，峰值表，脈沖計數(shù)器示波

10、器，峰值表，脈沖計數(shù)器對放電量大小的規(guī)定對放電量大小的規(guī)定我國試驗規(guī)程規(guī)定我國試驗規(guī)程規(guī)定（1）固體絕緣互感器：電壓為 時，放電量不大于100pC ， Um為系統(tǒng)最高額定線電壓。 充油互感器：放電量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油紙電容式：不大于20pC膠紙電容式：不大于400pC3/1 . 1mU國標規(guī)定：國標規(guī)定：220kV220kV及以上的電力變壓器必須做及以上的電力變壓器必須做PDPD試驗試驗電力變壓器PD測試的加壓過程 U1為最高額定線電壓UmU2： 或要求在 的U2值下，q300pC或要求在 的U2值下，q500pC3/3 . 1mU3/5 . 1mU3/5 . 1m

11、U3/3 . 1mU4 4 局放測量中的抗干擾措施局放測量中的抗干擾措施 電磁干擾來源（1）與局放信號一起通過電流傳感器進入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾（2）監(jiān)測系統(tǒng)本身的干擾 干擾類別（1）周期型干擾周期型干擾：系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無線電通訊等（2）脈沖型干擾脈沖型干擾：電力電子器件產生的高頻涌流、脈沖型干擾和高壓線路上的電暈放電、電弧放電等（3）白噪聲白噪聲：線圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動力電源線以及變壓器繼電保護信號線路中耦合進入的各種噪聲等。干擾的抑制干擾的抑制 。 可從以下幾方面區(qū)分局放信號和干擾信號；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號極性、重復率和物理位置等。 試驗中所使用的設備應盡量采

12、用試驗中所使用的設備應盡量采用無暈設備無暈設備，特別是試驗變壓，特別是試驗變壓器和耦合電容器和耦合電容Ck。濾波器的性能要好，要做到電源與測量回路的高頻隔離。濾波器的性能要好，要做到電源與測量回路的高頻隔離。試驗時間應盡量選擇在干擾較小的時段，如夜間等。試驗時間應盡量選擇在干擾較小的時段，如夜間等。測量回路的參數(shù)配合要適當，測量回路的參數(shù)配合要適當， 耦合電容要盡量不小于試品耦合電容要盡量不小于試品電容電容Cx，使得在局部放電時，使得在局部放電時Cx與與Ck間能很快地轉換電荷。間能很快地轉換電荷。必須對測量設備進行校準。必須對測量設備進行校準。4.4 4.4 絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析絕緣

13、油的電氣試驗和氣相色譜分析一、一、絕緣油絕緣劣化原因絕緣油絕緣劣化原因氧化氧化裂解裂解碳化碳化二、油中溶解氣體與故障類型關系二、油中溶解氣體與故障類型關系故障類型故障類型主要氣體成分主要氣體成分次要氣體成分次要氣體成分油過熱CH4、C2H2H2、C2H6油和紙過熱CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油紙絕緣中的局放H2、CH4、C2H4COC2H2、C2H6、CO2油中火花放電H2、C2H2電弧放電H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和紙中電弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H623三、氣相色譜分析三、氣相色譜分析油樣采集 脫氣 樣品檢測 結果判斷24氣相色譜分

14、析氣相色譜分析四比值法：四比值法： CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三比值法：三比值法： CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H42522426242HCHCHCCHH三比值法的局限性三比值法的局限性當多種故障同時存在時容易誤判當多種故障同時存在時容易誤判264.5 4.5 絕緣的在線監(jiān)測絕緣的在線監(jiān)測27針對設備性針對設備性能特點選擇能特點選擇年時信號采年時信號采集方式集方式信號預處理、信號預處理、顯示及報警顯示及報警專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)體系結構監(jiān)測系統(tǒng)體系結構 - -分層式分層式4.5.1 4.5.1 tgtg的在線監(jiān)測的在線監(jiān)測l數(shù)字測量法數(shù)字測量法29l 電橋法電橋法4.5.2 4.5.2 局部放電的在線監(jiān)測局部放電的在線監(jiān)測u脈沖電流法u超聲波法u甚高頻法304.5.3 4.5.3 絕緣材料溫度的測量絕緣材料溫度的測量u接觸式傳感器 熱敏式電阻傳感器 -熱電偶u非接觸式紅