绝缘电气特性及故障诊断概论

1、 绝缘介质绝缘介质 紧固支撑紧固支撑 冷却媒介冷却媒介 绝缘作用绝缘作用 绝缘材料绝缘材料 液体液体: : 绝缘油绝缘油 固体：绝缘纸、电瓷、云母、固体：绝缘纸、电瓷、云母、 玻璃、交联聚乙烯等玻璃、交联聚乙烯等 气体气体: 空气、空气、SF6 真空绝缘真空绝缘 实际绝缘结构通常是由几种电介实际绝缘结构通常是由几种电介 质联合构成的组合绝缘质联合构成的组合绝缘 固-液绝缘 固-气绝缘 第2页/共68页 2.2 2.2 绝缘老化及其影响因素绝缘老化及其影响因素 设备绝缘故障的主要原因材料的老化。电气设备绝缘在运行中设备绝缘故障的主要原因材料的老化。电气设备绝缘在运行中 受到各种因素的长期作用，会

2、发生一系列不可逆的变化，导致受到各种因素的长期作用，会发生一系列不可逆的变化，导致 其物理、化学、电和机械等性能的劣化，如机械强度降低、介其物理、化学、电和机械等性能的劣化，如机械强度降低、介 质损耗及电导增大。将这种现象称为绝缘老化。质损耗及电导增大。将这种现象称为绝缘老化。 电气因素电气因素 机械因素机械因素 温度和热稳定性温度和热稳定性 环境（水分、氧化、射线及微生物）环境（水分、氧化、射线及微生物） 绝缘老化影响因素绝缘老化影响因素 第3页/共68页 （1） 电气影响电气影响 长期工作电压长期工作电压 短时的过电压短时的过电压 为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电气设备采为

3、了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电气设备采 用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中其内部各组件间的绝缘所用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中其内部各组件间的绝缘所 需承受的热和电应力水平显著提高。高场强下的电老化由介质中的需承受的热和电应力水平显著提高。高场强下的电老化由介质中的 局部放电引起。各种绝缘材料局部放电的性能有很大的差别：局部放电引起。各种绝缘材料局部放电的性能有很大的差别： n云母（电机绝缘）、玻璃纤维等无机材料有很好耐局部放电能力。云母（电机绝缘）、玻璃纤维等无机材料有很好耐局部放电能力。 n有机高分子聚合物等绝缘材料耐局部放电能力较差，其长时间击穿有机高分子聚合物等

4、绝缘材料耐局部放电能力较差，其长时间击穿 场强要比短时间击穿场强低很多。设计时应将其工作场强场强要比短时间击穿场强低很多。设计时应将其工作场强(XLPE(XLPE的为的为 10kV/mm10kV/mm) )选的比局部放电场强低，以保证其寿命。选的比局部放电场强低，以保证其寿命。 n绝缘油发生局部放电，引起油温升高而导致油的解裂，并伴有微量绝缘油发生局部放电，引起油温升高而导致油的解裂，并伴有微量 气体产生。另外油放电生成物可能是聚合蜡状物，可能附着于固体气体产生。另外油放电生成物可能是聚合蜡状物，可能附着于固体 介质表面影响散热，加速固体绝缘的老化。介质表面影响散热，加速固体绝缘的老化。 第4

5、页/共68页 （2）机械影响机械影响 机械负荷机械负荷 长时间振动长时间振动 短路应力短路应力 n机械应力对绝缘的老化速度有很大的影响。如：机械应力过大会使机械应力对绝缘的老化速度有很大的影响。如：机械应力过大会使 固体介质内产生裂纹或气隙，导致局放，运行经验表明：瓷绝缘子固体介质内产生裂纹或气隙，导致局放，运行经验表明：瓷绝缘子 的老化常常是由于机械应力造成（悬式绝缘子最易损坏的地方是靠的老化常常是由于机械应力造成（悬式绝缘子最易损坏的地方是靠 近铁塔悬挂点处）。近铁塔悬挂点处）。 n对绝缘子来说，温度突变也会产生内部应力。如：运行中受日照，对绝缘子来说，温度突变也会产生内部应力。如：运行中

6、受日照， 温升为温升为20203030，突然降雨，瓷表面骤冷，则会在瓷件内产生内应，突然降雨，瓷表面骤冷，则会在瓷件内产生内应 力，可能造成开裂。因此，绝缘子瓷件在工厂要经过冷热实验，要力，可能造成开裂。因此，绝缘子瓷件在工厂要经过冷热实验，要 求在求在7070的温差剧变时不发生开裂。的温差剧变时不发生开裂。 第5页/共68页 （3） 温度影响温度影响 季节变化季节变化 长期过负荷长期过负荷 热老化热老化 n高温下，电介质短时间内就能发生明显的损坏；即使温度比短时允高温下，电介质短时间内就能发生明显的损坏；即使温度比短时允 许温度低，但作用时间很长时，绝缘性能也会发生不可逆的变化。许温度低，但

