電氣設備絕緣預防性試驗

1、第二篇 電氣設備絕緣試驗電氣設備進行絕緣試驗的必要性： 電力系統(tǒng)的規(guī)模、容量不斷地擴大，停電造成的損失越來越嚴重。 我國電力短缺，這就需要提高發(fā)電設備可靠性，使其滿負荷運轉(zhuǎn)，增加發(fā)電量。 絕緣往往是電力系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，絕緣故障通常是引發(fā)電力系統(tǒng)事故的首要原因。 電介質(zhì)理論仍遠未完善，須借助于各種絕緣試驗來檢驗和掌握絕緣的狀態(tài)和性能。 本篇主要闡述電氣設備絕緣試驗的試驗設備、試驗方法和測量技術。 絕緣試驗分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類。 破壞性試驗檢驗絕緣的電氣強度，非破壞性試驗檢驗其他電氣性能。絕緣預防性試驗的目的是什么？ 絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺陷而引起，我們通過測量電氣特性的變化來發(fā)

2、現(xiàn)隱藏著的缺陷。 絕緣缺陷類型 集中性缺陷：裂縫、局部破損、氣泡等 分散性缺陷：內(nèi)絕緣受潮、老化、變質(zhì)等第四章 電氣設備絕緣預防性試驗常見試驗項目：測量絕緣電阻，吸收比，泄漏電流，介質(zhì)損耗角正切，局部放電，電壓分布等。 TE571（測量局部放電）絕緣電阻測試儀主要電氣設備的絕緣預防性試驗項目序序號號 電氣設備電氣設備試試 驗驗 項項 目目測量測量絕緣絕緣電阻電阻測量絕測量絕緣電阻緣電阻和吸和吸 收比收比測量測量泄漏泄漏電流電流直 流 耐直 流 耐壓 試 驗壓 試 驗并 測 泄并 測 泄漏電流漏電流測量測量介質(zhì)介質(zhì)損耗損耗角正角正切切測 量測 量局 部局 部放電放電油的介油的介質(zhì)損耗質(zhì)損耗角正切

3、角正切油中油中含水含水量分量分析析油中油中溶解溶解氣體氣體分析分析油 的油 的電 氣電 氣強度強度測量測量電壓電壓分布分布交 流交 流耐 壓耐 壓試驗試驗1同 步 發(fā) 電 機同 步 發(fā) 電 機和調(diào)相機和調(diào)相機2交流電動機交流電動機3油浸變壓器油浸變壓器4電 磁 式 電 壓電 磁 式 電 壓互感器互感器5電流互感器電流互感器6油斷路器油斷路器7懸 式 和 支 柱懸 式 和 支 柱式絕緣子式絕緣子8電力電纜電力電纜什么叫絕緣的老化 絕緣老化的原因有哪些 電介質(zhì)的熱老化 電介質(zhì)的電老化 其他影響因素 第一節(jié)第一節(jié) 絕緣的老化絕緣的老化什么叫絕緣的老化？ 電氣設備的絕緣在長期運行過程中會發(fā)生一系列物理

4、變化和化學變化，致使其電氣、機械及其他性能逐漸劣化，這種現(xiàn)象統(tǒng)稱為絕緣的老化。 老化的原因有哪些？ 熱、電、機械力、水分、氧化、各種射線、微生物等因素的作用。一、電介質(zhì)的熱老化什么是電介質(zhì)的熱老化？ 在高溫的作用下，電介質(zhì)在短時間內(nèi)就會發(fā)生明顯的劣化；即使溫度不太高，但如作用時間很長，絕緣性能也會發(fā)生不可逆的劣化，這就是電介質(zhì)的熱老化。 溫度越高，絕緣老化得越快，壽命越短。絕緣材料的耐熱等級劃分耐熱等級耐熱等級極限溫度（極限溫度（）絕緣材料絕緣材料O90木材、紙；聚乙烯、聚氯乙?。惶烊幌鹉z木材、紙；聚乙烯、聚氯乙??；天然橡膠A105油性樹脂漆及其漆包線；礦物油油性樹脂漆及其漆包線；礦物油E12

