絕緣電氣特性及故障診斷概論

1、會計學1絕緣電氣特性及故障診斷概論絕緣電氣特性及故障診斷概論 絕緣介質(zhì)絕緣介質(zhì) 緊固支撐緊固支撐 冷卻媒介冷卻媒介 絕緣作用絕緣作用 絕緣材料絕緣材料液體液體: : 絕緣油絕緣油固體：絕緣紙、電瓷、云母固體：絕緣紙、電瓷、云母、玻璃、交聯(lián)聚乙烯等、玻璃、交聯(lián)聚乙烯等氣體氣體: 空氣、空氣、SF6 真空絕緣真空絕緣實際絕緣結(jié)構(gòu)通常是由幾種電介實際絕緣結(jié)構(gòu)通常是由幾種電介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成的組合絕緣質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成的組合絕緣固-液絕緣固-氣絕緣第2頁/共68頁2.2 2.2 絕緣老化及其影響因素絕緣老化及其影響因素 設備絕緣故障的主要原因材料的老化。電氣設備絕緣在運行中設備絕緣故障的主要原因材料的老化。電氣設備

2、絕緣在運行中受到各種因素的長期作用，會發(fā)生一系列不可逆的變化，導致受到各種因素的長期作用，會發(fā)生一系列不可逆的變化，導致其物理、化學、電和機械等性能的劣化，如機械強度降低、介其物理、化學、電和機械等性能的劣化，如機械強度降低、介質(zhì)損耗及電導增大。將這種現(xiàn)象稱為絕緣老化。質(zhì)損耗及電導增大。將這種現(xiàn)象稱為絕緣老化。電氣因素電氣因素機械因素機械因素溫度和熱穩(wěn)定性溫度和熱穩(wěn)定性環(huán)境（水分、氧化、射線及微生物）環(huán)境（水分、氧化、射線及微生物）絕緣老化影響因素絕緣老化影響因素第3頁/共68頁（1） 電氣影響電氣影響長期工作電壓長期工作電壓 短時的過電壓短時的過電壓 為了使設備的外形尺寸保持在可以接受的水平

3、，現(xiàn)代電氣設備采為了使設備的外形尺寸保持在可以接受的水平，現(xiàn)代電氣設備采用了更為緊湊的絕緣方式，因此在運行中其內(nèi)部各組件間的絕緣所用了更為緊湊的絕緣方式，因此在運行中其內(nèi)部各組件間的絕緣所需承受的熱和電應力水平顯著提高。高場強下的電老化由介質(zhì)中的需承受的熱和電應力水平顯著提高。高場強下的電老化由介質(zhì)中的局部放電引起。各種絕緣材料局部放電的性能有很大的差別：局部放電引起。各種絕緣材料局部放電的性能有很大的差別：n 云母（電機絕緣）、玻璃纖維等無機材料有很好耐局部放電能力。云母（電機絕緣）、玻璃纖維等無機材料有很好耐局部放電能力。n 有機高分子聚合物等絕緣材料耐局部放電能力較差，其長時間擊穿有機高

4、分子聚合物等絕緣材料耐局部放電能力較差，其長時間擊穿場強要比短時間擊穿場強低很多。設計時應將其工作場強場強要比短時間擊穿場強低很多。設計時應將其工作場強(XLPE(XLPE的為的為10kV/mm10kV/mm) )選的比局部放電場強低，以保證其壽命。選的比局部放電場強低，以保證其壽命。n 絕緣油發(fā)生局部放電，引起油溫升高而導致油的解裂，并伴有微量絕緣油發(fā)生局部放電，引起油溫升高而導致油的解裂，并伴有微量氣體產(chǎn)生。另外油放電生成物可能是聚合蠟狀物，可能附著于固體氣體產(chǎn)生。另外油放電生成物可能是聚合蠟狀物，可能附著于固體介質(zhì)表面影響散熱，加速固體絕緣的老化。介質(zhì)表面影響散熱，加速固體絕緣的老化。第

5、4頁/共68頁（2）機械影響機械影響機械負荷機械負荷長時間振動長時間振動短路應力短路應力n 機械應力對絕緣的老化速度有很大的影響。如：機械應力過大會使機械應力對絕緣的老化速度有很大的影響。如：機械應力過大會使固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或氣隙，導致局放，運行經(jīng)驗表明：瓷絕緣子固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或氣隙，導致局放，運行經(jīng)驗表明：瓷絕緣子的老化常常是由于機械應力造成（懸式絕緣子最易損壞的地方是靠的老化常常是由于機械應力造成（懸式絕緣子最易損壞的地方是靠近鐵塔懸掛點處）。近鐵塔懸掛點處）。n 對絕緣子來說，溫度突變也會產(chǎn)生內(nèi)部應力。如：運行中受日照，對絕緣子來說，溫度突變也會產(chǎn)生內(nèi)部應力。如：運行中受日照，溫升