7、作用时间很长时，绝缘性能也会发生不可逆的变化。 绝缘的温度越高，老化越快，寿命越短。绝缘的温度越高，老化越快，寿命越短。 n液体介质的热老化主要表现在油的氧化，油温越高，则氧化速度越液体介质的热老化主要表现在油的氧化，油温越高，则氧化速度越 快。油局部过热会分解出一些能溶于油的微量气体，这是变压器油快。油局部过热会分解出一些能溶于油的微量气体，这是变压器油 劣化的主要原因。劣化的主要原因。 n不同介质材料的耐热性能不同。不同介质材料的耐热性能不同。GB11021GB11021划分几个耐热等级，规定相划分几个耐热等级，规定相 应的最高允许温度。超过该允许值，介质迅速老化，寿命大大缩短。应的最高允

8、许温度。超过该允许值，介质迅速老化，寿命大大缩短。 第6页/共68页 电介质的耐热等级电介质的耐热等级 耐热等级耐热等级 工作温工作温 度度() 电介质电介质 O90木材、纸板、棉纤维；聚乙烯；聚氯乙烯；交联聚乙烯；天然橡胶木材、纸板、棉纤维；聚乙烯；聚氯乙烯；交联聚乙烯；天然橡胶 A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料 E120酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆 B130 沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树沥青油漆制成的云母带

9、、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树 脂脂 F155聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布 H180 聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆 布布 C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯 第7页/共68页 不同耐热等级绝缘材料不同耐热等级绝缘材料 在各种运行温度下长期运行的寿命在各种运行温度下长期运行的寿命 热老化规律热老化规律 6 度规则度规则 试验表明，对于常用

10、的试验表明，对于常用的A级绝级绝 缘，如油纸绝缘，则温度每超过缘，如油纸绝缘，则温度每超过 6，则寿命约缩短一半。，则寿命约缩短一半。 而对于而对于 B、H级绝缘则分别约级绝缘则分别约 为为10及及12规则。规则。 第8页/共68页 水（强极性介质、类似于半导体）被吸收到电介质内部或吸附到水（强极性介质、类似于半导体）被吸收到电介质内部或吸附到 电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严 重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构 成通路，

11、或者在高温下汽化形成成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压显著降低。而使击穿电压显著降低。 （4） 受潮受潮 局部电弧局部电弧水带水带 绝缘介质绝缘介质 第9页/共68页 （5 5）环境的影响）环境的影响 环境条件对绝缘的老化也有很大的影响。环境条件对绝缘的老化也有很大的影响。 n绝缘油的老化，主要是油的氧化。绝缘油的老化，主要是油的氧化。 n户外工作的绝缘应能使耐受日晒雨淋的环境。并不是所有的固户外工作的绝缘应能使耐受日晒雨淋的环境。并不是所有的固 体绝缘都具备这一能力，环氧浇注的绝缘子只能用于户内。体绝缘都具备这一能力，环氧浇注的绝缘子只能用于户内。 n在含有化学腐蚀气体等环

12、境中工作时，选用的材料应具有更强在含有化学腐蚀气体等环境中工作时，选用的材料应具有更强 的化学稳定性，如耐油性等。的化学稳定性，如耐油性等。 n工作在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物工作在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物 （霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的防（霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的防 霉剂和除虫涂料等。霉剂和除虫涂料等。 第10页/共68页 2.3 绝缘介质的电气特性绝缘介质的电气特性 不同电场强度下电介质中所呈现的电气现象分为两类：不同电场强度下电介质中所呈现的电气现象分为两类： （1） 在强电场（外施场强大于该介质的

13、击穿强度）下，将在强电场（外施场强大于该介质的击穿强度）下，将 出现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为出现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为 明显。明显。 （2） 在弱电场（外施场强比该介质的击穿场强小得多）下在弱电场（外施场强比该介质的击穿场强小得多）下 主要是介质中的极化、电导、介质损耗等。主要是介质中的极化、电导、介质损耗等。 以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。 第11页/共68页 2.3.1 气体放电气体放电 放电放电 （Discharge ) 击穿击穿 ( Breakdown ) 闪络闪络 ( Flashover

