电气设备的绝缘试验培训讲义(PPT 60页).ppt

第三章电气设备的绝缘试验主要内容:电气设备的故障及检测概述绝缘电阻和吸收比的测量介质损耗角正切的测量局部放电的测量电压分布的检测绝缘的高电压试验,第1节电气设备的故障及检测概述一、电气设备的绝缘缺陷分类1.局部性或集中性缺陷绝缘开裂、绝缘局部磨损、绝缘局部受潮2.整体性和分布性缺陷由于受潮、过热及长期运行过程中所引起的绝缘整体老化、变质、受潮、绝缘性能下降等。二、电气设备检测、试验的分类,绝缘的预防性试验绝缘的在线检测,（1）非破坏性试验在较低的电压下或者用其他不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种特性，以间接测量绝缘的各种状态。测量绝缘电阻和吸收比、泄漏电流以及tg的测量、电压分布的测量、局部放电的测量、绝缘油气相色谱分析。（2）破坏性试验检测绝缘的电气强度，即耐压试验。通过对绝缘施加很高的电压，检测其耐受电压的能力，可发现比较隐蔽的缺陷。是保证电气设备安全运行最直接可靠的检验手段。工频高压试验、直流高压试验、冲击高压试验。,第2节绝缘电阻和吸收比的测量一、绝缘电阻的测量绝缘电阻是一切电介质和绝缘机构的绝缘状态最基本的综合性特性参数。1.兆欧表的工作原理,电流通路：RVWVRxRAWA,2.兆欧表的使用方法（1）兆欧表的接线（2）屏蔽端子G的作用在套管装设金属屏蔽环或者几匝裸铜丝。只测体积电阻（3）故障判断以加压60s测得的数值为该试品的绝缘电阻；,通常将同一运行条件下，不同相的绝缘电阻进行比较；本次测量数据与以往测量数据进行比较以判断是否有异常，若有明显区别，则应注意，并查明原因。,3.兆欧表额定电压的选择500、1000、2500、5000四种额定电压；对于额定电压1000V以上设备使用2500V、5000V的兆欧表测量；对于1000V以下的设备使用1000V兆欧表测量。,手摇式兆欧表,数字式兆欧表,4、测量绝缘电阻时的注意事项测试前应先拆除被试品的电源及对外一切连线，将其接地，以充分放电。测试时以额定转速（120r/min）转动摇表把手（不得低于80%），待转速稳定后，接上被试品，待指针稳定后，开始读数；对大容量的被试品测量时，在测量结束前，应先断开两者连线，再停止转动兆欧表，以防止被试品的残余电荷对兆欧表反充电而损坏兆欧表；兆欧表的线路端L与接地端G不要靠在一起，线路端L导线不要放在地上；记录测量时的温度和湿度，以便校正，在湿度较大的条件下测量，必须加屏蔽。,5.测量绝缘电阻的适用范围测量绝缘电阻可以有效发现以下缺陷：绝缘整体受潮、局部严重受潮；两电极间存在贯穿性的导电通道；绝缘表面污秽。6.测量绝缘电阻的局限性测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷：绝缘中的局部缺陷（局部损伤、裂缝、气泡、分层脱离等）；绝缘的老化。,二、吸收比的测量,1.K1参数（吸收比）,如果绝缘状态良好，吸收现象显著，K1值将远大于1，反之，当绝缘受潮严重或者有重大缺陷时，K1值较小，接近1。一般以K11.3作为设备绝缘状态良好的标准。应当将K1值与R值结合起来考虑，才能做出比较准确的判断。,2.K2参数（极化指数）,在K1不能很好的反映绝缘真实状态时，应当用K2来代替K1。一般极化指数不应小于1.5。3.吸收比测量的注意问题当某些缺陷还未贯穿整个绝缘时，不能通过绝缘电阻、K1、K2作出准确判断。因此，仅靠绝缘电阻和K1、K2的测量结果是不能判断绝缘是否可靠的。,三、影响因素1.温度的影响一般温度每下降10度，绝缘电阻增加约1.52倍，应将测量结果换算到统一温度下的数值。2.湿度的影响绝缘表面上受潮（特别是表面污秽）时，使绝缘表面的泄漏电流增大，应将屏蔽环连接到屏蔽端子G，以消除表面泄漏电流的影响。