高電技術(shù)系列電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)課件

1、第五章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)為了保證電氣設(shè)備乃至整個(gè)電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行，必須恰當(dāng)?shù)倪x擇各種電氣設(shè)備的絕緣(包括絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu))，使之具有一定的電氣強(qiáng)度，并且使絕緣在運(yùn)行過(guò)程中保持良好的狀態(tài)。電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的意義時(shí)至今日，電介質(zhì)理論仍遠(yuǎn)未完善，各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能還不能僅依靠理論分析計(jì)算來(lái)解決問(wèn)題，而必須同時(shí)借助于各種絕緣試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)和掌握絕緣的狀態(tài)和性能，各種試驗(yàn)結(jié)果也往往成為絕緣設(shè)計(jì)的依據(jù)和基礎(chǔ)。但是由于種種原因，絕緣仍然是電力系統(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。第五章 電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)為了保證電氣設(shè)備乃至整個(gè)電力系統(tǒng)電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的分類耐壓試驗(yàn):模

2、仿設(shè)備絕緣在運(yùn)行中可能受到的各種電壓(包括電壓波形、幅值、持續(xù)時(shí)間等)，對(duì)絕緣施加與之等價(jià)的或更為嚴(yán)峻的電壓，從而考驗(yàn)絕緣耐受這類電壓的能力，稱為耐壓試驗(yàn)。這類試驗(yàn)顯然是最有效和最可信的，但也有其不足的一面：有可能導(dǎo)致絕緣的破壞。故也稱破壞性試驗(yàn)。檢查性試驗(yàn):測(cè)定絕緣某些方面的特性，并據(jù)此間接地判斷絕緣的狀況，稱為檢查性試驗(yàn)。這類試驗(yàn)一般是在較低電壓下進(jìn)行的，通常不會(huì)導(dǎo)致絕緣的擊穿損壞，故也稱非破壞性試驗(yàn)。 為了準(zhǔn)確全面的掌握電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)和性能，這兩類試驗(yàn)都是不可缺少的，為了避免不必要的損失，一般將破壞性耐壓試驗(yàn)放到非破壞性試驗(yàn)合格通過(guò)之后再進(jìn)行。電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)的分類耐壓試驗(yàn):模仿設(shè)備

3、絕緣在運(yùn)行中可能 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)主要是對(duì)各種電氣設(shè)備的絕緣定期進(jìn)行檢查和監(jiān)督，以便及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，及時(shí)更換或修復(fù)，防患于未然。 絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺陷而引起，有些絕緣缺陷是在設(shè)備制造過(guò)程中產(chǎn)生潛存下來(lái)的，還有一些絕緣缺陷則是在設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中在外界影響因素的作用下逐漸發(fā)展和形成的。 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)主要是對(duì)各種電氣設(shè)備的絕緣定期進(jìn) 絕緣缺陷 按絕緣缺陷存在的形態(tài)而言，絕緣缺陷可分為兩大類：集中性缺陷：如絕緣子瓷體內(nèi)的裂縫，發(fā)電機(jī)定子絕緣因擠壓磨損而出現(xiàn)的局部破損，電纜絕緣層內(nèi)存在的氣泡等; 分散性缺陷：如電機(jī)變壓器等設(shè)備的內(nèi)絕緣受潮，老化，變質(zhì)。絕緣缺陷 按絕緣缺陷存在的形態(tài)

4、而言，絕 當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，就會(huì)在設(shè)備的電氣特性上反映出來(lái)，通過(guò)測(cè)量這些特性的變化發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷，然后采取措施消除隱患。 絕緣預(yù)防性試驗(yàn)的目的 當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，就會(huì)在設(shè)備的5-1 測(cè)定絕緣電阻一、兆歐表工作原理手搖式兆歐表數(shù)字式兆歐表5-1 測(cè)定絕緣電阻一、兆歐表工作原理手搖式兆歐表數(shù)字式兆歐表指針偏轉(zhuǎn)角 是被測(cè)絕緣電阻RX 的函數(shù)，因此就可以把偏轉(zhuǎn)角的讀書直接標(biāo)定為被測(cè)絕緣電阻的值，且不受電源電壓波動(dòng)的影響。 兆歐表指針偏轉(zhuǎn)角 是被測(cè)絕緣電阻RX 的函數(shù)，因此就兆歐表的接線端子：線路端子（L）接被試品的高壓導(dǎo)體；接地端子（E）接被試品外殼或地；屏蔽端子（G）接被試品的屏蔽環(huán)或別的屏

