6-电气设备绝缘的预防性试验.ppt

高电压工程基础 第六章电气设备绝缘的预防性试验 任课教师 赵彤 山东大学电气工程学院 高电压工程基础 绝缘检测和诊断技术 通过对绝缘的试验和各种特性的测量 可了解并评估绝缘在运行过程中的状态 从而能早期发现故障的技术 离线检测 要求被测设备退出运行状态 只能是周期性间断的进行 试验周期由试验规程规定 在线监测 在被测设备处于带电运行的情况下 对设备的绝缘状态进行连续或定时的检测 通常是自动进行的 高电压工程基础 为了对绝缘状态做出判断 需对绝缘进行各种试验和检测 统称为绝缘预防性试验 对于离线式试验又可分为两类 绝缘特性试验 非破坏性试验 检查性试验 在较低的电压下或用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性 从而判断绝缘的内部缺陷 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不易判断准确 耐压试验 破坏性试验 对绝缘考验严格 能保证绝缘具有一定的绝缘水平 缺点是只能离线进行 并可能因耐压试验对绝缘造成一定的损伤 高电压工程基础 在线监测采用的是非破坏性试验方法 由于可连续检测 故除测定绝缘特性的数值外 还可分析绝缘特性随时间的变化趋势 从而显著提高判断的准确性 绝缘特性试验方法有多种 各种方法能够反映绝缘缺陷的性质是不同的 对不同的绝缘材料和绝缘结构 各种方法的有效性也不一样 所以 一般需要采用多种不同的方法来试验 对试验结果进行综合分析比较后 才能作出正确的判断 高电压工程基础 电气设备绝缘缺陷的分类 集中性缺陷如悬式绝缘子的瓷质开裂 发电机绝缘局部磨损 挤压破裂 电缆绝缘逐渐损坏等 分布式缺陷电气设备整体绝缘性能下降 如电机 变压器 套管中有机绝缘材料的受潮 老化 变质等 一 绝缘电阻的测试二 泄漏电流的测量三 介质损耗角正切值的测量四 局部放电的测试五 电压分布的测量六 绝缘油的电气试验和气相色谱分析七 绝缘状态的在线监测 高电压工程基础 第六章电气设备绝缘的预防性试验 6 1绝缘电阻的测试 高电压工程基础 测量电气设备的绝缘电阻 是检查其绝缘状态最简便的辅助方法 电气设备由休止状态转为运行状态前 或在进行绝缘耐压试验前 必须进行绝缘电阻的测试 以确定设备有无受潮或绝缘异常 电气设备的绝缘电阻在测量过程中是随加压时间的增长而逐步上升并最终趋于稳定的 当绝缘良好时 不仅稳定的绝缘电阻值较高 而且吸收过程相对较慢 绝缘不良或受潮时 稳定的绝缘电阻值较低 吸收过程相对较快 6 1 1多层介质的吸收现象 高电压工程基础 凡是由多种不同的电介质组成的绝缘结构 在加上直流电压后 各层电压将从开始时按电容分布逐渐过渡到稳态时按电导 电阻 分布 在电压重新分配的过程中 夹层界面上会积聚起一些电荷 使整个介质的等值电容增大 这种极化称为夹层介质界面极化 简称夹层极化 以双层电介质为例说明 高电压工程基础 t 0时开关闭合 介质上的电压按电容分压 t 时 介质上的电压按电阻分压 一般情况 对双层不同电介质 高电压工程基础 即C1 C2上的电荷需要重新分配 设C1 C2 而R1 R2 则可得 t 时 t 0时 分界面上将积聚起一批多余的空间电荷 这就是夹层极化引起的吸收电荷 电荷积聚过程所形成的电流称为吸收电流 这种在双层介质分界面上出现的电荷重新分配的过程 就是夹层极化过程 由于夹层极化中有吸收电荷 故夹层极化相当于增大了整个电介质的等值电容 高电压工程基础 由于这种极化涉及电荷的移动和积聚 必然伴随能量损耗 由于电荷的积聚是通过介质的电导进行的 而介质的电导一般很小 所以极化过程较慢 一般需要几分之一秒 几秒 几分钟 甚至几小时 所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来 ia是由夹层极化 有损极化 产生的电流 而夹层极化建立所需时间较长 所以较为缓慢地衰减到零 这部分电流又称为吸收电流 Ig是不随时间变化的恒定分量 称为电介质的泄漏电流或电导电流 高电压工程基础 当绝缘受潮或有缺陷时 电流的吸收现象不明显 总电流随时间下降较缓慢 而试品的绝缘电阻与电流成反比 因此 根据I15 I60的变化 就可以初步判断绝缘的状况 对于不均匀试品的绝缘 如果绝缘状况良好 则吸收现象明显 Ka值远大于1 如果绝缘严重受潮 由于Ig大增 Ia迅速衰减 Ka值接近于1 I15 R15为加压15s时的电流和对应的绝缘电阻 I60 R60为加压60s时的电流和对应的绝缘电阻 6 1 2绝缘电阻和吸收比的测量 高电压工程基础 1 兆欧表 摇表 的原理和接线 绝缘电阻测试仪 兆欧表 高电压工程基础 兆欧表由两部分组成 直流电源和测量机构 L 线路端子E 接地端子G 保护端子1 电压线圈2 电流线圈 高电压工程基础 RX 被试品的绝缘电阻 线圈上产生的转动力矩为 式中F1 F2 