高電壓技術(shù)相關(guān)課件-第三、四章-xueyd

1、第三章第三章電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗中國石油大學(xué)信控學(xué)院絕緣缺陷和絕緣試驗絕緣缺陷和絕緣試驗絕緣缺陷分類：絕緣缺陷分類：集中性缺陷：如懸式絕緣子的瓷件開裂，發(fā)電機絕緣局部磨損、擠集中性缺陷：如懸式絕緣子的瓷件開裂，發(fā)電機絕緣局部磨損、擠壓開裂，等壓開裂，等分布性缺陷：指整體絕緣性能下降分布性缺陷：指整體絕緣性能下降,如大面積受潮、老化等如大面積受潮、老化等絕緣試驗分類：絕緣試驗分類：非破壞性試驗（檢查性試驗）：在較低電壓下測定絕緣的某些方面非破壞性試驗（檢查性試驗）：在較低電壓下測定絕緣的某些方面的特性及其變化情況，從而間接判斷絕緣的狀況。的特性及其變化情況，從而間接判斷絕

2、緣的狀況。破壞性試驗（耐壓試驗）：模擬設(shè)備絕緣在運行中可能受到的危險破壞性試驗（耐壓試驗）：模擬設(shè)備絕緣在運行中可能受到的危險的過電壓狀況，對絕緣施加與之等價的高電壓來進行試驗，從而考的過電壓狀況，對絕緣施加與之等價的高電壓來進行試驗，從而考驗絕緣耐受這類電壓的能力。驗絕緣耐受這類電壓的能力。兩類試驗均必不可少，各有特點，不能相互代替，只能互為補充。兩類試驗均必不可少，各有特點，不能相互代替，只能互為補充。絕緣試驗技術(shù)包括：絕緣試驗技術(shù)包括：預(yù)防性維修（定期維修）：以預(yù)防性試驗為基礎(chǔ)預(yù)防性維修（定期維修）：以預(yù)防性試驗為基礎(chǔ)狀態(tài)維修（預(yù)知維修）：以在線檢測試驗為基礎(chǔ)狀態(tài)維修（預(yù)知維修）：以在線

3、檢測試驗為基礎(chǔ) 3.1 絕緣電阻的測量絕緣電阻的測量 絕緣電阻的測量絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(1)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)最基本的綜合性參數(shù)本的綜合性參數(shù)雙層介質(zhì)的等值電路雙層介質(zhì)的等值電路 加入直流電壓后電流加入直流電壓后電流絕緣電阻的測量絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(2)t=0，電壓按電容反比分配，電壓按電容反比分配t=時，電壓按電阻正比分配時，電壓按電阻正比分配 動態(tài)充電電流為，動態(tài)充電電流為， 時間常數(shù)時間常數(shù) 21210CCCUU21120CCCUU2111RRRUU212

4、2RRRUUtmageIRRUiIi21212122121122)()()(RRRRCCCRCRUIm212121RRRRCC）（傳導(dǎo)電流傳導(dǎo)電流吸收電流吸收電流絕緣電阻的測量絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(3)絕緣電阻：直流電壓與充電電流之比，其絕緣電阻：直流電壓與充電電流之比，其值隨時間不斷變化值隨時間不斷變化通常指：吸收電流衰減完畢后的穩(wěn)態(tài)電阻通常指：吸收電流衰減完畢后的穩(wěn)態(tài)電阻評價方法評價方法1：絕緣電阻絕緣電阻。可能時間長，或變化范圍大（和結(jié)構(gòu)有關(guān)）可能時間長，或變化范圍大（和結(jié)構(gòu)有關(guān)）和歷史值相比，根據(jù)變化趨勢確定損害程度和歷史值相比，根據(jù)變化趨勢確定損害程度

5、評價方法評價方法2：吸收比吸收比：15S和和60S兩個時刻兩個時刻電流值的比值。電流值的比值。絕緣良好：絕緣良好：k1=1.3Ig比例?。粫r間常數(shù)大，吸收電流尚明顯。比例??；時間常數(shù)大，吸收電流尚明顯。絕緣損壞：反之絕緣損壞：反之Ig比例大；時間常數(shù)小，比例大；時間常數(shù)小，15S時吸收電流衰減完時吸收電流衰減完可以排除絕緣結(jié)構(gòu)、體積尺寸的影響?？梢耘懦^緣結(jié)構(gòu)、體積尺寸的影響。也有例外：也有例外： 如如 R1C1=R2C2 時無吸收電流，無法應(yīng)用時無吸收電流，無法應(yīng)用 R值和值和K1值判斷結(jié)果矛盾值判斷結(jié)果矛盾絕緣電阻的測量絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(4)評價方法評價

