电气设备绝缘故障诊断技术.ppt

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1、电气设备绝缘故障诊断技术,高电压与绝缘技术研究生课程,第1章 绪论,绝缘诊断技术的含义 绝缘诊断技术的意义 绝缘诊断技术的发展概况 参考书,1.1 绝缘诊断技术的含义,电气设备绝缘诊断 在设备运行中和停机时，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,1.2 绝缘诊断技术意义,绝缘事故比例高 大型电气设备的重要性 定期预防性维修体

2、制的不足 状态监测的科学性,1.3 绝缘诊断的发展现状,故障诊断技术最早出现在军工和机械行业。 技术背景：传感、计算机和通讯技术的发展。 电力行业对提高供电可靠性以及行业科学化管理的要求。 技术发展迅猛，但依旧困难重重。,1.4 参考书,朱德恒，谈克雄主编，电绝缘诊断，中国电力出版社。1999 雷铭主编，电力设备诊断手册，中国电力出版社，2001,第2章 绝缘材料及老化,绝缘材料 电机、油浸绝缘、交联聚乙烯电缆、气体绝缘设备 绝缘材料的老化 电老化、热老化、机械老化、环境老化,2.1 绝缘材料,本课程涉及电机（发电机、电动机）、变压器、电容器等电气设备以及充油电缆、充气管道中输电线和交联聚乙烯

3、电缆等。 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。,一、电机,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。,二、油浸绝缘,用于变压器、充油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。,三、交联聚乙烯电缆,绝缘层用塑料挤出的完整绝缘体。 主绝缘：交联聚乙烯；外护层：PVC护套。 无油、使用方便、介损小。 结构：主绝缘层、半导体层、屏

4、蔽层及护套。,四、气体绝缘设备,SF6气体绝缘。 金属微粒危害重大。,气压（Torr）,交流耐受电压（kV）,无金属微粒,有金属微粒,2.2 绝缘材料的老化,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。,一、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。 电器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 很少的水分及纤维杂质的混入，将是击穿电压下降。,1、电压寿命特性,关系1： 关系2：

5、 k为常数，n 为寿命指数，U0为局部放电起始放电电压。,lgt,lgU,lgt,lgU,lgU0,2、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。,（1）电树枝 气隙表面材料受局部放电的腐蚀,2、局部放电老化,树枝状放电的发展,2、局部放电老化,2、局部放电老化,树枝状放电的发展,2、局部放电老化,（2）水树枝,2、局部放电老化,（2）水树枝,2、局部放电老化,（3）油浸绝缘的老化 采用油纸

6、绝缘结构的电气设备，在制造过程中可能混入气泡； 在运行中因湿度的影响、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,2、局部放电老化,二、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： 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。,油浸纸材料 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、C

7、O2 等）、有机酸和X-腊等。,二、热老化,第3章 常用的绝缘诊断方法,旋转电机 变压器 电缆,3.1 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。,3.1 旋转电机,1、绝缘电阻试验 目的：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。,2、泄漏电流试验 目的：绝缘内部老化判断

8、。 测量参数：泄漏电流。 判断方法： 1）泄漏电流不随时间增长而增大； 2）相间泄漏电流比较及差值与历史数据比较； 3）电流增加率； 4) 电流增加倾向倍数 m2=tg2/tg0,3.1 旋转电机,3.1 旋转电机,结果分析： 1)整相绕组(或分支)Pi2在额定电压Un以内明显出现者(电流增加倾向倍数m21.6)，属于有老化特征。绝缘良好者，Pi2不出现或在Un以上不明显出现 2)单根线棒实测或由Pi2预测的平均击穿电压，不小于(2.53)Un 3)整相绕组电流增加率不大于下列值： 6kV：8.5；10kV：12,3.1 旋转电机,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

9、绕组(或分支)及单根线棒的tg增量(tg)。,3.1 旋转电机,结果分析 1）6kV及10kV电压等级， tg值：6.5 %。 tg指额定电压下和起始游离电压下tg(%)之差值。起始游离电压分别取3kV和4kV 。 2) 电压为6kV和10kV的单根线棒在两个不同电压下的tg(%)值不大于下列值： 1.5Un和0.5Un ：11；相邻0.2Un电压间隔 ：2.5；0.8Un和0.2Un ：3.5。,3.1 旋转电机,4、局部放电量（整相绕组或分支） 定子电压等级： 6kV 10kV 最高试验电压： 6kV 10kV 试验电压： 4kV 6kV 局部放电量Qm：15000pC 15000pC 5

10、、整相绕组(或分支)交、直流耐压试验 考验绝缘整体电气性能。,3.1节 旋转电机,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。,3.2 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。 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： 1）总烃含量大于15010-6；2）H2含

11、量大于15010-6 3）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,3.2 变压器,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,3.2 变压器,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、

12、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,3.2 变压器,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） 1）油中气体总烃超标或CO、CO2过高时注意。 2)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。 3）跟踪检测时，注意增长率。 4）测试值大于4mg/L时，认为绝缘老化已比较严重。,3.3 电缆,一、充油电缆 1、充油电缆的监测 普遍认为：（

13、1）不存在长期老化引起的故障； （2）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。,3.3 电缆,2、充油电缆绝缘老化参数和诊断标准,3.3 电缆,二、XLPE电缆的绝缘诊断 水树枝是引起绝缘事故的重要因素。,3.3 电缆,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。,3.3 电缆,3、介损测量法 主要是关注tan的增量。 4、电位衰减法,U,t,