5、蔽電極。屏蔽端子的作用：在被試品表面圈一金屬屏蔽環(huán)極，并將此環(huán)極接到兆歐表的端子G，使被試品表面的漏導(dǎo)電流直接由端子G流回發(fā)電機(jī)負(fù)極，從而排除表面漏導(dǎo)電流對(duì)被試品體積絕緣電阻測(cè)量的影響。兆歐表的接線端子：線路端子（L）接被試品的高壓導(dǎo)體；接地兆歐表的使用方法根據(jù)被測(cè)物的電壓等級(jí)，正確選用兆歐表，例如500V以下的電氣設(shè)備，應(yīng)選用500V兆歐表；1000V以上的電氣設(shè)備，應(yīng)分別選用1000V、2500V或5000V的兆歐表。 測(cè)量前，首先對(duì)兆歐表進(jìn)行一次開(kāi)路和短路試驗(yàn)，檢查兆歐表是否完好。開(kāi)路試驗(yàn)是將兩根測(cè)量導(dǎo)線分開(kāi)，搖動(dòng)手柄，正常情況下表針應(yīng)該指到“”處。短路試驗(yàn)是將兩根測(cè)量導(dǎo)線短接，緩慢搖動(dòng)

6、手柄，正常情況下表針應(yīng)該指在“0”處。開(kāi)路試驗(yàn)時(shí)指針如不指在“處，短路試驗(yàn)時(shí)指針如不指在“0”處，則該臺(tái)兆歐表屬于有故障，不能用于測(cè)量。兆歐表在使用時(shí)，應(yīng)放置平穩(wěn)，搖動(dòng)手柄的速度應(yīng)控制在120rmin，且要均勻。連接兆歐表的導(dǎo)線，要選用絕緣良好的單股線，不要選用絞線；測(cè)量時(shí)兩根測(cè)量導(dǎo)線要分開(kāi)，懸空。兆歐表的使用方法根據(jù)被測(cè)物的電壓等級(jí)，正確選用兆歐表，例對(duì)于高壓線路和高壓電氣設(shè)備，如電力變壓器、高壓電機(jī)等，測(cè)量前各相都要對(duì)地放電。測(cè)量時(shí)必須確認(rèn)被測(cè)物已切斷電源，也不可能受其它電源感應(yīng)帶電。禁止在雷電或鄰近設(shè)備帶有高壓電的情況下測(cè)量。在測(cè)量電纜線路、電容器、電機(jī)和變壓器等電氣設(shè)備絕緣電阻時(shí)，由于

7、兆歐表要向它們所存在的電容充電，所以測(cè)量結(jié)束后，應(yīng)對(duì)被測(cè)物短路放電。為了安全起見(jiàn)，測(cè)量時(shí)兩手不能同時(shí)接觸兆歐表的兩接線柱或其測(cè)量導(dǎo)線的金屬部位。測(cè)量中如指針已經(jīng)指零，則應(yīng)立即停止搖動(dòng)手柄，以免燒壞表頭。對(duì)于高壓線路和高壓電氣設(shè)備，如電力變壓器、高壓電機(jī)等，測(cè)量數(shù)字式兆歐表數(shù)字式兆歐表與手搖式兆歐表的結(jié)構(gòu)不同，其主要組成部分有500V或1000V直流電壓形成電路（相當(dāng)于手搖式兆歐表中直流發(fā)電機(jī)的作用），測(cè)試電路包括AD轉(zhuǎn)換電路（相當(dāng)于手搖式兆歐表中的測(cè)量線圈的作用）以及LCD顯示器(相同于手搖式兆歐表中的指針的作用)。數(shù)字式兆歐表數(shù)字式兆歐表與手搖式兆歐表的結(jié)構(gòu)不同，其主要二、兆歐表的主要測(cè)量參

