高电压技术第三四章演示文稿

高电压技术第三四章演示文稿目前一页\总数四十八页\编于十五点（优选）高电压技术第三四章目前二页\总数四十八页\编于十五点绝缘缺陷和绝缘试验绝缘缺陷分类：集中性缺陷：如悬式绝缘子的瓷件开裂，发电机绝缘局部磨损、挤压开裂，等分布性缺陷：指整体绝缘性能下降,如大面积受潮、老化等绝缘维修技术包括：预防性维修（定期维修）：以预防性试验为基础状态维修（预知维修）：以在线检测试验为基础按试验目的，绝缘试验分类：出厂试验、预防性试验、交接试验，等按电压高低，绝缘试验分类：非破坏性试验（检查性试验）：在较低电压下测定绝缘的某些方面的特性及其变化情况，从而间接判断绝缘的状况。破坏性试验（耐压试验）：模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘施加与之等价的高电压来进行试验，从而考验绝缘耐受这类电压的能力。两类试验均必不可少，各有特点，不能相互代替，只能互为补充。目前三页\总数四十八页\编于十五点3.1绝缘电阻的测量

目前四页\总数四十八页\编于十五点绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象(1)绝缘电阻：一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合性参数多层介质的吸收现象：根据等值电路，电流开始时很大、逐步减小、最后稳定于常数Ig，绝缘等效电容在充电过程中逐渐“吸收”电荷的现象电容电流对应的电荷并没有传递，而是在两端积累双层介质的等值电路加入直流电压后电流吸收现象吸收的电荷对应电流图中的阴影部分吸收电流传导电流目前五页\总数四十八页\编于十五点绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象(2)t=0，电压按电容反比分配t=∞时，电压按电阻正比分配动态充电电流为，时间常数传导电流吸收电流R1C1=R2C2时，无吸收电流目前六页\总数四十八页\编于十五点绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象(3)绝缘电阻：直流电压与充电电流之比，其值随时间不断变化通常指：吸收电流衰减完毕后的稳态电阻评价方法1：绝缘电阻。可能时间长，或变化范围大（和结构有关）和历史值相比，根据变化趋势确定损害程度评价方法2：吸收比：15S和60S两个时刻电流值的比值。绝缘良好：k1>=1.3Ig比例小；时间常数大，吸收电流明显。绝缘损坏：反之Ig比例大；时间常数小，15S时吸收电流衰减完可以排除绝缘结构、体积尺寸的影响。也有例外：如R1C1=R2C2时无吸收电流，无法应用

R值和K1值判断结果矛盾目前七页\总数四十八页\编于十五点绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象(4)评价方法3：结合R值和k1

评价方法4：吸收比和极化指数结合。极化指数：1分钟和10分钟的电流比值可解决时间常数很长的情况仍需进一步探索新方法绝缘劣化过程的非线性。某些集中缺陷已相当严重但还未贯通时，耐压试验时可被击穿，但R，K1，K2却不低其它测量方法：手摇式兆欧表，数字式兆欧表记录环境温度、湿度，进行补偿、换算目前八页\总数四十八页\编于十五点3.2介质损耗角正切的测量

目前九页\总数四十八页\编于十五点介质损耗角正切的意义和测量方法

tgδ是绝缘品质的重要指标：超过相关标准，则意味着电介质严重发热，有爆炸的危险；或绝缘有严重缺陷。标准见P68表3-1能反映绝缘的整体性缺陷，小容量试品中的严重局部缺陷随电压的变化曲线可判断绝缘是否受潮，含有气泡及老化程度西林电桥