表示指针偏转角 的函数 高电压工程基础 当指针旋转到某一位置时 力矩差为零 指针停止旋转 此时指针偏转的角度与流过线圈的电流之比有关 指针偏转角的读数可反映Rx的大小 高电压工程基础 兆欧表有三个接线端子 线路端子 L 接地端子 E 和保护 屏蔽 端子 G 被试绝缘接在端子L和E之间 而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈 测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响 2 绝缘电阻和吸收比的测量方法 高电压工程基础 在电气设备的绝缘上加上直流电压后 流过绝缘的电流要经过一个过渡过程才达到稳态值 驱动兆欧表达到额定转速 待指针稳定后 即可读取绝缘电阻的数值 通常认为加压60s时 通过绝缘的吸收电流已衰减至接近于零 所以规定加压60s时所测得的数值为被试品的绝缘电阻 高电压工程基础 试验接线 L端子接导体端 E端子接另一导体端或接地端 G端子接屏蔽极 高电压工程基础 对绝缘为多层介质的设备 绝缘良好时有明显的吸收现象 绝缘电阻达稳态值的所需时间较长 稳态电阻值高 吸收比K远大于1 测量吸收比时 先驱动兆欧表达额定转速 待指针到 时 用绝缘工具将火线迅速接至试品上 同时记录时间 分别读取15s和60s的绝缘电阻值 高电压工程基础 当绝缘严重受潮或有贯穿性导电通道时 绝缘电阻达稳态值的所需时间大大缩短 稳态电阻值降低 吸收现象不明显 吸收比接近于1 一般情况 K值不应小于1 3 高电压工程基础 某些容量较大的电气设备 其吸收过程很长 吸收比K不能充分反映绝缘吸收的全过程 引入另一指标极化指数P 加压10min时的绝缘电阻R10 与加压1min时的绝缘电阻R1 的比值 绝缘良好时 极化指数P不应小于某一定值 一般为1 5 2 0 对各类高压电气设备绝缘所要求的绝缘电阻 吸收比K 极化指数P的值 在 电力设备预防性试验规程 中有明确的规定 可参阅 3 测量时的注意事项 高电压工程基础 试验前应将被试品接地放电一定时间 高压测试连接线应尽量保持架空 需使用支撑时 要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测试结果的影响极小 选择合适的兆欧表 根据被试品的电压等级选择 且试验前试表的好坏 测量吸收比或极化指数时 应待电源电压达稳定后再接入被试品 并开始计时 高电压工程基础 对电容值大的试品 试验完后 应在保持兆欧表电源电压的条件下 先断开L端子与试品的连线 再停止摇表 变压器 电机试验时 被测绕组首尾短接 再接到L端子 非被试绕组也要短路接地 可避免非被试绕组中剩余电荷的影响 且可测被试绕组与非被试绕组及地的绝缘电阻 测量顺序对结果也有影响 记录试验时的温度 湿度 4 测量结果的分析 高电压工程基础 测绝缘电阻能有效发现下列缺陷 总体绝缘质量欠佳 绝缘整体受潮 两极间有贯穿性的导电通道 表面脏污 比较有或无屏蔽极时所测得的数值 测绝缘电阻不能发现下列缺陷 绝缘中的局部缺陷 如非贯穿性的局部损伤 裂缝 内部气隙等缺陷 绝缘的老化 因为老化了的绝缘 其绝缘电阻还可能是比较高的 高电压工程基础 测量结果采用比较法判断 R K只是参考性指标 其合格不能肯定绝缘良好 尤其是电压高的设备 因摇表额定电压低 但其不合格绝缘中肯定有某种缺陷 所以 不仅应与规定标准比较 还应将试验数据与本绝缘的历史数据比较 与同类设备的数据比较 以及同一设备不同相之间比较 还应参考本绝缘其他试验的结果 6 2泄漏电流的测量 优点 试验电压高 故能发现兆欧表所不能发现的尚未完全贯通的集中性缺陷 所以测试灵敏度比兆欧表高 试验电压可调节 可以在升压过程中监视泄漏电流的变化情况 微安表的刻度为线性 且量程可选择 读数准确 高电压工程基础 缺点 试验设备复杂 需要高压电源 电压和电流测量系统 屏蔽系统等 高电压工程基础 某设备绝缘的泄漏电流曲线曲线1 绝缘良好 曲线2 绝缘受潮 曲线3 绝缘中有未贯通的集中性缺陷 曲线4 绝缘有击穿的危险 绝缘材料受潮后 与吸收电流相比 泄漏电流会增加 当介质上所加电压去掉后 介质放电会出现与吸收过程类似的过程 但没有泄漏电流现象 由此可根据极化指数和泄漏指数来判断受潮程度 对于旋转电机 如果极化指数小于1 5 泄漏指数大于30 就可以判定为受潮 高电压工程基础 1 试验接线 高电压工程基础 适合于被试品一极接地的情况 1 微安表接于高压侧 1 试验接线 高电压工程基础 适合于接地端可与地分开的电气设备 2 微安表接于低压侧 有关试验规程规定 最终电压保持时间为1min 2 微安表的保护 高电压工程基础 保护电阻R用来产生电压 使流过微安表的电流达到一定数值时放电管P动作 R值选取 电流表A所允许的最大电流在电阻R上的压降应稍大于放电管的起始放电电压 并联电容器 滤波电容 减少微安表的摆动 