高电压技术 电气设备绝缘预防性试验.ppt

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1、绝缘电阻的测量,绝缘电阻：在绝缘上施加直流电压，这个直流电压与电流之比即为绝缘电阻；绝缘电阻是绝缘状态最基本的综合性特性参数。 吸收比:在直流电压下，由于吸收现象，电流是衰减的，先后测量两个时刻的电流值(绝缘电阻值)，求其比值，即为吸收比。,多层介质的吸收现象,1. 双层介质的吸收现象分析,多层介质的吸收现象,在S闭合瞬间(t=0+)，电压分布情况 稳态时（t），电压分布情况 稳态时的电导电流,流过电流表的电流 流过试品的电流由两部分组成：传导电流g及吸收电流ia，如果R1C1R2C2，吸收现象不明显；如果R1C1和R2C2相差较大，则吸收现象将十分明显。,多层介质的吸收现象,在双层介质中，在

2、吸收电流分量未衰减完之前，呈现的绝缘电阻值是不断变化的。 通常意义的绝缘电阻：指吸收电流衰减完毕所测得的稳态电阻值。R=R1+R2 稳态绝缘电阻值可以揭示：绝缘整体受潮；局部严重受潮；贯穿性缺陷。,多层介质的吸收现象,2. 吸收比 测绝缘电阻的不足之处：吸收电流衰减较慢时，需要一定的时间；难以给出判断标准。 绝缘受潮或有整体性缺陷时，吸收电流衰减迅速（与正常相比）。 吸收比：同一绝缘介质在两个不同时刻的绝缘电阻比值。 t1=15s t2=60s 判断：正常时，K1远大于1；受潮或有整体缺陷时，K1接近于1。,多层介质的吸收现象,3. 极化指数 高压大容量的设备，吸收电流衰减需要较长时间，因此测

3、量K1不足以反映吸收的全过程。 极化指数：,原理：两个线圈WV、WA处于永久磁场中，当有电流通过时，产生相反方向的力，在力矩差的作用下，指针旋转，直到力矩平衡。,1. 手摇式兆欧表测量,手摇式兆欧表有：500V，1000V，2500V，5000V 四种类型。,绝缘电阻测量功效 （1）测量绝缘电阻能发现的缺陷为：两极间有贯穿性的导电通道、受潮、瓷质绝缘表面污秽(比较有无屏蔽环电极时所测得的数值即可)。 （2）不能发现的缺陷为：绝缘中的局部缺陷，如未贯穿的导电通道、含有气泡、分层脱开等；绝缘的整体老化。,绝缘电阻测量接线,绝缘电阻测量注意事项 被试品的电源及对外连线应拆除，并充分放电。 在测量中，

4、保持手摇发电机手柄的转速均匀，大约每分钟 120转，待转速稳定后1min时读数。 测试完后，先断开接线端L，再停止摇手柄M，以免被试品电 容在测量时充电电荷经兆欧表放电而损坏兆欧表。 测量时，同时记录温度。因为温度对绝缘电阻有影响。,注意消除试品上残余电荷的影响。试品绝缘中的残余电荷是否放净，会直接影响到绝缘电阻和吸收比的测量结果：当残余电荷与摇表的极性相反时，会使测量结果的虚假性增大，这是因为摇表要输出较多的异号电荷去中和残余电荷的缘故；当残余电荷的极性与摇表的极性相同时则减小。为消除影响，试验前应将被试品充分放电，大电容量设备放电时间至少需要5min。,绝缘电阻及K1或K2的测量,2.用数

5、字兆欧表测量 它不是用手摇发电机产生固定不变的直流电压，而是采用整流电源，用户可根据需要选择电压量程。 当在试品绝缘上施加电压时，取试品电压、电流信号经AD转换，简单数值计算，用液晶数显方式给出结果。,3.2 介质损耗角正切的测量,介质损耗角正切tg是绝缘品质的重要指标，测量tg是判断电气设备绝缘状态的一项灵敏有效的方法。 tg能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化)和小容量试品中的严重局部性缺陷，由tg随电压而变化的曲线可判断绝缘是否受潮、含有气泡及老化的程度。,3.2 介质损耗角正切的测量,3.2.1 tg的测量方法,一、高压西林电桥 Cx、Rx试品电容电阻 R3可调无感电阻 CN高压标准电

