电气设备在线监测与故障诊断PPT课件

1、第五章 电气设备在线监测与故障诊断参考教材：参考教材： 朱德恒，谈克雄主编：电绝缘诊断技术，中国电力出版社，1999 严璋编：电气设备在线监测技术，中国电力出版社，1995 姜建国：故障诊断学及其在电工中的应用，科学出版社，1995 王昌长等：电力设备的在线监测与故障诊断，中国电力出版社，1996 朱德恒等： 电气设备状态监测与故障诊断技术，中国电力出版社，2009第1页/共105页本章主要内容及重要知识点主要内容：主要内容： 电介质与电气设备绝缘电介质与电气设备绝缘 绝缘试验及检测的特点绝缘试验及检测的特点 电气设备的状态检修电气设备的状态检修 电气设备在线监测系统的基本组成及要求电气设备在

2、线监测系统的基本组成及要求 本章重点：本章重点： 在线监测系统的构成、数字信号处理及抗干扰技术。在线监测系统的构成、数字信号处理及抗干扰技术。第2页/共105页 电介质与电气设备绝缘电介质与电气设备绝缘 电气设备的状态检修电气设备的状态检修 电气设备在线监测系统的基本组成及要求电气设备在线监测系统的基本组成及要求5.1 概述第3页/共105页5.1 电介质与电气设备绝缘电介质与电气设备绝缘1.电力系统与电气设备电力系统与电气设备2.电气设备绝缘结构及电介质电气设备绝缘结构及电介质3.绝缘材料绝缘材料4.电介质老化电介质老化第4页/共105页1、电力系统与电气设备第5页/共105页220kV 2

3、20kV 电力变压器电力变压器第6页/共105页220kV 220kV 电压互感器电压互感器第7页/共105页220kV 220kV 电流互感器电流互感器第8页/共105页110kV 110kV 少油断路器少油断路器第9页/共105页220kV SF220kV SF6 6 断路器断路器第10页/共105页220kV 220kV 金属氧化物避雷器金属氧化物避雷器第11页/共105页220kV 220kV 耦合电容器、电容式电压互感器耦合电容器、电容式电压互感器第12页/共105页500kV 500kV 二自线二自线 第13页/共105页电介质及其形式 电介质是指在电场作用下能建立极化的一切物质，

4、广义上电介质是指在电场作用下能建立极化的一切物质，广义上说来，电介质不仅包括绝缘材料，而且包括各种功能材料，说来，电介质不仅包括绝缘材料，而且包括各种功能材料，如压电、热释电、光电、铁电等材料。电介质中起主要作用如压电、热释电、光电、铁电等材料。电介质中起主要作用的是束缚电荷。的是束缚电荷。 金属的介电性能不涉及束缚电荷，故不属于电介质范畴。金属的介电性能不涉及束缚电荷，故不属于电介质范畴。 电介质材料分布很广，可以有气态、液态或固态。虽然电电介质材料分布很广，可以有气态、液态或固态。虽然电介质不一定是绝缘体，但绝缘体都是典型的电介质。绝缘体介质不一定是绝缘体，但绝缘体都是典型的电介质。绝缘体

5、的电击穿过程及其原理关系到束缚电荷在场强作用下的极化的电击穿过程及其原理关系到束缚电荷在场强作用下的极化限度。限度。2 2、电气设备绝缘结构及电介质、电气设备绝缘结构及电介质第14页/共105页电力设备的绝缘结构由电极和电介质组成电力设备绝缘的基本构成 第15页/共105页电介质及其形式 电介质的分子由原子或离子组成，每个原子或离子由带正电的原子核和电介质的分子由原子或离子组成，每个原子或离子由带正电的原子核和绕核运动的带负电的电子所组成。电介质分为：绕核运动的带负电的电子所组成。电介质分为：1 1）非极性电介质）非极性电介质 在无外电场作用时，分子正电荷和负电荷中心相重合，这种分子称为非在无

6、外电场作用时，分子正电荷和负电荷中心相重合，这种分子称为非极性分子。应用于绝缘的有机材料如聚乙烯，聚四氟乙烯、石蜡、地蜡等极性分子。应用于绝缘的有机材料如聚乙烯，聚四氟乙烯、石蜡、地蜡等均为非极性电介质材料。均为非极性电介质材料。 2 2）极性电介质）极性电介质 无外电场作用时，分子正电荷和负电荷中心不相重合，这种分子称为偶无外电场作用时，分子正电荷和负电荷中心不相重合，这种分子称为偶极分子或极性分子。聚氯乙烯、纤维、某些树脂等。极分子或极性分子。聚氯乙烯、纤维、某些树脂等。 3 3）离子型电介质）离子型电介质 由正负离子组成。属于这一类的有离子型晶体介质，石英、云母、玻璃、由正负离子组成。属

7、于这一类的有离子型晶体介质，石英、云母、玻璃、陶瓷以及其它一些无机电介质。陶瓷以及其它一些无机电介质。第16页/共105页n无机（陶瓷和玻璃）材料；无机（陶瓷和玻璃）材料；（绝缘子，套管）（绝缘子，套管）n塑料膜，聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺和聚乙烯萘烷（塑料膜，聚酯、聚碳酸酯、聚酰亚胺和聚乙烯萘烷（PENPEN）等膜材料；）等膜材料；（电容器中铝箔间，旋转电机的槽绝缘（电容器中铝箔间，旋转电机的槽绝缘) )n柔软绝缘套管；柔软绝缘套管；（绕线部分的主或次绝缘、电缆保护及捆扎）（绕线部分的主或次绝缘、电缆保护及捆扎） n刚性纤维增强型层压板；（高密层压木板或纸层压板）刚性纤维增强型层压板；（高密层

