3.高电压技术第三章讲稿.ppt

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1、第三章电气设备的绝缘试验电气设备的绝缘试验11)交接试验2)预防性实验绝缘缺陷整体性或分布性局部性或集中性试验方法1)非破坏性试验2)耐压试验具体判断某一设备的绝缘状况时，应注意1.各项试验结果综合判断2.同一设备三相试验结果比较3.历次试验结果互相比较试验的分类1 概述概述2电气设备绝缘试验分两大类电气设备绝缘试验分两大类（一）耐压试验（一）耐压试验破坏性试验破坏性试验 试试验验所所加加电电压压等等价价于于或或高高于于设设备备运运行行中中可可能能受受到到的的各各种种电电压压。最最有有效效和和最最可可信信；可可能能导导致致绝绝缘缘的的破坏。破坏。种类：工频耐压试验种类：工频耐压试验 直流耐压试

2、验直流耐压试验 冲击耐压试验冲击耐压试验（二）检查性试验（二）检查性试验预防性试验预防性试验 测测定定绝绝缘缘某某些些方方面面的的特特性性；一一般般在在较较低低电电压压下下进进行，通常不会导致绝缘的击穿破坏。行，通常不会导致绝缘的击穿破坏。3测试方法方法有许多种：方法有许多种：测绝缘电阻，吸收比测绝缘电阻，吸收比；测泄漏电流测泄漏电流；测测 tg，等效电容，等效电阻；等效电容，等效电阻；局部放电测试，电压分布测试局部放电测试，电压分布测试；油气色谱分析油气色谱分析。各方法反映绝缘缺陷的性质不同，对不同绝缘材料和各方法反映绝缘缺陷的性质不同，对不同绝缘材料和绝缘结构的有效性也不同。绝缘结构的有效

3、性也不同。两类试验间的关系：两类试验间的关系：相互补充，而不能相互代替相互补充，而不能相互代替.先作检查性试验，再确定耐压试验的时间和条件先作检查性试验，再确定耐压试验的时间和条件.4绝缘中的缺陷可分为两类:一类是局部性或集中性的缺陷另一类是整体性或分布性的缺陷:整体绝缘老化、变质、受潮、绝缘性能下降5一.绝缘电阻和吸收比测量(一).绝缘电阻的测量1.兆欧表的工作原理6兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线 R1R2ELS NG1 2线路端子L接地端子E保护端子G三个接线端子摇动发电机手柄，直流电压就加到两个并联的支路上。1)电阻R1和电压线圈12)被试电阻，电阻R2和电流线圈2直流发电机7两个线圈中

4、电流产生的力矩方向相反固定在同一转子上，并可带动指针旋转。到达平衡时，指针偏转的角度正比于I1/I2（因为并联支路内的电流分配是与电阻成反比的，所以偏转角的大小可以反映出被试电阻的大小)。由于没有弹簧游丝，当线圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。L G E兆欧表屏蔽极的使用 兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线 8 发电机发电后，IA使A受力矩，IV使V 受力矩,A()，()平衡时()/()()即：(/)又/(）,得：()/()手摇发电机电压为 基本原理基本原理91)由于存在吸收现象，通常规定以加压后1 min 时测得的数值作为该试品的绝缘电阻。且该绝缘电阻常比真正的绝缘电阻值要低一些；2)只

5、在有贯通性的绝缘缺陷存在的情况下，绝缘电阻才会有显著的变化。测量绝缘电阻应注意的两点兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线 10 可有效地发现：（1）两极间有穿透性的导电通道（2）受潮（3）表面污垢 不能发现的缺陷：(1)绝缘中的局部缺陷 (2)绝缘的老化 判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比 2.测试功效113.接线124.绝缘的吸收比通常测量的是15S及60S时的R15及R60，用来判断绝缘是否受潮。一般认为K1.3可判断绝缘受潮。K值也可以反映贯通性的绝缘缺陷。R CrC绝缘的吸收比绝缘良好时，和r都较大，则测得的绝缘电阻值较高，且需经过较长时间才达到稳定；如绝缘受潮或存在某些穿透性的导