还可使放电管两端电压上升陡度降低 使放电管来得及动作 电容器和放电管用来分流试品击穿时的短路电流 电容器可以提供高频电流支路 C 1 F 3 试验结果的分析判断 高电压工程基础 比较法 将泄漏电流值与规程规定值比较 将泄漏电流值与历史数据比较 对发电机 变压器等重要设备 由电压 电流关系曲线结合泄漏电流值全面分析 测量泄漏电流能有效发现的缺陷 测量绝缘电阻所能发现的缺陷测量泄漏电流均能发现 此外对于某些兆欧表不能发现的尚未完全贯穿的集中性缺陷有一定的反映 高电压工程基础 测量主绝缘的泄漏电流值 其意义与测量绝缘电阻是相同的 只是施加的直流电压较高 所以测试的灵敏度比兆欧表更高 读取泄漏电流值的时间 一般规定为到达实验电压后1min 并需记录试品绝缘的电阻及环境温度 试验电压是逐步调高的 可作出试验电压与电流的关系曲线 由曲线的线性度可判断绝缘的状态 注意对微安表的保护 4 小结 6 3介质损耗角正切值的测量 高电压工程基础 介质损失角正切tg 交流电压作用下电介质中电流的有功分量和无功分量的比值 是一个无量纲的数 反映的是电介质内单位体积中能量损耗的大小 1 在一定的电压和频率下 介质损失角正切值与绝缘介质的形状 大小无关 只与介质的固有特性有关 2 测量tg 可以有效的发现绝缘受潮 穿透性导电通道 绝缘内含气泡的游离 绝缘分层和脱壳以及绝缘有脏污或劣化等缺陷 绝缘介质的损耗 6 3 1西林电桥的基本原理 高电压工程基础 西林电桥是一种交流电桥 配以合适的标准电容可以测量材料和电气设备的tg 和电容值 QS 1型西林电桥 智能型介质损失测量仪 高电压工程基础 QS 1型西林电桥是一种平衡电桥 由四个桥臂R3 R4和C4 CN及CX和一个检流计构成 电桥的平衡是通过调整R3和C4来实现的 由于R3的最大允许工作电流为0 01A 故在10千伏实验电压下 当被试品容量大于3184pF时 应接入分流电阻 1 测量原理 如取 则有 单位 F 高电压工程基础 一般ZX ZN比Z3 Z4大得多 故外加电压的大部分都降在高压桥臂ZX ZN上 2 测量接线 高电压工程基础 被试品处于高压侧 两端均对地绝缘 此时桥体处于低压侧 操作安全方便 测量结果也比较准确 适用于两端对地绝缘的被试品 1 正接线 2 测量接线 高电压工程基础 此时各个调节元件 检流计和屏蔽网均处于高电位 故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施 适用于一端接地的被试品 2 反接线 高电压工程基础 外界电场干扰主要是干扰电源 包括试验用高压电源和现场高压带电体 通过带电设备与被试设备之间的电容耦合造成的 1 电场干扰 6 3 2测量过程中的干扰及消除措施 高电压工程基础 因被试品的阻抗比R3和变压器的漏抗大得多 所以干扰电流都流过R3 流过R3的电流还有试验电压作用下流过被试品的电流 所以流过R3的电流为和 的矢量和 高电压工程基础 无干扰时 电桥平衡后流过R3的电流为流过被试品的电流 测量出的 为试品真实的介质损失角 有干扰时 电桥平衡后流过R3的电流为 测量出的夹角为 它不等于试品真实的介质损失角 高电压工程基础 电桥平衡时有 的相角与流过R3的电流的相角相同 调节R3实际是改变的大小 的相角与流过R4的电流的相角相同 流过R4的电流和流过C4的电流之和为 调节C4时主要是改变的相角 无电场干扰时的相量图 高电压工程基础 有干扰时 电桥平衡后相量图如图所示 流过R3的电流为 测出的与间的夹角为 故有干扰时测得的与无干扰时测得的不同 有电场干扰时的相量图 高电压工程基础 干扰电流引起的的变化随干扰电流的数值及相位决定 干扰电流的相位是任意的 干扰源固定时 干扰电流的矢端轨迹为一圆 消除或减小电场干扰的措施 高电压工程基础 在被试品高压部分加屏蔽罩 并将屏蔽罩与电桥的屏蔽相连 以消除耦合电容的影响 加设屏障 高电压工程基础 采用移相电源 使干扰电流与同相或反相 则流过R3的电流与的夹角为0 有无干扰测得的是相同的 通常在试验电源和干扰电流同相和反相两种情况下分别测两次 然后取平均值 用移相电源消除干扰的接线图 高电压工程基础 当电桥靠近漏磁通较大的设备时 会受到磁场的干扰 这一干扰主要是由于磁场作用与电桥检流计内的电流线圈回路引起的 2 磁场干扰 将电桥移至磁场干扰范围以外 或将桥体就地转动改变角度找到干扰的最小的方位 措施 高电压工程基础 或将检流计极性转换开关分别置于正 反两个位置测量两次来消除磁场干扰的影响 若无磁场干扰时 电桥调平衡后测量臂的数值为R3 C4 检流计两端无电位差 若存在磁场干扰时 电桥调平衡后测量臂的数值为R3 R3 C4 C4 此时检流计两端有电位差 因需要克服磁场干扰电势才使检流计指零 高电压工程基础 改变检流计极性开关位置测量 电桥调平衡后测量臂的数值为R3 R3 C4 C4 当检流计正接时测得 当检流计反接时测得 高电压工程基础 