8、數(shù)絕緣電阻：一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)最基本的綜合性特性參數(shù)。吸收比（K）：通常用時(shí)間為60s與15s時(shí)測(cè)得的絕緣電阻之比表示。絕緣良好時(shí)，最后穩(wěn)定的絕緣電阻值較高，而且要經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)的時(shí)間才能達(dá)到穩(wěn)定值。絕緣受潮或存在某些穿透性的導(dǎo)電通道，不僅最后穩(wěn)定的絕緣電阻值很低，而且還會(huì)很快達(dá)到穩(wěn)定值。吸收比可反映絕緣電阻隨時(shí)間而變化的關(guān)系。如絕緣良好，吸收比應(yīng)大于某一定值。二、兆歐表的主要測(cè)量參數(shù)絕緣電阻：一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕極化指數(shù)（P）：絕緣體在加壓后10min和1min所測(cè)得的絕緣電阻值R10與R1之比值。極化指數(shù)主要針對(duì)大中型電氣設(shè)備的絕緣；如絕緣良好，則此值應(yīng)不小于某一定值。對(duì)各類高壓

9、電氣設(shè)備絕緣所要求的絕緣電阻值、吸收比和極化指數(shù)，在電力部頒發(fā)的DL/T596-2019電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程中有明確的規(guī)定。極化指數(shù)（P）：絕緣體在加壓后10min和1min所測(cè)得的三、測(cè)試功效可有效發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受潮兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道通過(guò)比較有或無(wú)屏蔽極時(shí)所測(cè)得的值獲得絕緣表面的情況不能發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷絕緣中的局部缺陷（如非貫穿性的局部損傷、含氣泡等）絕緣的老化（即使絕緣老化，其絕緣電阻還可能相當(dāng)高）三、測(cè)試功效可有效發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受注意不論是絕緣電阻的絕對(duì)值或是吸收比和極化指數(shù)的值都只是參考性的。如不滿足最低合格值，則絕緣中肯定存在某種缺陷；但

10、是，如滿足最低合格值，也還不能肯定絕緣是良好的，其原因是由于兆歐表的電壓較低的緣故，有些絕緣，特別是油浸的或電壓等級(jí)較高的絕緣，即使有嚴(yán)重缺陷，用兆歐表測(cè)得的絕緣電阻值、吸收比或極化指數(shù)，仍可能滿足規(guī)定要求。根據(jù)絕緣電阻或吸收比的值來(lái)判斷絕緣狀況時(shí)，不僅應(yīng)與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相比較，還應(yīng)與本絕緣過(guò)去試驗(yàn)的歷史資料相比較，與同類設(shè)備的數(shù)據(jù)相比較，以及將同一設(shè)備的不同部分（如不同相）的數(shù)據(jù)相比較。注意不論是絕緣電阻的絕對(duì)值或是吸收比和極化指數(shù)的值都只是5-2 測(cè)定泄漏電流泄漏電流的測(cè)量原理和絕緣電阻的測(cè)量原理一致。但與絕緣電阻的測(cè)量相比較，泄漏電流的測(cè)量也有其獨(dú)特的特點(diǎn)：所加直流電壓較高，能揭示兆歐表不能發(fā)