6、电通道，则测得的绝缘电阻值较低，且很快达到稳定。13(1)先拆除被试品的电源和对外一切连线,将其接地、以充分放电(2)待手摇发电机稳定以后,再将两端子接在试品上60秒后再读数(3)对大容量试品,测好以后先断两端子接线,后停手摇发电机，以免反充电建成损坏(4)注意温度和湿度的较正5.注意事项141 温度：一般随温度上升，减小，；受潮有损极化加强，充电加快，曲线平坦 2.湿度 绝缘表面的泄漏电流增大，进入电流线圈，使绝缘电阻读数显著下降3 试验前将被试品接地放电一定时间（5 10min）影响测量结果的因素 15二.介质损耗角正切的测量1.作用能有效地测出绝缘受潮、老化等分布性缺陷。对集中性缺陷不灵

7、敏,体积越大也越不灵敏16集中缺陷不灵敏原因当介质由两部分并联组成时，其整体的介质损耗为这两部分之和；若第二部分的体积远小于第一部分，即V2 V1，则 C2 C1,C=C1；当 C2/C1 很小时，如第二部分绝缘出现缺陷，tg2 增大时，并不能使总的 tg 明显增大。17介质损耗角正切的测量介质损耗角正切的测量1243G一 西林电桥的基本原理臂1为被试品，图中用C及R并联等值电路表示，臂2为无损标准电容器，常用空气或其他压缩气体作为介质，其tg 很小可当为零。臂3、4为装在电桥本体内的操作调节部分，包括可调电阻R3及可调电容C4及与其并联的电阻R4。外加交流高压电源(电压一般可到10kV)接列

8、到电桥的对角线CD上。在另一对角线AB上则接上平衡指示仪表G。进行测量时，调节R3，C4使电桥平衡。CBDA18为检流计，2、3、4已知，Z1为试品参数 当G时，电桥平衡 G、间开路AB 即 IA（Z1 Z3）IB（Z2 Z4）又 IAZ1 IBZ2 原理Z1 Z4 Z2 Z319介质损耗角正切的测量请证明之请证明之203.使用方法 调节R3、C4，使电桥平衡，即检流计中的电流为零tg=C4(F)21QSI电桥使用C CN N=50PF,=50PF,升压变升压变PT 10KV/0.1KVPT 10KV/0.1KV表盘如下图所示CXECN检流计调零旋钮检流计调零旋钮频率调零旋钮频率调零旋钮R3的

9、分流旋钮的分流旋钮1010.1C4R3x1000 x100 x10 x1X0.1灵敏度旋钮，保护灵敏度旋钮，保护检流计检流计1100tg频带，调到中间一根线频带，调到中间一根线22接好线将试验电压升到10KV将tg置于调节光带频率使光带扩展为2/3范围（灵敏度45）调节R3进行幅值平衡，调节C4进行相角平衡（从大到小，从右到左），使光带变窄，将灵敏度升高到10，使光带宽带：12mm，电桥平衡先将灵敏度降到0，保护检流计，再降电压，然后记录R3、C4西林电桥操作步骤西林电桥操作步骤23正接线：C点接到电源的高压端，D点接地。反接线：D点接到电源的高压端，C点接地。四、四、西林电桥测量时的两种接线

10、西林电桥测量时的两种接线24正接线：C点接到电源的高压端，D点接地。四 西林电桥测量时的两种接线由于臂I、2的阻抗比3、4大得多，电压大部分将降落在上桥臂。在凋节部分R3和C4上的电压降通常只有几伏，对操作人员没有危险。为了防止试品或标准电容一旦发生击穿时在低压臂上出现高电压，在电桥的A，B点和接地的屏蔽间接有放电管；以保证人身和设备的女 全。这种接线法测量准确度较高，但要求被试品两端部对地绝缘。适用：体积小，重量轻25反接线：D点接到电源的高压端，C点接地。四 西林电桥测量时的两种接线这种接线适于在现场试验一端固定接地的设备。但此时操作部分R3及C4处在高电位，为保证操作的安全应采取一定的措