6、為溫升為20203030，突然降雨，瓷表面驟冷，則會在瓷件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應，突然降雨，瓷表面驟冷，則會在瓷件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應力，可能造成開裂。因此，絕緣子瓷件在工廠要經(jīng)過冷熱實驗，要力，可能造成開裂。因此，絕緣子瓷件在工廠要經(jīng)過冷熱實驗，要求在求在7070的溫差劇變時不發(fā)生開裂。的溫差劇變時不發(fā)生開裂。第5頁/共68頁（3） 溫度影響溫度影響 季節(jié)變化季節(jié)變化 長期過負荷長期過負荷 熱老化熱老化n 高溫下，電介質(zhì)短時間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；即使溫度比短時允高溫下，電介質(zhì)短時間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；即使溫度比短時允許溫度低，但作用時間很長時，絕緣性能也會發(fā)生不可逆的變化。許溫度低，但作用時間很長時，絕緣性能

7、也會發(fā)生不可逆的變化。絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短。絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短。n 液體介質(zhì)的熱老化主要表現(xiàn)在油的氧化，油溫越高，則氧化速度越液體介質(zhì)的熱老化主要表現(xiàn)在油的氧化，油溫越高，則氧化速度越快。油局部過熱會分解出一些能溶于油的微量氣體，這是變壓器油快。油局部過熱會分解出一些能溶于油的微量氣體，這是變壓器油劣化的主要原因。劣化的主要原因。n 不同介質(zhì)材料的耐熱性能不同。不同介質(zhì)材料的耐熱性能不同。GB11021GB11021劃分幾個耐熱等級，規(guī)定相劃分幾個耐熱等級，規(guī)定相應的最高允許溫度。超過該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短應的最高允許溫度。超過該允許值，介質(zhì)迅速老化

8、，壽命大大縮短。第6頁/共68頁電介質(zhì)的耐熱等級電介質(zhì)的耐熱等級耐熱等級耐熱等級工作溫工作溫度度()電介質(zhì)電介質(zhì)O90木材、紙板、棉纖維；聚乙烯；聚氯乙烯；交聯(lián)聚乙烯；天然橡膠木材、紙板、棉纖維；聚乙烯；聚氯乙烯；交聯(lián)聚乙烯；天然橡膠A105油性樹脂漆及其漆包線；礦物油及浸入其中的纖維材料油性樹脂漆及其漆包線；礦物油及浸入其中的纖維材料E120酚醛樹脂塑料；膠紙板、膠布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇縮甲醛漆酚醛樹脂塑料；膠紙板、膠布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇縮甲醛漆B130瀝青油漆制成的云母帶、玻璃漆布、玻璃膠布板；聚酯漆；環(huán)氧樹瀝青油漆制成的云母帶、玻璃漆布、玻璃膠布板；聚酯漆；環(huán)氧樹脂脂F(xiàn)155聚酰亞

9、胺漆及其漆包線；改性硅有機漆及其云母制品及玻璃漆布聚酰亞胺漆及其漆包線；改性硅有機漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；硅有機漆及制品；硅橡膠及玻璃漆聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；硅有機漆及制品；硅橡膠及玻璃漆布布C180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯第7頁/共68頁不同耐熱等級絕緣材料不同耐熱等級絕緣材料在各種運行溫度下長期運行的壽命在各種運行溫度下長期運行的壽命熱老化規(guī)律熱老化規(guī)律 6 度規(guī)則度規(guī)則 試驗表明，對于常用的試驗表明，對于常用的A級絕級絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過緣，如油紙絕緣，

10、則溫度每超過6，則壽命約縮短一半。，則壽命約縮短一半。 而對于而對于 B、H級絕緣則分別約級絕緣則分別約為為10及及12規(guī)則。規(guī)則。 第8頁/共68頁 水（強極性介質(zhì)、類似于半導體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到水（強極性介質(zhì)、類似于半導體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強極性的物質(zhì)解離，嚴電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強極性的物質(zhì)解離，嚴重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)成通路，或者在高溫下汽化形成成通路，或者在高溫下汽化形成“汽橋汽橋”而使擊穿電壓顯著降低。而使擊

11、穿電壓顯著降低。 （4） 受潮受潮局部電弧局部電弧水帶水帶絕緣介質(zhì)絕緣介質(zhì)第9頁/共68頁（5 5）環(huán)境的影響）環(huán)境的影響環(huán)境條件對絕緣的老化也有很大的影響。環(huán)境條件對絕緣的老化也有很大的影響。n 絕緣油的老化，主要是油的氧化。絕緣油的老化，主要是油的氧化。n 戶外工作的絕緣應能使耐受日曬雨淋的環(huán)境。并不是所有的固戶外工作的絕緣應能使耐受日曬雨淋的環(huán)境。并不是所有的固體絕緣都具備這一能力，環(huán)氧澆注的絕緣子只能用于戶內(nèi)。體絕緣都具備這一能力，環(huán)氧澆注的絕緣子只能用于戶內(nèi)。n 在含有化學腐蝕氣體等環(huán)境中工作時，選用的材料應具有更強在含有化學腐蝕氣體等環(huán)境中工作時，選用的材料應具有更強的化學穩(wěn)定性，