11、現(xiàn)的某些絕緣缺陷。發(fā)電機(jī)的泄漏電流變化曲線泄漏電流i（A)1234Ut1-良好絕緣 2-受潮絕緣 3-有集中性缺陷的絕緣 4-有危險(xiǎn)的集中性缺陷的絕緣5-2 測(cè)定泄漏電流泄漏電流的測(cè)量原理和絕緣電阻的測(cè)量所加直流電壓是逐漸升高的，則在升壓過(guò)程中，從所測(cè)電流與電壓關(guān)系的線性度，即可指示絕緣情況。兆歐表刻度的非線性度很強(qiáng)，尤其在接近高量程段，刻度甚密，難以精確分辨。微安表的刻度則基本上是線性的，能精確讀取。對(duì)直流電源的技術(shù)要求輸出電壓：為了彌補(bǔ)兆歐表電壓太低的不足，本試驗(yàn)所需直流電壓較高，但也不可能太高，因?yàn)橹绷麟妷号c工頻電壓在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布是有很大不同的。表5-2-1所示。輸出電壓的極性應(yīng)符合

12、所需（一般為負(fù)極性）；輸出電壓值應(yīng)為連續(xù)可調(diào)的；其脈動(dòng)因數(shù)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不大于3%；有相應(yīng)的測(cè)壓系統(tǒng)。所加直流電壓是逐漸升高的，則在升壓過(guò)程中，從所測(cè)電流與電壓 T V RVC PV2 PV1AaTOA b T V RVC 輸出電流：常溫下，相應(yīng)試驗(yàn)電壓下的泄漏電流值很小，一般不超過(guò)100A，即使接近運(yùn)行溫度，泄漏電流值一般也不超過(guò)1mA。在測(cè)試時(shí)，被試品被擊穿，電源應(yīng)有自我保護(hù)，不受損壞。試驗(yàn)注意事項(xiàng)若被試品低壓極不直接接地，測(cè)試系統(tǒng)可處在低電位，比較安全和方便。將測(cè)試系統(tǒng)和被試品低壓極用屏蔽系統(tǒng)全部屏蔽并接地。避免由于空氣電離造成的測(cè)量誤差。若被試品一極已固定接地，測(cè)試系統(tǒng)連同屏蔽系

13、統(tǒng)改接到高壓電路中，并將屏蔽系統(tǒng)與高壓引入線相接。由于測(cè)量?jī)x表處在高壓側(cè)，觀察時(shí)應(yīng)特別注意安全。輸出電流：常溫下，相應(yīng)試驗(yàn)電壓下的泄漏電流值很小，一般不超5-3 測(cè)定介質(zhì)損耗因數(shù)（tan）由公式 介質(zhì)的功率損耗和介質(zhì)損耗角正切tan成正比， tan是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo)，測(cè)量tan值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一項(xiàng)靈敏有效的方法。 tan能反映絕緣的整體性缺陷和小電容試品中的局部性缺陷。由tan隨電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化的程度。但不能靈敏的反映大容量發(fā)電機(jī)、變壓器和電力電纜絕緣中的局限性缺陷，這時(shí)應(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解，分別測(cè)量它們的tan。測(cè)量tan常用高壓交流平衡電橋

14、(西林電橋)，不平衡電橋(介質(zhì)試驗(yàn)器)或低功率因數(shù)瓦特表來(lái)測(cè)量，主要介紹西林電橋。5-3 測(cè)定介質(zhì)損耗因數(shù)（tan）由公式 tan一、測(cè)試電路UI1 F I2V A P BCNCxGxVR3R4C4D被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電導(dǎo)分別為Cx和Gx；R3為可調(diào)的無(wú)感電阻；CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容；C4為可調(diào)電容；R4為定值無(wú)感電阻；P為流檢流計(jì)。調(diào)節(jié)R3和C4，使電橋達(dá)到平衡，即通過(guò)檢流計(jì)P的電流為零，此時(shí)有UFA/UAD=UFB/UBDA、B兩處接有放電管V，目的是防止R3 、C4上出現(xiàn)高電壓。一、測(cè)試電路UI1 F I2V A高電技術(shù)系列電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)課件為了計(jì)算方便，通常取