6、容 C4可调电容 R4定值无感电阻 P检流计 V保护装置,3.2.1 tg的测量方法,1、西林电桥测量原理 当电桥平衡时 将阻抗代入经复数运算可得： 因为2f=100，取R4=10000/,并取C4的单位为f， 则有：tg=C4,西林电桥的两种接线方式,3.2.1 tg的测量方法,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。电场干扰电流路径是通过杂散电容流入桥体的。而杂散电容存在于高压源与桥体各元件及其连接线之间，所以桥臂有干扰电流流过就会引起测量误差。,3.2.1 tg的测量方法,3.2.1 tg的测量方法,（2）外

7、界磁场的干扰 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，显然这一干扰电流对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。 （3）消除电磁波干扰的方法：电桥本体用金属网屏蔽，全部引线用屏蔽电缆线。,3.2.1 tg的测量方法,二、谐波波形分析法 采集试品上的电压电流信号，进行快速傅里叶变换，求出二信号基波分量的幅值Uvm、xm以及相位Uv、Ix,3.2.1 tg的测量方法,三、过零相位比较法 该法原理是从试品上取得电压和电流信号，分别经过滤波、限幅放大、过零比较电路变成方波信号，然后一起通过异或门变为相位脉冲，该相位脉冲经过与门后就填充了时标脉冲，最后送单片机计数。,

8、3.2.1 tg的测量方法,四、异频电源法 它是测量tg一种新的抗现场工频干扰的方法，其原理为tg测量过程中将试验电源的频率偏离干扰电源频率(现场运行的工频相对于试验所用的某种频率的电源是一干扰源)，通过频率识别或滤波技术排除干扰电源的叠加影响来保证测量的准确性。由于tg值与频率有关，若试验电源频率与干扰源频率之差愈小，因而tg值愈接近工频下的值。但二者频率差值过小，使得用软件和硬件辨识难度大，以致无法剔除现场工频的干扰影响。,3.2.2 影响tg测量的因素,1、温度的影响： tg一般随温度升高而增大。,3.2.2 影响tg测量的因素,2、湿度的影响：环境湿度增大， tg增大。,3.2.2 影

9、响tg测量的因素,3、试验电压的影响 曲线1良好的绝缘tg几乎不变。 曲线2绝缘中存在气泡、 分层、脱壳。 曲线3绝缘受潮,3.2.2 影响tg测量的因素,4、试品表面泄漏的影响 试品表面泄漏可能影响反映试品内部绝缘状 况的tg值。在试品的Cx小时需特别注意。为消除表面泄漏，测试前应将试品表面擦干净，必要时可加屏蔽。,3.2.2 影响tg测量的因素,5、试品电容量的影响 对电容量较小的设备(如套管、互感器等)测量tg能有效地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(如大中型变压器、电力电缆、电容器、发电机等)测tg只能发现整体分布性缺陷，因为局部集中性缺陷所引起的损失的增加只占总

10、损失的极小部分，这样用测tg的方法判断设备的绝缘状态就很不灵敏了。 对于可以分解为几个彼此绝缘部分的被试品，应分别测量其各部分的tg，这样能更有效地发现缺陷。,3.2.3 tg的测量功效,测tg能有效地发现绝缘的下列缺陷： (1)受潮； (2)穿透性导电通道； (3)绝缘内含气泡的电离，绝缘分层、脱壳； (4)绝缘老化劣化，绕组上附积油泥； (5)绝缘油脏污、劣化等。 对于下列缺陷， tg方法是很少有效果的： (1)非穿透性的局部损坏(其损坏程度尚不足以使测tg时造成击穿)； (2)很小部分绝缘的老化劣化； (3)个别的绝缘弱点。 总之， tg方法对较大面积的分布性的绝缘缺陷是较灵敏和有效的，

11、而对个别局部的非贯穿性的绝缘缺陷，则是不很灵敏和不很有效的。,3.3 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。 高电压设备绝缘内部不可避免地存在某些缺陷(如固体绝缘中的气隙或液体绝缘中的气泡)和电场分布的不均匀。这些气隙、气泡的场强达到一定值以上时，就会发生局部放电，但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。 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和变化趋势，就能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。 因而局部放电检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之。,3.3.1 局部放电的基本知识,以固体电

12、介质中有气泡为例 Cg气隙电容 Cb与气隙串联部 分电容 Ca介质完好部分 的电容,3.3.1 局部放电的基本知识,若气隙很小：Cb Cg且 Cb Ca 当电源电压提高时，ug提高到超过气隙的放电电压Us时，气隙发生放电；放电产生的空间电荷建立电场，使气隙上的电压急剧下降到剩余电压Ur时，火花熄灭，完成一次局部放电，对应一个局部放电电流脉冲。随着电压的继续上升，间隙Cg重新充电，当电压达到Us时，气隙发生第二次放电。,3.3.1 局部放电的基本知识,真实放电量 视在放电量,3.3.1 局部放电的基本知识,放电重复率：它是在选定的时间间隔内测得的每秒发生脉冲的平均次数，它表示局部放电的出现频度；