12、如耐油性等。的化學穩(wěn)定性，如耐油性等。n 工作在濕熱帶和亞濕熱帶地區(qū)的絕緣還要注意材料的抗生物（工作在濕熱帶和亞濕熱帶地區(qū)的絕緣還要注意材料的抗生物（霉菌、昆蟲）特性，如有的在電纜護層材料中加入合適的防霉霉菌、昆蟲）特性，如有的在電纜護層材料中加入合適的防霉劑和除蟲涂料等。劑和除蟲涂料等。第10頁/共68頁2.3 絕緣介質(zhì)的電氣特性絕緣介質(zhì)的電氣特性不同電場強度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電氣現(xiàn)象分為兩類：不同電場強度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電氣現(xiàn)象分為兩類：（1） 在強電場（外施場強大于該介質(zhì)的擊穿強度）下，將在強電場（外施場強大于該介質(zhì)的擊穿強度）下，將出現(xiàn)放電、閃絡、擊穿等現(xiàn)象，這在氣體中表現(xiàn)最為出現(xiàn)放

13、電、閃絡、擊穿等現(xiàn)象，這在氣體中表現(xiàn)最為明顯。明顯。（2） 在弱電場（外施場強比該介質(zhì)的擊穿場強小得多）下在弱電場（外施場強比該介質(zhì)的擊穿場強小得多）下主要是介質(zhì)中的極化、電導、介質(zhì)損耗等。主要是介質(zhì)中的極化、電導、介質(zhì)損耗等。 以下將分析氣體放電及液、固體介質(zhì)的電氣性能。以下將分析氣體放電及液、固體介質(zhì)的電氣性能。 第11頁/共68頁2.3.1 氣體放電氣體放電放電放電（Discharge )擊穿擊穿 ( Breakdown )閃絡閃絡 ( Flashover )火花放電火花放電 Sparkover 電弧電弧 (Arc)空氣間隙 的放電外施電壓的形式外施電壓的形式電場的情況電場的情況電極形狀

14、電極形狀大氣環(huán)境大氣環(huán)境與 有關(guān)第12頁/共68頁 穩(wěn)態(tài)電壓（直流工頻）下的空氣間隙擊穿穩(wěn)態(tài)電壓（直流工頻）下的空氣間隙擊穿1) 均勻電場中的擊穿均勻電場中的擊穿0.010.1110d/cm110100400Ub/kVeg：高壓靜電電壓表的電極布置24.226.08()bUdd kV特點：特點： 均勻電場均勻電場中電極布置對稱，擊穿擊穿無極性效應無極性效應； 均勻場均勻場間隙中各處電場強度相等，擊穿所需時間極短，直流擊穿電壓直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值、工頻擊穿電壓峰值、50%沖擊沖擊擊穿電壓相同擊穿電壓相同； 擊穿電壓的分散性很小。 板板電極尺寸遠大于間隙距離 間距1-10cm均勻電場擊穿

15、場強為30kV/cmb()Uf pd第13頁/共68頁 r/R0.5：均勻電場。：均勻電場。Eb不變。 0.5 r/R 0.1：稍不均勻電場：稍不均勻電場。擊穿前不出現(xiàn)電暈。r/R 0.33時擊穿電壓出現(xiàn)極大值（絕緣設計時盡量將r/R選取0.250.4范圍內(nèi)）。 2) 稍不均勻電場中的擊穿（球間隙、同軸圓柱稍不均勻電場中的擊穿（球間隙、同軸圓柱）第14頁/共68頁 3) 極不均勻電場中的擊穿極不均勻電場中的擊穿 工程上大多為極不均勻電場。試驗表明，當間隙距離很大時，不同形狀電極間隙擊穿電壓差別不大。通常用棒板電極和棒棒間隙擊穿電壓來估算不對稱和對稱電場的絕緣距離。 棒板和棒棒空氣間隙的直流擊穿

16、電壓 棒棒和棒板空氣間隙的工頻擊穿電壓（有效值） 工頻電壓、極不均勻電場，擊穿總是發(fā)生在正半周極工頻電壓下棒棒間隙擊穿電壓高于棒板電極，工程上盡量采用對稱布置的電極結(jié)構(gòu)極不均勻電場的極性效應極明顯第15頁/共68頁雷電沖擊雷電沖擊1.2/50us操作沖擊250/2500us最小擊穿最小擊穿電壓電壓 長空氣間隙在不同電壓下的擊穿電壓長空氣間隙在不同電壓下的擊穿電壓 沖擊電壓（雷電操作）下的空氣間隙擊穿沖擊電壓（雷電操作）下的空氣間隙擊穿n 足夠高的電壓。足夠高的電壓。n 在氣隙中存在能引起電子在氣隙中存在能引起電子崩并導致?lián)舸┑挠行щ娮颖啦е聯(lián)舸┑挠行щ娮印Ｕ婵論舸╇妷焊?。真空擊穿電壓高。n

17、需要一定的時間讓放電得需要一定的時間讓放電得以逐步發(fā)展直至擊穿。以逐步發(fā)展直至擊穿。沖沖擊擊穿電壓高。擊擊穿電壓高。氣隙擊穿的必要條件：氣隙擊穿的必要條件：第16頁/共68頁 放電時延放電時延臨界擊穿電壓 統(tǒng)計時延放電形成時延除了足夠場強、引起電子崩并導致流注的有效電子外，氣隙擊穿還需要一定的時間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。us級總放電時間 tb=t1+ts+tf 放電時延與電壓幅值放電時延與電壓幅值U U 有關(guān)，有關(guān)，U U 越高，放電發(fā)展越快，放電時延越短越高，放電發(fā)展越快，放電時延越短。 因為因為tsts和和tftf都帶有統(tǒng)計性，所以沖擊下?lián)舸╇妷号c放電時間的關(guān)系都帶有統(tǒng)計性，所以沖