6、方法3：結(jié)合結(jié)合R值和值和k1 評價方法評價方法4：吸收比和極化指數(shù)結(jié)合。：吸收比和極化指數(shù)結(jié)合。極化指數(shù)：極化指數(shù)：1分鐘和分鐘和10分鐘的電流比值分鐘的電流比值可解決時間常數(shù)很長的情況可解決時間常數(shù)很長的情況仍需進一步探索新方法仍需進一步探索新方法絕緣劣化過程的非線性。絕緣劣化過程的非線性。某些集中缺陷已相當嚴重但還未貫通時，耐壓某些集中缺陷已相當嚴重但還未貫通時，耐壓試驗時可被擊穿，但試驗時可被擊穿，但R，K1，K2卻不低卻不低多層介質(zhì)的多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象吸收現(xiàn)象：根據(jù)等值電路，電流開始時很大、：根據(jù)等值電路，電流開始時很大、逐步減小、最后穩(wěn)定于常數(shù)逐步減小、最后穩(wěn)定于常數(shù)Ig，絕緣等效

7、電容在充電過程中，絕緣等效電容在充電過程中逐漸逐漸“吸收吸收”電荷的現(xiàn)象，稱為電荷的現(xiàn)象，稱為其它測量方法：其它測量方法：手搖式兆歐表，數(shù)字式兆歐表手搖式兆歐表，數(shù)字式兆歐表記錄環(huán)境溫度、濕度，進行補償、換算記錄環(huán)境溫度、濕度，進行補償、換算3.2 介質(zhì)損耗角正切的測量介質(zhì)損耗角正切的測量 介質(zhì)損耗角正切的意義和測量方法介質(zhì)損耗角正切的意義和測量方法 是絕緣品質(zhì)的重要指標：是絕緣品質(zhì)的重要指標：超過相關(guān)標準，則意味著電介質(zhì)嚴重發(fā)熱，有爆炸的危險；或絕緣超過相關(guān)標準，則意味著電介質(zhì)嚴重發(fā)熱，有爆炸的危險；或絕緣有嚴重缺陷。有嚴重缺陷。標準見標準見P68表表3-1能反映絕緣的整體性缺陷，小容量試品

8、中的嚴重局部缺陷能反映絕緣的整體性缺陷，小容量試品中的嚴重局部缺陷隨電壓的變化曲線可判斷絕緣是否受潮，含有氣泡及老化程度隨電壓的變化曲線可判斷絕緣是否受潮，含有氣泡及老化程度 西林電橋西林電橋 測量方法測量方法 諧波波形分析法（基波）諧波波形分析法（基波） 過零相位比較法過零相位比較法 異頻電源法異頻電源法 影響影響 的測量的因素：的測量的因素：T、濕度、濕度、U、試品表面泄漏、試品試品表面泄漏、試品電容量。電容量。tgtgtg西林電橋測量方法西林電橋測量方法 原理圖原理圖 調(diào)節(jié)可調(diào)電阻和電容，調(diào)節(jié)可調(diào)電阻和電容，使檢流計電流為使檢流計電流為0調(diào)節(jié)過程略。調(diào)節(jié)過程略。手動方法復(fù)雜、慢，手動方法

9、復(fù)雜、慢，自動調(diào)節(jié)快、穩(wěn)定，但自動調(diào)節(jié)快、穩(wěn)定，但硬件復(fù)雜，價格貴硬件復(fù)雜，價格貴則則外界電磁場干擾外界電磁場干擾介質(zhì)中電流（特別是有功分量）非常微弱，極易受電磁干擾介質(zhì)中電流（特別是有功分量）非常微弱，極易受電磁干擾干擾路徑：電場通過雜散電容流入，磁場通過感應(yīng)電流流入干擾路徑：電場通過雜散電容流入，磁場通過感應(yīng)電流流入消除方法：電橋本體用金屬網(wǎng)屏蔽，引線用屏蔽電纜消除方法：電橋本體用金屬網(wǎng)屏蔽，引線用屏蔽電纜44CRtg諧波波形比較法（諧波波形比較法（1） 將電壓、電流信號離散后進行將電壓、電流信號離散后進行FFT，求出基波分量相位，求出基波分量相位則則 優(yōu)點：優(yōu)點：FFT算法，抗諧波、零漂

