电气设备绝缘预防性试验...ppt

第二篇电气设备绝缘试验,电气设备进行绝缘试验的必要性：,电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能。,本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法和测量技术。,绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。,破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。,绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。,绝缘缺陷类型,集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等,分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等,第四章电气设备绝缘预防性试验,常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等。,TE571（测量局部放电）,绝缘电阻测试仪,主要电气设备的绝缘预防性试验项目,什么叫绝缘的老化,绝缘老化的原因有哪些,电介质的热老化,电介质的电老化,其他影响因素,第一节绝缘的老化,什么叫绝缘的老化？电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。,老化的原因有哪些？热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。,一、电介质的热老化,什么是电介质的热老化？在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。,温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。,绝缘材料的耐热等级划分,热老化规则：8规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值8时，寿命约缩短一半。,相应的对B级绝缘和H级绝缘则分别适用10和12规则。,介质的老化过程,固体介质的热老化过程受热带电粒子热运动加剧载流子增多载流子迁移电导和极化损耗增大介质损耗增大介质温升加速老化液体介质的热老化过程油温升高氧化加速油裂解分解出多种能溶于油的微量气体绝缘破坏,二、电介质的电老化,什么是电老化？,电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。,介质电老化的主要原因是什么？,介质中出现局部放电。,局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：,破坏高分子的结构，造成裂解；,转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；,气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。,在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；,各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：,云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力,旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料。,有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差。,油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；,油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。,绝缘油的老化原因：,三、其他影响因素机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。,小结,电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。,通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。,绝缘电阻最基本的综合性特性参数。组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。,吸收比检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。,泄漏电流所加直流电压高得多。,第二节绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量,一、双层介质的吸收现象,为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导G1和G2。（R11/G1,R2=1/G2),讨论因吸收现象而出现的过渡过程开关S合闸作为时间的起点，在的极短时间内，层间电压按下式分布,（4-1）,（4-2）,稳态电流将为电导电流,达到稳态时（），层间电压按电阻分配,（4-3）,（4-4）,（4-5）,由于存在吸收现象，在这个过程中的层间电压按下式变化,（4-7）,（4-6）,（4-8）,如选用第一个方程式，则,流过双层介质的电流为,（4-9）,（410）,当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或两者之和显著减小，大大增加，而迅速衰减。,上式中第一个分量为电导电流，第二个分量为吸收电流。,二、绝缘电阻和吸收比的测量,绝缘电阻的表达式,(4-11),测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。,通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。,受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。,对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来替代测量绝缘电阻。,（412）,原理：令和瞬间的两个电流值的和比值。,已经接近于稳态绝缘电阻值，恒大于1,越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。,吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。,所以应将值和值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。,一般以作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的虽大于1.3，但值却很低；有些，但值却很高。,大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再进行判断。,某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。,测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表,极化指数（413）,图4-1是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理。,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。,三、泄漏电流的测量,反映绝缘电阻值，但有一些特点：,加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。,施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。,在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。,图42是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。,泄漏电流试验接线图如图4-3所示,其中V为高压整流元件，C为稳压电容，PV2为高压静电电压表，TO为被试品。,注意：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V进行保护。,当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。,小结,绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。,第三节介质损耗角正切的测量,介质的功率损耗与介质损耗角正切成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。测量能不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的。