18、擊下?lián)舸╇妷号c放電時間的關(guān)系伏秒特性具有較大的分散性，工程上常用伏秒特性具有較大的分散性，工程上常用50%50%伏秒特性來表征。伏秒特性來表征。第17頁/共68頁ut43215ut0s1s2伏秒特性伏秒特性伏秒特性間的配合伏秒特性間的配合 以避雷器保護變壓器為例，就必須根據(jù)伏秒特性進行絕緣以避雷器保護變壓器為例，就必須根據(jù)伏秒特性進行絕緣（強度）配合，如在右圖中（強度）配合，如在右圖中S2就能較好地保護就能較好地保護S1。 1. 0%伏秒特性；伏秒特性；2. 100%伏秒特性伏秒特性；3. 50%伏秒特性；伏秒特性；第18頁/共68頁 SF6是理想的氣體絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，在均勻電場均勻電場中

19、SF6氣體的絕緣強度約為空氣的2.5倍倍，其滅弧能力是空氣的100以上。 SF6氣體的應用可大大降低設備尺寸，與空氣介質(zhì)相比，500kV的GIS是敞開式的1/50。 SF6氣體廣泛應用于高壓斷路器、GIS、充氣管道電纜，充SF6氣體的變壓器和開關(guān)柜也在發(fā)展中。 SF6氣體的液化溫度較低，一般可滿足工程實際的應用，如0.75MPa （7個大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25， 0.45MPa （4個大氣壓，作為GIS絕緣）的液化溫度不高于-40。 SF6氣體的特性氣體的特性第19頁/共68頁 SF6氣體價格高，溫室效應相當于CO2的23900倍，且SF6氣體不會自然分解，在大氣中壽命長達

20、3200年。一般工程中多采用N2-SF6混合氣體。 此外，SF6氣體中水含量的增加，將會大大降低其絕緣性能，因而使用中應定期檢測其微水含量。 極不均勻電場極不均勻電場SF6的擊穿場強的擊穿場強（如4kV/mm）比稍不均勻電場的擊穿場強（如30kV/mm）低很多低很多。只有在均勻電場和稍不只有在均勻電場和稍不均勻電場均勻電場，SF6氣體才能發(fā)揮其優(yōu)異的絕緣性能，因而一般應用SF6氣體做絕緣時，應盡量保證其電場的均勻性。第20頁/共68頁 其擊穿場強隨氣壓的增加而增加，有飽和性； 其擊穿的極性效應不明顯（負極性擊穿電壓比正極性的低10%）； 其沖擊系數(shù)很小，雷電和操作沖擊系數(shù)分別為1.25和1.0

21、5-1.11。因而SF6設備的絕緣尺寸由雷電沖擊試驗電壓決定。稍不均勻電場的SF6氣體：第21頁/共68頁2.3.2 氣體中的沿面放電氣體中的沿面放電(cm) 不同材料的工頻下不同材料的工頻下沿面閃絡電壓（峰值）沿面閃絡電壓（峰值） 1純氣隙；純氣隙；2石蠟；石蠟；3膠紙筒；膠紙筒；4電瓷電瓷 沿著固體介質(zhì)表面的閃絡電壓不但沿著固體介質(zhì)表面的閃絡電壓不但遠低于固體介質(zhì)的擊穿電壓，而且也遠低于固體介質(zhì)的擊穿電壓，而且也比相同極間距離的純氣隙擊穿電壓低比相同極間距離的純氣隙擊穿電壓低。 如果表面潮濕、臟污時，沿面閃絡如果表面潮濕、臟污時，沿面閃絡電壓更低。這是選擇輸電線路和變電電壓更低。這是選擇輸

22、電線路和變電所外絕緣時的關(guān)鍵因素。所外絕緣時的關(guān)鍵因素。 絕緣子大多在戶外運行，因此還要絕緣子大多在戶外運行，因此還要考慮濕閃及污閃的情況，這時的放電考慮濕閃及污閃的情況，這時的放電電壓遠低于乾閃。電壓遠低于乾閃。 第22頁/共68頁光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓 干閃濕閃第23頁/共68頁單位泄漏距離單位泄漏距離（泄漏比距或爬電比距）：絕緣子每千伏額定線電壓的平均泄漏距離，cm/kV。“絕緣子串在工作電壓下不發(fā)生污閃絕緣子串在工作電壓下不發(fā)生污閃”在電力系統(tǒng)外絕緣水平中的選擇起著重要的作用。電壓等級電壓等級kV35110220330500絕緣子片數(shù)絕緣子片數(shù) 27131928等值附灰密度等值附灰密

23、度mg/cm2 ：與絕緣子表面單位面積上污穢物中不容于水的惰性物質(zhì)的含量。第24頁/共68頁污穢等級爬電比距（cm/kV）線路發(fā)電廠、變電所220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）1.391.74（1.602.00）1.451.82（1.602.00）1.60（1.84）1.60（1.76）1.742.17（2.002.50）1.822.27（2.002.50）2.00（2.30）2.00（2.20）2.172.78（2.503.20）2.272.91（2.503.20）2.50（2.88）2.50（2.75）2.783.30（