14、) 火花放电火花放电 Sparkover 电弧电弧 (Arc) 空气间隙 的放电 外施电压的形式外施电压的形式 电场的情况电场的情况 电极形状电极形状 大气环境大气环境 与 有关 第12页/共68页 稳态电压（直流工频）下的空气间隙击穿稳态电压（直流工频）下的空气间隙击穿 1) 均匀电场中的击穿均匀电场中的击穿 0.010.1110 d/cm 1 10 100 400 Ub/kV eg：高压静电电压表的电极布置 24.226.08() b Udd kV 特点：特点： 均匀电场均匀电场中电极布置对称，击穿击穿 无极性效应无极性效应； 均匀场均匀场间隙中各处电场强度相等， 击穿所需时间极短，直流击

15、穿电压、直流击穿电压、 工频击穿电压峰值、工频击穿电压峰值、50%冲击击冲击击 穿电压相同穿电压相同； 击穿电压的分散性很小。 板板电极尺寸远大于间隙距离 间距1-10cm均匀电场 击穿场强为30kV/cm b ()Uf pd 第13页/共68页 r/R0.5：均匀电场。：均匀电场。Eb不变。 0.5 r/R 0.1：稍不均匀电场。：稍不均匀电场。 击穿前不出现电晕。r/R 0.33 时击穿电压出现极大值（绝缘 设计时尽量将r/R选取0.250.4 范围内）。 2) 稍不均匀电场中的击穿（球间隙、同轴圆柱）稍不均匀电场中的击穿（球间隙、同轴圆柱） 第14页/共68页 3) 极不均匀电场中的击穿

16、极不均匀电场中的击穿 工程上大多为极不均匀电场。试验表明，当间隙距离很大时， 不同形状电极间隙击穿电压差别不大。通常用棒板电极和棒棒 间隙击穿电压来估算不对称和对称电场的绝缘距离。 棒板和棒棒空气间隙的直流击穿电压 棒棒和棒板空气间隙的工频 击穿电压（有效值） 工频电压、极不均匀电场， 击穿总是发生在正半周极 工频电压下棒棒间隙击穿电压高于棒板电 极，工程上尽量采用对称布置的电极结构 极不均匀电 场的极性效 应极明显 第15页/共68页 雷电冲击雷电冲击1.2/50us 操作冲击250/2500us 最小击穿最小击穿 电压电压 长空气间隙在不同电压下的击穿电压长空气间隙在不同电压下的击穿电压

17、冲击电压（雷电操作）下的空气间隙击穿冲击电压（雷电操作）下的空气间隙击穿 n 足够高的电压。足够高的电压。 n在气隙中存在能引起电子在气隙中存在能引起电子 崩并导致击穿的有效电子。崩并导致击穿的有效电子。 真空击穿电压高。真空击穿电压高。 n需要一定的时间让放电得需要一定的时间让放电得 以逐步发展直至击穿。以逐步发展直至击穿。冲冲 击击穿电压高。击击穿电压高。 气隙击穿的必要条件：气隙击穿的必要条件： 第16页/共68页 放电时延放电时延 临界 击穿电压 统计时延 放电形成时延 除了足够场强、引起电子崩并导致流注的有 效电子外，气隙击穿还需要一定的时间，让 放电得以逐步发展并完成击穿。us级

18、总放电时间 tb=t1+ts+tf 放电时延与电压幅值放电时延与电压幅值U U 有关，有关，U U 越高，放电发展越快，放电时延越短。越高，放电发展越快，放电时延越短。 因为因为tsts和和tftf都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间的关系都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间的关系 伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用50%50%伏秒特性来表征。伏秒特性来表征。 第17页/共68页 u t 4 3 2 1 5 u t 0 s1 s2 伏秒特性伏秒特性伏秒特性间的配合伏秒特性间的配合 以避雷器保护变压器为例，就必须根据伏秒特性进行绝缘以避雷器保护变

19、压器为例，就必须根据伏秒特性进行绝缘 （强度）配合，如在右图中（强度）配合，如在右图中S2就能较好地保护就能较好地保护S1。 1. 0%伏秒特性；伏秒特性； 2. 100%伏秒特性；伏秒特性； 3. 50%伏秒特性；伏秒特性； 第18页/共68页 SF6是理想的气体绝缘介质和灭弧介质，在均匀电场均匀电场中SF6气 体的绝缘强度约为空气的2.5倍倍，其灭弧能力是空气的100以上。 SF6气体的应用可大大降低设备尺寸，与空气介质相比， 500kV的GIS是敞开式的1/50。 SF6气体广泛应用于高压断路器、 GIS、充气管道电缆，充SF6气体的变压器和开关柜也在发展中。 SF6气体的液化温度较低，