13、放电重复率与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数将增多。 放电能量,3.3.2 局部放电的检测方法,局部放电时会伴有多种现象出现，诸如电流脉冲、介质损耗和电磁辐射等电气方面的现象，以及诸如光、热、噪声、气压变化、化学变化等非电方面的现象。因此，对这些现象的检测也分为电气检测和非电检测两大类。 目前应用得比较广泛和成功的是电气检测法。特别是测量绝缘内部气隙发生局部放电时的电脉冲，它不仅可以灵敏地检出是否存在局部放电，还可判定放电强弱程度。,3.3.2 局部放电的检测方法,一、电气检测法 1、脉冲电流法,3.3.2 局部放电的检测方法,2无线电干扰测量法 该方法是用干扰仪来测量由于局部放电

14、而产生的无线电信号，已列入IEC标准中，其灵敏度也很高。 3. 介质损耗法 它是测量试品的tg值随外施电压的变化。由局部放电损耗变化来分析试品状况，测量tg的方法在前节已详细叙述。总之，其灵敏度比脉冲电流法低得多。,3.3.2 局部放电的检测方法,二、非电检测法 1、超声波法 工作原理：当电气设备绝缘内部发生局部放电时，在放电处产生的超声波直达电气设备的表面。若在设备外壁，贴装压电元件，在超声波的作用下，压电元件的两端面上会出现交变的束缚电荷。从而引起端部金属电极上电荷的变化，或在外回路中引起交变电流，由此指示设备内部是否发生了局部放电。 应用：这种方法虽灵敏度不高，但抗干扰性能好，使用方便，

15、可以在运行中或耐压试验时检测局部放电，适合预防性试验的要求。,3.3.2 局部放电的检测方法,2光学分析法 光学法较直观，但灵敏度不高。为提高灵敏度在黑暗环境里采用夜视仪(微光放大器)等，然而结构内部的放电是难以发现的，一种利用光纤将局部放电所发出的光量经光电传感器从设备内部引出来的整套仪器正在研究开发之中。 实践证明：光检测法用于有沿面放电和电晕放电的测量，效果尤佳。,3.3.2 局部放电的检测方法,3化学分析法 对绝缘油中溶解的气体进行气相色谱分析。利用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。绝缘材料因裂解出现故障时，会释放出一些能全部或部分溶解于油的气体。溶解气体的种类

16、及含量，以及它们随时间的变化是判断绝缘缺陷类型及强度的度量标志，因为这些气体的组分反映了缺陷的特征，基本上与油的类型无关。因此，抓住这些特征与绝缘故障的关系对于判断绝缘状态是有价值的。,2.4 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。 通常当表面比较清洁时，其电压分布由绝缘本身电容和杂散电容决定。 当其表面因污染受潮时，则电压分布由表面电导决定。 如果绝缘中某一部分因损坏而使绝缘电阻急剧下降时，则其表面电压分布会有明显的改变。 因此，测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝缘的缺陷。,2.4 电压分布的测量,绝缘子的电压分布：电力系统中有大量绝缘子在运行。如线路绝缘子串

17、、支柱绝缘子、高压套管等等，它们都可视为由多个元件串联而成的，定期测量电压的分布状况，是发现绝缘子运行状况是否良好的有效手段，测量绝缘子电压分布已被列入绝缘预防性试验项目的内容。,2.4 电压分布的测量,C每片绝缘子的 本体电容（3050pF) CE各片对地电容(45pF) CL各片与高压导 线之间的电容(0.51pF) 由于CE和CL的影响，各片的电压分布不均匀。,2.4 电压分布的测量,CE的影响：靠近导线的绝缘子承受的电压最大 CL的影响：靠近地端的绝缘子承受的电压最大 由于CECL，因此整串绝缘子电压分布如图示。,2.4 电压分布的测量,电压分布的改善措施 （1）增大电容C，但受到绝缘子尺寸的限制。 （2）增大CL，补偿CE的影响，在导线处装设均压环（均压金具）。,2.4 电压分布的测量,电压分布测量功效 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，来判断绝缘子所处的性态，例如测得某片绝缘子的电压比标准值的一半还要低，即可认为该片为劣质绝缘子，常称低值或零值绝缘子。 如图316中曲线2的第3 片为低值绝缘子。,