第9講絕緣的非破壞性試驗(一)

第四章絕緣性能試驗

一、絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念

進行絕緣監(jiān)測和診斷的原因電力設備絕緣在運行中受到電、熱、機械、不良環(huán)境等各種因素的作用，其性能將逐漸劣化，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障，引起供電中斷。通過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估絕緣在運行過程中的狀態(tài)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)稱為絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)。1

絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)分類：

1.按對設備造成的影響程度分類（兩類）

（1）非破壞性試驗，亦稱絕緣特性試驗：在較低電壓下或用其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷——揭示絕緣缺陷的不同性質(zhì)和發(fā)展程度。

包含的種類：絕緣電阻試驗、介質(zhì)損耗角正切試驗、局部放電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等

（2）破壞性試驗，即耐壓試驗：以高于設備的正常運行電壓來考核設備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗對絕緣的考驗嚴格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點可能在試驗時給絕緣造成一定的損傷——不能揭示絕緣缺陷的性質(zhì)。

包含的種類：交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、雷電沖擊耐壓試驗及操作沖擊耐壓試驗 2

按照設備是否帶電的方式分類（兩類）

（1）離線：在監(jiān)測和診斷時，要求被試設備退出運行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行，試驗周期由電力設備預防性試驗規(guī)程（DL/T596）規(guī)定

特點：可采用破壞性試驗和非破壞性試驗兩種方式，兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗往往是在非破壞性試驗之后才進行。缺點是對絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其對于周期性的離線試驗更不易判斷準確。

（2）在線：在被試設備處于帶電運行狀態(tài)，對設備的絕緣狀況進行連續(xù)或定時的監(jiān)測，通常是自動進行的。

特點：只能采用非破壞性試驗方式。由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷的準確性32.絕緣預防性試驗概念：

為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對絕緣進行各種試驗和監(jiān)測，通稱為絕緣預防性試驗。4絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)的三個基本環(huán)節(jié)

(1).傳感器與測量方法：正確選用各種傳感器及測量手段，檢測或監(jiān)測被試對象的種種特性，采集各種特性參數(shù)；

(2).數(shù)據(jù)處理：對原始的雜亂信息加以分析處理(數(shù)據(jù)處理)，去除干擾，提取反映被試對象運行狀態(tài)最敏感、有效的特征參數(shù)；

(3).絕緣診斷：根據(jù)提取的特征參數(shù)和對絕緣老化過程的知識以及運行經(jīng)驗，參照有關(guān)規(guī)程對絕緣運行狀態(tài)進行識別、判斷，即完成診斷過程。并對絕緣的發(fā)展趨勢進行預測，從而對故障提供預警，并能為下一步的維修決策提供技術(shù)根據(jù)。53.絕緣診斷規(guī)則：

規(guī)則分類：邏輯診斷，模糊診斷，統(tǒng)計診斷

（1）邏輯診斷邏輯診斷中將特征只歸結(jié)為“有”和“無”兩種(或特征參數(shù)大于某給定的閾值則為“有”該特征，否則為“無”)，診斷對象的狀態(tài)同樣只歸結(jié)為“有”和“無”，或“好”和“壞”兩種，即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量來描述。 邏輯診斷簡單明了，應用較廣，但把問題過于簡化，診斷準確度較低。6（2）模糊診斷

考慮到被試對象的特征及狀態(tài)評價的主觀不確定性，即模糊性，許多情況不能簡單地用“有”、“無”和“好”、“壞”來評定。模糊診斷中被試對象的特征和狀態(tài)不用二值邏輯量描述，而用多值邏輯的特征函數(shù)來描述，如某特征“很強”、“強”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“嚴重”、“較嚴重”、“一般”、“輕微”、“無”等，然后按特征或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類別。如采用連續(xù)變化的特征函數(shù)，判斷可更加準確。7 （3）統(tǒng)計診斷

考慮到被試對象特征參數(shù)分布的不確定性，即統(tǒng)計性。對于處于同樣狀態(tài)的同類設備，其特征參數(shù)并不相同，而按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布。利用這些規(guī)律進行絕緣診斷(a)絕緣完好和損壞時(b)兩者重疊圖概率密度曲線不重疊

