電氣設(shè)備絕緣檢測與診斷2008-1匯編

1、目 錄 第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣老化及其特征量 第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(shyn) 第三節(jié) 電力設(shè)備在線絕緣檢測與診斷 第一章 概述(i sh)共四十一頁電氣設(shè)備的特征(tzhng) 電氣設(shè)備發(fā)電機、變壓器、高壓電機、電壓(diny)與電流互感器、高壓斷路器、電力電纜等。主要針對高電壓等級設(shè)備進行研究和探討。 處于高電壓（強電場）作用下，電氣絕緣是主要問題； 對于旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備，振動、磨損、疲勞等都是必須嚴格注意的； 由于實現(xiàn)著能量的轉(zhuǎn)換或傳遞作用，發(fā)熱的因素在電氣設(shè)備中起著關(guān)鍵的破壞性作用；電氣設(shè)備的可靠性是多種因素共同作用的結(jié)果，必須綜合進行考慮。 共四十一頁故障(gzhng)的分類 按

2、產(chǎn)生的原因(yunyn)分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進程分類 磨損性故障-機器或系統(tǒng)正常運行時磨損引起的故障，實際上反映了機器的壽命。 錯用性故障-運行中操作不當(dāng)或以外情況引起機器中某些零件應(yīng)力超過設(shè)計允許值而產(chǎn)生的故障。 薄弱性故障機器運行中應(yīng)力沒有超過設(shè)計規(guī)定值，但由于設(shè)計和制造不恰當(dāng)造成機器中存在某些薄弱環(huán)節(jié)形成的故障。 共四十一頁故障(gzhng)的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度(sd)和發(fā)展進程分類 危險性故障故障發(fā)生后會對人身、生產(chǎn)和環(huán)境產(chǎn)生危險 安全性故障 共四十一頁故障(gzhng

3、)的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失(sngsh)的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進程分類 永久性故障必須更換某些零件后，機器才能恢復(fù)其功能。永久性故障又包括：全部喪失功能的完全性故障和喪失局部功能的部分性故障。 非永久性故障或稱間斷性故障，故障使部件喪失某些功能，但不需更換零件就可以排除故障使機器恢復(fù)其全部功能。 共四十一頁故障(gzhng)的分類 按產(chǎn)生的原因分類(fn li)按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進程分類 發(fā)生速度：突發(fā)性故障 漸發(fā)性故障 發(fā)生進程：初期故障 偶發(fā)故障 磨損故障 共四十一頁設(shè)備的故障(gzhng)模式

4、 故障模式是按故障狀態(tài)進行的分類，是故障現(xiàn)象的綜合表征(bio zhn)，與設(shè)備本身的特性和運行環(huán)境都有一定的關(guān)系。 設(shè)備常見故障模式 運動設(shè)備部件的磨損、聲音異常、振動異常、晃動、溫升異常、泄漏等； 靜止設(shè)備部件的松動、變形、斷裂、龜裂、腐蝕、材質(zhì)變化等； 電氣設(shè)備的絕緣擊穿、溫度異常、絕緣裂化或燒損、短路、斷線等。 共四十一頁設(shè)備故障模式(msh) 據(jù)日本統(tǒng)計 共四十一頁 現(xiàn)代電氣設(shè)備的造價及運行可靠性在很大程度(chngd)上取決于設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)。電力設(shè)備金屬材料絕緣材料共四十一頁 絕緣介質(zhì)(jizh) 緊固支撐 冷卻媒介 絕緣結(jié)構(gòu)(jigu)的作用 共四十一頁絕緣材料(ju yun c

5、i lio)液體(yt)絕緣: 絕緣油固體絕緣：絕緣紙、電瓷 、云母交聯(lián)聚乙烯等氣體絕緣: 空氣、SF6 真空絕緣共四十一頁 在實際運行中，絕緣結(jié)構(gòu)的電氣和機械性能往往決定著整個(zhngg)電力設(shè)備的壽命，絕緣材料品質(zhì)的下降(即通常所說的絕緣劣化)將導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞。統(tǒng)計表明，電力設(shè)備運行中60一80的事故是由絕緣故障導(dǎo)致的，所以研究電力設(shè)備絕緣檢測與診斷技術(shù)對提高電力設(shè)備運行可靠性具有極其重要的意義。共四十一頁第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣(juyun)老化及其特征量 電氣因素機械(jxi)因素溫度和熱穩(wěn)定性受潮環(huán)境條件 為了使設(shè)備的外形尺寸保持在可以接受的水平，現(xiàn)代電氣設(shè)備相對于以往的設(shè)計采用了