5、0酚醛樹脂塑料；膠紙板；聚酯薄膜酚醛樹脂塑料；膠紙板；聚酯薄膜B130聚酯漆；環(huán)氧樹脂聚酯漆；環(huán)氧樹脂F(xiàn)155聚酯亞胺漆及其漆包線聚酯亞胺漆及其漆包線H180聚酰胺亞胺漆及其漆包線；硅橡膠聚酰胺亞胺漆及其漆包線；硅橡膠C180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯熱老化規(guī)則： 8規(guī)則：對A級絕緣介質(zhì)，如果它們的工作溫度超過規(guī)定值8時，壽命約縮短一半。 相應的對B級絕緣和H級絕緣則分別適用10和12規(guī)則。 介質(zhì)的老化過程 固體介質(zhì)的熱老化過程 受熱帶電粒子熱運動加劇載流子增多載流子遷移電導和極化損耗增大介質(zhì)損耗增大介質(zhì)溫升加速老化 液體介質(zhì)的熱老化過程

6、油溫升高氧化加速油裂解分解出多種能溶于油的微量氣體絕緣破壞 二、電介質(zhì)的電老化 什么是電老化？ 電老化系指在外加高電壓或強電場作用下的老化。 介質(zhì)電老化的主要原因是什么？ 介質(zhì)中出現(xiàn)局部放電。 局部放電引起固體介質(zhì)腐蝕、老化、損壞的原因有： 破壞高分子的結(jié)構(gòu)，造成裂解； 轉(zhuǎn)化為熱能，不易散出，引起熱裂解，氣隙膨脹； 氣隙中如含有氧和氮，放電可產(chǎn)生臭氧和硝酸，是強烈的氧化劑和腐蝕劑，能使材料發(fā)生化學破壞。在局部放電區(qū)，產(chǎn)生高能輻射線，引起材料分解； 各種絕緣材料耐局部放電的性能有很大差別： 云母、玻璃纖維等無機材料有很好的耐局部放電能力 旋轉(zhuǎn)電機采用云母、樹脂作為絕緣材料。 有機高分子聚合物等絕

7、緣材料的耐局部放電的性能比較差。 油溫升高而導致油的裂解，產(chǎn)生出一系列微量氣體； 油中的局部放電還可能產(chǎn)生聚合蠟狀物，影響散熱，加速固體介質(zhì)的熱老化。絕緣油的老化原因： 三、其他影響因素三、其他影響因素 機械應力：對絕緣老化的速度有很大的影響，產(chǎn)生裂縫，導致局部放電； 環(huán)境條件：紫外線，日曬雨淋，濕熱等也對絕緣的老化有明顯的影響。 小 結(jié)電氣設備的使用壽命一般取決其絕緣的壽命，后者與老化過程密切相關。 通過絕緣試驗判別其老化程度是十分重要的。 絕緣老化的原因主要有熱、電和機械力的作用 ，此外還有水分、氧化、各種射線、微生物等因素的作用。 各種原因同時存在、彼此影響、相互加強，加速老化過程。 絕

8、緣電阻 最基本的綜合性特性參數(shù)。 組合絕緣和層式結(jié)構(gòu)，在直流電壓下均有明顯得吸收現(xiàn)象，使外電路中有一個隨時間而衰減的吸收電流。 吸收比 檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷。泄漏電流 所加直流電壓高得多。 第二節(jié) 絕緣電阻、吸收比、泄漏電流的測量一、雙層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象 為了分析方便，改用電阻R1和R2代替上圖中的電導G1和G2。（R11/G1, R2=1/G2)討論因吸收現(xiàn)象而出現(xiàn)的過渡過程 開關S合閘作為時間 的起點，在 的極短時間內(nèi)，層間電壓按下式分布 t 0t（4-1）21210CCCUU（4-2）21120CCCUU穩(wěn)態(tài)電流將為電導電流 達到穩(wěn)態(tài)時（ ），層間電壓按電阻分配 t（4-3）