,第2节介质损耗角正切的测量tg（功率因数角的余角）能够反映绝缘的整体性缺陷和小容量试品中的严重局部性缺陷，并确定故障类型。,一、tg的测量方法（一）西林电桥1.测量原理,实验时，通过调节R3和C4使电桥平衡，通过分析可知：,将R4固定为106/代入上式，并取C4单位为uF，可以得到：,2.外界电磁场对电桥的干扰（1）外界电场的干扰外界电场的干扰主要包括试验用高压电源和试验现场高压带电体引起的干扰。（2）外界磁场的干扰外界磁场干扰电流是邻近母线负载电流的磁场在桥路内感应出的一个干扰电势而产生的电流。（3）消除的方法电桥本体用金属网屏蔽，全部引线用屏蔽电缆线；当测试物有一端接地时，应采用反接线；屏蔽对地应有足够的绝缘；采用自动平衡测量仪器。,（二）谐波波形分析法采集电压、电流波形离散化处理FFT电流、电压的幅值和相位,通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采集为u(k)、i(k)（k=1,2,N）,则,（三）过零相位比较法采集电压、电流波形方波信号异或门相位脉冲与门时钟脉冲送单片机计数,二、影响tg测量的因素1.温度的影响电气绝缘的tg在一般情况下随温度上升而增大。因此，尽可能在1030下进行测试。2.湿度的影响电气绝缘的tg一般随湿度的增加而上升。因此，尽可能选择干燥天气测量。3.试验电压的影响通过测量tg与电压关系，有助于判断绝缘的状态和缺陷的类型。,1良好绝缘2绝缘中存在气隙3受潮绝缘,4.试品表面泄漏电流的影响为消除表面泄漏，测试前应将试品表面擦干净，必要时加以屏蔽。5.试品电容量的影响对电容量较小的设备（套管、互感器等），测量tg可有效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（大中型变压器、电容器、发电机等）测tg只能发现整体分布性缺陷。对于可以分解为几个彼此绝缘部分的被试品，应当分别测量各部分的tg，以便更有效的发现缺陷。,第3节局部放电的测量绝缘中的局部放电是引起介质老化的重要原因之一。局部放电的的原因：高电压设备绝缘内部不可避免地存在某些缺陷和电场分布的不均匀，当场强达到一定值以上时，就会发生局部放电。局部放电的的后果：长期的局部放电使绝缘的劣化损伤逐渐扩大，达到一定程度后，就会导致绝缘的击穿和损坏。局部放电测量的目的：测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和变化趋势，便可以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。局部放电的现象：电流脉冲、电磁波辐射、损耗增大；光、热、噪声、化学变化等。,一.测量原理,Cg：气隙电容Cb：与气隙串联固体介质电容Ca：介质其余完好部分电容,放电间隙g：局部放电等效为该气隙中的火花放电；Z：气隙放电脉冲频率的电源阻抗,（1）视在放电量当气隙放电时，被试品两端电压突然下降，相当于被试品两电极间放掉了一部分的电荷，该电荷量称为视在放电量。,视在放电量是测量局部放电强度的最重要参数，并以此作为判断局部放电强弱的依据。,（2）放电重复率（N）在选定时间间隔内测得的每秒钟发生脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。N与外加电压有关，外加电压增大，N增大。（3）放电能量（W）一次局部放电所消耗的能量。,q：视在放电量Ui：出现局部放电时的外加电压值W的大小对电介质的老化速度有显著影响。,二.局部放电的检测方法1.电气检测法（1）脉冲电流法,a：适用于被试品一端接地的场合（直测法）b：适用于被试品两端均对地绝缘的场合（直测法）c：桥式测试回路，抗干扰性能好（平衡法）,（2）无线电干扰测试法用干扰仪测试由于局部放电而产生的无线电信号，灵敏度很高。（3）介质损耗法由试品损耗确定试品状况，灵敏度较差。2.