20、一般可满足工程实际的应用，如 0.75MPa （7个大气压，作为断路器的绝缘）的液化温度是-25， 0.45MPa （4个大气压，作为GIS绝缘）的液化温度不高于-40。 SF6气体的特性气体的特性 第19页/共68页 SF6气体价格高，温室效应相当于CO2的23900倍，且SF6 气体不会自然分解，在大气中寿命长达3200年。一般工程中 多采用N2-SF6混合气体。 此外，SF6气体中水含量的增加，将会大大降低其绝缘性 能，因而使用中应定期检测其微水含量。 极不均匀电场极不均匀电场SF6的击穿场强的击穿场强（如4kV/mm）比稍不均匀电 场的击穿场强（如30kV/mm）低很多低很多。只有在均

21、匀电场和稍不只有在均匀电场和稍不 均匀电场均匀电场，SF6气体才能发挥其优异的绝缘性能，因而一般应 用SF6气体做绝缘时，应尽量保证其电场的均匀性。 第20页/共68页 其击穿场强随气压的增加而增加，有饱和性； 其击穿的极性效应不明显（负极性击穿电压比正极性的低10%）； 其冲击系数很小，雷电和操作冲击系数分别为1.25和1.05-1.11。因而 SF6设备的绝缘尺寸由雷电冲击试验电压决定。 稍不均匀电场的SF6气体： 第21页/共68页 2.3.2 气体中的沿面放电气体中的沿面放电 (cm) 不同材料的工频下不同材料的工频下 沿面闪络电压（峰值）沿面闪络电压（峰值） 1纯气隙；纯气隙；2石蜡

22、；石蜡； 3胶纸筒；胶纸筒；4电瓷电瓷 沿着固体介质表面的闪络电压不但沿着固体介质表面的闪络电压不但 远低于固体介质的击穿电压，而且也远低于固体介质的击穿电压，而且也 比相同极间距离的纯气隙击穿电压低。比相同极间距离的纯气隙击穿电压低。 如果表面潮湿、脏污时，沿面闪络如果表面潮湿、脏污时，沿面闪络 电压更低。这是选择输电线路和变电电压更低。这是选择输电线路和变电 所外绝缘时的关键因素。所外绝缘时的关键因素。 绝缘子大多在户外运行，因此还要绝缘子大多在户外运行，因此还要 考虑湿闪及污闪的情况，这时的放电考虑湿闪及污闪的情况，这时的放电 电压远低于乾闪。电压远低于乾闪。 第22页/共68页 光滑瓷

23、柱的干闪和湿闪电压 干闪 湿闪 第23页/共68页 单位泄漏距离单位泄漏距离（泄漏比距或爬电比距）：绝缘子每 千伏额定线电压的平均泄漏距离，cm/kV。 “绝缘子串在工作电压下不发生污闪绝缘子串在工作电压下不发生污闪”在电力系统 外绝缘水平中的选择起着重要的作用。 电压等级电压等级kV35110220330500 绝缘子片数绝缘子片数 27131928 等值附灰密度等值附灰密度mg/cm2 ：与绝缘子表面单位面积上污 秽物中不容于水的惰性物质的含量。 第24页/共68页 污秽 等级 爬电比距（cm/kV） 线路发电厂、变电所 220kV及以下330kV及以上 220kV及以 下 330kV及以

24、 上 0 1.39 （1.60） 1.45 （1.60） 1.391.74 （1.602.00） 1.451.82 （1.602.00） 1.60 （1.84） 1.60 （1.76） 1.742.17 （2.002.50） 1.822.27 （2.002.50） 2.00 （2.30） 2.00 （2.20） 2.172.78 （2.503.20） 2.272.91 （2.503.20） 2.50 （2.88） 2.50 （2.75） 2.783.30 （3.203.80） 2.913.45 (3.203.80) 3.10 （3.57） 3.10 （3.41） 各污秽等级下的爬电比距分级数值

25、各污秽等级下的爬电比距分级数值 第25页/共68页 盘形绝缘子串在雨下的盘形绝缘子串在雨下的 可能闪络路径可能闪络路径 在有污秽的地区，污闪所造成的损失很在有污秽的地区，污闪所造成的损失很 大，因它可在工作电压下发生，且引起大大，因它可在工作电压下发生，且引起大 面积停电。常用的防污措施：面积停电。常用的防污措施： 增大泄漏距离。增大泄漏距离。 定期或不定期的清扫。定期或不定期的清扫。 使用憎水性涂料。使用憎水性涂料。 改用防污性能好的绝缘子。改用防污性能好的绝缘子。 防污措施防污措施 第26页/共68页 2.3.3 液体及固体介质的电气特性液体及固体介质的电气特性 电介质的电气特性，主要表现

