电气设备绝缘预防性试验

第二篇电气设备绝缘实验电气设备进展绝缘实验的必要性：电力系统的规模、容量不断地扩展，停电呵斥的损失越来越严重。我国电力短缺，这就需求提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，添加发电量。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘缺点通常是引发电力系统事故的首要缘由。电介质实际仍远未完善，须借助于各种绝缘实验来检验和掌握绝缘的形状和性能。本篇主要论述电气设备绝缘实验的实验设备、实验方法和丈量技术。绝缘实验分为非破坏性实验和破坏性实验两大类。破坏性实验检验绝缘的电气强度，非破坏性实验检验其他电气性能。绝缘预防性实验的目的是什么？绝缘缺点大多因内部存在缺陷而引起，我们经过丈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：裂痕、部分破损、气泡等分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、蜕变等第四章电气设备绝缘预防性实验常见实验工程：丈量绝缘电阻，吸收比，走漏电流，介质损耗角正切，部分放电，电压分布等。TE571〔丈量部分放电〕绝缘电阻测试仪主要电气设备的绝缘预防性实验工程序号电气设备试验项目测量绝缘电阻测量绝缘电阻和吸收比测量泄漏电流直流耐压试验并测泄漏电流测量介质损耗角正切测量局部放电油的介质损耗角正切油中含水量分析油中溶解气体分析油的电气强度测量电压分布交流耐压试验1同步发电机和调相机√√√√√2交流电动机√√√3油浸变压器√√√√√√√√√4电磁式电压互感器√√√√√√√√5电流互感器√√√√√√√6油断路器√√√√√√√√7悬式和支柱式绝缘子√√√8电力电缆√√√√什么叫绝缘的老化绝缘老化的缘由有哪些电介质的热老化电介质的电老化其他影响要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转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，这种景象统称为绝缘的老化。老化的缘由有哪些？热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等要素的作用。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。绝缘资料的耐热等级划分耐热等级极限温度（℃）绝缘材料O90木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油E120酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜B130聚酯漆；环氧树脂F155聚酯亚胺漆及其漆包线H180聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶C>180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯热老化规那么：8℃规那么：对A级绝缘介质，假设它们的任务温度超越规定值8℃时，寿命约缩短一半。相应的对B级绝缘和H级绝缘那么分别适用10℃和12℃规那么。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。介质电老化的主要缘由是什么？介质中出现部分放电。部分放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的缘由有：破坏高分子的构造，呵斥裂解；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，是剧烈的氧化剂和腐蚀剂，能使资料发生化学破坏。在部分放电区，产生高能辐射线，引起资料分解；各种绝缘资料耐部分放电的性能有很大差别：云母、玻璃纤维等无机资料有很好的耐部分放电才干旋转电机采用云母、树脂作为绝缘资料。有机高分子聚合物等绝缘资料的耐部分放电的性能比较差。油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；油中的部分放电还能够产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。绝缘油的老化缘由：三、其他影响要素机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂痕，导致部分放电；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。小结电气设备的运用寿命普通取决其绝缘的寿命，后者与老化过程亲密相关。经过绝缘实验判别其老化程度是非常重要的。绝缘老化的缘由主要有热、电和机械力的作用，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等要素的作用。各种缘由同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。绝缘电阻最根本的综合性特性参数。组合绝缘和层式构造，在直流电压下均有明显得吸收景象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。吸收比检验绝缘能否严重受潮或存在部分缺陷。走漏电流所加直流电压高得多。第二节绝缘电阻、吸收比、走漏电流的丈量一、双层介质的吸收景象为了分析方便，改用电阻R1和R2替代上图中的电导G1和G2。〔R1＝1/G1,R2=1/G2)讨论因吸收景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到达稳态时〔〕，层间电压按电阻分配〔4-3〕〔4-4〕〔4-5〕