11、施。一个办法是把电桥本体和操作者一起放在绝缘台上或放在一个叫法拉第笼的金属笼里对地绝缘起来，使操作者与R3、C4处于等电位。另一个办法是人手通过绝缘杆去调节R3、C4。适用：体积大，重量大，外壳接地26防止外界电磁场对电桥的干扰 1)加设屏蔽(消除电容的影响)2)采用移相电源 3)倒相法 电桥本体被试品和标准电容器连到电桥的引线试品本身电场和磁场的影响干扰产生的原因干扰产生的原因27 高压引线与低压臂之间有电场的影响，可看作其间有杂散电容C。由于低压臂的电位很低，Cx和C0的电容量很小，如C0一般只有50100pF，杂散电容C 的引入，会产生测量误差。若附近另有高压源，其间的杂散电容C会引入干

12、扰电流iS，也会造成测量误差 需要屏蔽，消除杂散电容的影响杂散电容：杂散电容：28误差分析2930防止外界电磁场对电桥的干扰 1)1)加设屏蔽加设屏蔽加高屏蔽，用金属屏蔽罩或网将被试品干扰波隔开，并将屏蔽罩与电桥的屏蔽相连，以消除电容 的影响。然而在实际中很难实现。31防止外界电磁场对电桥的干扰 2)2)采用移相电源采用移相电源详细情况见书本55页介绍。32防止外界电磁场对电桥的干扰 3)3)采用倒相法采用倒相法详细情况见书本55页介绍。33(3)电桥本体接地良好(4)反接法时,三根引线处于高压,必须悬空(5)能分开测的试品尽量分开测(6)应保持试品表面干燥(7)试品设备有绕阻时,应首尾短接起

13、来4.注意事项注意事项(2)被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线(1)电桥本体必须加以屏蔽34局部放电时出现的现象电的现象非电的现象检测方法电的方法：定性、定量非电的方法：定性的，不够灵活局部放电测试设备的工作原理把微伏级的电压脉冲检测出来。三.局部放电的测量35三.局部放电的测量1、作用能测出绝缘内部是否存在气泡、空隙、杂质等缺陷2、原理的介绍、原理的介绍见书本第见书本第57页页36测量原理测量原理37测量原理测量原理38测量回路测量回路39让工频电压作用到试品上，阻止被测的高频脉冲或电源中的高频成分通过。Cx：试品电容CK：耦合电容Zm：测量阻抗A：放大器M：量测仪器Z

14、：低通滤波器并联测量回路（适用于试品一端接地的情况）CKCxAZmUZM测量回路测量回路40让工频电压作用到试品上，阻止被测的高频脉冲或电源中的高频成分通过。Cx：试品电容CK：耦合电容Zm：测量阻抗A：放大器M：量测仪器Z：低通滤波器CKCxAZmUZM串联测量回路（试品的低压端必须与地绝缘）测量回路测量回路41让工频电压作用到试品上，阻止被测的高频脉冲或电源中的高频成分通过。Cx：试品电容CK：耦合电容Zm：测量阻抗A：放大器M：量测仪器Z：低通滤波器CKCxAZm1 Zm2UZM桥式测量回路（抗外部干扰的性能较好）测量回路测量回路424.注意事项注意事项(1)试品的绝缘表面应清洁干燥(2

15、)尽量避免外界的干扰源(3)测试设备的地线应连成一体,高压引线应 远离地线(4)试品相连的线要短,周围物体应良好接地43四.工频交流耐压试验1.作用：能确定电气设备绝缘的耐受水平442.接线及设备45单相接触式调压器46各种接触式调压器4748试验变压器49球隙测量器50保护电阻513.工频试验变压器(1).工频试验变压器与电力变压器的比较工频试验变压器电力变压器52 试验变压器与电力变压器的比较试验变压器与电力变压器的比较试验变压器试验变压器电力变压器电力变压器1电压等级更高、容量不大，仅单相电压等级高、容量大，分单相、三相2工作在电容性负荷下工作在电感性负荷下3允许发生短时短路不允许发生短

