高電壓技術第三四章

高電壓技術第三四章第一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二電氣安全距離各種不同電壓等級的安全距離工作人員與帶電設備間的安全距離

第二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二絕緣缺陷和絕緣試驗絕緣缺陷分類：集中性缺陷：如懸式絕緣子的瓷件開裂，發(fā)電機絕緣局部磨損、擠壓開裂，等分布性缺陷：指整體絕緣性能下降,如大面積受潮、老化等絕緣維修技術包括：預防性維修（定期維修）：以預防性試驗為基礎狀態(tài)維修（預知維修）：以在線檢測試驗為基礎按試驗目的，絕緣試驗分類：出廠試驗、預防性試驗、交接試驗，等按電壓高低，絕緣試驗分類：非破壞性試驗（檢查性試驗）：在較低電壓下測定絕緣的某些方面的特性及其變化情況，從而間接判斷絕緣的狀況。破壞性試驗（耐壓試驗）：模擬設備絕緣在運行中可能受到的危險的過電壓狀況，對絕緣施加與之等價的高電壓來進行試驗，從而考驗絕緣耐受這類電壓的能力。兩類試驗均必不可少，各有特點，不能相互代替，只能互為補充。第三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3.1絕緣電阻的測量

第四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(1)絕緣電阻：一切電介質(zhì)和絕緣結構的絕緣狀態(tài)最基本的綜合性參數(shù)多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象：根據(jù)等值電路，電流開始時很大、逐步減小、最后穩(wěn)定于常數(shù)Ig，絕緣等效電容在充電過程中逐漸“吸收”電荷的現(xiàn)象電容電流對應的電荷并沒有傳遞，而是在兩端積累雙層介質(zhì)的等值電路加入直流電壓后電流吸收現(xiàn)象吸收的電荷對應電流圖中的陰影部分吸收電流傳導電流第五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(2)t=0，電壓按電容反比分配t=∞時，電壓按電阻正比分配動態(tài)充電電流為，時間常數(shù)傳導電流吸收電流R1C1=R2C2時，無吸收電流第六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(3)絕緣電阻：直流電壓與充電電流之比，其值隨時間不斷變化通常指：吸收電流衰減完畢后的穩(wěn)態(tài)電阻評價方法1：絕緣電阻?？赡軙r間長，或變化范圍大（和結構有關）和歷史值相比，根據(jù)變化趨勢確定損害程度評價方法2：吸收比：15S和60S兩個時刻電流值的比值。絕緣良好：k1>=1.3Ig比例??；時間常數(shù)大，吸收電流明顯。絕緣損壞：反之Ig比例大；時間常數(shù)小，15S時吸收電流衰減完可以排除絕緣結構、體積尺寸的影響。也有例外：如R1C1=R2C2時無吸收電流，無法應用

R值和K1值判斷結果矛盾第七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二絕緣電阻的測量-多層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象(4)評價方法3：結合R值和k1

評價方法4：吸收比和極化指數(shù)結合。極化指數(shù)：1分鐘和10分鐘的電流比值可解決時間常數(shù)很長的情況仍需進一步探索新方法絕緣劣化過程的非線性。某些集中缺陷已相當嚴重但還未貫通時，耐壓試驗時可被擊穿，但R，K1，K2卻不低其它測量方法：手搖式兆歐表，數(shù)字式兆歐表記錄環(huán)境溫度、濕度，進行補償、換算第八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3.2介質(zhì)損耗角正切的測量

第九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二介質(zhì)損耗角正切的意義和測量方法

tgδ是絕緣品質(zhì)的重要指標：超過相關標準，則意味著電介質(zhì)嚴重發(fā)熱，有爆炸的危險；或絕緣有嚴重缺陷。標準見P68表3-1能反映絕緣的整體性缺陷，小容量試品中的嚴重局部缺陷隨電壓的變化曲線可判斷絕緣是否受潮，含有氣泡及老化程度西林電橋