6、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(yīng)力水平顯著提高。 共四十一頁圖1 有機絕緣的伏秒特性及運行中各種( zhn)電壓下的場強 1 油紙電氣強度； 2 膠紙電氣強度； 3 運行中各種電壓下的場強； E0 長期工作場強1. 電氣(dinq)影響 長期工作電壓 短時的過電壓 共四十一頁2.機械(jxi)影響 機械負荷 長時間振動 短路(dunl)應(yīng)力共四十一頁 圖2 不同耐熱等級的絕緣材料在各種運行溫度下長期(chngq)運行的壽命3. 溫度(wnd)影響 季節(jié)變化 長期過負荷 熱老化共四十一頁電介質(zhì)的耐熱(nai r)等級耐熱等級工作溫度()電介質(zhì)O90木材、紙、

7、紙板、棉纖維、天然絲；聚乙烯；聚氯乙烯；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)氧樹脂F(xiàn)155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；聚四氟乙烯共四十一頁熱老化規(guī)律 6 度規(guī)則(guz) 試驗表明，對于常用的A級絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過6，則壽命約縮短一半。而對于B、H級絕緣則分別約為10及12。 共四十一

8、頁 水分被吸收到電介質(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(xngchng)“汽橋”而使擊穿電壓顯著降低。 4. 受潮(shu cho)局部電弧水帶絕緣介質(zhì)共四十一頁共四十一頁5. 環(huán)境(hunjng)條件 在戶外工作的絕緣應(yīng)能長期耐受日照、風(fēng)沙、雨霧冰雪等大氣因素的侵蝕。在含有化學(xué)(huxu)腐蝕氣體等環(huán)境中工作時，選用的材料應(yīng)具有更強的化學(xué)(huxu)穩(wěn)定性，如耐油性等。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

9、合適的防霉劑和除蟲涂料等。 共四十一頁 可逆的對于絕緣系統(tǒng)在運行中出現(xiàn)的諸如受潮等情況而導(dǎo)致絕緣性能下降，經(jīng)過處理可以恢復(fù)原有特性的，就是一種可逆的劣化。 不可逆的絕緣系統(tǒng)在各種因素的長期作用下發(fā)生一系列的化學(xué)、物理變化，導(dǎo)致絕緣性能和機械性能等不斷(bdun)下降，則產(chǎn)生了一種不可逆的變化，將最終導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣擊穿，這種變化過程即為老化。絕緣(juyun)劣化特性共四十一頁直接表征(bio zhn)絕緣剩余壽命的特征量，如耐電強度、機械強度 間接表征絕緣剩余壽命的持征量，如絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切、泄漏電流、局部放電量、油中氣體含量、油中微水含量等 隨著對不同老化因子作用規(guī)律研究的深入，提

10、出一些新的表征絕緣品質(zhì)的特征量如直流分量、超高頻放電頻譜，超聲振動特性等等。 絕緣老化(lohu)的特征量共四十一頁第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣(juyun)預(yù)防性試驗 電力設(shè)備在運行中進行預(yù)防性試驗，可及時發(fā)現(xiàn)缺陷，減少事故的發(fā)生，它已成為我國電力生產(chǎn)中的一項重要制度(zhd)。預(yù)防性試驗可分為非破壞性試驗和破壞性試驗兩大類。 共四十一頁第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣(juyun)預(yù)防性試驗 非破壞性試驗又稱絕緣特性試驗，是指在較低的電壓下或是用其他不會損傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無缺陷。常見的試驗項目有絕緣電阻測量、泄漏電流測量、介質(zhì)損耗(snho)角正切測量、油中氣體含量檢測等項