16、路4工作时间短工作时间长5漏磁通较大漏磁通较小6温度比较低、无散热要求温度比较高、有散热要求7绝缘裕度小绝缘裕度大53(2)串接式工频试验变压器串接式工频试验变压器原理请参考教科书第63页的内容54n级串接装置容量的利用系数55移圈调压器4.移圈式调压器56调压原理574.工频高压的测量方法(1)低压侧测量(2)高电侧测量58电容效应(见书本的第64-65页)59b.用球隙进行测量工频电压的幅值a.用静电电压表测量工频电压的有效值60c.用电容分压器配用低压仪表6162d.用电压互感器测量6310kv电压互感器64五.直流泄漏电流的测量1.泄漏电流测量的特点（1）能更有效地发现一些尚未完全贯通

17、的集中性缺陷（2）在试验升压过程中，可以随时监视微安表指示，了解绝缘情况65直流耐压试验和泄漏电流测量 兆欧表测量绝缘电阻方法的不足：电压较低，发观绝缘缺陷的能力受到限制。较高的直流电压来测绝缘电阻或泄漏电流，有效地发现一些尙未完全贯通的集中性缺陷。66直流泄漏电流的测量实验总结：实验总结：1.1.在同一直流电压作用下，良好绝缘的泄漏电流在同一直流电压作用下，良好绝缘的泄漏电流较小；且随电压的增加泄漏电流正比增加；较小；且随电压的增加泄漏电流正比增加；2.2.绝缘受潮时，泄漏电流增大；绝缘受潮时，泄漏电流增大；3.3.当绝缘有集中性缺陷时，电压升高到一定值后，当绝缘有集中性缺陷时，电压升高到一

18、定值后，泄漏电流激增；泄漏电流激增；4.4.绝缘的集中性缺陷越严重，出现泄漏电流激增绝缘的集中性缺陷越严重，出现泄漏电流激增的电压将越低。的电压将越低。5.5.当泄漏电流超过一定标准时，应尽可能找出原当泄漏电流超过一定标准时，应尽可能找出原因，并加以消除。因，并加以消除。67发电机绝缘的泄漏电流随直流电压变化的曲线发电机绝缘的泄漏电流随直流电压变化的曲线682.直流泄漏试验接线(1)被试品不接地(不适于现场实验)69(2)被试品一极接地(适于现场实验)702.直流高压的获得半波整流回路倍压整流回路串接直流发生器711.半波整流回路半波整流回路tU整流元件D导通时间整流元件D截止时间当试品发生击

19、穿或闪络的情况下，流过硅堆的电流将大大超过正常的负载电流。为使硅堆在短时的过载电流下不致损坏，在回路串联个保护电阻。72输出电压平均值输出电压脉动幅值脉动系数73两个半波整流电路的叠加。它的空载输出电压是电源电压峰值的2倍。当输出直流电压的一端接地时，电源变压器的两端都不能接地，A点对地绝缘要求为2UT，而B点为UT。C1C2D2D1AB2 倍压整流回路倍压整流回路74C1C2D2D1AB负半波期间电源经D1 向C1充电至UT，正半波期间电源与C1串联起来经D2向C2充电至2UT。这种电路中变压器一端接地，对其绝缘没有特别要求。2 倍压整流回路倍压整流回路753 串接直流发生器串接直流发生器U

20、d762.直流高压的获得见书本第见书本第70页内容页内容77783.试验方法被试品额定电压被试品额定电压35kV35kV及以下施加及以下施加1030kV1030kV直流电压直流电压被试品额定电压被试品额定电压110kV110kV及以上施加及以上施加40kV40kV直流电压直流电压试验时按每级试验时按每级0.50.5倍试验电压分阶段升高倍试验电压分阶段升高每阶段停留每阶段停留1min1min，读微安表读数即为泄漏电流读微安表读数即为泄漏电流绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线后进行分析系曲线后进行分析794.微安表的保护R R：为增压电阻