24、3.203.80）2.913.45(3.203.80)3.10（3.57）3.10（3.41）各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值各污穢等級下的爬電比距分級數(shù)值 第25頁/共68頁盤形絕緣子串在雨下的盤形絕緣子串在雨下的可能閃絡路徑可能閃絡路徑 在有污穢的地區(qū)，污閃所造成的損失很在有污穢的地區(qū)，污閃所造成的損失很大，因它可在工作電壓下發(fā)生，且引起大大，因它可在工作電壓下發(fā)生，且引起大面積停電。常用的防污措施：面積停電。常用的防污措施： 增大泄漏距離。增大泄漏距離。 定期或不定期的清掃。定期或不定期的清掃。 使用憎水性涂料。使用憎水性涂料。 改用防污性能好的絕緣子。改用防污性能好的絕緣子。 防污措施防

25、污措施第26頁/共68頁2.3.3 液體及固體介質(zhì)的電氣特性液體及固體介質(zhì)的電氣特性 電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們在電場下的導電電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們在電場下的導電性能、介電性能和電氣強度。常以下特征參數(shù)來表示：性能、介電性能和電氣強度。常以下特征參數(shù)來表示： 電導率電導率（或絕緣電阻率（或絕緣電阻率） 介電常數(shù)介電常數(shù)（或電容（或電容C） 介質(zhì)損耗角正切（介質(zhì)損耗因子）介質(zhì)損耗角正切（介質(zhì)損耗因子）tg 擊穿電場強度擊穿電場強度Eb。 第27頁/共68頁（1）電介質(zhì)極化）電介質(zhì)極化ab圖圖10 極化現(xiàn)象示意圖極化現(xiàn)象示意圖(a) 極間為真空；(b) 極間為介質(zhì) dAUQC000

26、dAUQQCr00A 電極面積（cm2）d 電極間距（cm）插入介質(zhì)平板電極的電容：插入介質(zhì)平板電極的電容：真空平板電極的電容：真空平板電極的電容：定義 為介質(zhì)的相對介電常數(shù)相對介電常數(shù)。 r00CC第28頁/共68頁表表 2 常用電介質(zhì)的常用電介質(zhì)的r值值材料類別名稱r（工頻，20）氣體介質(zhì) 空氣（大氣壓）1.00059液體介質(zhì)弱極性 變壓器油硅有機液體2.22.52.22.8 極性蓖麻油4.5強極性丙酮酒精水223381固體介質(zhì)中性或弱極性石蠟聚乙烯2.02.52.252.35極性聚氯乙烯3.24離子性云母電瓷575.56.5一般氣體的介電常數(shù)接近于1一般液體和固體的介電常數(shù)26之間，強極

27、性液體除外第29頁/共68頁（2）電介質(zhì)的電導電介質(zhì)的電導 固體介質(zhì)的電導包括兩方面：固體介質(zhì)的電導包括兩方面：體積電導及表面電導體積電導及表面電導，后者受濕，后者受濕度、染污的影響更大。因此在測量固體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻時，度、染污的影響更大。因此在測量固體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻時，應采取措施將表面電阻屏蔽。天氣潮濕時表面電阻顯著降低。應采取措施將表面電阻屏蔽。天氣潮濕時表面電阻顯著降低。 溫度對電導有影響，因而在溫度對電導有影響，因而在測量絕緣電阻時必須注意溫度測量絕緣電阻時必須注意溫度。同一。同一物體在相近溫度下的絕緣電阻的比較才能說明是否真有顯著變化。物體在相近溫度下的絕緣電阻的比較才能說明

28、是否真有顯著變化。 電介質(zhì)有微弱的導電性能，電導率(西門子/米,Sm-1) 與電阻率成反比。絕緣體絕緣體導體導體m2081010m741010m481010半導體半導體物質(zhì)電導率(Sm-1)溫度C注記海水4.78820在平均鹽度為 4.8Sm-1，飲用水0.0005至0.05一般高品質(zhì)去離子水 5.510-6第30頁/共68頁（3）電介質(zhì)的損耗電介質(zhì)的損耗(a)(c)(b)絕緣介質(zhì)在交流電壓下的等值電路分析絕緣介質(zhì)在交流電壓下的等值電路分析(a)示意圖示意圖 (b)等值電路等值電路 (c)相量圖相量圖在交流電壓下，試品電流在交流電壓下，試品電流 包括有功分量包括有功分量 及無功分量及無功分量

29、IRICI介質(zhì)損耗介質(zhì)損耗 tgUIUIUIPCRcos 介質(zhì)損失角正切值與絕介質(zhì)損失角正切值與絕緣結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸無關(guān)緣結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸無關(guān)，僅取決于材料性能，僅取決于材料性能。因。因此國際上都直接用它來評此國際上都直接用它來評估絕緣材料的質(zhì)量，衡量估絕緣材料的質(zhì)量，衡量絕緣結(jié)構(gòu)的性能。絕緣結(jié)構(gòu)的性能。第31頁/共68頁 常用液、固體介質(zhì)常用液、固體介質(zhì)tg值（值（20，工頻），工頻）電介質(zhì)電介質(zhì)tg(%)電介質(zhì)電介質(zhì)tg(%)變壓器油變壓器油0.050.5聚乙烯聚乙烯0.010.02蓖麻油蓖麻油13交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯0.020.05瀝青云母帶瀝青云母帶0.21聚苯乙烯聚苯乙烯0.010.

