电气设备绝缘试验.ppt

第三章电气设备绝缘试验,绝缘试验主要内容,1绝缘试验的基本概念2绝缘电阻和泄漏电流的测量3介质损耗角正切的测量4局部放电的测量5耐压试验6绝缘的在线监测,1、绝缘预防性试验,电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和检测，通称为绝缘预防性试验。,绝缘的测试和诊断技术分类：1）按照对设备造成的影响程度分类（两类）非破坏性试验，亦称绝缘特性试验：在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的不同特性，采用综合分析的方法来判断绝缘内部的缺陷包含的种类：绝缘电阻和泄漏电流的试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等,破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点是可能在试验时给绝缘造成一定的损伤，同时不能反映绝缘缺陷的性质包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验,2）按照设备是否带电的方式分类（两类）离线：在离线的测试和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预防性试验规程（DL/T596）规定特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确,在线：在线监测则是在被试设备处于带电工作运行的条件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性,绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节：传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各种特性参数；数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最敏感、有效的特征参数；绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，并能为下一步的维修决策提供技术根据。,3.1绝缘电阻的测量,1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理2）测量绝缘电阻与吸收比的方法3）泄漏电流的测量4）测量绝缘电阻和泄漏电流的功效5）测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项,随时间，最终达Ig,1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线,2)绝缘电阻：施加直流电压时测得的电阻，通常指吸收电流衰减完毕后测得的稳态电阻值。,吸收比：,K11，K1值越大，表示吸收现象越显著，绝缘的性能越好,3)绝缘状态的判定若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘受潮，则电阻R会显著降低，泄漏电流大大增加，吸收电流迅速衰减。吸收比K下降。当K1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,介质的吸收现象,电压按电容反比分配,电压按电阻正比分配,电压过渡过程：,时间常数,极化指数P：为加压10分钟时的绝缘电阻R10与1分钟时电阻R1之比值P=R10/R1,我国电力行业标准DL/T5961996即电力设备预防性试验规程等规定：电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5大发电机当采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0。,4）测量绝缘电阻与吸收比的方法,测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量摇表：为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表。现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表。