8、压木板或纸层压板） n树脂和漆；树脂和漆；（用于电气设备的浸渍和涂层，改善于工作环境（用于电气设备的浸渍和涂层，改善于工作环境的抵御能力）的抵御能力）n压敏粘带；压敏粘带；（粘着、密封或固定设备）（粘着、密封或固定设备） n纤维材料；纤维材料；n混合柔性材料：混合柔性材料：（大量用在低压电机中）（大量用在低压电机中） n云母制品；云母制品；（用于高压旋转电机的制造）（用于高压旋转电机的制造） n织物绝缘：织物绝缘： n人造橡胶和热塑性塑料：人造橡胶和热塑性塑料： 电介质按照存在的形态分成几种基本类型：固体电介质、液电介质按照存在的形态分成几种基本类型：固体电介质、液体电介质、气体电介质和真空电

9、介质体电介质、气体电介质和真空电介质第17页/共105页电介质及其形式液体电介质液体电介质分矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油三大类。分矿物绝缘油、合成绝缘油和植物油三大类。 常用矿物绝缘油的性能常用矿物绝缘油的性能 绝缘油名称绝缘油名称 性性 能能 变压器油变压器油 电容器油电容器油 110330kV 高压电缆油高压电缆油 开关油开关油 (45号变压器油号变压器油) 凝固点（凝固点（） 3545 45 60 45 酸值（酸值（mgKOH/g） 135 135 125 135 r（60） 2.2 V（20，/m） 4101251013 5101210121014（25） UB（kV，标准油杯），标

10、准油杯） 2540 60 50 tan（%）100 0.5（20） 0.4 0.15 运动粘度（运动粘度（20）（）（m2/s） 30106374510681810630106第18页/共105页电介质及其形式气体绝缘：气体绝缘：n气体作为主绝缘，其它固体电介质只起支撑作用（架空线、空气电容器、气体作为主绝缘，其它固体电介质只起支撑作用（架空线、空气电容器、断路器、充气电力电缆及通信电缆等）；断路器、充气电力电缆及通信电缆等）；n气体也可与承担主绝缘的固体或液体电介质以串联或并联形式存在；气体也可与承担主绝缘的固体或液体电介质以串联或并联形式存在；n气体介质除了起绝缘作用外，有时还起灭弧、冷却

11、和保护作用；气体介质除了起绝缘作用外，有时还起灭弧、冷却和保护作用；n气体分普通气体和气体分普通气体和SFSF6 6气体。气体。真空绝缘：真空绝缘： 真空绝缘主要应用于中压开关设备，具有优良的绝缘性能和灭弧性能。真空绝缘主要应用于中压开关设备，具有优良的绝缘性能和灭弧性能。采用真空作为开关灭弧介质，成本低、维修费用低、无爆炸危险，由于灭弧采用真空作为开关灭弧介质，成本低、维修费用低、无爆炸危险，由于灭弧室具有高真空度，空气分子十分稀薄，真空间隙的绝缘强度比常温下的空气室具有高真空度，空气分子十分稀薄，真空间隙的绝缘强度比常温下的空气和和SFSF6 6高得多。高得多。 第19页/共105页电力设

12、备的绝缘结构由电极和电介质组成固体电介质中的直流电流 第20页/共105页电力设备的绝缘结构由电极和电介质组成固体电介质的交流电流 第21页/共105页3、电力设备的绝缘材料电气设备绝缘材料：固体绝缘、液体绝缘和气体绝缘。对于大型电电气设备绝缘材料：固体绝缘、液体绝缘和气体绝缘。对于大型电气设备，主要以组合绝缘方式为主。气设备，主要以组合绝缘方式为主。 电机用的注塑树脂固化成型的云母复合绝缘方式，干式变压器和气体绝缘设备用的隔离、支撑等的注射绝缘方式，CV电缆终端用的橡胶成型绝缘方式； 变压器、电容器、OF电缆等用的油浸绝缘方式； 交流电缆中用挤出机生产的交联聚乙烯绝缘方式； 断路器和充气管道

13、电缆用的气体绝缘方式； 绝缘子等用的瓷绝缘方式。第22页/共105页用于电气设备中的主要绝缘材料与其特性、用途用于电气设备中的主要绝缘材料与其特性、用途绝缘材料主要的构成材料特征用途云母绝缘物云母（片状与集层云母）热固性树脂（以环氧树脂为主）带材（玻璃纤维，聚芳酰胺纸，聚酯薄膜等）固体绝缘高强度高耐热高耐局部放电电机油浸绝缘物绝缘油：矿物油、合成油固体绝缘物：绝缘纸、半合成纸、薄膜、层压板液体绝缘高电压绝缘高耐电场无气孔变压器、电容器、OF油浸纸电缆注塑型绝缘物热固性树脂（主要为环氧树脂）填充剂（氧化铝，氧化硅等）固体绝缘阻燃性高强度高耐热变压器、交流器、气体绝缘设备支撑体气体绝缘物六氟化硫化

