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文檔簡(jiǎn)介
第四章絕緣性能試驗(yàn)
一、絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念
進(jìn)行絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的原因電力設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)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(guò)對(duì)絕緣的試驗(yàn)和各種特性的測(cè)量,了解并評(píng)估絕緣在運(yùn)行過(guò)程中的狀態(tài),從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)稱(chēng)為絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)。1
絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類(lèi):
1.按對(duì)設(shè)備造成的影響程度分類(lèi)(兩類(lèi))
(1)非破壞性試驗(yàn),亦稱(chēng)絕緣特性試驗(yàn):在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法來(lái)測(cè)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(lèi):絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等
(2)破壞性試驗(yàn),即耐壓試驗(yàn):以高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來(lái)考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格,能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度;缺點(diǎn)可能在試驗(yàn)時(shí)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(lèi):交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操作沖擊耐壓試驗(yàn) 2
按照設(shè)備是否帶電的方式分類(lèi)(兩類(lèi))
(1)離線(xiàn):在監(jiān)測(cè)和診斷時(shí),要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài),通常是周期性間斷地施行,試驗(yàn)周期由電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程(DL/T596)規(guī)定
特點(diǎn):可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式,兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對(duì)絕緣耐壓水平的判斷比較間接,尤其對(duì)于周期性的離線(xiàn)試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確。
(2)在線(xiàn):在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行狀態(tài),對(duì)設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè),通常是自動(dòng)進(jìn)行的。
特點(diǎn):只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。由于可連續(xù)監(jiān)測(cè),除測(cè)定絕緣特性的數(shù)值外,還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢(shì),從而顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性32.絕緣預(yù)防性試驗(yàn)概念:
為了對(duì)絕緣狀態(tài)作出判斷,需對(duì)絕緣進(jìn)行各種試驗(yàn)和監(jiān)測(cè),通稱(chēng)為絕緣預(yù)防性試驗(yàn)。4絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)的三個(gè)基本環(huán)節(jié)
(1).傳感器與測(cè)量方法:正確選用各種傳感器及測(cè)量手段,檢測(cè)或監(jiān)測(cè)被試對(duì)象的種種特性,采集各種特性參數(shù);
(2).數(shù)據(jù)處理:對(duì)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(duì)象運(yùn)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(duì)絕緣老化過(guò)程的知識(shí)以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn),參照有關(guān)規(guī)程對(duì)絕緣運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別、判斷,即完成診斷過(guò)程。并對(duì)絕緣的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè),從而對(duì)故障提供預(yù)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(lèi):邏輯診斷,模糊診斷,統(tǒng)計(jì)診斷
(1)邏輯診斷邏輯診斷中將特征只歸結(jié)為“有”和“無(wú)”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(wú)”),診斷對(duì)象的狀態(tài)同樣只歸結(jié)為“有”和“無(wú)”,或“好”和“壞”兩種,即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量來(lái)描述。 邏輯診斷簡(jiǎn)單明了,應(yīng)用較廣,但把問(wèn)題過(guò)于簡(jiǎn)化,診斷準(zhǔn)確度較低。6(2)模糊診斷
考慮到被試對(duì)象的特征及狀態(tài)評(píng)價(jià)的主觀不確定性,即模糊性,許多情況不能簡(jiǎn)單地用“有”、“無(wú)”和“好”、“壞”來(lái)評(píng)定。模糊診斷中被試對(duì)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(lái)描述,如某特征“很強(qiáng)”、“強(qiáng)”、“一般”、“弱”、“很弱”,某故障“嚴(yán)重”、“較嚴(yán)重”、“一般”、“輕微”、“無(wú)”等,然后按特征或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類(lèi)別。如采用連續(xù)變化的特征函數(shù),判斷可更加準(zhǔn)確。7 (3)統(tǒng)計(jì)診斷
考慮到被試對(duì)象特征參數(shù)分布的不確定性,即統(tǒng)計(jì)性。對(duì)于處于同樣狀態(tài)的同類(lèi)設(shè)備,其特征參數(shù)并不相同,而按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布。利用這些規(guī)律進(jìn)行絕緣診斷(a)絕緣完好和損壞時(shí)(b)兩者重疊圖概率密度曲線(xiàn)不重疊
某特征參數(shù)的概率密度8N-統(tǒng)計(jì)圖線(xiàn)路絕緣子嚴(yán)重電暈放電波形
線(xiàn)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(yàn)電氣設(shè)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(biāo)11電流變化規(guī)律泄漏電流Ig吸收電流ia當(dāng)絕緣嚴(yán)重受潮或出現(xiàn)導(dǎo)電性缺陷時(shí),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(cè)絕緣電阻是隨測(cè)量時(shí)間變化而變化的,只有當(dāng)t=∞時(shí),其測(cè)量值為R=R∞,但在絕緣電阻試驗(yàn)中,特別是電容量較大時(shí),很難短時(shí)測(cè)量到R∞的值,反之,如絕緣受潮或出現(xiàn)貫穿性導(dǎo)電通道,則不僅穩(wěn)定的電阻值較低,而且很快會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值。因此,在實(shí)際測(cè)試中,對(duì)某些容量較大或不均勻的絕緣被試品,往往用測(cè)吸收比的方法。13吸收比K:定義:加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)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(dāng)絕緣狀況良好時(shí),K值遠(yuǎn)大于1;絕緣受潮時(shí),K值變?。灰话阏J(rèn)為如K<1.3時(shí)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(lái)考慮,比較準(zhǔn)確)對(duì)大電容量試品(也稱(chēng)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)絕緣電阻的比值。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K2值(加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)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(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。