实际试品的tg 及CX为 高电压工程基础 智能型介质损耗测试仪可以在工频高电压下 现场测量各种绝缘材料 绝缘套管 电力电缆 电容器 互感器 变压器等高压设备的介质损耗角正切 tg 和电容值 CX 6 3 3数字化测量方法 高电压工程基础 利用传感器从试品上取得所需的电压信号U和电流信号I 经前置A D转换电路数字化后 送至数据处理计算机或单片机 经数据处理后算出电流电压之间的相位差 最后得到tg 的测量值 与西林电桥相比 具有操作简单 自动测量 读数直观 无需换算 精度高 抗干扰能力强等优点 仪器内附标准电容器和电压装置 与配套选购油杯及控温仪结合 可测量油介质损耗 高电压工程基础 测试tg 能有效发现绝缘的下列缺陷 6 3 4测试功效 1 受潮 2 贯穿性导电通道 3 绝缘老化劣化 绕组上积附油泥 4 绝缘内含气泡的电离 绝缘分层 5 绝缘油脏污 劣化等 高电压工程基础 测试tg 对于下列缺陷不太灵敏 1 非贯穿性的局部损坏 2 很小部分绝缘的老化劣化 3 个别的绝缘弱点 即测量tg 对较大面积的分布性的绝缘缺陷较灵敏 对个别局部的非贯穿性的绝缘缺陷不灵敏 高电压工程基础 测量结果的分析判断 1 与试验规程规定值比较 2 与以往的测试结果比较 3 与同样运行条件下的同类型设备比较 高电压工程基础 用测量tg 的方法分析绝缘时 要求tg 不应有明显的增加或下降 因为当绝缘有缺陷时 有的使tg 增大 有的使tg 减小 如某变压器进水受潮 但测tg 却下降 进水后既可导致有功功率P增加 IR增大 也可导致无功功率Q增大 水的介电常数大 ICX增大 高电压工程基础 1 尽可能分部测量 6 3 5测量时主要注意事项 一般测得的tg 值是被测绝缘各个部分tg 的平均值 全部被测绝缘体可以看成是各个部分绝缘体的并联 例如绝缘由两部分并联组成 各部分的电容和介质损失角的正切分别为C1 tg 1和C2 tg 2 则整体测量时测得的电容和介损角正切为CX和tg 测量时所加电压为U 根据功率相等的条件得 高电压工程基础 假定电容为C2的部分存在缺陷 当缺陷部分的体积与整个绝缘的体积之比越小 即C2 CX越小 C2中的缺陷在测量整体的tg 时越难发现 在一定的电压和频率下 tg 反映介质内单位体积的能耗 因为在一定的工作场强下 绝缘厚度d与电压成正比 绝缘厚度d一定时 面积S越大 其电容量越大 电容电流越大 即电容电流与面积成正比 所以绝缘体积与UICX成正比 高电压工程基础 对电容量较小的设备 如套管 互感器等 测量tg 值能有效地发现局部集中性和整体分布性的缺陷 但对电容量较大的设备 如大中型变压器 电力电缆 电容器 发电机等 测tg 只能发现整体分布性缺陷 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tg 测试 对于可以分解为几个绝缘部分的被试品 分解后来进行tg 的测试 可以更有效地发现缺陷 高电压工程基础 2 测量时应选取合适的温度 绝缘的tg 值与温度有关 但tg 值与温度之间没有准确的换算关系 故应尽量在差不多的温度条件下测量tg 并以此作比较 通常以20 时的tg 值作为参考标准 高电压工程基础 3 测量时应选取合适的试验电压 良好的绝缘 在其额定电压范围内 tg 值是几乎不变 如果绝缘中存在气泡 分层 脱壳等 当所加试验电压足以使绝缘中的气泡或气隙放电 或者电晕 局部放电发生时 tg 的值将随试验电压的升高而迅速增大 测定tg 时所加的电压 原则上最好接近于被试品的正常工作电压 所加电压过低 则不易发现绝缘中的缺陷 过高则容易对绝缘造成不必要的损失 实际上多难以达到正常工作电压 一般多用10kV 高电压工程基础 4 测量时注意消除被试品表面泄漏电流的影响 表面泄漏电流对tg 测量结果的影响程度与被试品电容量有关 对小容量的被试品如套管 互感器等表面泄漏电流影响较大 试验时被试品表面应清洁 干燥 必要时加屏蔽环 屏蔽环应装设在被试品与桥体相连的一端附近的表面上 且应与被试品与桥体连线的屏蔽相连 高电压工程基础 5 测量绕组的tg 时必须将每个绕组的首尾短接 测量时必须将被测绕组和非被测绕组的首尾短接 否则会产生很大的误差 原因 绕组绝缘的容性电流流过绕组时产生较大的磁通 绕组电感和励磁铁损会使测量结果产生很大的误差 小结 高电压工程基础 用西林电桥测量tg 时有正接线和反接线两种接线方式 当电桥平衡时 tg C4 单位 F 现场测量时注意电磁场的干扰对测量结果的影响 测量tg 对局部的集中性缺陷反映不灵敏 所以测量时尽可能分部测量 6 4局部放电的测试 高电压工程基础 局部放电是指由于电气设备内部绝缘存在弱点 在一定外施电压下发生的局部重复击穿和熄灭现象 常用的固体绝缘材料不可能做得十分纯净和致密 总会不同程度的包含一些分散性的杂物 由于这些异物的电导和介电常数不同于绝缘物 在外施电压作用下 异物附近的电场较强 