14、气体（SF6）气体绝缘高耐电场高消弧性充气变配电设备挤出型绝缘物热塑性树脂（交联聚乙烯）外护层；聚氯乙烯固体绝缘高耐电场交联电缆成型绝缘物校胶（乙丙橡胶等）固体绝缘高耐电场CV电缆终端、接头等陶瓷绝缘子、绝缘套管固体绝缘高耐电场设备的高电压引出线第23页/共105页1） 电机（或发电机、电动机） 高压线圈主绝缘材料-云母:绝缘性、耐热性和解理性良好。 线圈是在纸、玻璃布丝、聚酯薄膜等材料中加入多层云母片，再在线槽中填充环氧树脂等热固性材料而构成。 云母：54；树脂36。云母含量（重量%）54树脂含量（重量%）36相对电容率（50Hz）4.25介质损耗角正切（50Hz）/%0.75绝缘击穿场强/

15、（kV/mm）30 云母复合绝缘材料的特性举例 第24页/共105页1）电机（或发电机、电动机）龟甲形电机转子线圈图电枢线圈的绝缘 第25页/共105页2）油浸绝缘用于变压器、充油电缆（OF电缆）和电容器等设备中。 绝缘构成是以纤维纸、塑料薄膜和层压板等绝缘绕制并浸渍低粘度绝缘油构成。 两类：浸泡在绝缘油中、油浸复合绝缘。充油变压器图 直绕式绕组的布置 第26页/共105页2）油浸绝缘 OF电缆（英语称为Oil-impregnated Paper Oil-filled Cable，OF与将在以后叙述的CV电缆中的CV一样，表示的是电缆类别） OF电缆第27页/共105页2）油浸绝缘 OF式电容

16、器绝缘结构为油浸绝缘，具有介电常数大、设计电场强度高等特点。电容器的绝缘材料使用的是电容器纸和聚丙烯薄膜，其结构是将这些材料和金属箔电极卷在一起做成电容元件，把这样的元件集中起来放入容器内，再浸渍绝缘油而制成。图1所示为罐式电容器构造，图2所示是薄膜电容器元件的构造。 图1 罐式电容的构造 图2 薄膜电容元件第28页/共105页3）交联聚乙烯电缆（CV电缆） CV电缆的绝缘层是用塑料挤出的一个完整的绝缘体。CV电缆的正式名称为交联聚乙烯主绝缘、聚氯乙烯外护层电力电缆。 图3 CV电缆结构（C代表交联聚乙烯绝缘，V代表PVC外护套） 第29页/共105页3）交联聚乙烯电缆（CV电缆） 作为大型电

17、力电缆使用的CV电缆是用化学交联法制造的。如图4所示，化学交联法是先将交联剂按1%3%的比例与聚乙烯相混合，在低于交联剂的分解温度之下进行挤出，然后加热加压使其交联。 图图4 化学交联法化学交联法 第30页/共105页4）气体绝缘设备1 1、满足条件：、满足条件： 在使用温度范围以内为气体状态； 可进行压缩（压力可以按照需要增大）； 具有稳定的化学性质，无毒，无公害； 不造成较大的成本负担。2 2、能满足上面的条件的合成气体是六氟化硫，通常称为、能满足上面的条件的合成气体是六氟化硫，通常称为SF6气体。气体。3、SF6气体的分子量为气体的分子量为146，分子构造是以硫（，分子构造是以硫（S）为

18、中心、正八为中心、正八面体的顶点为氟（面体的顶点为氟（F）的对称分布。的对称分布。SF6气体在电力设备的通常气体在电力设备的通常使用温度范围内可以被压缩到使用温度范围内可以被压缩到10个大气压。个大气压。4、SF6气体的放电电压为大气压下空气的气体的放电电压为大气压下空气的22.5倍，压缩几个气压倍，压缩几个气压后，可以得到后，可以得到10倍于空气的绝缘耐压水平。也就是说，压缩后倍于空气的绝缘耐压水平。也就是说，压缩后可得到几乎与绝缘油相近的绝缘耐压水平可得到几乎与绝缘油相近的绝缘耐压水平。第31页/共105页4）气体绝缘设备图5 充气管道电缆的结构 图6 275kV GIL柱状支撑 第32页

19、/共105页4）气体绝缘设备 图图7 导电粒子对导电粒子对SF6气体放电的影响气体放电的影响 第33页/共105页4、绝缘材料的老化 在各种条件下的常年使用，并施加有高电压，电气设备的绝缘材料在一定条件下会发生绝缘性能劣化的现象，称其为绝缘老化。 受到多种因素的影响，共同作用，相互影响。 一种复杂的物理、化学变化，具有不可逆性。 渐进的、长期的过程。 老化特征量：直接和间接特征量。第34页/共105页电介质老化机理 电气设备的绝缘在运行中会受到各种因素如电场、热、机械应力、环境因素等的作用，其内部将发生复杂的化学与物理变化，导致性能逐渐劣化，这种现象称为老化。在设备正常运行的条件下，老化是渐进

20、的、长期的过程。第35页/共105页电介质老化机理 绝缘材料的老化以有机绝缘材料的老化问题最为突出。液体有机绝缘材料老化时表观上发生混浊、变色等；高分子有机绝缘材料老化时表观上发生变色、粉化、起泡、发粘、脆化、出现裂纹或裂缝、变形等。多数情况下，绝缘材料的老化是由于其化学结构发生了变化，即由于降解、氧化、交联等化学反应，改变了其组成和化学结构；但是有的老化仅仅是由于其物理结构发生了变化所致。通常绝缘材料性能的劣化是不可逆的，其最终将会引起击穿，直接影响电力设备和电力系统的运行可靠性。第36页/共105页电介质老化机理 绝缘劣化的特征量有直接和间接之分。前者指明了运行中所必须具有的性能，如耐电强