26、为它们在电场下的导电电介质的电气特性，主要表现为它们在电场下的导电 性能、介电性能和电气强度。常以下特征参数来表示：性能、介电性能和电气强度。常以下特征参数来表示： 电导率电导率（或绝缘电阻率（或绝缘电阻率） 介电常数介电常数（或电容（或电容C） 介质损耗角正切（介质损耗因子）介质损耗角正切（介质损耗因子）tg 击穿电场强度击穿电场强度Eb。 第27页/共68页 （1）电介质极化）电介质极化 ab 图图10 极化现象示意图极化现象示意图 (a) 极间为真空；(b) 极间为介质 d A U Q C 00 0 d A U QQ C r 00 A 电极面积（cm2） d 电极间距（cm） 插入介质平

27、板电极的电容：插入介质平板电极的电容： 真空平板电极的电容：真空平板电极的电容： 定义 为介质的相对介电常数相对介电常数。 r 00 C C 第28页/共68页 表表 2 常用电介质的常用电介质的r值值 材料类别名称r（工频，20） 气体介质 空气（大气压）1.00059 液体介质 弱极性 变压器油 硅有机液体 2.22.5 2.22.8 极性蓖麻油4.5 强极性 丙酮 酒精 水 22 33 81 固体介质 中性或 弱极性 石蜡 聚乙烯 2.02.5 2.252.35 极性聚氯乙烯3.24 离子性云母 电瓷 57 5.56.5 一般气体的介电常 数接近于1 一般液体和固体的介电常数 26之间，

28、强极性液体除外第29页/共68页 （2）电介质的电导电介质的电导 固体介质的电导包括两方面：固体介质的电导包括两方面：体积电导及表面电导体积电导及表面电导，后者受湿，后者受湿 度、染污的影响更大。因此在测量固体绝缘结构的绝缘电阻时，度、染污的影响更大。因此在测量固体绝缘结构的绝缘电阻时， 应采取措施将表面电阻屏蔽。天气潮湿时表面电阻显著降低。应采取措施将表面电阻屏蔽。天气潮湿时表面电阻显著降低。 温度对电导有影响，因而在温度对电导有影响，因而在测量绝缘电阻时必须注意温度测量绝缘电阻时必须注意温度。同一。同一 物体在相近温度下的绝缘电阻的比较才能说明是否真有显著变化。物体在相近温度下的绝缘电阻的

29、比较才能说明是否真有显著变化。 电介质有微弱的导电性能，电导率(西门子/米,Sm-1) 与电 阻率成反比。 绝缘体绝缘体 导体导体 m 208 1010 m 74 1010 m 48 1010 半导体半导体 物质 电导率 (Sm-1) 温度 C 注记 海水4.78820 在平均盐度 为 4.8Sm-1， 饮用水 0.0005 至 0.05 一般高品质 去离子水 5.5 10-6 第30页/共68页 （3）电介质的损耗电介质的损耗 (a) (c) (b) 绝缘介质在交流电压下的等值电路分析绝缘介质在交流电压下的等值电路分析 (a)示意图示意图 (b)等值电路等值电路 (c)相量图相量图 在交流电

30、压下，试品电流在交流电压下，试品电流 包括有功分量包括有功分量 及无功分量及无功分量 IR I C I 介质损耗介质损耗 tgUIUIUIP CR cos 介质损失角正切值与绝介质损失角正切值与绝 缘结构的形状及尺寸无关，缘结构的形状及尺寸无关， 仅取决于材料性能仅取决于材料性能。因此。因此 国际上都直接用它来评估国际上都直接用它来评估 绝缘材料的质量，衡量绝绝缘材料的质量，衡量绝 缘结构的性能。缘结构的性能。 第31页/共68页 常用液、固体介质常用液、固体介质tg值（值（20，工频），工频） 电介质电介质tg(%)电介质电介质tg(%) 变压器油变压器油0.050.5聚乙烯聚乙烯0.010

31、.02 蓖麻油蓖麻油13交联聚乙烯交联聚乙烯0.020.05 沥青云母带沥青云母带0.21聚苯乙烯聚苯乙烯0.010.03 电瓷电瓷25聚四氟乙烯聚四氟乙烯0.02 油浸电缆纸油浸电缆纸0.58聚氯乙烯聚氯乙烯510 环氧树脂环氧树脂0.21酚醛树脂酚醛树脂110 第32页/共68页 （4）电介质的击穿）电介质的击穿 如是极其纯净的液体及固体介质，发生电击穿电压将很高。如是极其纯净的液体及固体介质，发生电击穿电压将很高。 但工程电介质材料中不可避免地会含有一些杂质，如气但工程电介质材料中不可避免地会含有一些杂质，如气 泡、水分、纤维、炭粒等，它们对介质的击穿过程及击穿电泡、水分、纤维、炭粒等，