10、、溫漂；算法，抗諧波、零漂、溫漂；不需要對波形進行前期加工（如濾波）不需要對波形進行前期加工（如濾波）缺點：缺點：易受工頻干擾，易受工頻干擾，PT、CT、調(diào)理電路等易引入誤差，電流幅值小、調(diào)理電路等易引入誤差，電流幅值?。╱i2)(2)2sin()(2)2cos()(211uiuNkNkUjUxUrUNkkuNUxNkkuNUriNkNkIjIxIrINkkiNIxNkkiNIr11)2sin()(2)2cos()(2tg通過強弱電轉(zhuǎn)換和通過強弱電轉(zhuǎn)換和A/D可以將電壓和電流信號采集為可以將電壓和電流信號采集為u(k)、i(k)（k=1,2,N）,則則諧波波形比較法（諧波波形比較法（2）過零

11、相位比較法過零相位比較法 實現(xiàn)過程：實現(xiàn)過程：對電壓、電流信號，進行濾波、放大對電壓、電流信號，進行濾波、放大過零比較變?yōu)榉讲?，過零比較變?yōu)榉讲ǎ瑴y量電流電壓方波的時間差，換算相位測量電流電壓方波的時間差，換算相位 優(yōu)點：相位測量變換為時間測量，靈敏度和精度高優(yōu)點：相位測量變換為時間測量，靈敏度和精度高缺點：易受波形畸變引起的過零點偏移影響。缺點：易受波形畸變引起的過零點偏移影響。計數(shù)器f0NtTtTtfNtttui3602,360021異頻電源法異頻電源法 提高實驗電源頻率，進行測量提高實驗電源頻率，進行測量 不是一種獨立的方法，需要結(jié)合前幾種方法測試不是一種獨立的方法，需要結(jié)合前幾種方法測

12、試優(yōu)點：優(yōu)點： 抗現(xiàn)場工頻干擾抗現(xiàn)場工頻干擾缺點：隨頻率變化。缺點：隨頻率變化。為保證測試精度，需要頻率接近工頻；為保證測試精度，需要頻率接近工頻；為了抗工頻干擾，需要測試頻率遠離工頻。為了抗工頻干擾，需要測試頻率遠離工頻。 需要折中需要折中tg影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（1） 溫度溫度： 與溫度有關(guān)，且因材料、結(jié)構(gòu)而異，一般而言與溫度有關(guān)，且因材料、結(jié)構(gòu)而異，一般而言隨溫度上升而增大隨溫度上升而增大濕度濕度：介質(zhì)受潮后，損失增加：介質(zhì)受潮后，損失增加試驗電壓試驗電壓：良好絕緣，在額定電壓內(nèi)良好絕緣，在額定電壓內(nèi) 幾乎不變；幾乎不變；介質(zhì)內(nèi)部存在氣泡、分層、脫殼

13、時，氣泡未電離前介質(zhì)內(nèi)部存在氣泡、分層、脫殼時，氣泡未電離前 幾乎不變，幾乎不變，局部放電后將迅速上升；局部放電后將迅速上升；絕緣受潮時，絕緣受潮時， 急劇增大，電壓回落時，比上升時更大一些。急劇增大，電壓回落時，比上升時更大一些?？赏ㄟ^隨電壓變化趨勢，判斷絕緣狀態(tài)或缺陷類型可通過隨電壓變化趨勢，判斷絕緣狀態(tài)或缺陷類型tgtgtg1-良好絕緣2-絕緣中存在氣隙3-受潮絕緣tg影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（2） 表面泄漏表面泄漏：表面電導(dǎo)：表面電導(dǎo)體積電導(dǎo)體積電導(dǎo)試品電容量試品電容量：對小容量試品，能發(fā)現(xiàn)局部集中性和整體分：對小容量試品，能發(fā)現(xiàn)局部集中性和整體分布性