K<1.3時(shí),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(xiàn)15二、試驗(yàn)設(shè)備與試驗(yàn)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(jì)的測(cè)量結(jié)構(gòu)手搖式絕緣電阻表原理接線(xiàn)圖流比計(jì)的電流線(xiàn)圈L1和L2的繞向相反,固定在同一轉(zhuǎn)子上,并可帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。由于轉(zhuǎn)軸上沒(méi)有裝彈簧游絲,當(dāng)線(xiàn)圈中沒(méi)有電流流過(guò)時(shí),指針可停留在任一偏轉(zhuǎn)角度α位置。當(dāng)搖動(dòng)發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一直流電壓U時(shí),I1流過(guò)線(xiàn)圈1,產(chǎn)生力矩M1I2流過(guò)Rx+R2,產(chǎn)生力矩M2,角度α反映力矩差當(dāng)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(dǎo)電芯線(xiàn)絕緣電阻表有線(xiàn)路端子L,接地端子E,屏蔽(或保護(hù))端子G三個(gè)接線(xiàn)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(jì)比的原理可看出,儀表的讀數(shù)與手搖式發(fā)電機(jī)的輸出電壓或轉(zhuǎn)速絕對(duì)值的關(guān)系不大,要保持轉(zhuǎn)速的恒定。注意:當(dāng)被試品電容量較大時(shí),測(cè)量后須先將絕緣電阻表從測(cè)量回路中斷開(kāi),然后才停止轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電機(jī),以免被試品的電容電壓損壞儀表。18
電子式絕緣電阻表
測(cè)量原理與手搖式絕緣電阻表的測(cè)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(cè)試方法:電子式電阻表自動(dòng)產(chǎn)生一個(gè)所需的直流電壓值,在被測(cè)試品上產(chǎn)生一個(gè)泄漏電流,通過(guò)泄漏電流大小,經(jīng)過(guò)電路換算,得出一個(gè)絕緣電阻。
特點(diǎn):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(cè)試,不怕被測(cè)試品電流反擊,自動(dòng)對(duì)被測(cè)試品放電;
3、測(cè)試方便,精度高,自動(dòng)化程度高;19絕緣電阻試驗(yàn)的用途可發(fā)現(xiàn)兩極間有穿透性的導(dǎo)電通道受潮表面污垢(比較有無(wú)屏蔽極時(shí)的值即可)不可發(fā)現(xiàn)絕緣中的局部缺陷(裂縫、氣泡、開(kāi)裂等)絕緣的老化(仍保持高阻值)20三、泄漏電流的測(cè)量(1)試驗(yàn)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(shí)際上也是為了測(cè)量絕緣電阻,只是試驗(yàn)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(diǎn),測(cè)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(shè)置于被試品的高壓端或低壓端的微安表進(jìn)行測(cè)量。如果微安表在高壓端處,此時(shí)需要將微安表及其與被試品相連的高壓引線(xiàn)加以等電位屏蔽,可將這部分對(duì)地的雜散電流(電暈、泄漏電流)不流過(guò)微安表,以減小測(cè)量誤差。21泄漏電流大小與設(shè)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(xiǎn)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(cè)量與絕緣電阻的測(cè)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(wú)關(guān)。tgδ在反映集中缺陷時(shí)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(cè)tgδ法適合檢測(cè)分布性的絕緣缺陷。4.2.1可檢測(cè)的缺陷種類(lèi)244.2.2測(cè)量原理
一、平衡測(cè)量法(高壓西林電橋)1.測(cè)量原理
高壓臂:被試品(由泄漏電阻Rx與電容Cx并聯(lián))無(wú)損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容CN
低壓臂:可調(diào)無(wú)感電阻R3(Z3)無(wú)感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)(Z4)
電橋平衡:檢流計(jì)G檢零
保護(hù):放電管(當(dāng)電壓超過(guò)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?yàn)棣?2πf=100π,tgδ=ωR4C4=C4×106
式中C4的單位是F.
若C4以μF計(jì)則可得到
tgδ=C427高壓西林電橋測(cè)量屏蔽線(xiàn)一般是用屏蔽線(xiàn)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(duì)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(cè)量的準(zhǔn)確度高。但是這種方法要求被試品高低壓端均對(duì)地絕緣。因?yàn)檫@種接線(xiàn)時(shí),人和試品均是高電位,必須對(duì)地絕緣,否則相當(dāng)于人體直接接地。一般采用反接線(xiàn)實(shí)驗(yàn)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(shè)備)當(dāng)電橋電壓不高時(shí)(如≤10kV),可用絕緣材料做操作把手;當(dāng)電橋電壓較高時(shí),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(cè)量中的電磁干擾和抗干擾措施 1)測(cè)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?chē)母邏簬щ婓w,包括電橋的高壓引線(xiàn),附近具有高電位的設(shè)備等。高壓干擾源通過(guò)雜散電容對(duì)電橋各節(jié)點(diǎn)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(cè)量誤差。
磁場(chǎng)干擾:電橋接線(xiàn)內(nèi)感應(yīng)干擾電勢(shì),影響平衡
30
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(lái),可基本消除電磁干擾導(dǎo)致的誤差。2.tgδ測(cè)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(wú)法改變的,因此,可以通過(guò)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(lái)達(dá)到消除或減少同頻率干擾的目的。
(3)倒相法測(cè)量時(shí)將電源正接和反接各測(cè)量一次,測(cè)得兩組結(jié)果tgδ1、Cx1和tgδ2、Cx2,然后計(jì)算求得tgδ和Cx:32
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(倒相法):第一次測(cè)得tg1和Cx1,然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線(xiàn)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Cx2,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兩次測(cè)量法(倒相法)
33倒相法原理34二、角差測(cè)量法(諧波波形分析法)原理:通過(guò)直接測(cè)量電壓和電流的角差來(lái)測(cè)量
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