例：额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表；1kV以上者使用2500V兆欧表,兆欧表的原理结构图,屏蔽端子G：主要用于屏蔽表面泄漏电流,例：用兆欧表测量电缆绝缘电阻,用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图1铅铠外皮2绝缘3导芯4-屏蔽环,5)测试功效:可有效地发现：（1）两极间有穿透性的导电通道（2）整体受潮或局部严重受潮（3）表面污秽不能发现的缺陷：(1)绝缘中的局部缺陷(2)绝缘的老化判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比较,试验电压比兆欧表工作电压高得多:35kV以下设备：1030kV110kV及以上设备：40kV,电压可随意调节，可监测泄漏电流的变化,能发现兆欧表不能发现的某些绝缘缺陷,3.2泄漏电流的测量,发电机泄漏电流变化曲线,1良好绝缘；2受潮绝缘；3有集中性缺陷；4有危险的集中性缺陷,试验原理：绝缘设备施加直流高压时，会流过泄漏电流，对于良好的绝缘，泄漏电流随试验电压U成直线上升，且数值较小（如图曲线1），当绝缘受潮时，电流数值如曲线2所示。如绝缘中有集中性缺陷时，则泄漏电流在超过一定试验电压时将剧烈增加，缺陷越严重，泄漏电流值发生剧增的试验电压值愈低。,1)泄漏电流实验接线图,a接线：测量准确，A表在低压侧，读数操作安全，但试品不接地b接线：试品一端接地，测量系统在高压侧。为防止测量系统和试品高压侧电极及引线的电晕，需加屏蔽。仪表在高压侧，操作观察时特别注意安全,试验方法,被试品额定电压35kv及以下施加1030kv直流电压,被试品额定电压110kv及以上施加40kv直流电压,试验时按级0.5倍试验电压分阶段升高每阶段停留1min，读微安表读数即为泄漏电流,绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线后进行分析,注意事项：、用一开关将微安表短路，以保护微安表2、试验完毕，必须先将被试品上的剩余电荷放掉3、试验小容量试品时，需接入滤波电容以减小电压脉动,4、测量结果不应作为最后定论，应与下列数据比较：（1）、历史资料（2）、同类设备数据（3）、同一设备不同部位（不同相）的数据当K2时，有缺陷存在,3)测量绝缘电阻和泄漏电流的功效,测量绝缘电阻和泄漏电流能有效地发现的缺陷：1、两极间穿透性的导电通道2、绝缘受潮3、表面污垢测量绝缘电阻和泄漏电流不易发现的缺陷：1、绝缘的局部缺陷（局部损伤或裂缝、含有气泡、绝缘分层、脱开等）2、绝缘的老化（此时的绝缘电阻还相当高）,1)测试功效,有效：整体受潮、全面老化b小电容试品的严重局部缺陷c绕组上附积油泥d绝缘油脏污劣化等,很少有效：大容量设备的局部缺陷,3.3介质损耗角正切的测量,如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则测tg就不灵敏，且被测试品的体积越大，就越不灵敏。原因：得：若V2V1，则C2C1,得：只有缺陷部分较大时，在整体tg中才明显。,对电机、电缆这类电器设备，由于运行中的故障多为集中性缺陷发展所致，且设备体积很大，用测tg法的效果差。因此，通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，不做这项实验。对套管绝缘，tg试验是一项必不可少而且较有效的实验。在用tg法判断绝缘状况时，必须着重历史的比较以及处于同样运行条件下的同类型其他设备的比较，即使tg未超过标准，但与过去比较有明显增大时，就必须进行处理，以免在运行中发生事故。,2).西林电桥,通常施加510kV交流电压,电桥平衡时：,即：,或,则：,3).西林电桥接线,正接线：点接地，点接高压，试品两端不能接地。电桥可调部分处于低电位，调试方便安全，主要用于实验室试验反接线：点接高压，点接地，试品一端直接接地。电桥本体应有高绝缘强度，有可靠的接地线，适用于现场试验,正接线,西林电桥反接线,现场试验中：有许多一端接地的试品，如敷设在地下的电缆及摆在地面的重大电气设备，要改成对地绝缘是不可能的，只能改变电桥回路的接地点。这样就产生了一种反接法的西林电桥,4).测量的影响因素,（1）温度的影响尽可能在1030的条件下测量,（2）试验电压的影响测量与的关系，有助于判断绝缘的状态和缺陷的类型，图3-13,（4）试品电容量的影响对电容量大的试品，测不灵敏，应分别测量各部分的,（3）试品表面泄漏的影响将试品擦拭干净，必要时加屏蔽,5）测量介损的功效,测量介损能有效地发现的缺陷：（1）绝缘受潮（2）穿透性导电通道（3）绝缘内含气泡的游离、绝缘分层、脱壳等（4）老化劣化，绕组上附积油泥（5）绝缘油脏污、劣化等测量介损不易发现的局部性缺陷：（1）非穿透性局部损坏（测介损时没有发生局部放电）（2）很小部分绝缘的老化劣化（3）个别的绝缘弱点,6）测量介损时的注意事项,（1）与温度的关系：不同温度下的测量结果不能换算为进行比较，要求在相同温度条件下测试。