tgδ测量方法谐波波形分析法（基波）过零相位比较法异频电源法影响tgδ的测量的因素：T、湿度、U、试品表面泄漏、试品电容量。目前十页\总数四十八页\编于十五点西林电桥测量方法原理图调节可调电阻和电容，使检流计电流为0调节过程略。手动方法复杂、慢，自动调节快、稳定，但硬件复杂，价格贵则外界电磁场干扰介质中电流（特别是有功分量）非常微弱，极易受电磁干扰干扰路径：电场通过杂散电容流入，磁场通过感应电流流入消除方法：电桥本体用金属网屏蔽，引线用屏蔽电缆目前十一页\总数四十八页\编于十五点谐波波形分析法（1）将电压、电流信号离散后进行FFT，求出基波分量相位则优点：FFT算法，抗谐波、零漂、温漂；不需要对波形进行前期加工（如滤波）缺点：易受工频干扰，PT、CT、调理电路等易引入误差，电流幅值小目前十二页\总数四十八页\编于十五点通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采集为u(k)、i(k)（k=1,2,…,N）,则谐波波形分析法（2）目前十三页\总数四十八页\编于十五点过零相位比较法实现过程：对电压、电流信号，进行滤波、放大过零比较变为方波，测量电流电压方波的时间差，换算相位优点：相位测量变换为时间测量，灵敏度和精度高缺点：易受波形畸变引起的过零点偏移影响。计数器f0Nt目前十四页\总数四十八页\编于十五点异频电源法提高实验电源频率，进行测量不是一种独立的方法，需要结合前几种方法测试优点：tgδ抗现场工频干扰缺点：tgδ随频率变化。为保证测试精度，需要频率接近工频；为了抗工频干扰，需要测试频率远离工频。

需要折中目前十五页\总数四十八页\编于十五点影响介质损耗角测量精度的因素（1）温度：tgδ与温度关系，且因材料、结构而异，一般随温度上升而增大湿度：介质受潮后，损失增加试验电压：良好绝缘，额定电压内tgδ几乎不变介质内存在气泡、分层时，气泡未电离前tgδ几乎不变，局部放电后将迅速上升；电压回落时，电力更强，形成闭环曲线绝缘受潮时，低压时tgδ就很大，电压升高时，tgδ急剧增大，电压回落时，比上升时更大一些，形成不闭合的分岔曲线可通过随电压变化趋势，判断绝缘状态或缺陷类型1-良好绝缘2-绝缘中存在气隙3-受潮绝缘目前十六页\总数四十八页\编于十五点影响介质损耗角测量精度的因素（2）表面泄漏：表面电导>>体积电导试品电容量：对小容量试品，能发现局部集中性和整体分布性缺陷；对大容量试品，只能能反映整体性缺陷。测试手段的影响：有功电流非常小，易受测试环节引入的误差影响。

目前十七页\总数四十八页\编于十五点3.3局部放电的测量

目前十八页\总数四十八页\编于十五点局部放电的基础知识局部放电是介质老化的重要原因之一。局部放电的发生机理：以固体介质含气隙为例，气隙介电常数小，场强高；气隙电气强度小。气隙先击穿。局部放电的破坏过程：长期局部放电将使绝缘劣化损伤逐步扩大最终导致绝缘击穿局部放电的破坏机理机械：带电粒子不断撞击绝缘，引起破坏热能：热量不能散发，温度升高引起热崩溃，或气隙膨胀辐射：放电区强烈的离子复合产生高能辐射线腐蚀：放电时产生强氧化剂、腐蚀剂等，使绝缘材料发生化学破坏目前十九页\总数四十八页\编于十五点固体介质含小气隙的局部放电（1）固体介质含小气隙的局部放电示意图和等值电路与气隙串联的固体介质电容Cb<<气隙电容Cg（气隙很短）Cb<<固体其余完好部分电容Ca