21、度、机械强度等；后者和这些必须具有的性能只是有着某种联系，但并无直接的、确定的关系，如绝缘电阻、介质损耗因数等。直接特征量的确定通常采用破坏性试验方法；间接的特征量则可以通过非破坏性试验方法确定。因此间接的特征量对于绝缘在线诊断有着极其重要的意义。绝缘材料的老化分为： 电老化 热老化 机械老化 环境老化第37页/共105页1） 电老化 在长期电场作用下绝缘中发生的老化称为电老化。固体绝缘本征击穿场强非常高。电气设备中绝缘材料击穿场强比本征击穿场强低。 原因：厚度效应、杂质及气孔。 绝缘击穿机理：电击穿、热击穿、电机械击穿。油浸绝缘 微量水分及纤维杂质的混入，将使击穿电压下降。第38页/共105

22、页电介质老化机理电老化在电场长期作用下绝缘中发生的老化称为电老化。放电电老化是由于绝缘内部或表面发生局部放电而造成的。l局部温度急剧升高；l带电离子高速碰撞作用；l化学损坏。绝缘寿命与外加电压关系：nUUA)(0A、n：常数，U0：局部放电起始电压。第39页/共105页局部放电老化巴申定律： 固体绝缘中气泡或气隙发生局部放电遵循巴申定律。 油浸绝缘与交联聚乙烯相比，后者内部发生局部放电时危害更大。 局部放电使高分子材料老化的机理： 1）带电质点的轰击；2）热效应；3）活性生成物 ；4）辐射效应；5）机械力作用。 )(dPfUs第40页/共105页（1）电树枝 气隙表面材料受局部放电的腐蚀 局部

23、放电老化 （a） 空气中 （b） 氮气中 图 8 人工气隙中材料受放电腐蚀的图形 第41页/共105页 树枝状放电的发展 局部放电老化 (a) (b) 1-导体导体 2-屏蔽层屏蔽层 3-绝缘层绝缘层 4-针尖针尖 5-空隙空隙 图图 9 聚乙烯电缆树枝壮放电试验的电极装置聚乙烯电缆树枝壮放电试验的电极装置 第42页/共105页局部放电老化 树枝状放电的发展 (a) (b) 图 10 两种树枝的放电模型， （a）刷状树枝， （b）丛林状树枝 第43页/共105页（2）水树枝局部放电老化第44页/共105页（3）油浸绝缘的老化n采用油纸绝缘结构的电气设备，在制造过程中可能混入气泡；n在运行中因湿

24、度的影响、热胀冷缩及电动力和机械力作用的结果使纸层间存在气隙或油隙。 油纸绝缘结构中局部放电的发展局部放电老化第45页/共105页2）热老化 有机绝缘材料若老化的主要过程是热降解。热降解是一系列复杂的化学反应，特别是指氧化反应。 绝缘的热老化遵循Arrhenius方程：v:化学反应速度；v0:常数；k:玻耳常数；Wa:化学反应的活化能；T:绝对温度 聚乙烯类材料若老化特征：材料的伸长率、拉伸强度等机械性能下降；电气性能下降。)exp(0kTWvva 对不同类型的绝缘材料，温度每升高对不同类型的绝缘材料，温度每升高8 81212，其寿命将，其寿命将缩短一半。缩短一半。第46页/共105页 油浸纸

25、材料(1)固体绝缘材料老化特征：反应纤维机械强度的性能指标下降，如反应抗拉强度的指标聚合度；生成CO、CO2、H2O以及丙酮和糠醛等产物。(2)绝缘油老化过程中产生气体（低分子烃类气体、 CO、CO2 等）、有机酸和X-腊等。2）热老化第47页/共105页3）电介质老化机理机械老化、环境老化机械老化：机械老化： 绝缘机械老化的主要原因有机械应力，电磁力，以及运动中的振动和热循环。 环境老化：环境老化： 当绝缘表面附着有污损物质（粉尘、盐分和油等），以及水分的情况下，这些附着物质将使绝缘表面产生电通路，形成漏电痕迹，使绝缘性能显著下降。 环境老化的表征是由于绝缘吸湿、变质、污损使绝缘的电阻降低、

26、泄漏电流和介质损耗增加，由于绝缘层脱壳、剥落、龟裂造成局部放电量增加，其结果都是导致绝缘电气性能、机械性能变劣，剩余耐压水平和寿命减少，最终导致绝缘结构破坏。第48页/共105页5、常用的绝缘诊断方法旋转电机变压器电缆第49页/共105页旋转电机 旋转电机的绝缘老化过程是典型的在机械力、热和电效应下的多种因素作用下的老化过程。 电机转动系统的不平衡会造成机械系统的异常噪声，是造成绝缘材料机械负荷加剧的主要原因。 测量电机的振动情况，并根据振动传感器的信号频谱分析是判断异常噪声的重要手段。 绝缘系统的运行温度也是影响绝缘老化的重要因素。第50页/共105页1）旋转电机（1）、绝缘电阻试验 目的：

27、确认绝缘层 表面或内部受潮、污损程度。 测量参数：定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数，转子绕组的绝缘电阻。1min10minIRI1I10R1R10第51页/共105页（2）、泄漏电流试验目的：绝缘内部老化判断。测量参数：泄漏电流。判断方法： 泄漏电流不随时间增长而增大； 相间泄漏电流比较及差值与历史数据比较； 电流增加率； 电流增加倾向倍数 m2=tg2/tg0第52页/共105页3）、介损试验 目的：绝缘的受潮和老化判定。 测量参数：定子整相绕组(或分支)及单根线棒的tg增量(tg)。 tg电压电压U0Un第53页/共105页4）、局部放电量（整相绕组或分支）定子电压等级： 6kV 10

