电气设备绝缘检测与诊断1分解.ppt

1、,主要参考书目,1.电气绝缘在线检测技术，严璋 编 北京，中国电力出版社，1995.11 2. 电力设备绝缘检测与诊断，成永红 编著 北京，中国电力出版社，2001.083. 电工高新技术丛书第五分册 (电气设备状态监测与故障诊断技术) 朱德恒、谈克雄编 北京，机械工业出版社，2000.03 4. 电力设备故障与诊断丛书 北京，中国电力出版社，2001.04,目 录,第一节 电力设备绝缘老化及其特征量 第二节 电力设备绝缘预防性试验 第三节 电力设备在线绝缘检测与诊断,第一章 概述,电气设备的特征,电气设备发电机、变压器、高压电机、电压与电流互感器、高压断路器、电力电缆等。 主要针对高电压等级

2、设备进行研究和探讨。,处于高电压（强电场）作用下，电气绝缘是主要问题； 对于旋转电气设备，振动、磨损、疲劳等都是必须严格注意的； 由于实现着能量的转换或传递作用，发热的因素在电气设备中起着关键的破坏性作用； 电气设备的可靠性是多种因素共同作用的结果，必须综合进行考虑。,故障的分类,按产生的原因分类 按工程技术的安全性分类 按系统功能丧失的程度分类 按发生的速度和发展进程分类,磨损性故障-机器或系统正常运行时磨损引起的故障，实际上反映了机器的寿命。 错用性故障-运行中操作不当或以外情况引起机器中某些零件应力超过设计允许值而产生的故障。 薄弱性故障机器运行中应力没有超过设计规定值，但由于设计和制造

3、不恰当造成机器中存在某些薄弱环节形成的故障。,故障的分类,按产生的原因分类 按工程技术的安全性分类 按系统功能丧失的程度分类 按发生的速度和发展进程分类,危险性故障故障发生后会对人身、生产和环境产生危险 安全性故障,故障的分类,按产生的原因分类 按工程技术的安全性分类 按系统功能丧失的程度分类 按发生的速度和发展进程分类,永久性故障必须更换某些零件后，机器才能恢复其功能。永久性故障又包括：全部丧失功能的完全性故障和丧失局部功能的部分性故障。 非永久性故障或称间断性故障，故障使部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以排除故障使机器恢复其全部功能。,故障的分类,按产生的原因分类 按工程技术的安全性分

4、类 按系统功能丧失的程度分类 按发生的速度和发展进程分类,发生速度： 突发性故障 渐发性故障 发生进程： 初期故障 偶发故障 磨损故障,设备的故障模式,故障模式是按故障状态进行的分类，是故障现象的综合表征，与设备本身的特性和运行环境都有一定的关系。,设备常见故障模式 运动设备部件的磨损、声音异常、振动异常、晃动、温升异常、泄漏等； 静止设备部件的松动、变形、断裂、龟裂、腐蚀、材质变化等； 电气设备的绝缘击穿、温度异常、绝缘裂化或烧损、短路、断线等。,设备故障模式 据日本统计,现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于设备的绝缘结构。,绝缘介质 紧固支撑 冷却媒介,绝缘结构的作用,绝缘材料

5、,液体绝缘: 绝缘油,固体绝缘：绝缘纸、电瓷 、云母交联聚乙烯等,气体绝缘: 空气、SF6,真空绝缘,在实际运行中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘材料品质的下降(即通常所说的绝缘劣化)将导致电力设备的损坏。统计表明，电力设备运行中60一80的事故是由绝缘故障导致的，所以研究电力设备绝缘检测与诊断技术，对提高电力设备运行可靠性具有极其重要的意义。,第一节 电力设备绝缘老化及其特征量,电气因素 机械因素 温度和热稳定性 受潮 环境条件,为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电气设备相对于以往的设计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需承受