（2）与电压的关系：试验电压过低，不易发现缺陷，因接近工作电压。（3）抗干扰措施：屏蔽和接地要好,非破坏性试验方法都是在较低电压下进行的，不如耐压试验对设备的绝缘考验严格并能确定其绝缘水平。非破坏性试验方法对不同故障的有效性：1、测绝缘电阻：可发现贯穿性受潮、脏污及导电通道等缺陷2、测泄漏电流：比1更灵敏3、测介损角正切值：能发现绝缘整体普遍劣化及大面积受潮,作业,如何进行泄漏电流试验？比较几种非破坏性试验方法的有效性。,耐压试验对绝缘施加一个比工作电压高得多的电压进行试验。在试验过程中可能引起设备绝缘的损坏，故又称破坏性试验。为避免设备损坏，耐压试验要在非破坏性试验后进行，即在非破坏试验合格后方允许进行。,3.6交流耐压试验,包括,1）交流耐压2）直流耐压3）雷电冲击耐压4）操作冲击耐压5）各种预防性试验方法的特点总结,一、工频交流耐压试验作用：能确定电气设备绝缘的耐受水平。工频耐压试验的优点是可准确地考验绝缘的裕度，能有效地发现较危险的集中性缺陷。但是交流耐压试验有重要缺点是对于固体有机绝缘，在较高的交流电压作用时，会使绝缘中一些弱点更加发展（但在耐压试验中还未导致击穿）。试验本身就引起绝缘内部的积累效应。,恰当地选择合适的试验电压值是一个重要问题。一般耐压试验的电压值应取得比出厂试验电压低些。大修前发电机定子绕组的试验电压取1.31.5倍额定电压，对于运行20年以上的发电机，取1.3倍额定电压做试验，对与架空线路有直接连接的发电机要求用1.5倍额定电压做耐压试验。变压器和互感器取出厂试验电压的0.85，其他高压电器按出厂试验电压的0.9，绝缘子直接按出厂试验电压做耐压试验。,800kV工频试变,二、耐压时间：一般不超过1分钟，以免使绝缘击穿。试验电压的波形应接近正弦。,三、工频高压试验的基本接线,以变压器为例如图所示,四、交流耐压试验实施办法：电力设备预防性试验规程（DL/T596）已对各类设备的耐压值作出了规定。以电力变压器为例，当大修而全部更换绕组后，按出厂试验电压值进行试验。在其它情况下，它们的耐压值取出厂试验电压的85。规程给出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示,电力变压器交流试验电压值括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统,五、电容效应：进行交流耐压试验时，被试品一般均属于电容性，试验变压器在电容性负载下，由于电容电流在线圈上会产生漏抗压降，使变压器高压侧电压发生升高现象。这时变压器高压侧电压高于按变比换算的电压，而且低压侧与高压侧之间的电压有相角差，如果试品的容抗一旦与试验变压器的漏抗发生串联电压谐振，则电压升高现象更为显著。,我国的国家标准把球隙作为测量工频高压的基本设备。装置简单，能直接测出被测的量，有足够的准确度。球隙测量高压的缺点：通过放电才能进行测量，放电使高压回路突然短路，对设备和试品都不利。影响气体放电的因素较多，掌握不好不易得到稳定的结果。为使测量结果比较准确，要求球隙周围较大的空间内无其他物体，使试验场地面积很大。,六、注意事项：球隙的选择和布置只有当球电极之间的距离与球的直径保持一定的比例时，才构成稍不均匀电场，使放电分散性较小。根据被测电压的大小选择合适的球电极，通常要求S/D0.75，S为球电极间距离，D为球电极直径。,大气条件对放电的影响标准的球隙放电电压是指标准大气条件下，即大气压力760mmHg(101.3kPa)，周围气温20。球间隙周围空气的污染情况应注意使球隙放几次电直到放电电压达到稳定值测量一个电压时，在球隙上连续放电三次，每次间隔不得少于1min，以三次放电电压的算术平均值作为球隙放电电压。,在使用中，通常由球隙放电时的球隙距离，在相应的放电电压表中查出标准大气条件下的放电电压值,同时由试验时的大气条件算出值，由此可得实际测量时，球隙的放电电压U=，该电压即为被测高压值。,一.直流高压试验的场合,被试品的电容量很大的设备(如长电缆、电力电容器)常用直流高电压试验来代替工频电压试验。,对直流输电设备进行直流高压试验。,泄漏电流测量,3.7直流耐压试验,二.直流高压试验的特点,试验设备容量小，重量轻，便于现场试验；,可同时进行泄漏电流测量,直流耐压试验更能有效发现电机定子端部的绝缘缺陷,对绝缘损伤小,对交流电气设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际,三.直流高电压的产生,2Um,串级直流高压发生器,四、不足：对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确。五、试验电压值：发电机定子绕组取22.5倍额定电压；电力电缆10kV及以下取56倍额定电压，35kV取45倍额定电压，35kV及以上的则取3倍额定电压。