28、kV最高试验电压： 6kV 10kV试验电压： 4kV 6kV局部放电量Qm：15000pC 15000pC5）、整相绕组(或分支)交、直流耐压试验 考验绝缘整体电气性能。第54页/共105页6）、绝缘剩余寿命推定 IEC：剩余击穿电压下降至初始值的50时为寿命终点。 各项试验数据与绝缘寿命具有一定关系。 各项试验参数联合推定绝缘剩余寿命。 多因素绝缘老化下的绝缘剩余寿命推定。 特别注意局部放电量与剩余击穿电压具有良好的相关性。第55页/共105页2）变压器一、判断故障的主要试验项目（1）、油中溶解气体分析当气体继电器报警 、变压器出口短路以及判断绝缘老化时。三比值法、改良电协研法等判断方法。

29、运行设备的油中H2与烃类气体含量(体积分数)超过下列任何一项值时应引起注意： 总烃含量大于15010-6； H2含量大于15010-6 C2H2含量大于510-6 (500kV变压器为110-6)烃类气体总和的产气速率大于0.25ml/h(开放式)和0.5ml/h(密封式)，或相对产气速率大于10%/月则认为设备有异常 第56页/共105页二、当油中气体分析判断有异常时可选择的绝缘试验项目 绝缘特性(绝缘电阻、吸收比、极化指数、tg、泄漏电流) 绝缘油的击穿电压、tg 绝缘油含水量 绝缘油含气量(500kV) 局部放电(可在变压器停运或运行中测量) 绝缘油中糠醛含量 耐压试验第57页/共105

30、页三、判断绝缘受潮可进行试验项目 绝缘特性(绝缘电阻、吸收比、极化指数、tg、泄漏电流) 绝缘油的击穿电压、tg、含水量、含气量(500kV) 绝缘纸的含水量四、判断绝缘老化可进行试验项目 油中溶解气体分析(特别是CO、CO2含量及变化) 绝缘油酸值 油中糠醛含量 油中含水量 绝缘纸或纸板的聚合度 第58页/共105页五、绝缘纸聚合度：当聚合度小于250时，应引起注意。油中糠醛含量（mg/L） 油中气体总烃超标或CO、CO2过高时注意。 超过以下值时，认为绝缘非正常老化： 15年、510年、1015年、1520年分别为0.1、0.2、0.4、0.75。 跟踪检测时，注意增长率。 测试值大于4m

31、g/L时，认为绝缘老化已比较严重。第59页/共105页3）电缆一、充油电缆（1）、充油电缆的监测普遍认为： 不存在长期老化引起的故障； 事故大多因为漏油引起。 因此，对充油电缆的油压和油量的监测和报警非常重要。漏油原因：接头铅包和法兰盘结合处； 振动和热伸缩引起外壳金属开裂； 外力引起外壳损伤。第60页/共105页（2）、充油电缆绝缘老化参数和诊断标准参数允许值tg (100C)53/66127/220kV: 0.03190/330kV: 0.01 油中溶解气体分析（106）可燃气体总量 1500 H2 500C2H2 痕量 CO 100CO2 1000CH4 200C2H6 200C2H4

32、200第61页/共105页二、XLPE电缆的绝缘诊断 水树枝是引起绝缘事故的重要因素。气隙气隙局部电场集中局部电场集中气隙中杂质气隙中杂质电场电场热热机械力机械力环境（水）环境（水）局部放电老化局部放电老化电树枝老化电树枝老化水树枝老化水树枝老化绝缘击穿绝缘击穿第62页/共105页（1）、绝缘电阻 无统一规定，采用纵比和横比的方法判定。 测量不精密，辅助性方法。（2）、直流泄漏电流 老化电缆漏电流大，有波动或有上升趋势且电流曲线有跳动。 参数：漏电流、绝缘电阻、极化比、不平衡率。 与水树枝长度具有相关性。第63页/共105页（3）、介损测量法 主要是关注tan的增量。（4）、电位衰减法Ut第6

33、4页/共105页5.2 5.2 绝缘试验及检测的特点绝缘试验及检测的特点 破坏性试验及非破坏性试验破坏性试验及非破坏性试验 直流耐压及交流耐压直流耐压及交流耐压 离线试验及在线监测离线试验及在线监测 电气方法与非电方法电气方法与非电方法 第65页/共105页1 1、破坏性试验及非破坏性试验、破坏性试验及非破坏性试验绝缘试验绝缘试验绝缘特性试验绝缘特性试验绝缘电阻试验绝缘电阻试验介质损失角正切值介质损失角正切值(tg) 试验试验局部放电试验局部放电试验绝缘耐压试验绝缘耐压试验交流电压试验交流电压试验直流电压试验直流电压试验雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验操作冲击电压试验操作冲击电压试验绝缘试验的

34、分类绝缘试验的分类 如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验合格后才进行。合格后才进行。第66页/共105页2、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 冲击试验：冲击试验：考核设备在雷电及操作过电压下的特性。比考核设备在雷电及操作过电压下的特性。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。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，但可能产生严它虽

35、然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的重的“副作用副作用”。第67页/共105页 直流耐压试验：直流耐压试验： 1. 对电容很大的试品对电容很大的试品 2. 交交流耐压试验所带来的残余流耐压试验所带来的残余破坏远大于直流耐压。破坏远大于直流耐压。 CUXUIC2CUIUP图15 油纸电缆的寿命曲线 1-粘性浸渍；2-充油电缆时间/min第68页/共105页 但交流设备用直流试验不够真实，例如油纸串但交流设备用直流试验不够真实，例如油纸串联时，交流下电场分布取决于介电常数联时，交流下电场分布取决于介电常数，而直流，而直流却取决于电阻率却取决于电阻率。因此两者并不等效。因此两者并不等效