6、的热和电应力水平显著提高。,图1 有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强 1 油纸电气强度； 2 胶纸电气强度； 3 运行中各种电压下的场强； E0 长期工作场强,1. 电气影响,长期工作电压 短时的过电压,2.机械影响,机械负荷 长时间振动 短路应力,图2 不同耐热等级的绝缘材料在 各种运行温度下长期运行的寿命,3. 温度影响,季节变化 长期过负荷 热老化,电介质的耐热等级,热老化规律 6 度规则 试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温度每超过6，则寿命约缩短一半。而对于B、H级绝缘则分别约为10及12。,水分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

7、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，或者在电极间构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥”而使击穿电压显著降低。,4. 受潮,局部电弧,水带,绝缘介质,5. 环境条件,在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。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。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剂和除虫涂料等。,可逆的对于绝缘系统在运行中出现的诸如受潮等情况而导致绝缘性能下降，经过处理可以恢复原有特性的，就是一种可逆的劣化。 不可逆的绝缘系统在各种

8、因素的长期作用下发生一系列的化学、物理变化，导致绝缘性能和机械性能等不断下降，则产生了一种不可逆的变化，将最终导致电力设备绝缘击穿，这种变化过程即为老化。,绝缘劣化特性,直接表征绝缘剩余寿命的特征量，如耐电强度、机械强度 间接表征绝缘剩余寿命的持征量，如绝缘电阻、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电量、油中气体含量、油中微水含量等 随着对不同老化因子作用规律研究的深入，提出一些新的表征绝缘品质的特征量如第二电流激增点、直流分量、超高频放电频谱，超声振动特性等等。,绝缘老化的特征量,第二节 电力设备绝缘预防性试验,电力设备在运行中进行预防性试验，可及时发现缺陷，减少事故的发生，它已成为我国电力生产

9、中的一项重要制度。预防性试验可分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。,第二节 电力设备绝缘预防性试验,非破坏性试验又称绝缘特性试验，是指在较低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。常见的试验项目有绝缘电阻测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切测量、油中气体含量检测等项目。,破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于工作电压下所进行的试验。试验时在设备绝缘上施加规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于这类试验所加电压较高，考验比较直接和严格，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，因此能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是

10、可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。,第二节 电力设备绝缘预防性试验,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合格后才进行。,设备名称,是否试验,试验项目,预防性试验是一种简便且较有效地评估电力设备绝缘状况的方法。根据过去长期的运行经验及试验研究中已逐步确立起来的这些预防性试验项目，为确保电气设备的安全运行发挥着很大作用。,现行预防性试验项目的回顾,当绝缘总体受潮或严重损坏时，往往引起绝缘电阻Ri 的下降或直流泄漏电流I1 的上升。,如果感到兆欧表的直流电压太低（一般为1KV或2.5KV）,还可采用加以直流高压来测量泄漏电流 I1 。这时还便于观察随着外施电压的上升

11、， I1是否也基本上按比例上升。因为当存在有某些缺陷时，高压直流下的绝缘电阻（由泄漏电流换算而得）往往比低压下用兆欧表测得的小得多。,绝缘电阻Ri 或泄漏电流 I1 与被试品绝缘尺寸（电极间的绝缘距离、截面等）相关，在绝缘试验时对数据进行“纵比”与同一设备过去测量数据作比较，或“横比”与同类被试品互相对比（如求三相不平衡系数等），作出比较准确的分析。在预防性试验时，对绝缘电阻测量时要求测其吸收比（R 60“ / R15” ）或极化比（R10 /R1），也为了消除因绝缘尺寸不同带来的影响，而改以观察同一被试品在吸收过程中的相对变化。,西林电桥测量交流下的介质损耗tan，真正是反映交流下损耗大小的