9、2111RRRUU（4-4）2122RRRUU（4-5）21RRUIg 由于存在吸收現(xiàn)象， ， ，在這個過程中的層間電壓按下式變化 110UU220UU（4-7）teRRRCCCRRRUu2122112122（4-6）teRRRCCCRRRUu2112122111（4-8）212121RRRRCC如選用第一個方程式，則 流過雙層介質(zhì)的電流為i（4-9）11CRiii22CRiii（410）teRRRRCCCRCRURRUi21212212112221)(當絕緣嚴重受潮或出現(xiàn)導電性缺陷時，阻值R1、R2 或兩者之和顯著減小， 大大增加，而 迅速衰減。 gIai上式中第一個分量為電導電流 ，第二個

10、分量為吸收電流 。 gIai二、絕緣電阻和吸收比的測量 絕緣電阻的表達式 (4-11)teCRCRRRCCRRRRCCtR21122212212121221)()(測量絕緣電阻時，其值是不斷變化的；t無窮時刻，等于兩層介質(zhì)絕緣電阻的串聯(lián)值。 通常所說的絕緣電阻均指吸收電流衰減完畢后的穩(wěn)態(tài)電阻值。 受潮時，絕緣電阻顯著降低， 顯著增大， 迅速衰減。因此，能揭示絕緣整體受潮、局部嚴重受潮、存在貫穿性缺陷等情況。但有局限性。 gIai 對于某些大型被試品，用測“吸收比”的方法來替代測量絕緣電阻。（412）601515601IIRRK 原理：令 和 瞬間的兩個電流值的 和 比值。 st15st6015

11、I60I 已經(jīng)接近于穩(wěn)態(tài)絕緣電阻值 ， 恒大于1,越大表示吸收現(xiàn)象越顯著，絕緣性能越好。 60RR1K吸收比是同一試品在兩個不同時刻的絕緣電阻的比值，所以排除了絕緣結(jié)構(gòu)和體積尺寸的影響。 所以應將 值和 值結(jié)合起來考慮，方能作出比較準確的判斷。1KR一般以 作為設備絕緣狀態(tài)良好的標準亦不盡合適，有些變壓器的 雖大于1.3，但 值卻很低；有些 ，但 值卻很高。 3 . 11K3 . 11KRR1K大容量電氣設備中，吸收現(xiàn)象延續(xù)很長時間，吸收比不能很好地反映絕緣的真實狀態(tài)，用極化指數(shù)再進行判斷。 某些集中性缺陷已相當嚴重，以致在耐壓試驗時被擊穿，但在此前測得的絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)卻并不低，因

12、為缺陷未貫穿絕緣?？梢妰H憑上述試驗結(jié)果判斷絕緣狀態(tài)是不夠的。 p測量絕緣電阻最常用的儀表為手搖式兆歐表 極化指數(shù) （413）min1min102RRK 圖4-1是利用手搖式兆歐表測量三芯電力電纜絕緣電阻的接線圖，也表示了它的測量原理。 兆歐表有三個接線端子：線路端子（L）、接地端子（E）和保護（屏蔽）端子（G）。 被試絕緣接在端子L和E之間，而保護端子G的作用是使絕緣表面泄漏電流不要流過線圈 測得的絕緣體積電阻不受絕緣表面狀態(tài)的影響。AL三、泄漏電流的測量 反映絕緣電阻值，但有一些特點：加在試品上的直流電壓比兆歐表的工作電壓高得多。故能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。 施加在試品上的直流電壓是逐漸

13、增大的，這樣就可以在升壓過程中監(jiān)視泄漏電流的增長動向。在電壓升到規(guī)定的試驗電壓值后，要保持1min再讀出最后的泄漏電流值。當絕緣良好時，泄漏電流應保持穩(wěn)定，且其值很小。 圖42是發(fā)電機的幾種不同的泄漏電流變化曲線。泄漏電流試驗接線圖如圖4-3所示 其中V為高壓整流元件，C為穩(wěn)壓電容，PV2為高壓靜電電壓表，TO為被試品。 注意 ：測量泄漏電流用的微安表需用并聯(lián)放電管V進行保護。 當流過微安表的電流超過某一定值時，電阻 上的壓降將引起V的放電而達到保護微安表的目的。1R小 結(jié)絕緣電阻是一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)最基本的綜合特性參數(shù)。 電氣設備中大多采用組合絕緣和層式結(jié)構(gòu)，故在直流電壓下均有明