36、。 第69页/共105页3、离线试验及在线监测、离线试验及在线监测 在线监测的优点在线监测的优点 高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，因此测得的参数更真实、灵敏；因此测得的参数更真实、灵敏； 可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。 在线监测的缺点在线监测的缺点 造价高；造价高； 可测试项目较少；可测试项目较少； 易受环境因素影响。易受环境因素影响。 第70页/共105页4、 电气方法与非电方法电气方法与非电方法 绝缘介质的劣化过程，常伴有热、声、化学等参数的变化。绝缘介质的劣化过程，常伴有热、声、

37、化学等参数的变化。而有些参数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用。而有些参数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用。 油中气体分析油中气体分析DGA(Dissolved Gas Analysis)对发现油浸电对发现油浸电力设备中的电弧放电、局部过热等潜伏性故障相当有效；力设备中的电弧放电、局部过热等潜伏性故障相当有效； 红外热成象（红外热成象（Thermovision）可用于发现较小尺寸设备，）可用于发现较小尺寸设备，如避雷器、互感器、套管等的热点故障；如避雷器、互感器、套管等的热点故障； 超声法对测量振动以及放电定位相当有效。超声法对测量振动以及放电定位相当有效。 第71页/共10

38、5页5 5、电气诊断特点、电气诊断特点 任何诊断问题都是以征兆为线索的，变压器故障诊断的困难在于：一般说来，故障和征兆之间并不存在简单的一一对应关系，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。 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、化学特性的少量、渐变电气、物理、化学特性的少量、渐变 特性变化的大小和趋势特性变化的大小和趋势 早期发现故障早

39、期发现故障第72页/共105页电气诊断电气诊断定义定义 通过对电气设备的试验和各种特性的测量，通过对电气设备的试验和各种特性的测量， 了解其特征，了解其特征， 评估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作用作用 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 明显的经济效益和社会效益明显的经济效益和社会效益第73页/共105页 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、

40、性质及严重程度 对故障点进行定位对故障点进行定位电气诊断的功能第74页/共105页根据设备特征根据设备特征 推断设备的状态推断设备的状态 特征变量特征变量 K Kj j，j j = 1, 2, = 1, 2, , , n n 特征函数特征函数 G G ( (K K1 1, , K K2 2, , , , K Kj j, , , , K Kn n) ) 状态变量状态变量 D Di i，i i = 1, 2, = 1, 2, , , m m 状态函数状态函数 F F ( (D D1 1, , D D2 2, , , , D Di i, , , , D Dm m) ) 诊断规则诊断规则 E E 特征

41、与状态不一一对应特征与状态不一一对应 需要诊断规则需要诊断规则 E E ( (K K1 1, , K K2 2, , , , K Kn n；D D1 1, , D D2 2, , , D Dm m) ) 特征特征 和和 状态状态 间的相互关系间的相互关系 工程诊断工程诊断 找到三者间关系找到三者间关系 由特征函数、诊断规则由特征函数、诊断规则 推断设备状态推断设备状态第75页/共105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

42、. . 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76页/共105页 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 根据状态监测获得的信息，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的工作情况。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

43、，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。6、故障诊断相应于故障发展因果关系的逆问题第77页/共105页1、电气设备绝缘诊断技术的含义 电气设备绝缘诊断 在设备运行和离线时，通过对电气绝缘试验和各种特性的测量，掌握设备绝缘参数，根据参数判定设备绝缘状态或故障的部位、原因和严重程度，预测设备绝缘的可靠性和寿

44、命，并提出治理对策。 诊断对象（按绝缘类型划分） 电机、油浸绝缘设备、CV电缆（XLPE电缆）、气体绝缘设备。 诊断过程 信号采集、特征提取（信号及数据处理）、状态识别、预报决策5.3 电气设备的状态检修电气设备的状态检修第78页/共105页2、电气设备绝缘诊断技术意义 绝缘事故比例高绝缘事故比例高 大型电气设备的重要性大型电气设备的重要性 定期预防性维修体制的不足定期预防性维修体制的不足 状态监测的科学性状态监测的科学性 绝缘诊断的目的：对各种电力设备绝缘体的老化状态进行检测。绝缘诊断的目的：对各种电力设备绝缘体的老化状态进行检测。0102030自然灾害 设备故障 人员责任其它2000年20

45、01年2002年2003年自然灾害17%设备故障45%人员责任19%其它19%第79页/共105页电气设备检修技术的发展大致可分为三个阶段电气设备检修技术的发展大致可分为三个阶段 事故检修事故检修定期检修定期检修状态检修状态检修50年代以前，设备年代以前，设备发生了故障或事故发生了故障或事故以后进行检修以后进行检修设备比较简单设备比较简单设计裕量大设计裕量大修复容易修复容易设备停运影响不大设备停运影响不大6070年代，定期预防检修年代，定期预防检修设备的生产效率越来越高设备的生产效率越来越高突发故障造成的损失越来越大突发故障造成的损失越来越大通过定期检修，设备能恢复到通过定期检修，设备能恢复到