tgδ測量方法諧波波形分析法（基波）過零相位比較法異頻電源法影響tgδ的測量的因素：T、濕度、U、試品表面泄漏、試品電容量。第十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二西林電橋測量方法原理圖調(diào)節(jié)可調(diào)電阻和電容，使檢流計電流為0調(diào)節(jié)過程略。手動方法復雜、慢，自動調(diào)節(jié)快、穩(wěn)定，但硬件復雜，價格貴則外界電磁場干擾介質(zhì)中電流（特別是有功分量）非常微弱，極易受電磁干擾干擾路徑：電場通過雜散電容流入，磁場通過感應電流流入消除方法：電橋本體用金屬網(wǎng)屏蔽，引線用屏蔽電纜第十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二諧波波形分析法（1）將電壓、電流信號離散后進行FFT，求出基波分量相位則優(yōu)點：FFT算法，抗諧波、零漂、溫漂；不需要對波形進行前期加工（如濾波）缺點：易受工頻干擾，PT、CT、調(diào)理電路等易引入誤差，電流幅值小第十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二通過強弱電轉換和A/D可以將電壓和電流信號采集為u(k)、i(k)（k=1,2,…,N）,則諧波波形分析法（2）第十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二過零相位比較法實現(xiàn)過程：對電壓、電流信號，進行濾波、放大過零比較變?yōu)榉讲ǎ瑴y量電流電壓方波的時間差，換算相位優(yōu)點：相位測量變換為時間測量，靈敏度和精度高缺點：易受波形畸變引起的過零點偏移影響。計數(shù)器f0Nt第十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二異頻電源法提高實驗電源頻率，進行測量不是一種獨立的方法，需要結合前幾種方法測試優(yōu)點：tgδ抗現(xiàn)場工頻干擾缺點：tgδ隨頻率變化。為保證測試精度，需要頻率接近工頻；為了抗工頻干擾，需要測試頻率遠離工頻。

需要折中第十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（1）溫度：tgδ與溫度關系，且因材料、結構而異，一般隨溫度上升而增大濕度：介質(zhì)受潮后，損失增加試驗電壓：良好絕緣，額定電壓內(nèi)tgδ幾乎不變介質(zhì)內(nèi)存在氣泡、分層時，氣泡未電離前tgδ幾乎不變，局部放電后將迅速上升；電壓回落時，電力更強，形成閉環(huán)曲線絕緣受潮時，低壓時tgδ就很大，電壓升高時，tgδ急劇增大，電壓回落時，比上升時更大一些，形成不閉合的分岔曲線可通過隨電壓變化趨勢，判斷絕緣狀態(tài)或缺陷類型1-良好絕緣2-絕緣中存在氣隙3-受潮絕緣第十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二影響介質(zhì)損耗角測量精度的因素（2）表面泄漏：表面電導>>體積電導試品電容量：對小容量試品，能發(fā)現(xiàn)局部集中性和整體分布性缺陷；對大容量試品，只能能反映整體性缺陷。測試手段的影響：有功電流非常小，易受測試環(huán)節(jié)引入的誤差影響。

第十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3.3局部放電的測量

第十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二局部放電的基礎知識局部放電是介質(zhì)老化的重要原因之一。局部放電的發(fā)生機理：以固體介質(zhì)含氣隙為例，氣隙介電常數(shù)小，場強高；氣隙電氣強度小。氣隙先擊穿。局部放電的破壞過程：長期局部放電將使絕緣劣化損傷逐步擴大最終導致絕緣擊穿局部放電的破壞機理機械：帶電粒子不斷撞擊絕緣，引起破壞熱能：熱量不能散發(fā)，溫度升高引起熱崩潰，或氣隙膨脹輻射：放電區(qū)強烈的離子復合產(chǎn)生高能輻射線腐蝕：放電時產(chǎn)生強氧化劑、腐蝕劑等，使絕緣材料發(fā)生化學破壞第十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電（1）固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電示意圖和等值電路與氣隙串聯(lián)的固體介質(zhì)電容Cb<<氣隙電容Cg（氣隙很短）Cb<<固體其余完好部分電容Ca