14、顯的吸收現(xiàn)象，測量吸收比可檢驗絕緣是否嚴重受潮或存在局部缺陷。 測量泄漏電流從原理上來說，與測量絕緣電阻是相似的，但它所加的直流電壓要高得多，能發(fā)現(xiàn)用兆歐表所不能顯示的某些缺陷，具有自己的某些特點。第三節(jié) 介質(zhì)損耗角正切的測量 介質(zhì)的功率損耗 與介質(zhì)損耗角正切 成正比,所以后者是絕緣品質(zhì)的重要指標，測量 值是判斷電氣設備絕緣狀態(tài)地一項靈敏有效的方法。 能反映絕緣的整體性缺陷（如全面老化）和小電容試品中的嚴重局部性缺陷。 測量 能不能靈敏地反映大容量發(fā)電機、變壓器和電力電纜絕緣中的局部性缺陷，應盡可能將這些設備分解成幾個部分，然后分別測量它們的 。 Ptgtgtgtgtg一、西林電橋基本原理其中

15、被試品的等值電容和電阻分別為Cx和Rx;R3為可調(diào)的無感電阻；CN為高壓標準電容器的電容；C4 為可調(diào)電容；R4為定值無感電阻；P為交流檢流計。 可得 在交流電壓 的作用下，調(diào)節(jié) 和 ，使電橋達到平衡，即通過檢流計P的電流為零，因而 U3R4CCBCAUUBDADUU（4-15）BDCBADCAUUUU由式（4-15）可寫出 式中 （4-16）4231ZZZZ（4-17）xxCjRZ111NCjZ1233RZ44411CjRZ介質(zhì)并聯(lián)等值電路的介質(zhì)損耗角正切 可求得試品電容 和等值電阻 xCxR（4-18)1 (2424234RCRCRCNx（4-19）NxCRCRCRR2442242423)

16、1 (（4-20）441RCRCtgxx 試品電容 （4-21)4Ctg(4-22）NNxCRRtgRCRC34234)1 ( 因為 ，如取 ， 1002f100004R 并取 的單位為 ，則簡化為 4CF西林電橋反接線原理 電橋平衡的過程與正接線時無異，所不同者在于各個調(diào)節(jié)元件、檢流計和屏蔽網(wǎng)均處于高電位，故必須保證足夠的絕緣水平和采取可靠的保護措施。 （一）外界電磁場的干擾影響 消除干擾的方法：金屬屏蔽網(wǎng)和屏蔽電纜 二、 測量的影響因素 tg干擾包括高壓電源和試驗現(xiàn)場高壓帶電體引起的電場干擾。 在現(xiàn)場測試條件下，電橋往往處于一個相當顯著的交變磁場中，這時電橋接線內(nèi)也會感應出一個干擾電勢，對

17、電橋的平衡產(chǎn)生影響，也將導致測量誤差。（二）溫度的影響 （三）試驗電壓的影響 一般來說， 隨溫度的增高而增大。 tg 為了便于比較，應將在各種溫度下測得的 值換算 到20時的值。 tg（五）試品表面泄漏電流的影響（四）試品電容量的影響對電容量較大的試品（例如大中型發(fā)電機、變壓器、電力電纜、電力電容器等）,測量 只能發(fā)現(xiàn)整體分不性缺陷，因而用測量介質(zhì)損耗角正切的方法來判斷絕緣狀態(tài)就不很靈敏了。 tg測試前應清除絕緣表面的積污和水分，必要時還可以在絕緣表面上裝設屏蔽極。 小 結(jié)測量 值是判斷電氣設備絕緣狀態(tài)地一項靈敏有效的方法。 tg 值的測量，最常用的是西林電橋。 tgtg 的測量受一系列外界因