46、接近新设备的状态接近新设备的状态以牺牲企业的自身经济利益为以牺牲企业的自身经济利益为代价，造成了不必要的人、财代价，造成了不必要的人、财、物的浪费、物的浪费在前苏联、东欧各国和我国推在前苏联、东欧各国和我国推广应用并延续到现在广应用并延续到现在根据设备状态确定检根据设备状态确定检修策略修策略起源于起源于60年代美国航年代美国航空工业飞行器的设备空工业飞行器的设备检修方式检修方式1978年开始应用于美年开始应用于美国海军舰艇设备检修国海军舰艇设备检修80年代在核工业中推年代在核工业中推广应用，并很快发展广应用，并很快发展到电气设备检修到电气设备检修针对性强，经济合理针对性强，经济合理3、电气设备

47、维护技术的发展第80页/共105页国内外应用状态检修的电力企业实践证明：国内外应用状态检修的电力企业实践证明：电气设备状态检电气设备状态检修管理策略具有明显的社会效益和经济效益修管理策略具有明显的社会效益和经济效益 主要包括：检修与管理效率提高，设备大修间隔和小修频率降低，杜主要包括：检修与管理效率提高，设备大修间隔和小修频率降低，杜绝不足维修和过剩维修，减少重大事故发生，提高设备可用系数，降低绝不足维修和过剩维修，减少重大事故发生，提高设备可用系数，降低企业经营成本企业经营成本据统计，实施状态检修后，据统计，实施状态检修后，设备故障率可降低设备故障率可降低75%，综合检，综合检修费用可减少修

48、费用可减少30%50% 根据美国对典型电厂开展状态检修的统计，在根据美国对典型电厂开展状态检修的统计，在400-1300MW的电厂的电厂成功应用此项技术后，收益为每年成功应用此项技术后，收益为每年160万美元万美元3、电气设备维护技术的发展第81页/共105页 推行状态维修技术的直接效益推行状态维修技术的直接效益 1、提高电气设备可用系数、提高电气设备可用系数 2、确保发供电可靠性、确保发供电可靠性 3、增加发供电能力、增加发供电能力 4、延长设备使用寿命、延长设备使用寿命 5、节省大量维修费用、节省大量维修费用 6、降低维修成本，减少维修风险、降低维修成本，减少维修风险第82页/共105页故

49、障检修（事后检修）故障检修（事后检修），即，即RTF（Run Till Failure）,CM（Corrective Maintenance） 预防性检修预防性检修，即，即PM（Preventive Maintenance） 定期计划检修定期计划检修，即，即TBM（Time Based Maintenance）状态检修（预知性检修）状态检修（预知性检修），即，即CBM(Condition Based Maintenance), PDM (Predictive Maintenance) 主动检修主动检修，即，即PAM（Proactive Maintenance） 以可靠性为中心的检修以可靠性为中

50、心的检修，即，即RCM（Reliability Centered Maintenance）4、状态检修及其它主要检修方式的定义状态检修及其它主要检修方式的定义在故障已出现后，为把设备恢在故障已出现后，为把设备恢复到能完成要求功能的状态而复到能完成要求功能的状态而进行的检修，简言之，故障发进行的检修，简言之，故障发生后才进行检修。生后才进行检修。在预定的停机时间、或按照规定实在预定的停机时间、或按照规定实行的，旨在降低故障可能性或功能行的，旨在降低故障可能性或功能劣化的检修。即在故障发生之前、劣化的检修。即在故障发生之前、功能明显劣化之前进行检修，以预功能明显劣化之前进行检修，以预防故障的发生防

51、故障的发生对设备状态进行监测，按设备的健对设备状态进行监测，按设备的健康状态来安排检修方式，解决了预康状态来安排检修方式，解决了预防性检修中存在检修过剩或检修不防性检修中存在检修过剩或检修不足的问题，可节约大量的检修费用足的问题，可节约大量的检修费用和资源，提高设备运行的可靠性和资源，提高设备运行的可靠性理论依据：设备能通过定期检修，理论依据：设备能通过定期检修，周期性地恢复至接近新设备的状态。周期性地恢复至接近新设备的状态。检修工作的内容与周期都是预先设检修工作的内容与周期都是预先设定的，到时间就修，目的是防止或定的，到时间就修，目的是防止或延迟故障的发生。延迟故障的发生。主动监测参数的异常

52、主动监测参数的异常, ,寻找故障的寻找故障的根本原因，修改设计或对设备进行根本原因，修改设计或对设备进行改造，消除故障再次发生的可能，改造，消除故障再次发生的可能，这是一种非常主动的、积极的方式。这是一种非常主动的、积极的方式。通过选择要分析的系统，明确系统通过选择要分析的系统，明确系统的边界、功能，进行故障模式和后的边界、功能，进行故障模式和后果分析，逻辑树分析，最后选择合果分析，逻辑树分析，最后选择合适的检修方式适的检修方式第83页/共105页5、电气设备绝缘预防性试验、电气设备绝缘预防性试验高压电气设备主要由两类不同材料构成：一类为高压电气设备主要由两类不同材料构成：一类为金属材料金属材

53、料，包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢板等外包括铜、铝等导电材料，硅钢片等导磁材料，铸铁、钢板等外壳或结构材料；另一类为壳或结构材料；另一类为绝缘材料绝缘材料，如绝缘纸，如绝缘纸(及纸筒、纸板及纸筒、纸板)、塑料薄膜、层压板塑料薄膜、层压板 (及筒及筒)、电瓷、绝缘油等。、电瓷、绝缘油等。 对于金属材料而言，绝缘材料容易损坏，特别是有机绝缘材对于金属材料而言，绝缘材料容易损坏，特别是有机绝缘材料，如绝缘纸、塑料、绝缘漆或胶等，很容易老化变质而使机料，如绝缘纸、塑料、绝缘漆或胶等，很容易老化变质而使机电强度显著降低。因而电强度显著降低。因而绝缘结构的机电性能的好坏往往成为决绝缘结构