某特征參數(shù)的概率密度8N-統(tǒng)計圖線路絕緣子嚴重電暈放電波形

線路絕緣子三相中其中一相存在電暈的N-圖

三相中其中兩相存在電暈的N-圖

94.1絕緣電阻試驗電氣設備的絕緣，其等值電路往往是電阻電容的混合電路。吸收電流：由空間電荷極化造成的位移電流10一、主要參數(shù)及技術(shù)指標11電流變化規(guī)律泄漏電流Ig吸收電流ia當絕緣嚴重受潮或出現(xiàn)導電性缺陷時，R1、R2或兩者之和顯著減小，Ig大大增加，而Ia迅速衰減12絕緣電阻所測絕緣電阻是隨測量時間變化而變化的，只有當t＝∞時，其測量值為R=R∞，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R∞的值，反之，如絕緣受潮或出現(xiàn)貫穿性導電通道，則不僅穩(wěn)定的電阻值較低，而且很快會達到穩(wěn)定值。因此，在實際測試中，對某些容量較大或不均勻的絕緣被試品，往往用測吸收比的方法。13吸收比K：定義：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時絕緣電阻的比值．

利用K值判斷絕緣的狀況：K值越大，吸收現(xiàn)象越顯著；當絕緣狀況良好時，K值遠大于1；絕緣受潮時，K值變?。灰话阏J為如K<1.3時就可以判斷絕緣可能受潮。（一般是將R值與K值結(jié)合起來考慮，比較準確）對大電容量試品（也稱極化指數(shù)P）：

為加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時絕緣電阻的比值。電力設備預防性試驗規(guī)程等規(guī)定：

電力變壓器及大型發(fā)電機凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應不小于1.3，P值應不小于1.5；大型發(fā)電機采用環(huán)氧粉云母者：K值應不小于1.6，P應不小于2.0；發(fā)電機容量在200MW及以上，推薦測量K2值（加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時電阻之比值）。14

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導電通道，或絕緣嚴重受潮，則電阻R1

、R2會顯著降低，泄漏電流大大增加，時間常數(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中的一個數(shù)值降低，τ值也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當K＝1或接近于1，則設備基本喪失絕緣能力。

K<1.3時，就可判斷絕緣可能受潮。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線15二、試驗設備與試驗方法絕緣電阻表手搖式絕緣電阻表電源電壓產(chǎn)生方式

電子式絕緣電阻表16

手搖式絕緣電阻表

采用流比計的測量結(jié)構(gòu)手搖式絕緣電阻表原理接線圖流比計的電流線圈L1和L2的繞向相反，固定在同一轉(zhuǎn)子上，并可帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)軸上沒有裝彈簧游絲，當線圈中沒有電流流過時，指針可停留在任一偏轉(zhuǎn)角度α位置。當搖動發(fā)電機產(chǎn)生一直流電壓U時，I1流過線圈1，產(chǎn)生力矩M1I2流過Rx＋R2，產(chǎn)生力矩M2，角度α反映力矩差當指針轉(zhuǎn)到一定角度，轉(zhuǎn)矩平衡，即M1=M2,Rx——絕緣電阻17

手搖式絕緣電阻表

1-電纜金屬鎧裝；2-電纜絕緣；3-導電芯線絕緣電阻表有線路端子L，接地端子E，屏蔽（或保護）端子G三個接線端子，被試品絕緣在L和E之間。其中G用以消除絕緣被試品表面泄漏電流的影響；從流計比的原理可看出，儀表的讀數(shù)與手搖式發(fā)電機的輸出電壓或轉(zhuǎn)速絕對值的關(guān)系不大，要保持轉(zhuǎn)速的恒定。注意：當被試品電容量較大時，測量后須先將絕緣電阻表從測量回路中斷開，然后才停止轉(zhuǎn)動發(fā)電機，以免被試品的電容電壓損壞儀表。18

電子式絕緣電阻表

測量原理與手搖式絕緣電阻表的測量原理一樣，只是電源的產(chǎn)生方式不一樣，是由電池供電或是220V交流電源供電。測試方法：電子式電阻表自動產(chǎn)生一個所需的直流電壓值，在被測試品上產(chǎn)生一個泄漏電流，通過泄漏電流大小，經(jīng)過電路換算，得出一個絕緣電阻。