30、03電瓷電瓷25聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.02油浸電纜紙油浸電纜紙0.58聚氯乙烯聚氯乙烯510環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂0.21酚醛樹脂酚醛樹脂110第32頁/共68頁（4）電介質(zhì)的擊穿）電介質(zhì)的擊穿 如是極其純凈的液體及固體介質(zhì)，發(fā)生電擊穿電壓將很高。如是極其純凈的液體及固體介質(zhì)，發(fā)生電擊穿電壓將很高。 但工程電介質(zhì)材料中不可避免地會含有一些雜質(zhì)，如氣但工程電介質(zhì)材料中不可避免地會含有一些雜質(zhì)，如氣泡、水分、纖維、炭粒等，它們對介質(zhì)的擊穿過程及擊穿電泡、水分、纖維、炭粒等，它們對介質(zhì)的擊穿過程及擊穿電壓有很大影響。壓有很大影響。 電擊穿：由于電場作用所直接引起。電擊穿：由于電場作用所直接引起。 熱擊穿

31、：僅靠增加絕緣厚度以提高擊穿電壓已難以奏效。熱擊穿：僅靠增加絕緣厚度以提高擊穿電壓已難以奏效。 電化學擊穿：因長期局部放電而引起。電化學擊穿：因長期局部放電而引起。第33頁/共68頁（5 5）組合絕緣的特性）組合絕緣的特性 對高壓電氣設備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能熱性能、機械性能機械性能及其他物理物理- -化化學等學等性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時滿足這些要求，所以實際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合。 例如變壓器的外絕緣由套管、周圍的空氣及其界面組成，而其內(nèi)絕緣由紙、布、膠木筒、聚合物、變壓器油等固體和液體介質(zhì)聯(lián)合組成。 理想情況下，若組合絕緣中各層

32、絕緣承受的電場強度與其材理想情況下，若組合絕緣中各層絕緣承受的電場強度與其材料能耐受的電氣強度成正比，則料能耐受的電氣強度成正比，則整個組合絕緣的電氣強度最高，整個組合絕緣的電氣強度最高，各層絕緣材料得到最充分、最合理的利用。各層絕緣材料得到最充分、最合理的利用。第34頁/共68頁直流電壓下：各層絕緣分擔的電壓與其絕緣電阻成正比與其絕緣電阻成正比，亦即各層中的電場強度與其電導率成反比。 工頻交流和沖擊電壓下：各層所承擔的電壓和各層電容成反比各層電容成反比，亦即各層中的電場強度與其介電常數(shù)成反比各層中的電場強度與其介電常數(shù)成反比: 如絕緣紙板中存在氣泡時，氣泡耐壓低但分到的場強卻比紙要高45倍，

33、這也是組合絕緣中局部放電問題突出的重要原因之一。 1221EE第35頁/共68頁2.4 2.4 電氣絕緣試驗及檢測電氣絕緣試驗及檢測電氣設備質(zhì)量合格？可以出廠嗎？電氣設備質(zhì)量合格？可以出廠嗎？電氣設備質(zhì)量合格？可以投運嗎？電氣設備質(zhì)量合格？可以投運嗎？電氣設備質(zhì)量合格？可以繼續(xù)運行嗎？電氣設備質(zhì)量合格？可以繼續(xù)運行嗎？出廠試驗出廠試驗交接（大修）試驗交接（大修）試驗預防性試驗（預防性試驗（側(cè)重于絕緣試驗）按照試驗性質(zhì)按照試驗性質(zhì)，可將電氣試驗分為為絕緣試驗和特性試驗兩類。特性試驗特性試驗主要是對電力設備的電氣或機械方面的某些特性進行試驗，如變壓器的變比、繞組直流電阻等。絕緣試驗絕緣試驗一般分為

34、破壞性試驗和非破壞性試驗兩類。第36頁/共68頁破壞性試驗必須在非破壞性試驗合格之后破壞性試驗必須在非破壞性試驗合格之后。第37頁/共68頁2.4. 1 絕緣電阻的測試絕緣電阻的測試 雙層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象雙層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象A1C2C1R2R1U2UKU雙層介質(zhì)的等值電路 gIgIiot吸收曲線 陰影部分面積為絕緣在充電過程中逐漸“吸收”的電荷?！拔宅F(xiàn)象” 對應的電流稱為吸收電流吸收電流Ia。由介質(zhì)中偶極子逐漸轉(zhuǎn)向，并沿電場方向排列而產(chǎn)生的。 電導電流電壓按電容分布電壓按電阻分布tt0過渡過程吸收現(xiàn)象吸收現(xiàn)象121212()R RCCRR第38頁/共68頁所測絕緣電阻是隨測量時間變化而變所測絕緣