54、的机电性能的好坏往往成为决定整个电气设备寿命的关键所在定整个电气设备寿命的关键所在。第84页/共105页对对110kV及以上的电力变压器的及以上的电力变压器的93次事故原因分析，其中由于次事故原因分析，其中由于匝绝缘、引线及对地绝缘、套管绝缘引起的各事故约占匝绝缘、引线及对地绝缘、套管绝缘引起的各事故约占43%、23%、15%；而铁芯、分接开关等非绝缘事故仅占；而铁芯、分接开关等非绝缘事故仅占20%以下以下 。高压电气设备不仅在出厂前，应按有关标准进行严格而又合高压电气设备不仅在出厂前，应按有关标准进行严格而又合理的试验理的试验(型式试验及例行试验型式试验及例行试验)；而且的投运前要进行；而且

55、的投运前要进行交接试交接试验验，在运行过程中要定期进行，在运行过程中要定期进行预防性试验预防性试验，这样才能较好地保，这样才能较好地保证该设备的安全运行证该设备的安全运行 。第85页/共105页220kV主变压器大修第86页/共105页第87页/共105页第88页/共105页我国现行绝缘预防性试验项目的主要内容我国现行绝缘预防性试验项目的主要内容 第89页/共105页试验条件不同于设备运行条件，多数项目是在低电压下进行试验条件不同于设备运行条件，多数项目是在低电压下进行检查。运行时还有诸如热应力等其它因素的影响无法在离线试检查。运行时还有诸如热应力等其它因素的影响无法在离线试验时再现。低压试验

56、电压难以灵敏检测绝缘缺陷和潜在故障。验时再现。低压试验电压难以灵敏检测绝缘缺陷和潜在故障。绝缘的劣化、缺陷的发展具有统计性，发展速度有快有慢，绝缘的劣化、缺陷的发展具有统计性，发展速度有快有慢，有一定的潜伏和发展时间，在此期间会发出反映绝缘状态变化有一定的潜伏和发展时间，在此期间会发出反映绝缘状态变化的各种信息。而例行试验是定期进行的，不能及时准确地发现的各种信息。而例行试验是定期进行的，不能及时准确地发现潜伏性故障。潜伏性故障。从技术角度分析6、现行绝缘预防性试验的不足、现行绝缘预防性试验的不足第90页/共105页 漏报漏报，即预试通过后仍有可能发和故障，甚至严重事故。例，即预试通过后仍有可

57、能发和故障，甚至严重事故。例如，一台如，一台220kV变压器爆炸起火事故，该变压器自变压器爆炸起火事故，该变压器自1982年大修年大修后预试结果一直正常，然而恰在后预试结果一直正常，然而恰在91年底突然爆炸起火烧毁。年底突然爆炸起火烧毁。 误报或早报误报或早报，例如预试结果虽超标，但若故障不进一步发展，例如预试结果虽超标，但若故障不进一步发展，可不必马上停电检修而仍可继续运行，只需加强监视即可。，可不必马上停电检修而仍可继续运行，只需加强监视即可。若按预试结果作出诊断，就会损失停电检修的费用。若按预试结果作出诊断，就会损失停电检修的费用。 从技术角度分析定期预防性实验的局限性定期预防性实验的局

58、限性第91页/共105页定期预防性检修不能及时发现设备内部的定期预防性检修不能及时发现设备内部的绝缘隐患绝缘隐患 定期预防性检修体系存在的定期预防性检修体系存在的最大问题最大问题不能及时发现设备不能及时发现设备内部的绝缘隐患内部的绝缘隐患停电检修合格的设备运行中停电检修合格的设备运行中仍然可能出现事故仍然可能出现事故一旦出现事故，直接或间接一旦出现事故，直接或间接损失十分巨大损失十分巨大第92页/共105页定期试验和大修均需停电，不仅要损失电量，而且增加了工作安排的难度。定期大修和更换部件的投资是否必要。某些设备不必作任何维修而仍能继续长时期运行，若维修水平不高，反而可能使设备越修越坏，从而产

59、生新的经济损失。英国P.J.达夫勒曾提到定期检查和维修的计划维修方式的经济效益问题，乐观的估计认为其中60%维修费用是该花的；另有学者认为定期维修中更换下来的设备中有90%是没有必要更换的。从经济角度分析第93页/共105页定期检修不管设备状态定期检修不管设备状态“到期必修到期必修”，有失科学性和合理性有失科学性和合理性。定期检修可能会造成定期检修可能会造成检修不足或过剩检修不足或过剩的情况，造成人、财、物的的情况，造成人、财、物的浪费浪费。如，某些不。如，某些不必要的频繁检修可能会增加误操作、人员伤亡和事故发生的机率。必要的频繁检修可能会增加误操作、人员伤亡和事故发生的机率。 定期预防性检修

60、造成人、财、物的大量浪费定期预防性检修造成人、财、物的大量浪费 动作评价10kV系统66kV系统220kV及以上系统198219911992199819821998198219911992199819821998198219911992199819821998总动作次数13754107142446810966261722173166339正确次数13752107112446310886241712164154318不正确次数235821091221正确动作率%99.9699.9799.9899.2799.6899.4294.8092.7793.80不正确动作率%0.040.030.020.73