特點：1、體積小、重量輕，有模擬指針式和數(shù)字顯示兩種。

2、不怕短路測試，不怕被測試品電流反擊，自動對被測試品放電；

3、測試方便，精度高，自動化程度高；19絕緣電阻試驗的用途可發(fā)現(xiàn)兩極間有穿透性的導電通道受潮表面污垢（比較有無屏蔽極時的值即可）不可發(fā)現(xiàn)絕緣中的局部缺陷（裂縫、氣泡、開裂等）絕緣的老化（仍保持高阻值）20三、泄漏電流的測量（1）試驗電壓高，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷（2）施加的直流電壓逐漸升高，可觀察泄漏電流的變化，以判斷絕緣狀況。實際上也是為了測量絕緣電阻，只是試驗電壓較高，有可能發(fā)現(xiàn)尚未完全貫通的集中性缺陷或其他絕緣弱點，測試靈敏度較高如圖，交流電源經(jīng)整流輸出直流高壓，泄漏電流用設置于被試品的高壓端或低壓端的微安表進行測量。如果微安表在高壓端處，此時需要將微安表及其與被試品相連的高壓引線加以等電位屏蔽，可將這部分對地的雜散電流（電暈、泄漏電流）不流過微安表，以減小測量誤差。21泄漏電流大小與設備絕緣狀態(tài)1－絕緣良好 2－絕緣受潮3－絕緣中有集中性缺陷4－絕緣中有危險的集中性缺陷22油浸電力變壓器繞組泄漏電流允許值234.2介質(zhì)損耗角正切的測量與絕緣電阻的測量相比，介質(zhì)損耗因數(shù)是表征絕緣功率損耗大小的特征參數(shù)，與絕緣的體積大小無關(guān)。tgδ在反映集中缺陷時不靈敏，集中缺陷處的介質(zhì)損耗占被試絕緣全部介質(zhì)損耗中的比重就小，容性電流幾乎不變，測tgδ法適合檢測分布性的絕緣缺陷。4.2.1可檢測的缺陷種類244.2.2測量原理

一、平衡測量法（高壓西林電橋）1.測量原理

高壓臂：被試品（由泄漏電阻Rx與電容Cx并聯(lián)）無損耗的標準電容CN

低壓臂：可調(diào)無感電阻R3（Z3）無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)（Z4）

電橋平衡：檢流計G檢零

保護：放電管（當電壓超過閥值才放電接地）

西林電橋的基本回路25電橋的平衡條件

電橋的平衡條件：

26公式

因為ω=2πf=100π，tgδ=ωR4C4=C4×106

式中C4的單位是F．

若C4以μF計則可得到

tgδ=C427高壓西林電橋測量屏蔽線一般是用屏蔽線從其低壓端連接到低壓橋臂上，使人和被試品是同等電位，不對其他物體放電，則人在低壓橋臂上調(diào)節(jié)R3和C4就很安全。而且測量的準確度高。但是這種方法要求被試品高低壓端均對地絕緣。因為這種接線時，人和試品均是高電位，必須對地絕緣，否則相當于人體直接接地。一般采用反接線實驗法28反接法適用情況：金屬外殼直接放在底座上（絕大多數(shù)電氣設備）當電橋電壓不高時（如≤10kV），可用絕緣材料做操作把手；當電橋電壓較高時，操作者與橋本體在法拉第籠內(nèi)，使操作者與R3、R4、C4處于等電位。292.tgδ測量中的電磁干擾和抗干擾措施 1)測量中的電磁干擾

靜電干擾：是一種電容性耦合干擾，其干擾源為周圍的高壓帶電體，包括電橋的高壓引線，附近具有高電位的設備等。高壓干擾源通過雜散電容對電橋各節(jié)點注入電流，從而使各橋臂的電壓發(fā)生變化，影響橋臂平衡，產(chǎn)生測量誤差。

磁場干擾：電橋接線內(nèi)感應干擾電勢，影響平衡

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2）屏蔽如圖所示，將電橋的低壓部分（包括被試品的低壓電極在內(nèi)）用接地的金屬網(wǎng)屏蔽起來，可基本消除電磁干擾導致的誤差。2.tgδ測量中的電磁干擾和抗干擾措施31抗干擾措施２－３（2）采用移相電源由于干擾源的相位一般是無法改變的，因此，可以通過改變電源的相位，使得電源的相位和干擾的相位同相或反相，來達到消除或減少同頻率干擾的目的。

（3）倒相法測量時將電源正接和反接各測量一次，測得兩組結(jié)果tgδ1、Cx1和tgδ2、Cx2,然后計算求得tgδ和Cx：32

現(xiàn)場的試品：難以實現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴重

兩次測量法（倒相法）：第一次測得tg1和Cx1，然后倒換試驗變壓器原邊電源線的兩頭(試驗電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測得第二次的數(shù)值tg2和Cx2，可用下式計算得準確的tg和Cx值：

西林電橋的基本回路兩次測量法（倒相法）

33倒相法原理34二、角差測量法（諧波波形分析法）原理：通過直接測量電壓和電流的角差來測量