该出可能产生电离放电 如外施电压为交变电压时 局部放电具有发生与熄灭交替重复的特征 高电压工程基础 气泡的介电常数小 其击穿场强低 所以分散在绝缘物中的气泡是局部放电的发源地 这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡中 因为在这个很小的空间内电场强度很大 放电能量很小 所以并不影响电气设备的短时绝缘强度 即不影响当时整体绝缘物的击穿电压 但长期作用时 会加速绝缘老化 绝缘强度降低 高电压工程基础 局部放电引起固体介质腐蚀 老化 损坏的原因有 局部电场畸变 使局部介质承受过高的电压 局部放电产生的带电质点撞击绝缘物 造成绝缘物分解 破坏 化学腐蚀 气隙电离产生O3 NO NO2等气体 遇水会产生硝酸或亚硝酸 对绝缘材料和金属有氧化和腐蚀作用 在局部放电区 产生高能辐射线 引起材料分解 局部温度升高 造成热裂解 气隙膨胀而使固体绝缘开裂 分层 脱壳 且使该部分绝缘的电导和介质损耗增加 加速绝缘老化 破坏 高电压工程基础 若一个电气设备在运行电压下长期存在一定程度的局部放电 这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良影响可慢慢损坏绝缘 加速绝缘物的老化和破坏 发展到一定程度时 就可能导致整个绝缘被击穿 所以检查绝缘物中局部放电缺陷存在与否以及发展情况 放电强度 是一种判断绝缘在长期运行中绝缘性能好坏的较好方法 也是估计绝缘老化速度的重要依据 高电压工程基础 通常将视在放电量 q作为局部放电强度的参数 视在放电量 试品上电压变化 试品电容 衡量局部放电强度的参数还有 单次放电量 放电次数频度 平均放电电流 平均放电功率等 但应用最普遍的是视在放电量 高电压工程基础 电气设备绝缘内部发生局部放电时将伴随着出现许多外部现象 有些外部现象属于电现象 如产生电流脉冲 引起介质损耗增大 产生电磁波辐射等 有些属于非电现象 如产生光 热 噪声 气压变化和分解物等 一 测量的基本接线 局部放电的检测方法可分为电气检测法和非电检测法两大类 目前应用的比较广泛和成功的是电气检测法 特别是测量绝缘内部气隙发生局部放电时的电脉冲 它不仅可以灵敏地检出是否存在局部放电 还可判断放电强弱程度 非电检测法有超声波探测法和绝缘油的气相色谱分析 高电压工程基础 上图是目前国际上推荐的三种测量局部放电的基本回路 它们都是要将一定电压作用下的被试品CX中产生的局部放电电流脉冲传递到测量阻抗Zm的两端 然后把Zm上的电压加以放大后送至测量仪器M进行测量 高电压工程基础 使被试品CX局部放电产生的脉冲电流作用到测量阻抗Zm上 在Zm上产生一个脉冲电压um送到测量仪器M中 由um推算视在放电量 1 直接法 1 并联法CX为被试品 Ck为耦合电容 它为被试品与测量阻抗之间提供一条低阻抗通道 Zm为测量阻抗 Z为低通滤波器 可以让工频电压作用到试品上 阻止被测的高频脉冲或电源的高频噪声通过 并联法适合于被试品一端接地的情况 高电压工程基础 2 串联法串联法适合于被试品两端都不接地的情况 并联法与串联法的灵敏度相同 但并联法有以下优点 允许被试品一端接地 对CX值较大的试品 可以避免较大的工频电容电流流过Zm 被试品被击穿时 不会危及人身和测试系统的安全 高电压工程基础 2 平衡法 平衡法抗干扰能力好 因为外部干扰源在Zm和Z m上产生的干扰信号基本上相互抵消 而在CX发生局部放电时 放电脉冲在Zm和Z m上产生的信号却是相互叠加的 高电压工程基础 二 局部放电的测量阻抗和测量仪器 1 测量阻抗Zm的选择要消除或减弱输出电压的工频成分 要使脉冲分量的持续时间足够小 以保证快速连续脉冲的分辨率 阻抗值应足够高 由它承担大部分脉冲电压 并决定输出电压和电流的波形 2 常用测量阻抗的形式常用的测量阻抗有电阻 电感 电阻与电感并联以及电感与电容并联四种形式 高电压工程基础 3 测量仪器 显示单元 为了防止干扰 装设数字滤波器 为了提高信噪比 采用数字示波器或其他数字记录仪 测量仪器所测得的局部放电脉冲值是与被试品的局部放电视在放电量 q成比例的 要从指示值来算得 q是困难的 只能通过试验来确定 即局部放电的测量仪器必须进行试验校正 高电压工程基础 三 测量时注意的问题 内部干扰 试验回路中某元件或高压引线发生电晕放电时引起的干扰 外部干扰 高压试验回路以外的因素引起的干扰 高电压工程基础 措施 1 选择抗干扰能力强的测量电路 2 对测量线路进行屏蔽 3 试验电源最好采用独立电源 4 提高高压试验回路中各元件发生电晕的电压 5 将高压试验变压器 检测回路和测量仪器三者的地线连成一体 并采用一根地线相连 6 合理选择放大电路的频带或调谐放大电路的谐振频率 7 测量回路与被试品的连线应尽可能缩短 高电压工程基础 四 试验结果的分析判断 试验规程规定了某些设备在规定电压下的允许视在放电量 可将测量结果与规定值进行比较 