电气设备绝缘的检测和诊断.ppt

第三章电气设备绝缘的检测和诊断 缺陷产生根源 制造或修理过程中潜伏下来的 运输及保管过程中形成的 运行中绝缘老化发展起来的 缺陷分类 局部性 集中性 缺陷 整体性 分布性 缺陷 电气设备绝缘试验方法分类 非破坏性 检查性 试验 破坏性 耐压 试验 第一节绝缘电阻和吸收比的测量 一 兆欧表的工作原理 二 绝缘电阻和吸收比的测量 吸收比 极化指数 三 测量绝缘电阻时的注意事项1 试验前被试品应充分放电 2 测K及PI时 应等电源电压稳定后再接入被试品 3 防止试验中被试品电容所充电荷放电损坏兆欧表 4 记录温度和湿度 四 影响测量结果的主要因素1 湿度 2 温度 3 表面脏污和受潮4 放电时间 残余电荷 及感应电压的影响 五 测量结果的分析判断1 与 规程 规定的允许值比较 2 与历史资料比较 纵向比较 3 与同类产品比较 横向比较 第二节直流泄漏电流的测量 一 试验接线 1 微安表接于高压侧 AV 自耦调压器 用来调节电压 T 试验变压器 用来供给整流前的交流高压 V 高压硅堆 用来整流 C 滤波电容器 用来减小输出整流电压的脉动 当被试品的电容CX较大时 C可以不用 当CX较小时 则需接入0 1 F左右的电容器以减小电压脉动 R 保护电阻 用来限制被试品击穿时的短路电流以保护变压器和高压硅堆 其值可按10 V选取 此接线适合于被试绝缘一极接地的情况 微安表接于高压端 不受高压对地杂散电流的影响 测量结果较准确 为了避免由微安表到被试品的连线上产生的电晕及沿微安表绝缘支柱表面的泄漏电流流过微安表 需将微安表及从微安表至被试品的引线屏蔽起来 微安表处于高压端 给读数及切换量程带来不便 2 微安表接于低压侧 微安表接在接地端 读数和切换量程安全 方便 高压部分对外界物体的杂散电流入地时都不会流过微安表 所以不用加屏蔽 测量比较精确 要求被试绝缘的两极都不能接地 仅适合于那些接地端可与地分开的电气设备 二 微安表的保护 1 增压电阻R 微安表内阻较小 两端压降不足以使放电管放电 所以串接增压电阻R UF 放电管的实际放电电压 V Ie 微安表的额定电流 A 二 微安表的保护 2 电感L 防止突然短路时放电管来不及动作 3 开关K 一般情况下将微安表短路 只在读数时将其打开 读完数后要迅速合上 以保护微安表 二 微安表的保护 4 电容器C 滤掉泄漏电流中的交流分量和通过微安表的交流电流 减小微安表的摆动 5 放电管F 当回路中出现危及微安表的大电流时 能迅速放电 自动将微安表短路 二 微安表的保护 三 测量时的注意事项 1 微安表必须进行保护 2 被试品电容量小时应加稳压电容 3 试验结束后应充分放电 四 影响测量结果的主要因素 1 温度的影响 2 表面泄漏电流的影响 3 残余电荷的影响 五 测量结果的分析判断 是否符合规程规定值 2 与前一次测试结果相比应无明显变化 3 同一设备三相之间或同类设备间相互比较 第三节介质损失角正切值的测量 一 QS1型西林电桥的基本原理 现场电气设备的外壳一般都是固定接地的 所以只能改用图3 6所示的反接线 二 测量时的注意事项 1 无论采用何种接线方式 电桥本体必须良好接地 2 为防止检流计损坏 应在检流计灵敏度最低时接通或断开电源 3 对能分开的被试品应尽量分开测试 因为当体积较大的设备中存在局部缺陷时 测量总体的tg 值不易反映出这些局部缺陷 而对体积较小的设备 测tg 值就容易发现局部缺陷 三 影响测量结果的主要因素 1 外界电场干扰 外界电场干扰主要是干扰电源 包括试验用高压电源和试验现场高压带电体 通过带电设备与被试设备之间的电容耦合造成的 为避免干扰 最根本的办法是尽量离开干扰源 或者加电场屏蔽 但在现场中往往难以实现 对于同频率的干扰 可以采用移相法或倒相法来消除或减小对tg 的测量误差 移相法是利用移相器改变试验电源的相位 使被试品中的电流与同相或反相 此时 因此测出的是真实的值 即 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 然后取其平均值 而正 反相两次所测得的电流分别为和 因此被试品电容的实际值应为正 反相两次测得的平均值 倒相法是移相法中的特例 测量时将电源正接和反接各测一次 得到两组测量结果 根据这两组数据计算出电容和介损 主要是由测试现场附近漏磁通较大的设备产生的交变磁场作用于电桥检流计内的电流线圈回路造成的 