由于存在吸收景象，，，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，那么流过双层介质的电流为〔4-9〕〔4－10〕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，大大添加，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丈量绝缘电阻的表达式(4-11)丈量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时辰，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终了后的稳态电阻值。受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。因此，能提示绝缘整体受潮、部分严重受潮、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〞的方法来替代丈量绝缘电阻。〔4－12〕原理：令和瞬间的两个电流值的和比值。曾经接近于稳态绝缘电阻值，恒大于1,越大表示吸收景象越显著，绝缘性能越好。吸收比是同一试品在两个不同时辰的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘构造和体积尺寸的影响。所以应将值和值结合起来思索，方能作出比较准确的判别。普通以作为设备绝缘形状良好的规范亦不尽适宜，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，吸收景象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实形状，用极化指数再进展判别。某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压实验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，由于缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述实验结果判别绝缘形状是不够的。丈量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表极化指数〔4－13〕图4-1是利用手摇式兆欧表丈量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的丈量原理。兆欧表有三个接线端子：线路端子〔L〕、接地端子〔E〕和维护〔屏蔽〕端子〔G〕。

被试绝缘接在端子L和E之间，而维护端子G的作用是使绝缘外表走漏电流不要流过线圈测得的绝缘体积电阻不受绝缘外表形状的影响。三、走漏电流的丈量反映绝缘电阻值，但有一些特点：加在试品上的直流电压比兆欧表的任务电压高得多。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走漏电流的增长动向。在电压升到规定的实验电压值后，要坚持1min再读出最后的走漏电流值。当绝缘良好时，走漏电流应坚持稳定，且其值很小。图4－2是发电机的几种不同的走漏电流变化曲线。走漏电流实验接线图如图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。留意：丈量走漏电流用的微安表需用并联放电管V进展维护。当流过微安表的电流超越某一定值时，电阻上的压降将引起V的放电而到达维护微安表的目的。小结绝缘电阻是一切电介质和绝缘构造的绝缘形状最根本的综合特性参数。电气设备中大多采用组合绝缘和层式构造，故在直流电压下均有明显的吸收景象，丈量吸收比可检验绝缘能否严重受潮或存在部分缺陷。丈量走漏电流从原理上来说，与丈量绝缘电阻是类似的，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，具有本人的某些特点。第三节介质损耗角正切的丈量

介质的功率损耗与介质损耗角正切成正比,所以后者是绝缘质量的重要目的，丈量值是判别电气设备绝缘形状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部分性缺陷。丈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部分性缺陷，应尽能够将这些设备分解成几个部分，然后分别丈量它们的。一、西林电桥根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为高压规范电容器的电容；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，调理和，使电桥到达平衡，即经过检流计P的电流为零，因此〔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〕由于，如取，并取的单位为，那么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理元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必需保证足够的绝缘程度和采取可靠的维护措施。〔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、丈量的影响要素干扰包括高压电源和实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，也将导致丈量误差。〔二〕温度的影响〔三〕实验电压的影响普通来说，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〕试品外表走漏电流的影响〔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〕,丈量只能发现整体分不性缺陷，因此用丈量介质损耗角正切的方法来判别绝缘形状就不很灵敏了。测试前应去除绝缘外表的积污和水分，必要时还可以在绝缘外表上装设屏蔽极。小结丈量值是判别电气设备绝缘形状地一项灵敏有效的方法。值的丈量，最常用的是西林电桥。的丈量受一系列外界要素的影响。实验中应尽能够采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。绝缘中的部分放电是引起电介质老化的重要缘由之一。部分放电的根本概念，表征部分放电的重要参数。部分放电检测开展历史及丈量方法综述。脉冲电流法的丈量原理。一些部分放电丈量仪器。第四节部分放电的丈量测定电气设备在不同电压下的部分放电强度和开展趋势，就能判别绝缘内能否存在部分缺陷以及介质老化的速度和目前的形状。