介質(zhì)中氣隙局部放電示意圖和等值電路氣隙上的電壓氣隙上的電場強度第二十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電（2）一次局部放電過程：氣隙電壓增大到放電電壓Us氣隙放電電壓急劇下降到剩余電壓Ur火花熄滅。與一次局部放電對應的，出現(xiàn)一次放電電流脈沖。持續(xù)時間很短，瞬時完成。氣隙電壓恢復，再次放電，周而復始每次放電的真實放電量：等效電容：Cb與Ca串聯(lián)后再與Cg并理解放電過程第二十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二固體介質(zhì)含小氣隙的局部放電（3）放電引起的介質(zhì)整體電壓波動介質(zhì)電壓變化很小介質(zhì)整體的視在放電量：視在放電量和介質(zhì)整體電壓波動可測量視在放電量遠遠小于實際放電量交流電壓下，半周期內(nèi)放電可以重復發(fā)生多次直流電壓下，局放放電次數(shù)和破壞性比交流電壓差直流電壓下，電壓大小和方向不變氣隙被擊穿，空間電荷建立反電場，放電就熄滅空間電荷需要通過介質(zhì)電導中和后，才開始第二次放電單位時間內(nèi)，放電次數(shù)比交流下低的多第二十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二局部放電的參數(shù)表征局部放電的基本參數(shù)：放電重復率、放電能量，視在放電量。放電重復率（N）：在選定的時間間隔內(nèi)測得的每秒發(fā)生脈沖的平均次數(shù)。表示局放的頻度，和外加電壓大小有關視在放電量：視在放電能量：一次局放所消耗的能量其它：放電功率、局放起始電壓、熄滅電壓等q-為視在放電量Ui-為局放起始電壓第二十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二局部放電的測量局放檢測方法：電氣檢測、非電氣檢測電氣檢測方法：脈沖電流法。將局放電流通過檢測阻抗Zm，檢測Zm電壓差無線電干擾測量法。靈敏度高。介質(zhì)損耗法。測量tgδ隨外加電壓的變化。靈敏度低。非電檢測法超聲波法。外壁貼裝壓電元件，測量超聲波靈敏度不高，但抗干擾性能好光學分析法。測量局放產(chǎn)生的光。直觀，但靈敏度不高化學分析法。對絕緣油中溶解的氣體進行氣相色譜分析。在變壓器局放監(jiān)測中最為成熟。第二十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二3.4電壓分布的測量

第二十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二電壓分布測量的作用電壓沿絕緣表面的分布表面清潔時，電壓分布由絕緣電阻、電容和雜散電容決定表面污染、受潮時，由表面電導決定絕緣某部分損壞時，表面電壓分布會有明顯改變。推論：測量表面電壓分布可發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷第二十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二線路絕緣子串的電壓分布C為各絕緣子的本體電容，CE為各片對地電容，CL為各片對導線電容受絕緣子對地、對導線電容影響，電壓沿絕緣子分布不均勻。絕緣子串數(shù)越多，電壓越不均勻應對措施：安裝均壓環(huán)。某片絕緣子電壓比標準低一半以上，則可認為劣質(zhì)絕緣子

U12nClCeC4710131619221246810第二十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二測量絕緣子串電壓分布的方法電阻桿、電容桿分壓光電測桿：將絕緣子兩端電位差轉變?yōu)楣庑盘?，傳輸?shù)降孛?，再轉換成電信號非接觸式：紅外熱像，超聲波等。

第二十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二第四章

絕緣的高電壓試驗

第二十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二什么是絕緣的高電壓試驗？

人工制造一個工頻交流高壓、直流高壓、雷電沖擊高壓、操作沖擊高壓等，模擬電氣設備的絕緣在運行中受到的工作電壓，用以考驗各種絕緣耐受這些高電壓作用的能力檢查性試驗：加壓低于工作電壓；高電壓試驗：加壓要高于正常運行電壓具有破壞性試驗的性質(zhì)一般于設備交接期、運行試驗周期、大修改造后、或懷疑設備有缺陷時進行，以發(fā)現(xiàn)設備隱患避免設備事故或界定責任。主要內(nèi)容:一.工頻高壓試驗二.直流高電壓試驗三.沖擊高電壓試驗主要內(nèi)容第三十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二4.1工頻高電壓試驗

第三十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高壓試驗的目的方法：對絕緣加之等價的工頻高電壓來進行試驗，考驗耐受過電壓的能力，暴露在預防性試驗中未發(fā)現(xiàn)的缺陷，尤其對局部缺陷更加有效。工頻高壓試驗的作用主要用來檢驗絕緣在工頻電壓下的性能，也可用來等效檢驗絕緣對操作過電壓和雷電過電壓的耐受能力。由于沖擊高壓試驗設備儀器短缺沖擊電壓的電氣強度遠高于交流，故，用交流耐壓試驗代替沖擊耐壓試驗時可以降低電壓等級第三十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高壓試驗的電路(1)基本電路，單級