如规程中没有给出规定值 则应在实践中积累数据 以获取判断标准 高电压工程基础 五 用超声波探测器测量局部放电 1 特点抗干扰能力相对较强 可以在运行中和耐压试验时检测绝缘内部的局部放电 适合预防性试验的要求 2 工作原理当电气设备绝缘内部发生局部放电时 会产生一种超声波 并向四面传播 直到电气设备容器的表面 若在设备外壁放一压电元件 在交变压力波的作用下 具有压电效应的晶体便产生交变的弹性变形 晶体沿受力方向的两端面上便会出现交变的束缚电荷 这一表面束缚电荷的变化便引起了端部金属电极上电荷的变化 或在外回路中引起交变电流 从而将交变压力波转换成电气量 由此可测量局部放电 超声波探测法可了解有无局部放电的发生 粗测其放电强度和发生的部位 小结 高电压工程基础 局部放电是指设备绝缘系统中有部分绝缘被击穿的电气放电现象 是由绝缘局部区域内的弱点所造成的 若一个电气设备在运行电压下长期存在一定程度的局部放电 会加速绝缘物的老化和破坏 检查绝缘物中局部放电强度 能预示绝缘的情况 也是估计绝缘老化速度的重要依据 测量局部放电常采用脉冲电流法 分为直接法和平衡法 6 5电压分布的测量 高电压工程基础 1 绝缘表面的电压分布当表面比较清洁时 电压分布由绝缘电容和杂散电容决定 当表面因污染而电阻下降时 电压分布由表面电导决定 绝缘中某一部分因损坏使绝缘电阻急剧下降 则表面电压分布会有明显的改变 2 测量电压分布可以发现的绝缘状况电压分布能反映绝缘子的一些特征 如污秽分布状况 绝缘子绝缘状况等 测量电压分布可掌握绝缘子串的污秽分布和电压分布情况 另一方面 通过测量电压分布可判别零值绝缘子 不承受电压 因此 测量电压分布是不停电检查劣化绝缘子以及绝缘子污秽的有效方法 高电压工程基础 短路叉测量电压分布方法 当短路叉的一端2先和下面绝缘子的铁帽接触 而将另一端l靠近被测绝缘子的铁帽时 在1和铁帽间便会产生火花 被测绝缘子承受的电压越高 则出现火花越早 而且火花的声音亦越大 因此根据放电的情况可以判断被测绝缘子承受电压的情况 此种测杆不能测出电压分布的具体数值 但可以检查出零值绝缘子 主要缺点 分辨能力较差 火花放电不易被观察 放电声较难分辨 高电压工程基础 音响式测杆的原理接线 图中左侧所示的高压电容C及放电管等在工作时处于高电位 而右侧所示的接收器及仪表等处于低电位 两者用空心绝缘杆连接起来 测量原理 当被测绝缘子两端电压降低时 放电管的放电频率降低 发声器中发出的声音频率也降低 于是 仪表读数较小 反之则较大 音响式测杆的检出电压范围约为1 20kV 6 6绝缘油的电气试验和气相色谱分析 高电压工程基础 绝缘油是高压电气设备绝缘中重要的组成部分 除绝缘作用外 还有冷却的作用 在断路器中则起灭弧作用 预防性试验时需要测试油的闪点 酸值 水分 游离碳 电气强度及介质损失角等 绝缘油的闪点下降和酸值增加 常由于设备局部过热导致油分解所致 绝缘油受潮 脏污 如纤维尘埃 碳化等 会使其击穿电压下降 同时油受潮或者变质时 tg 增加 通过在标准油杯中作油的击穿试验以及在专用的试验电极中测油的tg 可以检查油的电气性能 由于温度对油的tg 值影响较大 温度高时 不同质量油的tg 差别可能更大 故测量tg 时需将电极放在恒温箱中 1 绝缘油的电气试验 高电压工程基础 绝缘油的气相色谱分析 通过检查电气设备油样内所含气体的组成和含量来判断设备内部的绝缘缺陷 当电气设备内部有局部过热或局部放电缺陷时 缺陷附近的绝缘将会分解而产生气体并不断溶解于绝缘油中 2 绝缘油的气相色谱分析 变压器内部存在金属部分局部过热 总烃含量较高 其中甲烷 CH4 乙烯 C2H4 也较多 固体绝缘 如纸 木材等 热分解 CO CO2含量高 局部放电 乙炔 C2H2 和H2的含量较大 特征气体 与故障性质密切相关的那些气体组分称为特征气体 如CH4 C2H6 C2H4 C2H2及H2 CO CO2 高电压工程基础 可以发现充油电气设备中某些用tg 等方法所不能发现的局部性缺陷 如局部过热 局部放电 迅速简便 不需要设备停电 适合于预防性试验的要求 可以及时掌握变压器 互感器等设备的运行情况 有效地防止事故的发生 绝缘油气相色谱试验的优点 高电压工程基础 取出运行中电气设备的油样 将油样经喷嘴喷入真空罐内 使油中溶解的气体迅速释放出来 然后将脱出的气体压缩至常压 用注射器抽取试样后进行分析 气相色谱分析试验方法 H2 O2 CH4 CO2 CH4 C2H6 C2H4 C3H8 C2H2 C3H6 高电压工程基础 我国对总烃 乙炔 氢气含量列出 注意值 即油中溶解气体浓度达到注意值时 应引起注意 如缩短监测周期等 高电压工程基础 三比值法 用五种气体的三对比值以不同的编码表示作为判断充油电气设备故障类型的方法 高电压工程基础 高电压工程基础 不求有功 但求无过 是电力运行单位的宗旨 但要实现这一消极的目的 需要非常积极的态度 