非电检测法（1）超声波法抗干扰性好，使用方便，可以在运行中或耐压试验时检测局部放电。（2）光学分析法用于有沿面放电和电晕放电的场合，效果最好。（3）化学分析法（气相色谱分析）利用绝缘油中析出的气体识别含油电气设备内部绝缘缺陷和故障信号征兆。,三、局部放电适用范围局部放电试验对于测量套管、电机、变压器、电缆等绝缘的裂缝、气泡等内的局部缺陷（特别是在程度上还比较轻微的）比较有效。,第4节电压分布的测量在工作电压作用下，沿着绝缘结构的表面有一定的电压分布。表面清洁电压分布由绝缘本身电容决定表面污染受潮电压分布由表面电导决定绝缘中部分损坏表面电压有明显变化因此，测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝缘的缺陷,1.线路绝缘子串的电压分布,等值电路500kV绝缘子串电压分布,C：每片绝缘子的本体电容，3050pFCE：每片的对地电容，45pFCL：每片对高压线电容，0.51pF,2.改善电压分布措施可以使用在导线处安装均压环的方法改善电压分布。,3.判断依据测量绝缘子串的电压分布，用其正常分布曲线与实测结果分析对比，来判断绝缘子所处状态。,1：正常分布电压2：异常分布电压,4.检测措施短路叉光电测杆绝缘子两端电位差光信号绝缘杆光纤地面电信号被试品位置较高红外热像法、超声波法、激光法,第5节工频高电压试验目的：检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，并在某些场合检测操作过电压和雷电过电压的耐受能力。,F：保护球隙，限制试验时的过电压，保护被试品，放电电压调整为试验电压的1.1倍；R1：保护电阻，防止被试品击穿时，在试验变压器上产生的过电压及短路电流，一般取0.11/V；R2：球隙保护电阻，限制球隙击穿产生的短路电流，一般取0.10.5/V。,一、高压试验变压器,1.高压试验变压器特点（1）单相变压器（2）电压高由于高压试验变压器通常用于代替雷电过电压或系统内部高电压检测电气设备绝缘，因此其比电气设备正常工作电压要高得多。（3）容量小试验变压器连续工作时间不长，主要提供容性电流，由于被试品的电容量一般较小，流过被试品的电流不大，对于250kV及以上试验变压器高压侧额定电流一般为1A。,（4）体积小试验变压器的容量小，因而油箱体积小；由于输出电压高，高压套管大、长；不需要很大的散热装置。（5）绝缘裕度小只在试验条件下工作，不受雷电过电压及系统高电压影响，不会产生很高的过电压。（6）连续运行时间短一般不需长时间运行，只有在电流、电压远低于额定值时，才可以长时间工作。（7）漏抗较大漏抗较大，可减小短路电流，减小短路电流，减小电动力，降低机械强度要求。,（8）变压器容量与电压的关系额定电压为50kV时，容量为5kVA；额定电压为100kV时，容量为10kVA或25kVA；额定电压为150kV时，容量为25kVA或100kVA；额定电压为2502250kV时，高压侧额定电流均取1A。,2.串级试验变压器一般500kV以上的变压器都采用串级式，以减小变压器的体积。,每台变压器有三个绕组，第三个绕组为累接绕组，向后一级变压器供电。容量利用率为：,串级连接的台数不宜过多，一般不超过3台。,3.调压供电装置（1）调压供电装置的要求试验变压器的电压必须从零调节到指定值，这是其运行方式的特点,要靠连到变压器初级绕组电路中的调压器来进行。调压器应该满足以下基本要求：电压应该平滑地调节，在有滑动触头的调压器中，不应该发生火花。调压器应在试验变压器的输入端提供从零到额定值的电压，电压具有正弦波形且没有畸变。调压器的容量应不小于试验变压器的容量。,（2）常用调压供电装置自耦变压器阻抗小，波形畸变小，但是容量较小，用于10kVA以下的试验变压器。移圈式调压器漏抗大，波形较畸变，用于容量要求较大的场合。电动发电机组波形好，用于试验要求很高或者有特殊要求的实验室。