一、部分放电根本概念绝缘内部气隙部分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〕，部分放电的电流变化曲线见图4-10。表征部分放电的参数〔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既是发生部分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〕指一次部分放电所耗费的能量。放电反复率〔N〕放电能量〔W〕〔4－32〕其中q为视在放电量，为部分放电起始电压。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 放电功率部分放电起始电压部分放电熄灭电压二、部分放电检测方法综述声检测法介质中发生部分放电时，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。此时放电源好像一个声源，向外发出声波。由于放电继续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可到达数MHz。引见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〔30k~1MHz〕，该传感器有很强的方向性，普通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抗电磁干扰才干强灵敏度不受试品电容的影响能进展复杂设备放电源定位在传播途径中衰减、畸变严重根本不能反映放电量的大小实践中普通不独立运用声测法，而将声测法和电测法结合起来运用。噪声检测法的特点光检测法采用光纤传感器，部分放电产生的声波压迫使得光纤性质改动，导致光纤输出信号改动，从而可以测得放电。光测法只能测试外表放电和电晕放电，在现场中光测法根本上没有直接运用。将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。光纤传感器运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〕判别介质老化情况。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。目前部分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丈量视在放电量介质损耗法西林电桥脉冲电流法丈量原理电气检测法的开展1925年，Schwaiger发现电晕放电的射频特性，由此开展出RIV部分放电检测法；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，首台商用便携式部分放电检测仪由Mole等人研制胜利；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，测试带宽到达10MHz;1978年，TanakaOkamoto等人采用计算机技术建立数字化部分放电检测仪；1981年，Boggs、Fujimoto、Stone等人设计出1GHz超高频局放检测仪；TE571部分放电测试仪TWPD-4多通道数字式部分放电综合分析仪天威新域科技开展小结部分放电的检测已成为确定产质量量和进展绝缘预防性实验的重要工程之一。实验内容包括丈量视在放电量、放电反复率、部分放电起始电压和熄灭电压、放电的详细部位。表征部分放电的参数主要有：视在放电量、放电反复率、放电能量等。绝缘的在线监测 tgδ的在线监测 部分放电〔PD〕的在线监测 离线监测的缺陷：以上所述的绝缘预防性实验方法，都是电力设备处于离线情况下进展的。 ①需停电进展，而不少重要的电力设备不能随便地停顿运转；③停电后的设备形状，如作用电场及温升等和运转中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tgδ检测，采用电桥法时，由于规范电容器的额定电压的限制，普通只加到10kV，这对于220kV～500kV的电力设备而言，电压是很低的②只能周期性进展而不能延续地随时监视，绝缘有能够在诊断期间发生缺点； 在线监测和诊断的优缺陷：在线监测和诊断是电力设备在运转形状下进展的，故可防止离线监测及诊断的上述缺陷，可使判别更加准确。自70年代以来，随着传感、信息处置及电子计算机技术的快速开展，在线监测和诊断技术也得到迅速的开展。根据在线监测和诊断的结论，还可以做到有的放矢地进展维修，这种维修称为预知性维修。在线监测和诊断技术的缺乏是投资费用较大，只适用于大型和重要设备及变电所tgδ的在线监测 1.电桥法在线监测tgδ时，仍可用前述的西林电桥丈量方法。但由于原来运用在电桥中的规范电容器的任务电压大多仅为10kV，因此对于较高电压的现场电力设备的丈量，需引入一电压互感器PT降压，以顺应规范电容器的额定电压电桥法在线监测tgδ原理图CX－试品Co－规范电容器PT－电压互感器G－指零仪 角差：互感器所带来的角差，可经过RC移相电路予以校正。然而角差会随负载大小等要素的影响有所变动，所以校正也不能够是很理想的。电桥中R3、C4的调理可以手动，也可以自动。由于是有触头的调理，为了年年的运用，必需选择非常可靠的R3、C4可调理元件电桥法在线监测tgδ原理图CX－试品Co－规范电容器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 这是一种直接丈量介质损失角δ的方法。普通情况下，δ角很小，所以可以用测出的δ来代表tgδ 即： tgδ≈δ δ＝〔π/2〕－θ 3.全数字丈量法 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展数字采集，然后根据付里叶分析法的原理，进展数字运算，最终可求得tgδ值部分放电〔PD〕的在线监测电力变压器PD的在线声电结合监测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 现场带电丈量的灵敏度 实验室：IEC要求新消费的≥300kV变压器在制造厂的实验室里实验时，PD的视在放电量应小于300～500pC 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