35、電阻是隨測量時間變化而變化的，只有當化的，只有當t時，其測量值時，其測量值R=R。但在絕緣電阻試驗中，特別是電容量但在絕緣電阻試驗中，特別是電容量較大時，很難短時測量到較大時，很難短時測量到R的值，因的值，因此，規(guī)程規(guī)定，此，規(guī)程規(guī)定，絕緣電阻絕緣電阻指測量指測量60s時時的絕緣電阻值，即的絕緣電阻值，即R60S的值。的值。吸收比吸收比K K：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時絕緣電阻的比值第39頁/共68頁不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 當當K1或接近于或接近于1，設備基本，設備基本喪失絕緣能力喪失絕緣能力; 當當K150 ppm (體積分數(shù))H2含量150 ppmC2H2含量5 ppm

36、(500 kV等級變壓器為1 ppm)注 總烴包括：CH4、C2H6、C2H4和C2H2四種氣體。第56頁/共68頁（2）看特征氣體的產(chǎn)氣速率）看特征氣體的產(chǎn)氣速率 特征氣體的組分、含量及與是否超注意值，不能完全判斷設備是否故障和其故障類型。 不同特征氣體的產(chǎn)氣速率，可更直接的反映故障的存在、嚴重程度及其發(fā)展趨勢，可以進一步確定故障的有無及性質(zhì)?？偀N產(chǎn)氣速率大于0.25ml/h (開放式)0.5ml/h (密封式), 相對產(chǎn)氣速率大于10%/月。第57頁/共68頁（3）三比值法判斷）三比值法判斷 只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時，才能用三比值法判斷其故障的類型。

37、 國標采用國際電工委員會(IEC)提出的特征氣體比值的三比值法（ 乙炔C2H2/乙烯C2H4、 甲烷CH4/氫氣H2、 乙烯C2H4/乙烷C2H6）作為判斷變壓器等充油電氣設備故障類型的主要方法。 三比值法中，每種典型故障對應的一組比值。第58頁/共68頁C HC H2224CHH42C HC H2426C HC H2224編碼說明：如=13時，編碼為1三比值法的編碼規(guī)則三比值法的編碼規(guī)則特征氣體特征氣體比值范圍比值范圍比值范圍編碼比值范圍編碼 3222第59頁/共68頁C HC H2224CHH42C HC H2426序序號號故障性質(zhì)故障性質(zhì)編編 碼碼典典 型型 例例 子子0無故障無故障00

38、0正常老化正常老化1低能量密度局部低能量密度局部放電放電010絕緣材料氣隙未完全浸漬，存在氣泡，絕緣材料氣隙未完全浸漬，存在氣泡，含氣空腔或高濕度作用。含氣空腔或高濕度作用。2高能量密度局部高能量密度局部放電放電110原因同上，但程度已導致固體絕緣產(chǎn)生原因同上，但程度已導致固體絕緣產(chǎn)生放電痕跡或穿孔。放電痕跡或穿孔。3低能放電低能放電12012不良接點間或懸浮電位體的連續(xù)火花放不良接點間或懸浮電位體的連續(xù)火花放電，固體材料間的油擊穿。電，固體材料間的油擊穿。4高能放電高能放電102存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對地存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。電弧擊穿，有

39、載分接開關(guān)切斷電流等。5 700高溫過高溫過熱故障熱故障022第60頁/共68頁 種種非破壞性試驗各具功能，也各有局限性。 必須將各項試驗結(jié)果聯(lián)系起來進行綜合分析。 當有個別試驗項目不合格時，宜用“三比較三比較”辦法來處理： 與同類型設備比較 在同一設備的三相試驗結(jié)果之間進行比較 與該設備技術(shù)檔案中的歷年試驗所得數(shù)據(jù)作比較。第61頁/共68頁2.4.7 交流耐壓、直流耐壓及沖擊試驗交流耐壓、直流耐壓及沖擊試驗 沖擊試驗沖擊試驗：考核設備在考核設備在雷電及操作過電壓雷電及操作過電壓下的特性。比較真實、下的特性。比較真實、可靠的，特別對變壓器等繞組結(jié)構(gòu)的而言。難于在現(xiàn)場進行。可靠的，特別對變壓器等

40、繞組結(jié)構(gòu)的而言。難于在現(xiàn)場進行。 交流耐壓試驗交流耐壓試驗：一般僅在交接試驗及大修后進行，因為它雖然考：一般僅在交接試驗及大修后進行，因為它雖然考驗很嚴格、有利于發(fā)現(xiàn)某些缺陷，但可能產(chǎn)生嚴重的驗很嚴格、有利于發(fā)現(xiàn)某些缺陷，但可能產(chǎn)生嚴重的“副作用副作用”。 直流耐壓試驗：直流耐壓試驗：適合于直流設備或某些電容量很大的交流設備。適合于直流設備或某些電容量很大的交流設備。 但交流設備進行直流耐壓試驗不夠真實，例如油紙串聯(lián)時，交流下但交流設備進行直流耐壓試驗不夠真實，例如油紙串聯(lián)時，交流下電場分布取決于介電常數(shù)電場分布取決于介電常數(shù)，而直流卻取決于電阻率，而直流卻取決于電阻率，不等效。，不等效。 交