11、目。共四十一頁 破壞性試驗又稱絕緣耐壓試驗，是指在高于工作電壓下所進行的試驗。試驗時在設(shè)備絕緣上施加規(guī)定的試驗電壓，考驗絕緣對此電壓的耐受能力。它主要指交流耐壓和直流耐壓試驗。由于這類試驗所加電壓較高，考驗比較直接和嚴格，特別是能揭露那些危險性較大的集中性缺陷，因此能保證絕緣有一定的水平或裕度，缺點(qudin)是可能會在耐壓試驗時給絕緣造成一定的損傷。第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣(juyun)預(yù)防性試驗共四十一頁絕緣試驗絕緣特性試驗絕緣電阻試驗介質(zhì)損失角正切值試驗局部放電試驗絕緣耐壓試驗交流電壓試驗直流電壓試驗雷電沖擊電壓試驗操作沖擊電壓試驗絕緣試驗(shyn)的分類 如需進行耐壓試驗，必須(bx)

12、在非破壞試驗即絕緣特性試驗合格后才進行。共四十一頁電力變壓器電力電纜高壓套管斷路器發(fā)電機充SF6充油 1測定絕緣電阻2測量直流泄漏電流3直流耐壓試驗4測量介損正切tan 5絕緣油試驗6微量水分測定7油中溶解氣體色譜8局部放電試驗9交流耐壓試驗設(shè)備(shbi)名稱是否(sh fu)試驗試驗項目共四十一頁 預(yù)防性試驗是一種簡便且較有效地評估電力設(shè)備絕緣狀況的方法。根據(jù)過去長期的運行經(jīng)驗及試驗研究中已逐步確立起來的這些預(yù)防性試驗項目，為確保(qubo)電氣設(shè)備的安全運行發(fā)揮著很大作用。共四十一頁現(xiàn)行預(yù)防性試驗(shyn)項目的回顧當(dāng)絕緣總體受潮或嚴重損壞(snhui)時，往往引起絕緣電阻Ri 的下降

13、或直流泄漏電流I1 的上升。如果感到兆歐表的直流電壓太低（一般為1KV或2、5KV）,還可采用加以直流高壓來測量泄漏電流 I1 。這時還便于觀察隨著外施電壓的上升， I1是否也基本上按比例上升。因為當(dāng)存在有某些缺陷時，高壓直流下的絕緣電阻（由泄漏電流換算而得）往往比低壓下用兆歐表測得的小得多。共四十一頁 絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1 與被試品絕緣尺寸（電極間的絕緣距離、截面等）相關(guān)，在絕緣試驗時對數(shù)據(jù)進行“縱比”與同一設(shè)備過去測量數(shù)據(jù)作比較，或“橫比”與同類被試品互相對比（如求三相不平衡系數(shù)等），作出比較準確的分析。在預(yù)防性試驗時，對絕緣電阻測量時要求測其吸收比（R 60“ / R15” ）

14、或極化比（R10 /R1），也為了消除因絕緣尺寸不同帶來的影響，而改以觀察同一被試品在吸收過程(guchng)中的相對變化。 共四十一頁 西林電橋測量交流下的介質(zhì)損耗tan，真正是反映交流下?lián)p耗大小的特征參數(shù)，它與絕緣(juyun)的幾何尺寸無關(guān)，直接由此判斷絕緣(juyun)的介質(zhì)損耗，高壓電氣設(shè)備總的介質(zhì)損耗功率相對于此絕緣(juyun)的無功功率總是只占一個很小的比例。 當(dāng)前大量使用交流電氣設(shè)備，而測絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1時所加的直流電壓，介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)加交流時，電位(din wi)按電容大小反比分布；直流時，按電阻正比分布。施加同樣幅值的直流或交流高壓，絕緣中的損耗、局部放電過程