第三十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高壓試驗的電路(2)串級試驗:U試>500-750kV單臺變壓器在制造、運輸均有困難，因此只能串級方式第三十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二高壓試驗變壓器的結構和性能特點一般為單相，原理和單相電力變壓器相同。但也有特點：電壓高：高于正常額定電壓。如110kV等級電力變壓器，工頻試驗電壓為220kV我國及世界發(fā)達國家最高試驗變壓器為2250kV,個別國家為3000kV容量?。褐饕谦@得高壓，不是為了傳輸功率。只提供試品電容電流、漏導電流、局部放電電流、預放電電流對于>250kV試驗變壓器，高壓側電流1A可滿足大多試品的需要對人工污穢試驗等少數(shù)特殊情況，要求5~15A體積?。喝萘啃?、體積小。電壓高、套管大絕緣裕度?。翰豢紤]雷電、操作過電壓，絕緣裕度小連續(xù)運行時間短：一般為1min，發(fā)熱較輕，不需要散熱裝置漏抗較大：漏抗大、短路電流小，降低對繞組機械強度要求試驗變壓器為容性負荷，電力變壓器為感性負荷。試驗變壓器需要經(jīng)常放電。第三十五頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高電壓的測量（1）容升效應：考慮變壓器漏抗，容性負載所獲得的電壓高于試驗變壓器的輸出。工頻高電壓的測量：按IEC和我國國標規(guī)定，工頻高壓的測量無論峰值還是有效值，誤差不大于±3%。間接測量：低壓側測量再比例換算，由于容升效應，不準確球隙測壓器：擊穿電壓決定于球隙距離。基本設備，是唯一能直接測量高達兆伏的測量裝置傳統(tǒng)方法，現(xiàn)較少采用對球隙的結構、布置和連接，IEC和國標有嚴格的規(guī)定。見附錄一精確度較高、投資小操作復雜、不方便受氣候條件影響，特別是濕度、污穢、球表面情況測量值為峰值，可測量直流、交流、沖擊電壓第三十六頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高電壓的測量（2）靜電電壓表：利用靜電力的效應：可活動的平行板在電場下受到靜電力，加外力使之平衡，則平衡力可反應電壓大小峰值電壓表：利用整流電路，測量電容電流半波幅值，分壓器配低壓表計測量：一般用電容式分壓器，工頻電壓不高時（<100kV），可用電阻分壓器第三十七頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二工頻高電壓試驗中應注意的問題容升效應保護電阻，主電路保護電阻R1，球隙保護電阻R2在試品或球隙擊穿時，限制擊穿電流試品擊穿時，可能產(chǎn)生過電壓：變壓器漏抗和試品電容振蕩波形畸變：鐵芯飽和引起

第三十八頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二4.2直流高電壓試驗

第三十九頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二基本概念直流高壓試驗：測量泄漏電流。用于：直流高壓電力設備替代工頻高壓試驗。大容量交流設備需要的電容電流很大，難以滿足要求。如電纜、電容器等。直流只有泄漏電流，無電容電流，容量小可用于：同步發(fā)電機、高壓電動機、電力電纜、電容器直流電壓的電氣強度遠高于交流，故，用直流耐壓試驗代替交流耐壓試驗時需提高電壓等級產(chǎn)生直流高電壓的方法：半波整流回路、倍壓整流回路、串級直流發(fā)生器第四十頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二半波整流回路（1）和低壓半波整流回路基本相同。多了一個限流電阻，限制起始充電電流和故障電流T:高壓試驗變壓器V:整流元件（硅堆）C:穩(wěn)壓電容Rb:保護電阻Rf:限流電阻T.O.:被試品第四十一頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二半波整流回路（2）直流具有脈動性質(zhì)，平均直流電壓：脈動幅值：脈動系數(shù)：根據(jù)IEC和國標要求，加在試品上的直流電壓的脈動系數(shù)不超過5%第四十二頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二倍壓整流回路圖4-13（a）：兩個半波整流回路的疊加變壓器次級繞組對地絕緣圖4-13（b）：負半波：V1給C1充電，V1，V2給C2充電。正半波：C1、V2給C2充電

第四十三頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二串級直流發(fā)生器以倍壓整流回路為基礎，串聯(lián)n級串接級數(shù)n增加時，電壓脈動、脈動系數(shù)以及電壓降落將隨之增大保護電阻容量要足夠

第四十四頁，共五十頁，編輯于2023年，星期二直流電壓的測量IEC和國標：直流電壓測量誤差不大于3%，脈動幅值測量誤差不大于10%棒-棒間隙測壓器測量直流高壓的最大值。類似于球隙用靜電電壓表測量直流高壓平均值分壓器配合低壓表計測量高值電阻串接微安表

直流高壓試驗方式：與交流高壓試驗一樣加壓時間需較長時間，完成絕緣中的極化和吸收，電壓分布才趨于穩(wěn)定，故一般采用5－10min.有些15min.泄漏電