12、特征参数，它与绝缘的几何尺寸无关，直接由此判断绝缘的介质损耗，高压电气设备总的介质损耗功率相对于此绝缘的无功功率总是只占一个很小的比例。,当前大量使用交流电气设备，在测绝缘电阻Ri 或泄漏电流 I1时所加的直流电压，介质绝缘结构加交流时，电位按电容大小反比分布；直流时，按电阻正比分布。施加同样幅值的直流或交流高压，绝缘中的损耗、局部放电过程，在交流下比在直流下严重。,气相色谱分析方法，在发现油浸设备潜伏性故障的灵敏度方面往往比测量绝缘电阻及tan等高的多。当运行的高压电气设备采用油-纸（塑料）组合绝缘，有机绝缘材料的寿命曲线相当陡峭：它在短暂的高场强下绝缘强度极高；在交流电压的长期作用下，材料

13、逐渐劣化，其长时击穿场强仅为其短时的百分之几。,第三节 电力系统维修方式的演变过程,1. 事后修理BM（Breakdown Maintenance）或故障维修； 2. 定期检修TBM（Time Based Maintenance）或预防性维修PM（Preventive Maintenance）； 3. 状态维修CBM（Condition Based Maintenance）或预知性维修（Predictive Maintenance）。,事后维修体制,早期技术及管理水平都很低 ，即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。 简单方便，对消耗性产品是有效的。 随着电力系统的

14、不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。,现行维修体制定期维修,预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有40年的使用经验。 预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。,1. 维修周期频繁,2. 预防性试验项目过多,电力变压器 32项 发电机 25项 互感器 11项 GIS达 20项,定期维修制的种种弊端,大修一台30万kVA的发电机需要大约3个月的时间，耗费资金近百万元。 大修一台12万kVA的变压器需投入300多个工作人日，资金10万元。 大修一台220 kV开关需投入100多个

15、工作人日，资金2万元。 长时间停电检修，将造成大量的电量损失。300MW机组停运一天，少发电720万度，直接损失150万元。,3. 经济性差,4. 增大不安全因素,易发生人身和设备安全事故。 发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8%。 停送电过程易造成误操作。,5. 过度维修,对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计。共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项。 对110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏。 定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。,6.

16、维修不足,由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。,预防性试验是在停电情况下，进行的非破坏性试验，试验电压一般不超过10kV。而大部分变电设备工作电压为110500kV。很难正确反映高压电气设备在运行中存在的缺陷。,7. 预防性试验条件与实际运行工况不同,设备的现代化对设备的维修体制提出了变革的要求，设备运行的高可靠性和维修方式的经济性已成为电力系统降低运行成本的关键。,发展中的维修体制状态维修,状态维修方式的基本思想 “治于未病”,状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制。 通过对设备

17、运行情况的实时监测，随时查明设备可能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。 实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的。,状态维修的必要性,虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。,状态维修的技术可行性,绝缘水平监测参量,稳定运行阶段,危险水平,

18、注意水平,实施修复,危险阶段,注意,阶段,劣化阶段,初期,设备投运时间,T,图,3,状态维修示意图,破坏点,利用运行电压对高压设备绝缘状况进行试验，可提高试验的真实性与灵敏度，这是在线检测的主要着眼点。这样的带电监测不必再停电，给电力系统运行带来方便。在线检测将成为预防性试验中的重要组成部分，它在多方面弥补靠定期停电预试的不足。过去非破坏性试验所得的结果难以全面、真实地反映绝缘状况，特别是电气强度。色谱分析、局部放电等试验的引入，对发现某些缺陷相当有效，但对另外一些缺陷仍难以在早期发现；因此，继续研究新的预防性试验参数及方法势在必行。,随着传感器、计算机、光纤技术等的发展与引用，一种电力设备的在线监测仪器或系统，由传感器系统、信号采集系统、分析诊断系统组成。传感器系统感知所需要的电气参量或非电气参量（温度、压力、振动、超声等）；信号采集系统将传感器得到的模拟量转换成数字量进行传输；分析诊断系统利用小波分析技术、神经网络技术、模糊诊断技术、专家分析技术对采集信号进行分析、处理和诊断，得到所测设备绝缘的