15、交流下比在直流下嚴重。 共四十一頁氣相色譜分析方法，在發(fā)現(xiàn)油浸設(shè)備潛伏性故障的靈敏度方面往往比測量絕緣電阻及tan等高的多。當(dāng)運行的高壓電氣設(shè)備采用油-紙（塑料）組合絕緣，有機絕緣材料(ju yun ci lio)的壽命曲線相當(dāng)陡峭：它在短暫的高場強下絕緣強度極高；在交流電壓的長期作用下，材料逐漸劣化，其長時擊穿場強僅為其短時的百分之幾。共四十一頁第三節(jié) 電力設(shè)備絕緣在線檢測(jin c)與診斷常規(guī)預(yù)防性試驗存在試驗時需停電、試驗時間集中工作量大、試驗是否有效的問題。設(shè)備運行過程中，最關(guān)心絕緣(juyun)結(jié)構(gòu)的剩余電氣強度，至今未找到它與絕緣(juyun)電阻、泄漏電流、及介質(zhì)損耗角正切等非

16、破壞性試驗參數(shù)之間的直接函數(shù)關(guān)系，僅憑試驗項目難以準確、有效地判斷電力設(shè)備絕緣(juyun)的好壞，不能確保下一運行周期安全運行，有的項目試驗后會留有后遺癥，暴露出停電預(yù)防性試驗存在著缺陷。共四十一頁有的絕緣參數(shù)反映整體絕緣性能的宏觀參數(shù)，在多條并聯(lián)通道中有一條貫穿通道的絕緣強度下降，足以導(dǎo)致整個電氣設(shè)備的故障。停電后非破壞性的預(yù)防性試驗，所加的交流(jioli)電壓不超過10KV；再要加高電壓來測tan ,所用的標準電容器以及反接法測量用的電橋的絕緣必須另行加強。共四十一頁 利用(lyng)運行電壓對高壓設(shè)備絕緣狀況進行試驗，可提高試驗的真實性與靈敏度，這是在線檢測的主要著眼點。帶電監(jiān)測不必

17、再停電，給電力系統(tǒng)運行帶來方便。在線檢測將成為預(yù)防性試驗中的重要組成部分，它在多方面彌補靠定期停電預(yù)試的不足。過去非破壞性試驗所得的結(jié)果難以全面、真實地反映絕緣狀況，特別是電氣強度。色譜分析、局部放電等試驗的引入，對發(fā)現(xiàn)某些缺陷相當(dāng)有效，但對另外一些缺陷仍難以在早期發(fā)現(xiàn)；因此，繼續(xù)研究新的預(yù)防性試驗參數(shù)及方法勢在必行。共四十一頁 隨著傳感器、計算機、光纖技術(shù)等的發(fā)展與引用，一種電力設(shè)備的在線(zi xin)監(jiān)測儀器或系統(tǒng)，由傳感器系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)、分析診斷系統(tǒng)組成。傳感器系統(tǒng)感知所需要的電氣參量或非電氣參量（溫度、壓力、振動、超聲等）；信號采集系統(tǒng)將傳感器得到的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量進行傳輸；分

18、析診斷系統(tǒng)利用小波分析技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、模糊診斷技術(shù)、專家分析技術(shù)對采集信號進行分析、處理和診斷，得到所測設(shè)備絕緣的當(dāng)前狀況，進行絕緣診斷和壽命估計。共四十一頁不能認為在線檢測全面替代停電(tn din)預(yù)防性試驗，一方面在線檢測理論和技術(shù)尚不完善；另一方面，在線檢測測量的是工頻電壓下設(shè)備的絕緣參數(shù)，對于電力系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生過電壓時絕緣品質(zhì)無法測量。 共四十一頁在線監(jiān)測(jin c)的優(yōu)點高壓設(shè)備上所加的是運行電壓，比停電試驗電壓高得多，因此測得的參數(shù)更真實、靈敏；可以隨時進行檢測，能夠及時發(fā)現(xiàn)缺陷。 在線(zi xin)監(jiān)測的缺點 造價高； 可測試項目較少； 易受環(huán)境因素影響。 共四十一頁 目前電力設(shè)備實施在線檢測的難度： 1）無統(tǒng)一的標準。 2）對電力設(shè)備絕緣(juyun)特征量研究不夠。 3）在線檢測時干擾抑制十分困難，運行環(huán)境下存在的各種干擾直接影響檢測結(jié)果的正確性。共四十一頁內(nèi)容摘要目 錄。電