第三章絕緣診斷與絕緣試驗(yàn)(一)

第三章絕緣診斷與絕緣試驗(yàn)絕緣電阻和泄漏電流的測(cè)量介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量局部放電的測(cè)量耐壓試驗(yàn)與預(yù)防性試驗(yàn)方法的特點(diǎn)絕緣的在線監(jiān)測(cè)絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念§3.1、絕緣電阻和泄漏電流的測(cè)量

測(cè)量絕緣電阻與吸收比的工作原理測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法泄漏電流的測(cè)量1.測(cè)量絕緣電阻與吸收比的工作原理

雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線

在工程應(yīng)用上的表達(dá)方便，把介質(zhì)處在吸收過(guò)程時(shí)的U/i也稱呼為絕緣電阻R

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線定義吸收比K：

加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)電阻之比值

定義極化指數(shù)P：

為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等規(guī)定：

電力變壓器及大型發(fā)電機(jī)凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應(yīng)不小于1.3，P值應(yīng)不小于1.5；大型發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧粉云母者：K值應(yīng)不小于1.6，P應(yīng)不小于2.0；發(fā)電機(jī)容量在200MW及以上，推薦測(cè)量

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)τ大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，τ值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K＝1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線2.測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法

測(cè)量?jī)x表：一般用兆歐表進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測(cè)量

搖表：為了測(cè)準(zhǔn)吸收比，需用靈敏度足夠高的兆歐表?，F(xiàn)場(chǎng)仍較多采用帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱搖表

晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓

兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等

兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級(jí)的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表

兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖

例：用兆歐表測(cè)量電纜絕緣電阻用兆歐表測(cè)電纜絕緣電阻的接線圖1－鉛鎧外皮2－絕緣3－導(dǎo)芯微安表直讀法（兩種接法）測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2――高壓試驗(yàn)變壓器；D――高壓硅堆R――保護(hù)電阻；C――濾波電容；T――被試變壓器

3.泄漏電流的測(cè)量光電法光電法測(cè)泄漏電流的測(cè)量裝置的原理方塊圖§3.2、介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量西林電橋的基本原理存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量電流比較式電橋

測(cè)試無(wú)線電材料：常采用高頻施壓法，所加的 電壓不高

在電工界：測(cè)量tgδ的儀器和方法有多種，西 林電橋測(cè)法和電流比較式電橋測(cè)法

在線監(jiān)測(cè)：采用微計(jì)算機(jī)對(duì)tgδ的測(cè)量1.西林電橋的基本原理

西林電橋：

高壓臂：代表試品的Z1；無(wú)損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容C0，它以阻抗Z2作為代表。

低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無(wú)感電阻R3，以Z3來(lái)代表；無(wú)感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來(lái)代表

保護(hù)：放電管P

電橋平衡：檢流計(jì)G檢零 屏蔽：消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路

電橋的平衡條件：

Z1/Z3=Z2/Z4

串聯(lián)等值回路

tgδ=ωR4C4

Cx=R4C0/R3

并聯(lián)等值回路

tgδ=ωR4C4

Cx=R4C0/[R3(1+tg2δ)]

Cx：因?yàn)閠g2極小，故兩種等值電路的Cx

相等西林電橋的基本回路屏蔽：

雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場(chǎng)的影響，可以看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會(huì)引入干擾電流iS，也會(huì)造成測(cè)量誤差 所以需要屏蔽，消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路2.存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重

兩次測(cè)量法：第一次測(cè)得tg1和Cx，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測(cè)得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：

西林電橋的基本回路

磁場(chǎng)干擾時(shí)介損的測(cè)量

檢流計(jì)正反接抗磁場(chǎng)干擾的原理：設(shè)無(wú)磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值將分別為(R3－R3)和(C4－

C4)

當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測(cè)得：

當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測(cè)得：

因無(wú)磁場(chǎng)干擾時(shí)：

故可得：

電橋的下臂主要是兩個(gè)繞在同一環(huán)形鐵心上的線圈1和2，其匝數(shù)分別為N1和N2，兩者繞向相同，流過(guò)經(jīng)試品絕緣及標(biāo)準(zhǔn)電容C0過(guò)來(lái)的電流I1及I2后，分別會(huì)產(chǎn)生磁勢(shì)。環(huán)形鐵心上還繞有一個(gè)匝數(shù)為N3的第3線圈，在該線圈上接有指零儀表G。調(diào)節(jié)N1、N2及R，當(dāng)N1I1=N2I2時(shí)，儀表G指零。調(diào)節(jié)R是為了實(shí)現(xiàn)I1與I2達(dá)到同相位 電流比較式電橋原理接線電流比較式電橋測(cè)量介損

線圈1及2在電橋平衡時(shí)Cx=C0N2/N1

tgδ=ωR(C0+C)