,一、西林电桥基本原理,其中被试品的等值电容和电阻分别为Cx和Rx;R3为可调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。,可得,在交流电压的作用下，调节和，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零，因而,（4-15）,由式（4-15）可写出,式中,（4-16）,（4-17）,介质并联等值电路的介质损耗角正切,可求得试品电容和等值电阻,（4-18),（4-19）,（4-20）,试品电容,（4-21),(4-22）,因为，如取，,并取的单位为，则简化为,西林电桥反接线原理,电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、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。,（一）外界电磁场的干扰影响,消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆,二、测量的影响因素,干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。,（二）温度的影响,（三）试验电压的影响,一般来说，随温度的增高而增大。,为了便于比较，应将在各种温度下测得的值换算到20时的值。,（五）试品表面泄漏电流的影响,（四）试品电容量的影响,对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量只能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。,测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。,小结,绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。,局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。,局部放电检测发展历史及测量方法综述。,脉冲电流法的测量原理。,一些局部放电测量仪器。,第四节局部放电的测量,测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。,一、局部放电基本概念,绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图4-9所示。,电容上分到的电压，气隙放电电压，熄灭电压（剩余电压），局部放电的电流变化曲线见图4-10。,表征局部放电的参数,（4-28）,视在放电量,其中为试品电容，为气隙放电时，试品两端的压降。,q既是发生局部放电时试品所放掉的电荷，也是电容上的电荷增量。（比真实放电量小得多）,指一次局部放电所消耗的能量。,放电重复率（N）,放电能量（W）,（432）,其中q为视在放电量，为局部放电起始电压。,在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数,其他参数,平均放电电流,放电的均方率,放电功率,局部放电起始电压,局部放电熄灭电压,二、局部放电检测方法综述,声检测法,介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数MHz。,介绍一种声测法传感器,固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（AcousticEmission）传感器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达50kHz以上。声发射传感器有多个频段（30k1MHz），该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。,SenacoAS100声传感器,北京亚捷隆测控技术有限公司,抗电磁干扰能力强,灵敏度不受试品电容的影响,能进行复杂设备放电源定位,在传播途径中衰减、畸变严重,基本不能反映放电量的大小,实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。,噪声检测法的特点,光检测法采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电。,光测法只能测试表面放电和电晕放电，在现场中光测法基本上没有直接应用。,将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。,光纤传感器应用,化学分析法,膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法（HPLC）判断介质老化情况。,在电力变压器中，油色谱分析（DGA）方法是一种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。,目前局部放电电检测方法,脉冲电流法,无线电干扰电压法（RIV）,射频检测法（RF）,介质损耗分析法（DLA）,超高频（UHF）检测法,电气检测法,脉冲电流法测量视在放电量,介质损耗法西林电桥,脉冲电流法测量原理,电气检测法的发展,1925年，Schwaiger发现电晕放电的射频特性，由此发展出RIV局部放电检测法；1928年，基于电子束示波器技术，Lioyd和Starr等人设计出平行四边形检测法；1954年，首台商用便携式局部放电检测仪由Mole等人研制成功；1960年，基于平行四边形检测原理，Dakin等人设计出积分电桥法；,1975年，Lemke博士等人设计出商用宽频局放测试仪，测试带宽达到10MHz;1978年，TanakaOkamoto等人采用计算机技术建立数字化局部放电检测仪；1981年，Boggs、Fujimoto、Stone等人设计出1GHz超高频局放检测仪；,TE571,局部放电测试仪,TWPD-4多通道数字式局部放电综合分析仪,天威新域科技发展有限公司,小结,局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。试验内容包括测量视在放电量、放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重复率、放电能量等。,绝缘的在线监测,tg的在线监测局部放电（PD）的在线监测,离线监测的缺点：以上所述的绝缘预防性试验方法，都是电力设备处于离线情况下进行的。,需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止运行；,停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tg检测，采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一般只加到10kV，这对于220kV500kV的电力设备而言，电压是很低的,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；,在线监测和诊断的优缺点：在线监测和诊断是电力设备在运行状态下进行的，故可避免离线监测及诊断的上述缺点，可使判断更加准确。自70年代以来，随着传感、信息处理及电子计算机技术的快速发展，在线监测和诊断技术也得到迅速的发展。根据在线监测和诊断的结论，还可以做到有的放矢地进行维修，这种维修称为预知性维修。在线监测和诊断技术的不足是投资费用较大，只适用于大型和重要设备及变电所,tg的在线监测,1.电桥法在线监测tg时，仍可用前述的西林电桥测量方法。但由于原来应用在电桥中的标准电容器的工作电压大多仅为10kV，因此对于较高电压的现场电力设备的测量，需引入一电压互感器PT降压，以适应标准电容器的额定电压,电桥法在线监测tg原理图CX试品Co标准电容器PT电压互感器G指零仪,角差：互感器所带来的角差，可通过RC移相电路予以校正。然而角差会随负载大小等因素的影响有所变动，所以校正也不可能是很理想的。电桥中R3、C4的调节可以手动，也可以自动。由于是有触头的调节，为了长年的使用，必须选择十分可靠的R3、C4可调节元件,电桥法在线监测tg原理图CX试品Co标准电容器PT电压互感器G指零仪,2.计数脉冲测相位差法,脉冲测相位差法原理波形图,这是一种直接测量介质损失角的方法。一般情况下，角很小，所以可以用测出的来代表tg即：tg（/2）,3.全数字测量法,又称数字积分法。这是一种用A/D转换器分别对电压和电流波形进行数字采集，然后根据付里叶分析法的原理，进行数字运算，最终可求得tg值,局部放电（PD）的在线监测,电力变压器PD的在线声电联合监测CD电流脉冲检测器MC超声压力传感器RC罗戈夫斯基线圈,声电信号图形识别,电力变压器PD在线监测时所获得的电流脉冲及超声信号,现场带电测量的灵敏度,实验室：IEC要求新生产的300kV变压器在制造厂的实验室里试验时，PD的视在放电量应小于300500pC现场带电：现场大变压器的PD量在10000pC时，即应引起严重关切。所以PD的监测灵敏度至少应达到5000pC。然而即使是这样一个要求。在在线测量时，也并非一定能够实现的,伴随局部放电会出现多种现象：包括电、光、噪声、气压变化、化