32、它们对介质的击穿过程及击穿电 压有很大影响。压有很大影响。 电击穿：由于电场作用所直接引起。电击穿：由于电场作用所直接引起。 热击穿：仅靠增加绝缘厚度以提高击穿电压已难以奏效。热击穿：仅靠增加绝缘厚度以提高击穿电压已难以奏效。 电化学击穿：因长期局部放电而引起。电化学击穿：因长期局部放电而引起。 第33页/共68页 （5 5）组合绝缘的特性）组合绝缘的特性 对高压电气设备绝缘的要求是多方面的，除了必须有优异的 电气性能外，还要求有良好的热性能热性能、机械性能机械性能及其他物理物理- -化化 学等学等性能，单一品质电介质往往难以同时满足这些要求，所以实 际绝缘一般采用多种电介质的组合。 例如变压

33、器的外绝缘由套管、周围的空气及其界面组成，而 其内绝缘由纸、布、胶木筒、聚合物、变压器油等固体和液体介 质联合组成。 理想情况下，若组合绝缘中各层绝缘承受的电场强度与其材理想情况下，若组合绝缘中各层绝缘承受的电场强度与其材 料能耐受的电气强度成正比，则料能耐受的电气强度成正比，则整个组合绝缘的电气强度最高，整个组合绝缘的电气强度最高， 各层绝缘材料得到最充分、最合理的利用。各层绝缘材料得到最充分、最合理的利用。 第34页/共68页 直流电压下：各层绝缘分担的电压与其绝缘电阻成正比与其绝缘电阻成正比，亦即 各层中的电场强度与其电导率成反比。 工频交流和冲击电压下：各层所承担的电压和各层电容成反比

34、各层电容成反比， 亦即各层中的电场强度与其介电常数成反比各层中的电场强度与其介电常数成反比: 如绝缘纸板中存在气泡时，气泡耐压低但分到的场强却比纸 要高45倍，这也是组合绝缘中局部放电问题突出的重要原因 之一。 1 2 2 1 E E 第35页/共68页 2.4 2.4 电气绝缘试验及检测电气绝缘试验及检测 电气设备质量合格？可以出厂吗？电气设备质量合格？可以出厂吗？ 电气设备质量合格？可以投运吗？电气设备质量合格？可以投运吗？ 电气设备质量合格？可以继续运行吗？电气设备质量合格？可以继续运行吗？ 出厂试验出厂试验 交接（大修）试验交接（大修）试验 预防性试验（预防性试验（侧重于 绝缘试验）

35、按照试验性质按照试验性质，可将电气试验分为为绝缘试验和特性试验两类。 特性试验特性试验主要是对电力设备的电气或机械方面的某些特性进行 试验，如变压器的变比、绕组直流电阻等。 绝缘试验绝缘试验一般分为破坏性试验和非破坏性试验两类。 第36页/共68页 （1）非破坏性试验，亦非破坏性试验，亦称称预防性试验（重点介绍）预防性试验（重点介绍） 在较低电压下或用 其它不会损伤绝缘的方法来测量绝缘的 各种情况，从而判断绝缘内部的缺陷。缺点：电压较低，发现 缺陷的灵敏性还有待于提高 。 包含的种类：绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、局部放 电试验、绝缘油的气相色谱分析等 （2 2）破坏性试验，即耐压试验）破

36、坏性试验，即耐压试验 以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝 缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的 绝缘水平或裕度。可能在试验时给绝缘造成一定的损伤。 包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压 试验及操作冲击耐压试验 破坏性试验必须在非破坏性试验合格之后破坏性试验必须在非破坏性试验合格之后。 第37页/共68页 2.4. 1 绝缘电阻的测试绝缘电阻的测试 双层介质的吸收现象双层介质的吸收现象 A 1 C 2 C 1 R 2 R 1 U 2 U K U 双层介质的等值电路 g I g I i o t 吸收曲线 阴影部分面积为绝缘在充电 过程中逐渐“吸收

37、”的电荷。 “吸收现象” 对应的电流称 为吸收电流吸收电流Ia。由介质中偶 极子逐渐转向，并沿电场方 向排列而产生的。 电导电流 电压按电容分布 电压按电阻分布 t t0 过渡过程 吸收现象吸收现象 12 12 12 () R R CC RR 第38页/共68页 绝缘电阻和吸收比绝缘电阻和吸收比 所测绝缘电阻是随测量时间变化而变所测绝缘电阻是随测量时间变化而变 化的，只有当化的，只有当t时，其测量值时，其测量值R=R。 。 但在绝缘电阻试验中，特别是电容量但在绝缘电阻试验中，特别是电容量 较大时，很难短时测量到较大时，很难短时测量到R的值，因的值，因 此，规程规定，此，规程规定，绝缘电阻绝缘电