电气设备在线监测与故障诊断 ConditionMonitoringandFaultDiagnosisofElectricalEquipment 补充知识 高电压工程基础 制造100 可靠的设备制造100 可靠的大型电力设备 在技术上是极其复杂的 尤其是对于电压等级较高的设备 多数情况下这样的设计在经济上也是不合理的 保证设备安全的基本途径 建立完善的维修计划虽然设备的质量和可靠性主要取决于设计和制造阶段 但为了保证设备的正常运行 在很大程度上也需要借助于投运后的维护工作 即在运行过程中通过对设备进行必要的巡视检查 监测和试验 建立完善的维修计划 以减少事故的发生 提高运行可靠性 高电压工程基础 设备维修性设计的优劣维修人员技术的高低维修体制及维修设施的完善程度 维修的基本要素 高电压工程基础 事后修理 定期检修 状态维修 1 事后修理BM BreakdownMaintenance 2 定期检修TBM TimeBasedMaintenance 3 状态维修CBM ConditionBasedMaintenance 电力系统维修方式的演变过程 高电压工程基础 这种维修方式简单方便 对消耗性产品是有效的 早期技术及管理水平都很低 即使再重要的设备也只能在发生事故后进行修理 事后维修是设备发生故障或性能降低到合格水平以下时 所进行的工作计划性修理 或称为故障修理 电力设备一旦发生故障后 往往给社会生活造成巨大损失 也会给维修工作造成被动和困难 以致维修工作毫无计划性 供电可靠性很低 随着电力系统的不断扩大 设备故障所造成的停电损失也越来越大 事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求 高电压工程基础 定期检修方式的基本思想 治于未病 定期维修制是目前我国电力系统运行和维护工作的主要方式 是保证电力系统安全运行的有效手段之一 在我国已有50年的使用经验 定期检修制是一种以时间为基准的维修方式 事先确定维修间隔周期 修理类别 修理工作量和所需的备件 依据电力部颁标准DL T596 1996 电力设备预防性试验规程 高电压工程基础 小修 定期维修制 预防性试验 大修 大修是工作量最大的一种计划修理 大修时 对设备的全部或大部分部件解体 更换或修复 调试设备的电器系统 修复设备的附件以及翻新外观等 从而达到全面清除修前存在的缺陷 恢复设备的规定性能 小修是工作量最小的一种计划修理 小修的工作内容主要是根据掌握的磨损规律 更换和修复间隔期内失效或即将失效的零件 并进行调试 以保证设备的正常工作能力 预防性试验是为了发现运行中设备的隐患 预防发生事故或设备损坏 对设备进行的检查 试验或监测 高电压工程基础 定期维修制的种种弊端 1 维修周期频繁 2 预防性试验项目过多 电力变压器32项发电机25项互感器11项GIS20项 高电压工程基础 大修30万kVA的发电机需要大约3个月的时间 耗费资金近100万元 大修12万kVA的变压器需投入300多个工作人日 耗费资金10万元 大修220kV开关需投入100多个工作人日 耗费资金2万元长时间停电检修 将造成大量的电量损失 300MW机组停运一天 少发电720万度 直接损失150万元 3 经济性差 4 增大不安全因素 易发生人身和设备安全事故 发生在检修 试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77 8 停送电过程易造成误操作 高电压工程基础 5 过度维修 对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计 共发现缺陷24项 其中一般性缺陷23项 危及安全运行的仅1项 对110kV及以上油开关大修统计表明 95 以上未发现部件损坏 定期检修虽有成效 但过于保守 实践证明 频繁检修非但不能改善设备性能 反而常常会引入新的故障因素 6 维修不足 由于采用周期性定期检查 很难预防由于随机因素引起的偶发事故 设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障 高电压工程基础 预防性试验是在停电情况下 进行的非破坏性试验 试验电压一般不超过10kV 而大部分变电设备工作电压为110 500kV 很难正确反映高压电气设备在运行中存在的缺陷 7 预防性试验条件与实际运行工况不同 设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求 设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键 高电压工程基础 状态维修是根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制 它是根据设备的日常点检 定期检查 状态监测和诊断提供的信息 经过统计分析 处理 