14、缺陷；對大容量試品，只能能反映整體性缺陷。布性缺陷；對大容量試品，只能能反映整體性缺陷。測試手段測試手段的影響：有功電流非常小，易受測試環(huán)節(jié)引入的的影響：有功電流非常小，易受測試環(huán)節(jié)引入的誤差影響。誤差影響。 3.3 局部放電的測量局部放電的測量 局部放電的基礎(chǔ)知識局部放電的基礎(chǔ)知識局部放電是介質(zhì)老化的重要原因之一。局部放電是介質(zhì)老化的重要原因之一。局部放電的發(fā)生機理：局部放電的發(fā)生機理：以固體介質(zhì)含氣隙為例，以固體介質(zhì)含氣隙為例，氣隙介電常數(shù)小，場強高；氣隙電氣強度小。氣隙介電常數(shù)小，場強高；氣隙電氣強度小。氣隙先擊穿。氣隙先擊穿。局部放電的破壞過程：局部放電的破壞過程：長期局部放電將使絕緣

15、劣化損傷逐步擴大長期局部放電將使絕緣劣化損傷逐步擴大最終導(dǎo)致絕緣擊穿最終導(dǎo)致絕緣擊穿局部放電的破壞機理局部放電的破壞機理機械：帶電粒子不斷撞擊絕緣，引起破壞機械：帶電粒子不斷撞擊絕緣，引起破壞熱能：熱量不能散發(fā)，溫度升高引起熱崩潰，或氣隙膨脹熱能：熱量不能散發(fā)，溫度升高引起熱崩潰，或氣隙膨脹輻射：放電區(qū)強烈的離子復(fù)合產(chǎn)生高能輻射線輻射：放電區(qū)強烈的離子復(fù)合產(chǎn)生高能輻射線腐蝕：放電時產(chǎn)生強氧化劑、腐蝕劑等，使絕緣材料發(fā)生化學(xué)破壞腐蝕：放電時產(chǎn)生強氧化劑、腐蝕劑等，使絕緣材料發(fā)生化學(xué)破壞固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電（固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電（1）固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電示意圖和等值電路固體介質(zhì)含

16、小氣隙的局部放電示意圖和等值電路與氣隙串聯(lián)的固體介質(zhì)電容與氣隙串聯(lián)的固體介質(zhì)電容Cb 氣隙電容氣隙電容CgCb500-750kV 單臺變壓器在制造、運輸均有單臺變壓器在制造、運輸均有困難，因此只能串級方式困難，因此只能串級方式高壓試驗變壓器的結(jié)構(gòu)和性能特點高壓試驗變壓器的結(jié)構(gòu)和性能特點一般為單相，原理和單相電力變壓器相同。但和常規(guī)電力變壓器相比：一般為單相，原理和單相電力變壓器相同。但和常規(guī)電力變壓器相比：電壓高：高于正常額定電壓。電壓高：高于正常額定電壓。如如110kV等級電力變壓器，工頻試驗電壓為等級電力變壓器，工頻試驗電壓為220kV額定電壓：額定電壓：5、10、25、35、50、100

17、、150、250、300、500、750kV我國及世界發(fā)達國家最高試驗變壓器為我國及世界發(fā)達國家最高試驗變壓器為2250kV,個別國家為個別國家為3000kV容量?。褐饕谦@得高壓，不是為了傳輸功率。容量?。褐饕谦@得高壓，不是為了傳輸功率。只需提供試品的電容電流、漏導(dǎo)電流、局部放電電流、預(yù)放電電流只需提供試品的電容電流、漏導(dǎo)電流、局部放電電流、預(yù)放電電流對于對于250kV以上的試驗變壓器，高壓側(cè)電流以上的試驗變壓器，高壓側(cè)電流1A，可滿足大多試品的需要，可滿足大多試品的需要對人工污穢試驗等少數(shù)特殊情況，要求對人工污穢試驗等少數(shù)特殊情況，要求515A體積?。喝萘啃　Ⅲw積小。電壓高、套管大體積小

18、：容量小、體積小。電壓高、套管大絕緣裕度?。涸囼炞儔浩鞑豢紤]雷電、操作過電壓，絕緣裕度小絕緣裕度?。涸囼炞儔浩鞑豢紤]雷電、操作過電壓，絕緣裕度小連續(xù)運行時間短：一般為連續(xù)運行時間短：一般為1min，發(fā)熱較輕，不需要散熱裝置，發(fā)熱較輕，不需要散熱裝置漏抗較大：漏抗大、短路電流小，降低對繞組機械強度要求漏抗較大：漏抗大、短路電流小，降低對繞組機械強度要求試驗變壓器為容性負荷，電力變壓器為感性負荷。試驗變壓器為容性負荷，電力變壓器為感性負荷。試驗變壓器需要經(jīng)常放電。試驗變壓器需要經(jīng)常放電。 工頻高電壓的測量（工頻高電壓的測量（1）容升效應(yīng)：考慮變壓器漏抗，容性負載所獲得的電壓高于試容升效應(yīng)：考慮變壓