平衡時(shí)線圈上基本無(wú)壓降，低壓臂的雜散電容基本上不起作用。電橋工作時(shí)不須多次反復(fù)平衡，一次儀表指零即可讀數(shù)，使用起來(lái)比較方便。三個(gè)繞組的互感器為防止雜散磁場(chǎng)的影響，是精心屏蔽的?？偟恼f(shuō)來(lái)，它的靈敏度和準(zhǔn)確度均高于普通西林電橋電流比較式電橋原理接線介損值§3.3、局部放電的測(cè)量測(cè)量局部放電的幾種方法局部放電的脈沖電流測(cè)量法脈沖電流法測(cè)PD的基本回路和檢測(cè)阻抗脈沖電流法的測(cè)量?jī)x器及其校正實(shí)施PD測(cè)量的其它技術(shù)問(wèn)題

局部放電的概念：

簡(jiǎn)稱為PD-PartialDischarge，指由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象

局部放電的危害：

局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中，因?yàn)樵谶@個(gè)很小的空間內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度很大。它的放電能量很小，所以它的存在并不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。但如一個(gè)電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓下長(zhǎng)期存在局部放電現(xiàn)象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以慢慢地?fù)p壞絕緣，日積月累，最后可導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿，發(fā)生電氣設(shè)備的突發(fā)性故障

局部放電的特點(diǎn)：

當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學(xué)變化 局部放電的檢測(cè)：

這些現(xiàn)象都可以用來(lái)判斷局部放電是否存在，因此檢測(cè)的方法也可以分為電的和非電的兩類1.測(cè)量局部放電的幾種方法

絕緣油的氣相色譜分析法：這項(xiàng)試驗(yàn)是通過(guò)檢查電氣設(shè)備油樣內(nèi)所含的氣體組成的含量來(lái)判斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷

超聲波探測(cè)法：在電氣設(shè)備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測(cè)器，用以探測(cè)局部放電所造成的超聲波，從而了解有無(wú)局部放電的發(fā)生，粗測(cè)其強(qiáng)度和發(fā)生的部位

脈沖電流法：測(cè)PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強(qiáng)弱程度，這種方法可以給出定量的結(jié)果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標(biāo)

2.局部放電的脈沖電流測(cè)量法

局部放電的三電容模型

以三個(gè)電容來(lái)表征介質(zhì)內(nèi)部存在缺陷時(shí)的局部放電的機(jī)理

Cg：氣泡的電容

Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容

Cm：其余大部分絕緣的電容介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

氣泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多 電極間加上交流電壓u，則Cg上的電壓為ug，

介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路局部放電機(jī)理

ug隨外加電壓u升高，當(dāng)u上升到Us瞬時(shí)值，ug到達(dá)Cg的放電電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug

下降到Ur，然后放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也可以為小于Ug（均絕對(duì)值）的其它值局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化

放電火花一熄滅，Cg上的電壓將再次上升，由于此時(shí)Cg及Cb已經(jīng)有了一個(gè)初始的直流電壓，所以此后的ug

值不能直接用上式來(lái)表達(dá)，ug

值與上式表達(dá)的值在絕對(duì)值上要小一個(gè)（Ug－Ur）值。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢(shì)而上升，當(dāng)它再次升到Ug時(shí)，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅

Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r（均絕對(duì)值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的形成的時(shí)刻，此時(shí)通過(guò)Cg有一脈沖電流，局部放電時(shí)氣泡中的電壓和電流的變化如圖所示局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路當(dāng)Cg放電時(shí)，放電總電容Cg：

Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr：當(dāng)Cm>>Cb，Cg>Cb，Ur=0時(shí)，qr

≈UgCg在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無(wú)法實(shí)測(cè)得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來(lái)測(cè)量。外施電壓是作用在Cm上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(dòng)(Ug-Ur)時(shí)，會(huì)造成外施電壓的變化量U應(yīng)為介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

由此兩式得總電容上的電壓變化量U：

相應(yīng)的電荷變化量q：

把U式代入上式q，可得

介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

真實(shí)放電量：qr，是無(wú)法測(cè)量的

視在放電量：q，其表達(dá)式中的量都是可以測(cè)得的。它是局部放電試驗(yàn)中的重要參量，國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于各類高壓設(shè)備的視在放電量△q的允許值均有所規(guī)定

q比真實(shí)放電量qr小得多，它以pC作為計(jì)量單位。其中C代表電荷量庫(kù)侖介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路

放電能量

表征局部放電的基本參數(shù)，除了視在放電量q外，還有一次脈沖放電能量W

當(dāng)外施電壓由零上升到Us時(shí)，Cg上的電壓為Ug，即

可得

如Ur≈0，則

放電重復(fù)率

放電重復(fù)率N：是表征PD的另一個(gè)基本參數(shù)。因?yàn)樵诩訅喊胫芷趦?nèi)能發(fā)生好幾個(gè)脈沖。所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得

如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n

局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化

局部放電的其它表示方法

為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。

有時(shí)還測(cè)量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓

影響局部放電特性的多種因素：主要有電壓的幅值、電壓的波形和頻率、電壓的作用時(shí)間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等3.脈沖電流法測(cè)PD的基本回路和檢測(cè)阻抗 三種基本測(cè)量回路電橋平衡回路試品通過(guò)Ck后與檢測(cè)阻抗并聯(lián)的回路試品與檢測(cè)阻抗相串聯(lián)的回路 在測(cè)量?jī)x器上所測(cè)得的局部放電脈沖值是