感应调压器通过调整转子角位移，改变定子或转子绕组的感应电动势相位或幅值，以达到调压目的。,二、工频高电压的测量按IEC和我国规定，工频高压的测量，要求误差不大于3%。1.球隙测压器球隙测压器是由一对直径相同的金属球形电极构成，它是直接测量各种高压的基本设备。,用球隙测量工频电压时，应取连续三次放电电压的平均值，相邻两次放电的时间间隔一般不应小于1min，各次击穿电压与平均值之间的偏差不应大于3%。,2.静电电压表静电电压表是利用静电力的效应制成的。可直接测量工频高压有效值，目前国产的有30kV、100kV、200kV等。100kV及以上的静电电压表电极暴露在外。,Q4-V静电系电压表量限：0-20-50-100KV准确度：1.0%标尺长度：400mm输入电容：20PF重量：20kg,3.峰值电压表利用测量整流电容电流得到电压峰值,利用测量整流后电容器的充电电压得到电压峰值,4.分压器配低压表计测量,工作原理接线图实物照片,三、工频高电压的注意事项试验时间在进行工频交流耐压试验时，在绝缘上施加工频试验电压后，要求持续1min，以暴露隐藏缺陷及防止绝缘损伤。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。被试品为有机绝缘材料时，试验后应立即触摸绝缘物，如出现普遍或局部发热，则认为绝缘不良，应立即处理，再做试验；试验时，应记录试验环境的气象条件，以便对试验电压进行气象校正。,在试验过程中，若由于空气的温度、湿度、表面脏污等影响，引起试品表面滑闪或空气放电，则试品不合格，需清洁、干燥后，再试验；试验时升压必须从零开始，不允许冲击合闸。升压速度在40%试验电压以内，可不受限制，其后应均匀升压，速度约为3%试验电压/秒；在试验电压下保持规定的时间后，应很快降到1/3试验电压或更低，然后切断电源；耐压试验前后，均应测量被试品的绝缘电阻值，对夹层绝缘或有机绝缘材料，如果耐压试验后的绝缘电阻值比耐压试验前下降30%，则认为不合格；,在试验过程中，被试品有发出响声，分解出气体、冒烟，电压表指针剧烈摆动，电流表指针急剧增大等异常现象，应查明原因。如果该现象确实是出现在绝缘部分，则认为被试品存在缺陷或击穿。如果在测试过程中未出现上述现象，则认为该试品的工频高电压试验合格。,第6节直流高电压试验测量范围：一些大容量的交流设备（如长电缆段、电力电容器、发电机等）和直流高压输电所用的电力设备。1.产生直流电压的方法（1）半波整流电路,半波整流电路输出电压波形,（2）倍压整流回路,变压器两端不接地,变压器一端接地,（3）串级直流发生器,2.直流高电压的测量IEC和我国对直流高压测量误差规定为：直流电压测量误差不大于3%脉动幅值的测量误差不大于10%用棒-棒间隙测压器测量直流电压的最大值用静电电压表测量直流电压的平均值用高压电阻串接微安表或者高值电阻分压器配低压仪表测量,3.直流高电压实验与工频高压试验的区别（1）容量小工频试验容量：直流试验：无电容电流，只需毫安级泄漏电流，而且可以用串级方法产生直流高压，因此试验装置可以很小，适用于现场预防性试验。同时，直流高电压实验可以通过测量泄漏电流判断绝缘内部缺陷。（2）损伤小工频试验：产生的介质损耗大，易引起绝缘发热，使绝缘老化变质，易被击穿；直流试验：介质损耗小，发热量小，击穿概率低。,（3）发现绝缘缺陷能力差工频试验：接近电气设备实际运行情况，可发现隐藏缺陷；直流试验：内部气隙不易发生游离及热击穿，不能代替工频试验。（4）试验电压直流电压作用下的击穿强度要高于交流击穿电压。发电机定子绕组：23倍额定电压；油浸纸绝缘电缆：210kV（5倍额定电压）、1530kV（4倍额定电压）、35kV以上（22.6倍额定电压）。,（5）试验时间发电机试验：每级0.5倍额定电压，分阶段升高，每阶段停留1min，读取泄漏电流；电缆试验：在试验电压下，停留5min，观察