38、阻指测量指测量60s时时 的绝缘电阻值，即的绝缘电阻值，即R60S的值。的值。 吸收比吸收比K K：加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝缘电阻的比值 第39页/共68页 绝缘状态的判定 若绝缘内部有集中性导电通道或绝缘严重受潮，则电阻R1 R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大为减小，吸收 电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降 低，值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收 比K的下降。 不同绝缘状态下的绝缘电阻 的变化曲线 当当K1或接近于或接近于1，设备基本，设备基本 丧失绝缘能力丧失绝缘能力; 当当K150 ppm (体积分数) H2含量150 ppm

39、 C2H2含量5 ppm (500 kV等级变压器为1 ppm) 注 总烃包括：CH4、C2H6、C2H4和C2H2四种气体。 第56页/共68页 （2）看特征气体的产气速率）看特征气体的产气速率 特征气体的组分、含量及与是否超注意值，不能完全判断设备 是否故障和其故障类型。 不同特征气体的产气速率，可更直接的反映故障的存在、严重 程度及其发展趋势，可以进一步确定故障的有无及性质。 总烃产气速率大于0.25ml/h (开放式) 0.5ml/h (密封式), 相对产气速率大于10%/月。 第57页/共68页 （3）三比值法判断）三比值法判断 只有根据各特征气体含量的注意值或产气速率注意值判断可

40、能存在故障时，才能用三比值法判断其故障的类型。 国标采用国际电工委员会(IEC)提出的特征气体比值的三比 值法（ 乙炔C2H2/乙烯C2H4、 甲烷CH4/氢气H2、 乙烯C2H4/ 乙烷C2H6）作为判断变压器等充油电气设备故障类型的主要方 法。 三比值法中，每种典型故障对应的一组比值。 第58页/共68页 C H C H 22 24 CH H 4 2 C H C H 24 26 C H C H 22 24 编码说明：如=13时，编码为1 三比值法的编码规则三比值法的编码规则 特征气体特征气体 比值范围比值范围 比值范围编码比值范围编码 3222 第59页/共68页 C H C H 22 2

41、4 CH H 4 2 C H C H 24 26 序序 号号 故障性质故障性质 编编 码码 典典 型型 例例 子子 0无故障无故障000正常老化正常老化 1 低能量密度局部低能量密度局部 放电放电 010 绝缘材料气隙未完全浸渍，存在气泡，绝缘材料气隙未完全浸渍，存在气泡， 含气空腔或高湿度作用。含气空腔或高湿度作用。 2 高能量密度局部高能量密度局部 放电放电 110 原因同上，但程度已导致固体绝缘产生原因同上，但程度已导致固体绝缘产生 放电痕迹或穿孔。放电痕迹或穿孔。 3低能放电低能放电12012 不良接点间或悬浮电位体的连续火花放不良接点间或悬浮电位体的连续火花放 电，固体材料间的油击穿

42、。电，固体材料间的油击穿。 4高能放电高能放电102 存在工频续流，相间、匝间或绕组对地存在工频续流，相间、匝间或绕组对地 电弧击穿，有载分接开关切断电流等。电弧击穿，有载分接开关切断电流等。 5 700高温过高温过 热故障热故障 022 第60页/共68页 种种非破坏性试验各具功能，也各有局限性。 必须将各项试验结果联系起来进行综合分析。 当有个别试验项目不合格时，宜用“三比较三比较” 办法来处理： 与同类型设备比较 在同一设备的三相试验结果之间进行比较 与该设备技术档案中的历年试验所得数据作比 较。 第61页/共68页 2.4.7 交流耐压、直流耐压及冲击试验交流耐压、直流耐压及冲击试验

43、冲击试验冲击试验：考核设备在考核设备在雷电及操作过电压雷电及操作过电压下的特性。比较真实、下的特性。比较真实、 可靠的，特别对变压器等绕组结构的而言。难于在现场进行。可靠的，特别对变压器等绕组结构的而言。难于在现场进行。 交流耐压试验交流耐压试验：一般仅在交接试验及大修后进行，因为它虽然考：一般仅在交接试验及大修后进行，因为它虽然考 验很严格、有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的验很严格、有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的“副作用副作用”。 直流耐压试验：直流耐压试验：适合于直流设备或某些电容量很大的交流设备。适合于直流设备或某些电容量很大的交流设备。 但交流设备进行直流耐压试验不够真实，例