来判断设备的劣化程度 并在故障发生前有计划地进行适当的维修 发展中的维修体制 状态维修 高电压工程基础 状态维修方式的基本思想 因病施治 基于状态的维修 CBM 是一种以对设备状态的实时或接近实时估价基础上的维修 这些状态信息通过嵌入式传感器或外部测试以及利用便携装置测量获得 CBM的目的是只有出现了需要的明显征兆时才进行维修 由于这种维修方式对设备适时地 有针对性地进行维修 不但能保证设备经常处于完好状态 采用CBM能够减少虚警和不必要的维修 而且能充分利用零件的寿命 因此比定期维修更加合理 高电压工程基础 状态维修的基本原则 通过对设备运行情况的实时监测 随时查明设备可能 存在着什么样的隐患 什么时候会发生故障 预先得知将要发生事故的部位和时间 设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力 采购必须的备件 以便在最短时间内完成高质量的维修工作 无病不修 有病才修 修必修好 高电压工程基础 状态维修的技术可行性 1 虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强的随机性 但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程 2 设备发生故障时 会产生各种前期征兆 表现为其电气 物理 化学等特性发生渐进的量变 3 根据这些特征量值的大小及变化趋势 即可对设备的可靠性随时做出判断 从而发现早期潜伏性故障 高电压工程基础 维修方式决定了所要采用的监测技术 监测与诊断的结果将指导维修策略的建立 在线监测与故障诊断是状态维修的基础 高电压工程基础 高压设备上所加的是运行电压 比停电试验电压高得多 因此测得的参数更真实 灵敏 可以实时进行检测 能够及时发现缺陷 根据监测的结论可有计划地进行维修 降低了事故率 在线监测的优点 投资高 可测试项目较少 易受环境因素影响 目前尚缺乏统一的标准 在线监测的缺点 高电压工程基础 目前较成熟的综合方案 在线监测 带电测量 停电试验 返厂修理 粗测 精测 考核 最终解决 高电压工程基础 监测系统应具有较强的抗干扰能力 监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性 监测系统不应影响一次设备的正常运行 监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命 在线监测系统的基本要求 高电压工程基础 1 信号的变送 由相应的传感器来完成 2 信号的预处理 对传感器送来的信号进行滤波等处理 3 数据采集 对预处理过的信号进行采集并转换为数字信号 4 信号的传输 5 数据处理 对所采集的信号进行处理和分析 6 诊断 对处理后的数据进行比较 分析 对设备绝缘的状态或故障部位作出诊断 在线监测系统的组成 高电压工程基础 故障诊断 数据处理 原始信号 高电压工程基础 超声波 脉冲电流 远红外 气体含量 温度 电信号 1 研制各种传感器以便从设备上获取信息 2 如何无畸变地将采集信号送到数据处理系统 高电压工程基础 高电压工程基础 传送存储分析显示 数字信号的优点 模拟信号 数字信号 数据采集系统 高电压工程基础 采集信号波形 因为完整的信号波形包含有很多信息 但为了采集快速的瞬变过程 则要求很高的采样频率fs 很大的存储容量 这类采集装置的成本很高 记录超过某阈值的脉冲次数 例如仅记录超过某绝缘子的沿面泄漏电流的脉冲数目 这对预测污闪很有价值 且这种装置造价就比采集波形时低得多 但所提供的信息量也很少 采集信号的峰值 其优缺点介于上述两者之间 虽然无法得到完整波形 但仍有不少信息 数据采集的常用方法 高电压工程基础 数据采集系统由采样 保持放大器 模拟多路转换器 基准电压 标准时钟 A D转换器和数据RAM等构成 高电压工程基础 数据管理流程 高电压工程基础 对周期性窄带干扰的抑制主要采用基于频域数字滤波器 对脉冲型干扰主要采用联合降噪法 对背景噪声的抑制以小波降噪为主 抗干扰技术平台 高电压工程基础 监测系统的数据显示方案 高电压工程基础 设备安全与故障报警 监测状态 实时采集反映设备运行情况的各种信号和参数 对设备的状态加以记录 为故障分析及性能评估提供基础信息 故障报警 根据状态监测获得的信息 对异常情况做出报警 以便运行人员及时了解设备的状态 诊断推理 根据由各种检测得出的初步结论 结合具体设备的结构特点 综合考虑设备的运行历史 包括运行纪录 故障经历及维修纪录 和各种环境因素的影响 对设备发生的故障进行分析 确定故障的性质 程度以及部位 推测诱发故障的直接原因 寿命预测 对已确定的故障进行预测 判断故障的发展趋势及其后果 估算设备的剩余寿命 确定检修周期 提出控制故障发展和消除故障的维修策略 高电压工程基础 近年来 人工智能 ArtificialIntell