为了消除磁场干扰 可设法将电桥移到磁场干扰范围以外 若不能做到 则可以改变检流计极性开关进行两次测量 用两次测量的平均值作为测量结果 以减小磁场干扰的影响 2 外界磁场的干扰 温度对tg 的影响随材料 结构的不同而不同 一般情况下 tg 随温度上升而增加 现场试验时 设备温度是变化的 为便于比较 应将不同温度下测得的tg 值换算至20 由于被试品真实的平均温度很难准确测定 换算方法也不很准确 换算后往往有很大误差 因此 应尽可能在10 30 的温度下进行测量 3 温度的影响 良好绝缘的tg 不随电压的升高而明显增加 当绝缘内部有缺陷时 tg 将随试验电压的升高而明显增加 4 试验电压的影响 对电容量较小的设备 测量tg 能有效地发现局部性的和整体性的缺陷 对电容量较大的设备 由于局部性的缺陷所引起的损失增加只占总损失的极小部分 此时测量tg 只能发现绝缘的整体性缺陷 对于可以分解为几个彼此绝缘的部分的被试品 应分别测量其各个部分的tg 值 这样能更有效地发现缺陷 5 被试品电容量的影响 被试品表面泄漏可能影响反映被试品内部绝缘状况的tg 值 在被试品的CX小时需特别注意 为了消除或减小这种影响 测试前将被试品表面擦干净 必要时可加屏蔽 6 表面泄漏电流的影响 四 测量结果的分析判断 是否符合规程规定值 2 与前一次测试结果相比应无明显变化 3 同一设备三相之间或同类设备间相互比较 第四节局部放电的测量 在电场作用下 绝缘的部分区域中发生放电短路的现象 称为 一 测量的基本原理 上分到的电压为 Us 气隙放电电压Ur 剩余电压 式中 qr 实际放电量q 视在放电量Cg 气隙电容Cb 与该气隙串联的绝缘部分电容Ca 其余完好部分电容在其他条件相同时 直流下局部放电比交流下为小 1 非电检测法利用局部放电产生的各种非电信息来测定局部放电的方法 1 超声波法 2 光检测法 3 热检测法 4 测分解物法 二 局部放电的检测方法 2 电气检测法 1 无线电干扰法 RIV法 2 介质损耗法 3 脉冲电流法 IEC推荐的通用方法之一 a 直接法b 平衡法 图3 13测量局部放电的基本回路 a b 直接法 c 平衡法 为了抑制内部干扰与外部干扰 主要措施有 1 选用没有内部放电的试验变压器和耦合电容器 外露电极应有合适的屏蔽罩 2 选用抗干扰能力强的测量回路 3 对测量线路进行屏蔽 有条件时可将整个试验回路置于屏蔽室内进行测量 4 试验电源最好采用独立电源 三 测量时的注意事项 5 提高高压试验回路中各元件的起晕电压 6 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 7 合理选择放大电路的频带或调谐放大电路的谐振频率 8 测量回路与被试品的连线应尽可能缩短 试验回路应尽可能紧凑 被试品周围的物体应良好接地 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 四 测量结果的分析判断 第五节绝缘油试验 一 绝缘油的检验分新油 投运前的油和运行中的油的检验三个阶段 不同阶段的油质检验有不同的试验项目和标准要求 二 绝缘油电气性能试验1 电气性能试验的意义用于检测油中所含水分 杂质及老化情况 2 电气强度 击穿电压 试验 标准油杯中进行3 介质损耗因数 tg 值 的测量 使用精度较高的西林电桥4 用绝缘油的电阻率代替tg 专用的电阻率测定仪 三 油中溶解气体的气相色谱分析1 充油设备内部故障产生的气体新绝缘油中溶解的气体主要是空气 即N2 70 O2 30 CO2 0 3 设备正常运行时 在电磁场 温度 水分等因素的作用下 绝缘油和绝缘材料会发生缓慢地分解和氧化 产生少量CO2 CO和微量的低分子烃 当设备内部出现故障时 主要是过热性故障 电流效应 和放电性故障 电压效应 绝缘油和固体绝缘材料裂解的速度大大加快 油中的CO2 CO H2和低分子烃类的气体含量显著地增加 在故障初期时 通过分析油中溶解的这些气体 就能及早确定设备的内部故障 2 特征气体通常把与故障性质密切相关的气体组分称为特征气体 表3 1根据油中气体含量判断设备内部故障 3 油中溶解气体色谱分析方法简介先将油中溶解的气体脱出 再送入气相色谱仪 对不同气体进行分离和鉴定 即可得到各种气体的组分和含量 4 故障判断 1 特征气体法 