19、器漏抗，容性負載所獲得的電壓高于試驗變壓器的輸出。驗變壓器的輸出。工頻高電壓的測量：按工頻高電壓的測量：按IEC和我國國標規(guī)定，工頻高壓的測和我國國標規(guī)定，工頻高壓的測量無論峰值還是有效值，誤差不大于量無論峰值還是有效值，誤差不大于3%。間接測量：低壓側(cè)測量再比例換算，由于容升效應(yīng)，不準確間接測量：低壓側(cè)測量再比例換算，由于容升效應(yīng)，不準確球隙測壓器：擊穿電壓決定于球隙距離。球隙測壓器：擊穿電壓決定于球隙距離?；驹O(shè)備，是唯一能直接測量高達兆伏的測量裝置基本設(shè)備，是唯一能直接測量高達兆伏的測量裝置傳統(tǒng)方法，現(xiàn)較少采用傳統(tǒng)方法，現(xiàn)較少采用對球隙的結(jié)構(gòu)、布置和連接，對球隙的結(jié)構(gòu)、布置和連接，IEC

20、和國標有嚴格的規(guī)定。見附錄一和國標有嚴格的規(guī)定。見附錄一精確度較高、投資小精確度較高、投資小 操作復(fù)雜、不方便操作復(fù)雜、不方便 受氣候條件影響，特別是濕度、污穢、球表面情況受氣候條件影響，特別是濕度、污穢、球表面情況測量值為峰值，可測量直流、交流、沖擊電壓測量值為峰值，可測量直流、交流、沖擊電壓工頻高電壓的測量（工頻高電壓的測量（2）靜電電壓表：利用靜電力的效應(yīng)：可活動的平行板在電場下靜電電壓表：利用靜電力的效應(yīng)：可活動的平行板在電場下受到靜電力，加外力使之平衡，則平衡力可反應(yīng)電壓大小受到靜電力，加外力使之平衡，則平衡力可反應(yīng)電壓大小峰值電壓表：利用整流電路，測量電容電流半波幅值，峰值電壓表：

21、利用整流電路，測量電容電流半波幅值，分壓器配低壓表計測量：分壓器配低壓表計測量：一般用電容式分壓器，一般用電容式分壓器，工頻電壓不高時（工頻電壓不高時（220kV的設(shè)備必須做沖擊高電壓試驗的設(shè)備必須做沖擊高電壓試驗; R1， C1C2波前時間由波前時間由R1、C2決定決定半波時間（波長時間）由（半波時間（波長時間）由（C1+C2）和）和R2決定決定 P100圖圖4-19T1視在波前時間；T2視在半峰值時間；Um沖擊電壓峰值多級沖擊電壓發(fā)生器多級沖擊電壓發(fā)生器 可產(chǎn)生數(shù)兆伏的沖擊電壓可產(chǎn)生數(shù)兆伏的沖擊電壓基本原理：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電基本原理：并聯(lián)充電、串聯(lián)放電 基本測試方法基本測試方法 雷電沖擊耐壓試驗采用：三次沖擊法，雷電沖擊耐壓試驗采用：三次沖擊法，即施加三次正極性和三次負極性雷電沖擊波（即施加三次正極性和三次負極性雷電沖擊波（1.2/50uS）對變壓器和電抗器內(nèi)絕緣，還要雷電沖擊截波試驗對變壓器和電抗器內(nèi)絕緣，還要雷電沖擊截波試驗（1.2/25uS）加球隙保護，防止試驗電壓過高對試品的傷害加球隙保護，防止試驗電壓過高對試品的傷害對沖擊電壓測量的要求對沖擊電壓測量的要求更好的瞬變響應(yīng)特征：沖擊波作用時間短，變化快。既更好的瞬變響應(yīng)特征：沖擊波作用時間短，變化快。既要測幅值、又要記錄波形要測幅值、又要記錄波形國標：幅值測量誤差不大于國標：幅值測量誤差不大于3%，時間測