六、直流高压的测量，可以用球隙、静电电压表进行。,七、直流耐压与交流耐压不同，直流耐压无局部放电损伤：例如：对于电缆等油纸绝缘，在交、直流电压作用下，在油和纸上的电压分布不一样交流时电压按介电常数分布：电压较多作用在油层上直流时电压按电阻系数分布：电压较多作用在纸上,纸的耐压强度较高，所以电缆能耐受较高的直流电压。为了加强绝缘的考验，电缆的直流耐压值规定得较高。对于使用在交流电网中的电缆，进行直流耐压对绝缘的考验不如交流耐压接近实际。,3.8雷电冲击耐压,雷电冲击耐压用作为考验电力设备承受雷电过电压的能力。对电力变压器类试品不仅考验了主绝缘，而且是考验纵绝缘的主要方法。只在制造厂进行本项试验，因为本项试验会造成绝缘的积累效应，所以在规定的试验电压下只施加3次冲击。对小变压器是作为型式试验进行的。国家标准规定额定电压220kV，容量120MVA的变压器出厂时应进行本项试验。电力系统中的绝缘预防性试验，不进行本项试验。对主绝缘的耐受雷电过电压的能力，由交流耐压试验等值承担,操作冲击耐压,330kV电力设备的出厂试验应进行本项试验。对变压器进行出厂试验时，大多采用在高压绕组上直接加压法。在电力系统现场进行各个电压等级变压器的耐压试验时，可采用操作冲击感应耐压方式来取代工频耐压试验。由于利用被试变压器自身的电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源装置电压较低，整个装备比较简单。因为工频耐压试验本来是等值地代表雷电和操作过电压的，所以从这个意义上来说，进行操作冲击耐压试验是合理的。而且试验本身不会在绝缘中产生残留性损伤,总结：各种预防性试验方法的特点总结,表中序号6项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验,本章总结：,1.绝缘试验的意义2.绝缘预防性试验的主要项目：绝缘电阻和吸收比、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电各试验项目能反映的绝缘缺陷、试验方法3.绝缘高压试验工频耐压试验、直流高压试验、冲击耐压试验实验意义、试验装置和组成、高电压测试方法,4局部放电的测量,1）局部放电概念和特点2）测量局部放电的几种方法3）局部放电的脉冲电流测量法4）脉冲电流法测PD的基本回路和检测阻抗5）实施PD测量的其它技术问题,1）局部放电的概念和特点：局部放电的概念：PartialDischarge简称为PD，指在一定外施电压作用下，电气设备内部绝缘里面存在的弱点处发生的局部重复击穿和熄灭现象局部放电的危害：这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的缺陷中（如气隙或气泡），因为在这个很小的空间内电场强度很大。虽然其放电能量很小，在短时间内对电气设备的绝缘强度并不造成影响，但电气设备在工作电压下长期运行时，局部放电会逐步扩大，并产生不良化合物，使绝缘慢慢地损坏，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备的突发性故障,局部放电的特点：当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化。局部放电的检测：这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类,2）测量局部放电的几种方法,A-局部放电源B-电磁波的传播C-高压端的电压下落D-高压端对地杂散电容的电场传播E-流经接地线电流信号和磁场传播,电磁测量方法:,绝缘油的气相色谱分析法：这项试验是通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺陷超声波探测法：在电气设备外壁放上由压电元件和前置放大器组成的超声波探测器，用以探测局部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电的发生，粗测其强度和发生的部位,PD非电量法的检测,3）局部放电的脉冲电流测量法,局部放电的三电容模型以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的局部放电的机理Cg：气泡的电容；Cb：和Cg相串联部分的介质电容；Cm：其余大部分绝缘的电容,介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路,气泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多电极间加上交流电压u，则Cg上的电压为ug，Ug=UCb/(Cg+Cb),介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路,例如：Cg=1pFCb=0.01pFCm=100pF则：Ug=1kV;U=100kV,局部放电机理Ug=UCb/(Cg+Cb)ug随外加电压u升高，当u上升到Us瞬时值时，ug到达Cg的放电电压Ug，Cg气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug下降到Ur，然后放电熄灭。