介质中气隙局部放电示意图和等值电路气隙上的电压气隙上的电场强度目前二十页\总数四十八页\编于十五点固体介质含小气隙的局部放电（2）一次局部放电过程：气隙电压增大到放电电压Us气隙放电电压急剧下降到剩余电压Ur火花熄灭。与一次局部放电对应的，出现一次放电电流脉冲。持续时间很短，瞬时完成。气隙电压恢复，再次放电，周而复始每次放电的真实放电量：等效电容：Cb与Ca串联后再与Cg并理解放电过程目前二十一页\总数四十八页\编于十五点固体介质含小气隙的局部放电（3）放电引起的介质整体电压波动介质电压变化很小介质整体的视在放电量：视在放电量和介质整体电压波动可测量视在放电量远远小于实际放电量交流电压下，半周期内放电可以重复发生多次直流电压下，局放放电次数和破坏性比交流电压差直流电压下，电压大小和方向不变气隙被击穿，空间电荷建立反电场，放电就熄灭空间电荷需要通过介质电导中和后，才开始第二次放电单位时间内，放电次数比交流下低的多目前二十二页\总数四十八页\编于十五点局部放电的参数表征局部放电的基本参数：放电重复率、放电能量，视在放电量。放电重复率（N）：在选定的时间间隔内测得的每秒发生脉冲的平均次数。表示局放的频度，和外加电压大小有关视在放电量：视在放电能量：一次局放所消耗的能量其它：放电功率、局放起始电压、熄灭电压等q-为视在放电量Ui-为局放起始电压目前二十三页\总数四十八页\编于十五点局部放电的测量局放检测方法：电气检测、非电气检测电气检测方法：脉冲电流法。将局放电流通过检测阻抗Zm，检测Zm电压差无线电干扰测量法。灵敏度高。介质损耗法。测量tgδ随外加电压的变化。灵敏度低。非电检测法超声波法。外壁贴装压电元件，测量超声波灵敏度不高，但抗干扰性能好光学分析法。测量局放产生的光。直观，但灵敏度不高化学分析法。对绝缘油中溶解的气体进行气相色谱分析。在变压器局放监测中最为成熟。目前二十四页\总数四十八页\编于十五点3.4电压分布的测量

目前二十五页\总数四十八页\编于十五点电压分布测量的作用电压沿绝缘表面的分布表面清洁时，电压分布由绝缘电阻、电容和杂散电容决定表面污染、受潮时，由表面电导决定绝缘某部分损坏时，表面电压分布会有明显改变。推论：测量表面电压分布可发现绝缘缺陷目前二十六页\总数四十八页\编于十五点线路绝缘子串的电压分布C为各绝缘子的本体电容，CE为各片对地电容，CL为各片对导线电容受绝缘子对地、对导线电容影响，电压沿绝缘子分布不均匀。绝缘子串数越多，电压越不均匀应对措施：安装均压环。某片绝缘子电压比标准低一半以上，则可认为劣质绝缘子

U12nClCeC4710131619221246810目前二十七页\总数四十八页\编于十五点测量绝缘子串电压分布的方法电阻杆、电容杆分压光电测杆：将绝缘子两端电位差转变为光信号，传输到地面，再转换成电信号非接触式：红外热像，超声波等。

目前二十八页\总数四十八页\编于十五点第四章

绝缘的高电压试验

目前二十九页\总数四十八页\编于十五点什么是绝缘的高电压试验？

人工制造一个工频交流高压、直流高压、雷电冲击高压、操作冲击高压等，模拟电气设备的绝缘在运行中受到的工作电压，用以考验各种绝缘耐受这些高电压作用的能力检查性试验：加压低于工作电压；高电压试验：加压要高于正常运行电压具有破坏性试验的性质一般于设备交接期、运行试验周期、大修改造后、或怀疑设备有缺陷时进行，以发现设备隐患避免设备事故或界定责任。主要内容:一.工频高压试验二.直流高电压试验三.冲击高电压试验主要内容目前三十页\总数四十八页\编于十五点4.1工频高电压试验

目前三十一页\总数四十八页\编于十五点工频高压试验的目的方法：对绝缘加之等价的工频高电压来进行试验，考验耐受过电压的能力，暴露在预防性试验中未发现的缺陷，尤其对局部缺陷更加有效。工频高压试验的作用主要用来检验绝缘在工频电压下的性能，也可用来等效检验绝缘对操作过电压和雷电过电压的耐受能力。由于冲击高压试验设备仪器短缺冲击电压的电气强度远高于交流，故，用交流耐压试验代替冲击耐压试验时可以降低电压等级目前三十二页\总数四十八页\编于十五点工频高压试验的电路(1)基本电路，单级