15、 。電源工頻時(shí)， 。 如C4以F計(jì)算，則在數(shù)值上， 為了計(jì)算方便，通常取 影響電橋準(zhǔn)確度的因素有：本試驗(yàn)高壓電源對(duì)橋體雜散電容的影響。外界電場(chǎng)干擾。外界磁場(chǎng)干擾。消除以上幾種誤差因素，最簡(jiǎn)單而有效的辦法是將電橋的低壓部分（最好能包括被試品和標(biāo)準(zhǔn)電容器的低壓電極在內(nèi)）全部用接地的金屬網(wǎng)屏蔽起來(lái)，這樣就能基本上消除上述三種誤差。影響電橋準(zhǔn)確度的因素有：本試驗(yàn)高壓電源對(duì)橋體雜散電容的影實(shí)際中，絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接接在接地底座上的，即被試品的一極是固定接地的，這時(shí)得用反接線。 在反接線的情況下，電橋調(diào)平衡的過(guò)程以及所得的tan和Cx的關(guān)系式均與正接線無(wú)異，不同的是接地點(diǎn)移到F點(diǎn)，原來(lái)的兩個(gè)

16、調(diào)節(jié)臂直接接到高電壓下，此時(shí)R3，C4，檢流計(jì)P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(hù)措施。 A P BCNCxRxR3R4C4FDU西林電橋反接線原理圖實(shí)際中，絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接接在接地底座上的，即二、測(cè)試功效測(cè)tan能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：受潮；穿透性導(dǎo)電通道；絕緣內(nèi)含氣泡的電離，絕緣分層、脫殼；絕緣老化劣化，繞組上的附積油泥；絕緣油臟污，劣化等。測(cè)tan不能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：非穿透性的局部損壞；很小部分絕緣的老化劣化；個(gè)別的絕緣弱點(diǎn)。二、測(cè)試功效測(cè)tan能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：受潮；三、測(cè)試注意事項(xiàng)盡可能分部測(cè)試tan與溫度的關(guān)系ta

17、n與試驗(yàn)電壓的關(guān)系護(hù)環(huán)和屏蔽的影響測(cè)繞組時(shí)的注意事項(xiàng)三、測(cè)試注意事項(xiàng)盡可能分部測(cè)試tan與溫度的關(guān)系ta5-4 電壓分布的測(cè)量 在工作電壓作用下，沿著絕緣結(jié)構(gòu)的表面會(huì)有一定的電壓分布。一般在表面比較清潔時(shí)，其分布規(guī)律取決于絕緣結(jié)構(gòu)本身的電容和雜散電容；而在表面污染受潮時(shí)，則取決于表面電導(dǎo)。如果某一部分因損壞而導(dǎo)致該處的絕緣電阻急劇下降，則其表面電壓分布將有明顯的改變。因此通過(guò)測(cè)量絕緣表面上的電壓分布也能發(fā)現(xiàn)某些絕緣缺陷。 作為絕緣預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目之一，測(cè)量電壓分最適用于那些由一系列元件串聯(lián)組成的絕緣結(jié)構(gòu)。 例如在電力系統(tǒng)中有大量的絕緣子在運(yùn)行。輸電線路上的絕緣子串由若干片懸式絕緣子組成，支柱絕緣

18、子一般也由多個(gè)元件串聯(lián)構(gòu)成，高壓套管的瓷套也由許多個(gè)裙邊構(gòu)成。定期測(cè)量電壓沿著絕緣子各組成元件的分布狀況，是電力系統(tǒng)中常見(jiàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目之一。5-4 電壓分布的測(cè)量 在工作電壓作用下，沿著表面清潔的懸式絕緣子串的電壓分布不但取決于絕緣子本身的電容，而且也受到各元件與地電位物體（鐵塔、架空地線、大地等）及高壓導(dǎo)線之間的雜散電容的影響。C為每片絕緣子的本體電容，其值一般約為4055pF；C1為各元件對(duì)地電容，C2為各元件與高壓導(dǎo)線之間的電容。實(shí)際上各個(gè)元件C1值不是相等的，C2值也一樣；平均可取C145pF，C2 0.51pF表面清潔的懸式絕緣子串的電壓分布不但取決于絕緣子本身的電C1的影響是造成一定的分流，使最靠近高壓導(dǎo)線的那片絕緣子流過(guò)的電流最大，因而分到的電壓也最大，其