Ur叫做残余电压，它可以接近为零值，也可以为小于Ug（均绝对值）的其它值,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,Ug=UCb/(Cg+Cb)放电火花一熄灭，Cg上的电压将再次上升，由于此时Cg及Cb已经有了一个初始的直流电压，所以此后的ug值不能直接用上式来表达，ug值与上式表达的值在绝对值上要小一个（UgUr）值。外加电压仍在上升，Cg上的电压也顺势而上升，当它再次升到Ug时，Cg再次放电，电压再次降到Ur，放电再次熄灭,Cg上的电压从Ug突变为Ur（均绝对值）的一瞬间，就是局部放电脉冲的形成的时刻，此时通过Cg有一脉冲电流，局部放电时气泡中的电压和电流的变化如图所示,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路,真实放电量：qr=(UgUr)Cg+CmCb/(Cm+Cb)UgCg(1kV*1pF=1000pC)实际无法测量整体电压降落：U=Cb（Ug-Ur)/（Cm+Cb)（0.01pF*1kV/100pF=0.1V）可测视在放电量：q=UCm+CbCg/(Cb+Cg)=UCmUgCb(1kV*0.01pF=10pC)可测视在放电量是局部放电试验中的重要参量，国际和国家标准中，对于各类高压设备的q的允许值均有所规定,放电能量表征局部放电的基本参数，除了视在放电量q外，还有一次脉冲放电能量WW=qr(Ug-Ur)/2=q(Cg+Cb)(Ug-Ur)/(2Cb)当外施电压由零上升到Us时，Cg上的电压为Ug，即Ug=UsCb/(Cg+Cb)可得W=qUs(Ug-Ur)/(2Ug)如Ur0，则WqUs/2,放电重复率放电重复率N：是表征PD的另一个基本参数。因为在加压半周期内能发生好几个脉冲。所以定义一秒钟内产生的脉冲数叫做放电重复率N，N也是一个重要参量。可以通过实验求得如果每半周内的放电次数为n，则N=2fn=100n,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,局部放电的其它表示方法为了表征局部放电在一定期间内的平均综合效应，还提出了各种累积参数，如平均放电电流，放电功率等。有时还测量局部放电的起始放电电压和熄灭电压。以及放电电流的时域表示法。局部放电的统计表示法（在线检测常用）:n-q-三维统计谱图；以及n-和q两维谱图等影响局部放电特性的多种因素：主要有电压的幅值、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境的温度及湿度和气压等,4）脉冲电流法测PD的基本回路和检测阻抗,三种基本测量回路,电桥平衡回路,试品通过Ck后与检测阻抗并联的回路,试品与检测阻抗相串联的回路,5）实施PD测量的抗干扰问题,1、周期性干扰：连续的周期性干扰信号：如广播，电力系统中的载波通讯，手机通讯，高频保护信号，谐波，工频干扰等等，其波形一般是正弦形。脉冲型周期性干扰信号：例如可控硅整流设备在可控硅开闭时产生的脉冲干扰信号。其特点是该脉冲干扰周期性地出现在工频的某相位上。2、脉冲型随机干扰：高压输电线的电晕放电，相邻电气设备的内部放电，以及雷电，开关继电器的断、合，电焊操作等无规律的随机性干扰。旋转电机电刷和滑环间的电弧等。,抗干扰措施,背景噪音决定最小可见视在放电量，亦即决定测量系统的灵敏度，严重噪音将使局部放电测量无法进行。目前常采用的抗干扰措施包括：软硬件滤波；平衡电路；差动电路；相位锁定或可移开窗；统计法等。,预加电压测量PD试验：国标规定对220kV及以上的电力变压器必须做,电力变压器PD测试的加压过程,图中U1为最高额定线电压UmU2为1.3Um/或1.5Um/要求在1.3Um/的U2值下，q300pC或要求在1.5Um/的U2值下，q500pC,1）tg的在线监测2）局部放电（PD）的在线监测,6绝缘的在线监测,绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止运行；只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能在诊断期间发生故障；停电后的