44、如油纸串联时，交流下但交流设备进行直流耐压试验不够真实，例如油纸串联时，交流下 电场分布取决于介电常数电场分布取决于介电常数，而直流却取决于电阻率，而直流却取决于电阻率，不等效。，不等效。 交流耐压试验所带来的残余电荷远大于直流耐压。交流耐压试验所带来的残余电荷远大于直流耐压。 第62页/共68页 2.5 电气绝缘诊断概论电气绝缘诊断概论 运行电气设备运行电气设备 电、热、机械、环境等因素作用电、热、机械、环境等因素作用 性能逐渐劣化性能逐渐劣化 故障故障 事故事故 巨大损失巨大损失 故障故障 各种前期征兆各种前期征兆 电气、物理、电气、物理、化学特性化学特性的的渐变渐变 特性变化的大小和趋势

45、特性变化的大小和趋势 早期发现故障早期发现故障 电气故障诊断的电气故障诊断的定义定义： 通过对电气设备的试验和各种特性的测量，了解其特征，评估通过对电气设备的试验和各种特性的测量，了解其特征，评估 设备设备在运行中的状态在运行中的状态( (老化程度老化程度) )，从而能早期发现故障的技术，从而能早期发现故障的技术。 提高电气设备及电力系统的运行可靠性提高电气设备及电力系统的运行可靠性和经济性。和经济性。 第63页/共68页 电气故障诊断的特点：电气故障诊断的特点： 任何诊断都是以征兆为线索的，电气设备故障诊断的困难在于：任何诊断都是以征兆为线索的，电气设备故障诊断的困难在于： 一般说来，一般说

46、来，故障和征兆之间并不存在简单的一一对应关系故障和征兆之间并不存在简单的一一对应关系，一种，一种 故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应着多种故障。因故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应着多种故障。因 此仅仅依靠单一的检测项目，对故障的分析是不全面的，需要对此仅仅依靠单一的检测项目，对故障的分析是不全面的，需要对 各种试验结果进行综合推理。各种试验结果进行综合推理。 电气故障诊断的功能：电气故障诊断的功能： 检测表征工作状态的信号检测表征工作状态的信号 进行信号处理进行信号处理 提取信号特征提取信号特征 根据信号特征根据信号特征 分析故障类型、性质及严重程度分析故障类型、性质及严重程

47、度 对故障点进行定位对故障点进行定位 第64页/共68页 环境因素 劣化、故障 故障机理 M(t) 性能、强度 传输机理 H(t) 设备诊断原理图 综合诊断 1. 异常与缺陷的原因、程度. . 2. 确定合理的维修时间与检修方案. . 3. 可靠性、寿命的预测. . 4. 性能、强度检测分析 1. 性能、强度检测. . 2. 性能、强度评价. . 劣化、故障检测分析 1. 故障的位置与种类. . 2. 故障的程度与原因. . 运行环境状况监测 1. 环境参数检测. . 2. 环境分析. . 因因果果 第65页/共68页 故障诊断相应于故障发展因果关系的逆问题故障诊断相应于故障发展因果关系的逆问

48、题 状态监测技术状态监测技术 实时采集反映设备运行情况的各种信号和参数， 并对设备的状态加以记录，为设备的故障分析、性能评估及合理使用 提供基础信息。 故障识别技术故障识别技术 根据状态监测获得信息，对异常状态做出报警， 并对故障类型进行初步分析，以便运行人员及时了解设备工作情况。 诊断推理技术诊断推理技术 根据各种检测方法得出的初步结论，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。 寿命预测技术寿命预测技术 对已识别的故障进行预测，指出故障的发展趋

49、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。 第66页/共68页 随着运行经验的积累，制造工艺逐步得到改进，旧随着运行经验的积累，制造工艺逐步得到改进，旧 问题将不断被解决；问题将不断被解决； 而随着电压等级和容量的不断提高，新技术的广泛应而随着电压等级和容量的不断提高，新技术的广泛应 用，新的问题也会不断产生；用，新的问题也会不断产生； 同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故 障隐患被挖掘出来；障隐患被挖掘出来； 故障诊断技术的研究将是一个永无止境的探索过程。故障诊断技术的研究将是一个永无止境的

50、探索过程。 第67页/共68页 Thank youThank you 第68页/共68页 水（强极性介质、类似于半导体）被吸收到电介质内部或吸附到水（强极性介质、类似于半导体）被吸收到电介质内部或吸附到 电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严 重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构 成通路，或者在高温下汽化形成成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压显著降低。而使击穿电压显著降低。 （4） 受潮受潮 局部电弧局部电弧水带水带 绝缘介质绝缘介质 第9页/共68页 2.3.1 气体放电气体放电 放电放电 （Discharge ) 击穿击穿 ( Breakdown )