18、素的影響。試驗中應盡可能采用屏蔽，除污等方法消除這些影響。 絕緣中的局部放電是引起電介質(zhì)老化的重要原因之一。局部放電的基本概念，表征局部放電的重要參數(shù)。局部放電檢測發(fā)展歷史及測量方法綜述。脈沖電流法的測量原理。一些局部放電測量儀器。第四節(jié) 局部放電的測量測定電氣設備在不同電壓下的局部放電強度和發(fā)展趨勢，就能判斷絕緣內(nèi)是否存在局部缺陷以及介質(zhì)老化的速度和目前的狀態(tài)。 一、局部放電基本概念 絕緣內(nèi)部氣隙局部放電的等值電路如圖4-9所示。 電容上分到的電壓 ，氣隙放電電壓 ，熄滅電壓（剩余電壓） ，局部放電的電流變化曲線見圖4-10。 gusUrU 表征局部放電的參數(shù)（4-28）aaUCqp 視在放

19、電量q其中 為試品電容， 為氣隙放電時，試品兩端的壓降。aUaCq既是發(fā)生局部放電時試品 所放掉的電荷，也是電容 上的電荷增量。（比真實放電量小得多） aCbC 指一次局部放電所消耗的能量。 p放電重復率（N） p放電能量（W）（432）iqUW21 其中q q為視在放電量， 為局部放電起始電壓。 iU 在選定的時間間隔內(nèi)測得的每秒發(fā)生放電脈沖的平均次數(shù)p其他參數(shù) 平均放電電流 放電的均方率 放電功率 局部放電起始電壓 局部放電熄滅電壓 二、局部放電檢測方法綜述 p聲檢測法 介質(zhì)中發(fā)生局部放電時，其瞬時釋放的能量將放電源周圍的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)，效果就像一個小爆炸。此時放電源如同一個聲源，向外發(fā)

20、出聲波。由于放電持續(xù)時間很短，所發(fā)射的聲波頻譜很寬，可達到數(shù)MHz。 介紹一種聲測法傳感器 固體中常用傳感器為測震儀（accelerometer）和聲發(fā)射（Acoustic Emission）傳感器。測震儀有著平滑的頻率特性，測試頻率可達50kHz以上。聲發(fā)射傳感器有多個頻段（30k1MHz），該傳感器有很強的方向性，一般來說只能測試某個特定方向的聲信號。Senaco AS100 聲傳感器 北京亞捷隆測控技術有限公司 抗電磁干擾能力強 靈敏度不受試品電容的影響 能進行復雜設備放電源定位 在傳播途徑中衰減、畸變嚴重 基本不能反映放電量的大小 實際中一般不獨立使用聲測法，而將聲測法和電測法結(jié)合起來

21、使用。噪聲檢測法的特點p光檢測法 采用光纖傳感器，局部放電產(chǎn)生的聲波壓迫使得光纖性質(zhì)改變，導致光纖輸出信號改變，從而可以測得放電。 光測法只能測試表面放電和電暈放電 ，在現(xiàn)場中光測法基本上沒有直接應用。 將光纖技術和聲測法相結(jié)合提出了聲-光測法。 光纖傳感器應用p化學分析法 膜紙絕緣介質(zhì)中，常用高性能液體色譜分析法（HPLC）判斷介質(zhì)老化情況。在電力變壓器中，油色譜分析（DGA）方法是一種簡單、經(jīng)濟、有效的變壓器在線監(jiān)測方法。 目前局部放電電檢測方法 脈沖電流法 無線電干擾電壓法（RIV） 射頻檢測法（RF） 介質(zhì)損耗分析法（DLA） 超高頻（UHF）檢測法p電氣檢測法脈沖電流法 測量視在放電

22、量 介質(zhì)損耗法 西林電橋 脈沖電流法測量原理 電氣檢測法的發(fā)展1925年，Schwaiger發(fā)現(xiàn)電暈放電的射頻特性，由此發(fā)展出1928年，基于電子束示波器技術，Lioyd和Starr等人設計出1954年，首臺商用由Mole等人研制成功； 1960年，基于平行四邊形檢測原理，Dakin等人設計出1975年，Lemke博士等人設計出局放測試儀，測試帶寬達到10MHz; 1978年，Tanaka Okamoto等人采用計算機技術建立1981年，Boggs、Fujimoto、Stone等人設計出1GHzTE571局部放電測試儀TWPD-4多通道數(shù)字式局部放電綜合分析儀 天威新域科技發(fā)展有限公司 小 結(jié)

