第10讲 绝缘的非破坏性试验(二)

高电压技术 高电压工程系何正浩hzh 2 第10讲绝缘的非破坏性试验 二 与破坏性试验 一 3 局部放电的概念 简称为PD PartialDischarge 指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点 在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象局部放电的危害 局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之中 由于放电能量很小 不影响电气设备的短时绝缘强度 局部放电产生的一些不良效应 如不良化合物的产生 就可以慢慢地损坏绝缘 最后可导致整个绝缘被击穿 发生突发性故障 4 3局部放电测量 4 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 5 测量局部放电的几种方法 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脉冲电流法 测PD所形成的脉冲电流大小以判断绝缘PD的强弱程度 这种方法可以给出定量的结果 目前规程中已规定了定量的指标 6 4 3 1局部放电的基本物理过程 局部放电的三电容模型Cg 气泡的电容Cb 和Cg相串联部分的介质电容Ca 其余大部分绝缘的电容 7 局部放电机理ug随外加电压u升高 当u上升到Us瞬时值 ug到达Cg的放电电压Ug时 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 放电过程约10 8s数量级 8 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 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 Ug Ur 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 9 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 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 10 当Cg放电时 放电总电容Cg Cg 上的电压变化为 Ug Ur 故一次脉冲放出的电荷 qr 当Ca Cb Cg Cb Ur 0时 qr UgCg 11 在实际试验时 式中所表达的各个量 都是无法实测得到的 所以要寻求其它能反映局部放电的量来测量 外施电压是作用在Ca上的 当Cg上的电压变动 Ug Ur 时 会造成外施电压的变化量 U应为 12 由此两式得总电容上的电压变化量 U 相应的电荷变化量 q 把 U式代入上式 q 可得 13 真实放电量 qr 是无法测量的 1 视在放电量 q 其表达式中的量都是可以测得的 它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视在放电量 q的允许值均有所规定 q比真实放电量 qr小得多 它以pC作为计量单位 4 3 2表征局部放电的重要参数 14 2 放电重复率N 定义一秒钟内产生的脉冲数叫做放电重复率N 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 15 3 放电能量一次脉冲放电能量W 当外施电压由零上升到Us时 Cg上的电压为Ug 即可得如Ur 0 则 放电能量的大小对电介质的老化速度有很大影响 16 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 17 4 3 3局部放电测量的基本回路 电检测法 发生局放时 试品两端会出现一个瞬时的电压变化 在检测回路中引起一高频脉冲电流 将它转化成电脉冲后就可以进行测量 a 串联测量回路 Ck 耦合电容为Cx与检测阻抗Zm提供低阻抗的通道 Ck内部必须无局放 值较大以增大Zm上的信号 Z 低通滤波器以防局放时放电脉冲被电源的杂散电容旁路阻止电源本身的干扰脉冲进入试品和测量支路 18 b 并联测量回路 c 桥式测量回路 适合于试品一端接地的情况 外部干扰在Zm和Z m上的干扰信号基本抵消 测量仪器 示波器 峰值表 脉冲计数器 19 我国试验规程规定 1 固体绝缘互感器 电压为时 放电量不大于100pC充油互感器 放电量不大于20pC 2 110kV及以上新套管油纸电容式 不大于20pC胶纸电容式 不大于400pC 20 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 或要求在的U2值下 q 300pC或要求在的U2值下 q 500pC 21 4 3 4局放测量中的抗干扰措施 电磁干扰来源 1 与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰 2 监测系统本身的干扰干扰类别 1 周期型干扰 系统高次谐波 载波通讯以及无线电通讯等 2 脉冲型干扰 电力电子器件产生的高频涌流 脉冲型干扰和高压线路上的电晕放电 电弧放电等 3 白噪声 线圈热噪声 地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等 22 干扰的抑制 从干扰源 干扰途径 信号后处理入手可从以下几方面区分局放信号和干扰信号 工频相位 频谱 脉冲幅度和幅度分布 信号极性 重复率和物理位置等 试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备 特别是试验变压器和耦合电容Ck 滤波器的性能要好 要做到电源与测量回路的高频隔离 试验时间应尽量选择在干扰较小的时段 如夜间等 测量回路的参数配合要适当 耦合电容要尽量不小于试品电容Cx 使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷 必须对测量设备进行校准 23 4 4电压分布的测量 检测零值绝缘子火花间隙法 短路叉小球放电法红外热像仪法测量电压分布 24 5绝缘的耐压试验 破坏性试验 交流 工频 耐压直流耐压雷电冲击耐压操作冲击耐压 25 5 1工频耐压试验 交流耐压 是交流设备的基本耐压方式 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方法 1min工频耐压试验 26 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 27 5 1 1工频电压的获得 一 高压试验变压器 28 工频试验变压器 U 500kVI 1A 29 2250kV交流变压器 30 31 5 1 1工频电压的获得 一 高压试验变压器 特点 1 绝缘裕度不需要取得太大 2 试验变压器的容量一般比较小 高压侧额定电流一般为1A 对于某些特殊试品和特殊试验项目 要求试验变压器的额定电流大于1A 32 3 油箱本体小 高压套管又长又大 单套管式 其高压绕组的一端接地 另一端输出额定全电压双套管式 铁心和油箱均处于U 2电位 所以油箱不能放在地上 而必须按全电压的一半对地绝缘起来 用两只额定电压只有U 2的套管来代替一只额定电压为U的套管 可以大大降低试验变压器和套管的制造难度和价格 4 连续运行时间短 不需要有复杂的冷