41、流耐壓試驗所帶來的殘余電荷遠大于直流耐壓。交流耐壓試驗所帶來的殘余電荷遠大于直流耐壓。 第62頁/共68頁2.5 電氣絕緣診斷概論電氣絕緣診斷概論 運行電氣設備運行電氣設備 電、熱、機械、環(huán)境等因素作用電、熱、機械、環(huán)境等因素作用 性能逐漸劣化性能逐漸劣化 故障故障 事故事故 巨大損失巨大損失 故障故障 各種前期征兆各種前期征兆 電氣、物理、電氣、物理、化學特性化學特性的的漸變漸變 特性變化的大小和趨勢特性變化的大小和趨勢 早期發(fā)現(xiàn)故障早期發(fā)現(xiàn)故障電氣故障診斷的電氣故障診斷的定義定義： 通過對電氣設備的試驗和各種特性的測量，了解其特征，評估通過對電氣設備的試驗和各種特性的測量，了解其特征，評估

42、設設備備在運行中的狀態(tài)在運行中的狀態(tài)( (老化程度老化程度) )，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)。 提提高電氣設備及電力系統(tǒng)的運行可靠性高電氣設備及電力系統(tǒng)的運行可靠性和經(jīng)濟性。和經(jīng)濟性。第63頁/共68頁電氣故障診斷的特點：電氣故障診斷的特點： 任何診斷都是以征兆為線索的，電氣設備故障診斷的困難在于：任何診斷都是以征兆為線索的，電氣設備故障診斷的困難在于：一般說來，一般說來，故障和征兆之間并不存在簡單的一一對應關(guān)系故障和征兆之間并不存在簡單的一一對應關(guān)系，一種，一種故障可能對應多種征兆，而一種征兆也可能對應著多種故障。因故障可能對應多種征兆，而一種征兆也可能對應著多種故障

43、。因此僅僅依靠單一的檢測項目，對故障的分析是不全面的，需要對此僅僅依靠單一的檢測項目，對故障的分析是不全面的，需要對各種試驗結(jié)果進行綜合推理。各種試驗結(jié)果進行綜合推理。電氣故障診斷的功能：電氣故障診斷的功能： 檢測表征工作狀態(tài)的信號檢測表征工作狀態(tài)的信號 進行信號處理進行信號處理 提取信號特征提取信號特征 根據(jù)信號特征根據(jù)信號特征 分析故障類型、性質(zhì)及嚴重程度分析故障類型、性質(zhì)及嚴重程度 對故障點進行定位對故障點進行定位第64頁/共68頁 環(huán)境因素 劣化、故障 故障機理 M(t) 性能、強度 傳輸機理 H(t) 設備診斷原理圖 綜合診斷 1. 異常與缺陷的原因、程度. . 2. 確定合理的維修

44、時間與檢修方案. . 3. 可靠性、壽命的預測. . 4. 性能、強度檢測分析 1. 性能、強度檢測. . 2. 性能、強度評價. . 劣化、故障檢測分析 1. 故障的位置與種類. . 2. 故障的程度與原因. . 運行環(huán)境狀況監(jiān)測 1. 環(huán)境參數(shù)檢測. . 2. 環(huán)境分析. . 因因果果第65頁/共68頁 故障診斷相應于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問題故障診斷相應于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問題 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測技術(shù) 實時采集反映設備運行情況的各種信號和參數(shù)，并對設備的狀態(tài)加以記錄，為設備的故障分析、性能評估及合理使用提供基礎信息。故障識別技術(shù)故障識別技術(shù) 根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測獲得信息，對異常狀態(tài)做出報警，并

45、對故障類型進行初步分析，以便運行人員及時了解設備工作情況。診斷推理技術(shù)診斷推理技術(shù) 根據(jù)各種檢測方法得出的初步結(jié)論，結(jié)合具體設備的結(jié)構(gòu)特點，綜合考慮設備的運行歷史（包括運行紀錄、故障經(jīng)歷及維修紀錄）和各種環(huán)境因素的影響，對設備發(fā)生的故障進行分析。確定故障的性質(zhì)、程度以及部位，推測誘發(fā)故障的直接原因。壽命預測技術(shù)壽命預測技術(shù) 對已識別的故障進行預測，指出故障的發(fā)展趨勢及其后果，估算設備的剩余壽命，確定檢修周期，提出控制故障發(fā)展和消除故障的維修策略。第66頁/共68頁 隨著運行經(jīng)驗的積累，制造工藝逐步得到改進，舊隨著運行經(jīng)驗的積累，制造工藝逐步得到改進，舊問題將不斷被解決；問題將不斷被解決； 而隨

46、著電壓等級和容量的不斷提高，新技術(shù)的廣泛應而隨著電壓等級和容量的不斷提高，新技術(shù)的廣泛應用，新的問題也會不斷產(chǎn)生；用，新的問題也會不斷產(chǎn)生； 同時由于監(jiān)測手段的進步，也將使過去無法發(fā)現(xiàn)的故同時由于監(jiān)測手段的進步，也將使過去無法發(fā)現(xiàn)的故障隱患被挖掘出來；障隱患被挖掘出來； 故障診斷技術(shù)的研究將是一個永無止境的探索過程。故障診斷技術(shù)的研究將是一個永無止境的探索過程。 第67頁/共68頁Thank youThank you第68頁/共68頁 水（強極性介質(zhì)、類似于半導體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到水（強極性介質(zhì)、類似于半導體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強極性的物質(zhì)解離，嚴電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強極性的物質(zhì)解離，嚴重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)