23、局部放電的檢測已成為確定產(chǎn)品質(zhì)量和進行絕緣預防性試驗的重要項目之一。 試驗內(nèi)容包括測量視在放電量、放電重復率、局部放電起始電壓和熄滅電壓、放電的具體部位。 表征局部放電的參數(shù)主要有：視在放電量、放電重復率、放電能量等。 絕緣的在線監(jiān)測tg的在線監(jiān)測局部放電（PD）的在線監(jiān)測離線監(jiān)測的缺點：以上所述的絕緣預防性試驗方法，都是電力設備處于離線情況下進行的。 需停電進行，而不少重要的電力設備不能輕易地停止 運行； 停電后的設備狀態(tài)，如作用電場及溫升等和運行中不相符合，影響診斷的正確性。譬如前述的絕緣tg檢測，采用電橋法時，由于標準電容器的額定電壓的限制，一般只加到10kV，這對于220 kV500

24、kV的電力設備而言，電壓是很低的 只能周期性進行而不能連續(xù)地隨時監(jiān)視，絕緣有可能在診斷期間發(fā)生故障；在線監(jiān)測和診斷的優(yōu)缺點：在線監(jiān)測和診斷是電力設備在運行狀態(tài)下進行的，故可避免離線監(jiān)測及診斷的上述缺點，可使判斷更加準確。自70年代以來，隨著傳感、信息處理及電子計算機技術的快速發(fā)展，在線監(jiān)測和診斷技術也得到迅速的發(fā)展。根據(jù)在線監(jiān)測和診斷的結(jié)論，還可以做到有的放矢地進行維修，這種維修稱為預知性維修。在線監(jiān)測和診斷技術的不足是投資費用較大，只適用于大型和重要設備及變電所 tg的在線監(jiān)測1. 電橋法 在線監(jiān)測tg時，仍可用前述的西林電橋測量方法。但由于原來應用在電橋中的標準電容器的工作電壓大多僅為10

25、kV，因此對于較高電壓的現(xiàn)場電力設備的測量，需引入一電壓互感器PT降壓，以適應標準電容器的額定電壓 電橋法在線監(jiān)測tg原理圖CX試品 Co標準電容器 PT電壓互感器 G指零儀 角差：互感器所帶來的角差，可通過RC移相電路予以校正。然而角差會隨負載大小等因素的影響有所變動，所以校正也不可能是很理想的。電橋中R3、C4的調(diào)節(jié)可以手動，也可以自動。由于是有觸頭的調(diào)節(jié)，為了長年的使用，必須選擇十分可靠的R3、C4可調(diào)節(jié)元件 電橋法在線監(jiān)測tg原理圖CX試品 Co標準電容器 PT電壓互感器 G指零儀 2. 計數(shù)脈沖測相位差法脈沖測相位差法原理波形圖這是一種直接測量介質(zhì)損失角的方法。一般情況下，角很小，所以可以用測出的來代表tg即：tg（/2）3. 全數(shù)字測量法 又稱數(shù)字積分法。這是一種用A/D轉(zhuǎn)換器分別對電壓和電流波形進行數(shù)字采集，然后根據(jù)付里葉分析法的原理，進行數(shù)字運算，最終可求得tg值 局部放電（PD）的在線監(jiān)測電力變壓器PD的在線聲電聯(lián)合監(jiān)測CD電流脈沖檢測器 MC超聲壓力傳感器 RC羅戈夫斯基線圈聲電信號圖形識別電力變壓器PD在線監(jiān)測時所獲得的電流脈沖及超聲信號 現(xiàn)場帶電測量的靈敏度實驗室：IEC要求新生產(chǎn)的300 kV變壓器在制造廠的實驗室里試驗時，PD的視在放電量應小于300500 pC現(xiàn)場帶電：現(xiàn)場大變壓器的PD