目前三十三页\总数四十八页\编于十五点工频高压试验的电路(2)串级试验:U试>500-750kV单台变压器在制造、运输均有困难，因此只能串级方式目前三十四页\总数四十八页\编于十五点高压试验变压器的结构和性能特点一般为单相，原理和单相电力变压器相同。但也有特点：电压高：高于正常额定电压。如110kV等级电力变压器，工频试验电压为220kV我国及世界发达国家最高试验变压器为2250kV,个别国家为3000kV容量小：主要是获得高压，不是为了传输功率。只提供试品电容电流、漏导电流、局部放电电流、预放电电流对于>250kV试验变压器，高压侧电流1A可满足大多试品的需要对人工污秽试验等少数特殊情况，要求5~15A体积小：容量小、体积小。电压高、套管大绝缘裕度小：不考虑雷电、操作过电压，绝缘裕度小连续运行时间短：一般为1min，发热较轻，不需要散热装置漏抗较大：漏抗大、短路电流小，降低对绕组机械强度要求试验变压器为容性负荷，电力变压器为感性负荷。试验变压器需要经常放电。目前三十五页\总数四十八页\编于十五点工频高电压的测量（1）容升效应：考虑变压器漏抗，容性负载所获得的电压高于试验变压器的输出。工频高电压的测量：按IEC和我国国标规定，工频高压的测量无论峰值还是有效值，误差不大于±3%。间接测量：低压侧测量再比例换算，由于容升效应，不准确球隙测压器：击穿电压决定于球隙距离。基本设备，是唯一能直接测量高达兆伏的测量装置传统方法，现较少采用对球隙的结构、布置和连接，IEC和国标有严格的规定。见附录一精确度较高、投资小操作复杂、不方便受气候条件影响，特别是湿度、污秽、球表面情况测量值为峰值，可测量直流、交流、冲击电压目前三十六页\总数四十八页\编于十五点工频高电压的测量（2）静电电压表：利用静电力的效应：可活动的平行板在电场下受到静电力，加外力使之平衡，则平衡力可反应电压大小峰值电压表：利用整流电路，测量电容电流半波幅值，分压器配低压表计测量：一般用电容式分压器，工频电压不高时（<100kV），可用电阻分压器目前三十七页\总数四十八页\编于十五点工频高电压试验中应注意的问题容升效应保护电阻，主电路保护电阻R1，球隙保护电阻R2在试品或球隙击穿时，限制击穿电流试品击穿时，可能产生过电压：变压器漏抗和试品电容振荡波形畸变：铁芯饱和引起

目前三十八页\总数四十八页\编于十五点4.2直流高电压试验

目前三十九页\总数四十八页\编于十五点基本概念直流高压试验：测量泄漏电流。用于：直流高压电力设备替代工频高压试验。大容量交流设备需要的电容电流很大，难以满足要求。如电缆、电容器等。直流只有泄漏电流，无电容电流，容量小可用于：同步发电机、高压电动机、电力电缆、电容器直流电压的电气强度远高于交流，故，用直流耐压试验代替交流耐压试验时需提高电压等级产生直流高电压的方法：半波整流回路、倍压整流回路、串级直流发生器目前四十页\总数四十八页\编于十五点半波整流回路（1）和低压半波整流回路基本相同。多了一个限流电阻，限制起始充电电流和故障电流T:高压试验变压器V:整流元件（硅堆）C:稳压电容Rb:保护电阻Rf:限流电阻T.O.:被试品目前四十一页\总数四十八页\编于十五点半波整流回路（2）直流具有脉动性质，平均直流电压：脉动幅值：脉动系数：根据IEC和国标要求，加在试品上的直流电压的脉动系数不超过5%目前四十二页\总数四十八页\编于十五点倍压整流回路图4-13（a）：两个半波整流回路的叠加变压器次级绕组对地绝缘图4-13（b）：负半波：V1给C1充电，V1，V2给C2充电。正半波：C1、V2给C2充电目前四十三页\总数四十八页\编于十五点串级直流发生器以倍压整流回路为基础，串联n级串接级数n增加时，电压脉动