表3 3不同故障产生的气体 2 油中溶解气体的注意值和产气率 表3 4各种充油电气设备油中气体含量的注意值 3 故障性质和故障类型的判断 三比值法 表3 6编码规则 表3 7故障类型诊断方法 5 色谱分析判断中的注意事项 l 检修时带油电焊的设备应在电焊前后均取样进行色谱分析 以便查证 防止造成误判断 2 检修时在变压器内使用过1211灭火剂或曾使用其他卤化物时 应作好记录 3 注意气体的其他来源 4 在特征气体的含量正常时 有时因空气的漏入或呼吸通道堵塞而引起气体继电器动作 应检查O2含量的变化并作具体分析 第六节耐压试验 具有破坏性试验的性质一般放在非破坏性试验项目合格通过之后进行 以避免或减少不必要的损失 一 交流耐压试验按规定的升压速度提升作用在被试品上的电压 直到它等于所需的试验电压为止 保持1分钟 没有发现绝缘击穿或局部损伤 可认为合格通过 在绝缘上施加工频试验电压后 要求持续1分钟 这个时间规定的目的 一是为了保证全面观察被试品的情况 使绝缘中危险的缺陷来得及暴露出来 二是为了不致于因时间太长而引起不应有的绝缘损伤 甚至使本来合格的绝缘产生热击穿 运行经验表明 凡经受得住1min工频耐压试验的电气设备 一般都能保证安全运行 二 直流耐压试验直流耐压试验是直流电气设备的基本耐压方式 对大电容量的交流电气设备 在现场进行交流耐压试验时由于所需试验设备容量较大 往往难以满足 因而改为进行直流耐压试验 直流耐压试验的特点为 1 设备较轻便 2 可兼做泄漏电流测量 制作伏安特性曲线 3 对有机绝缘损伤较小 4 更能发现电机端部的绝缘缺陷 5 直流电压作用下绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同 其对绝缘的考验不如交流下接近实际和准确 故两者应配合使用 二 冲击耐压试验冲击耐压试验是用来检验高压电气设备对雷电过电压和操作过电压的耐受能力 冲击耐压试验对试验设备和测试仪器的要求高 投资大 测试技术也较复杂 冲击后会对绝缘造成累积效应 所以只在制造厂的型式试验或出厂试验中才进行 运行部门的预防性试验中一般不做 而是用等值工频耐压试验来代替 对超高压设备而言 普遍认为不能以工频耐压试验替代操作冲击耐压试验 故对超高压设备应进行操作冲击耐压试验 电气设备内绝缘的雷电冲击耐压试验采用三次冲击法 即对被试品施加三次正极性和三次负极性雷电冲击试验电压 1 2 50 s 对变压器和电抗器类设备的内绝缘 还要再进行雷电冲击截波 1 2 2 5 s 耐压试验 电力系统外绝缘的冲击高压试验通常可采用15次冲击法 即对被试品施加正 负极性冲击全波试验电压各15次 相邻两次冲击的时间间隔应大于1min 在每组15次冲击试验中 如果击穿或闪络的闪数不超过2次 即可认为该外绝缘试验合格 内 外绝缘的操作冲击耐压试验的方法与雷电冲击全波试验完全相同 第七节绝缘的在线监测 一 在线监测系统 二 变压器在线监测1 变压器局部放电在线监测 1 差动平衡检测法 2 脉冲极性鉴别法 3 超声波法通过在箱壁上安装压电超声传感器测量超声信号 从而判断是否发生了局部放电 4 电气 超声联合检测法 2 变压器油中溶解气体在线监测 1 油中溶解性气体的现场脱气方法 渗透膜透析或吹气 2 油中溶解气体的现场测量方法 色谱柱或气敏传感器 三 发电机的在线监测目前 在线监测大部分采用局部放电测量 温度 局部过热 测量等 四 电容型设备在线监测对电容型设备在线监测主要检测其绝缘的介电特性 即介质损耗因数 是以测量在相电压下流过绝缘介质的电流为基础的 主要的方法有 1 不平衡 补偿法 图3 27不平衡 补偿法原理图 2 电桥法桥体内部装有低压标准电容CN 电压互感器TV是基准电压源 隔离变压器T 移相元件C和R用来移动相位 补偿测量系统误差 图3 30电桥法原理接线图 3 过零检测法通过测量流过设备绝缘的电流和作用在设备上的电压信号波形相邻过零点之间的时间差 再换算成相角差 图3 34过零检测法原理框图 图3 35过零检测的工作波形 4 数字波形分析法基于谐波分析方法实现的 利用数字波形采集装置记录电压和电流信号 通过计算机对采集的u i的时域波形作频域分析 分离成基波和各次谐波信号 根据电压和电流的基波幅值U1m和I1m及初相角 1u和 1i 就可获得介损角 1u 1i和电容量 图3 36介损测量原理接线图