21、；：为增压电阻；C C：滤波电容，有两个作用；：滤波电容，有两个作用；F F：放电管：放电管 L L：防止冲击电流对微安表的破坏。：防止冲击电流对微安表的破坏。S S：切换开关，只有在稳定时，投放微安表用。：切换开关，只有在稳定时，投放微安表用。微安表是精密仪表，使用中应十分爱护，一般微微安表是精密仪表，使用中应十分爱护，一般微安表都有专门的保护装置，如下图所示。安表都有专门的保护装置，如下图所示。80六.直流耐压试验内容内容直流泄漏直流泄漏电流实验电流实验直流直流耐压实验耐压实验实验方法实验方法相同相同相同相同作用作用检查绝缘情况，检查绝缘情况，实验电压低实验电压低试验绝缘强度，试验绝缘强度

22、，实验电压高实验电压高81六.直流耐压试验1)直流下没有电容电流，要求电源容量很小，加上可以用串级的方法产生高压直流，所以试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求；2)在直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流，并根据其随电压变化的特性，判断绝缘状况，发现缺陷。3)直流耐压实验比交流耐压实验更能发现电机端部的绝缘缺陷；4)直流耐压试验对绝缘的损伤程度比交流耐压小。5)由于直流电压作用下在绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同，直流耐压试验对交流设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际运行情况。6)直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重要的问题。823.直流高压的测量(1)用电

23、压电阻串联微安表或高值电压分压器。833.直流高压的测量(2)用高压静电电压表测量直流高压的平均值(3)用球-球间隙测量直流高压的峰值84六、冲击高压试验1.作用 用来检验高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能和保护性能85冲击电压试验一 冲击电压发生器的基本回路电容器C1由直流电源充电至Um,若球隙G在外部作用下击穿，此后电路中发生的充、放电过程如下：在球隙击穿瞬间C1经R1向C2充电，同时向R2放电；当C2上的电压达到峰值后，由C1和C2继续对R2 放电，又使C2上的电压进一步下降。一般选择R1 R2，就可以在C2上得到所要求的波前较短而波长较长的冲击电压波型。R1C1R2C

24、2利用系数利用系数862.冲击电压发生器的基本回路七、冲击高压试验873.回路元件与输出冲击电压波形的关系88波前及波长时间C1R1C289C1R2C2半峰值时间常数的计算半峰值时间常数的计算最后的修正公式。最后的修正公式。90冲击电压发生器的基本原理冲击电压发生器概念：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十kV至几MV发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人E.马克思（E.Marx）提出，为此他于1923年获得专利，被称为马克思回路91单

25、级冲击电压发生器回路回路回路1 1回路回路2 2由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过电压发生器的最高电压不超过200300kV。正极性冲击电压正极性冲击电压负极性冲击电压负极性冲击电压924.多级冲击电压发生器的基本电路935.测量方法（1）测量球隙（2）分压器峰值电压表（3）分压器示波器949596户外冲击电压发生器户外冲击电压发生器及分压器及分压器97户内冲击电压发生器户内冲击电压发生器及截波装置及截波装置98各种试验方法的特点总结序号试验方法能发现的缺陷1 1测量绝缘电阻及泄漏电流贯穿性的受潮、脏污和导电通道2

26、 2测量吸收比大面积受潮、贯穿性的集中缺陷3 3测量tg绝缘普遍受潮和劣化4 4测量局部放电有气体放电的局部缺陷5 5交流或直流耐压试验使抗电强度下降到一定程度的主绝缘局部缺陷6 6冲击波耐压试验(限于变压器)使抗电强度下降到一定程度的主绝缘或纵绝缘的局部缺陷表中序号5和6两项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验99 绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：离线监测的缺点是：需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止运行；停止运行；只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘

27、有只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能在诊断期间发生故障；可能在诊断期间发生故障；停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tgtg检测，采用电桥法时，由于标准电容器的额定电检测，采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一般只加到压的限制，一般只加到10kV10kV，这对于这对于220kV220kV500kV500kV的的电力设备而言，电压是很低的。电力设备而言，电压是很低的。离线监测的缺点1001）tg的在线监测2）局部放电（PD）的在线监测绝缘的

28、在线监测1011.1.监测系统应具有较强的抗干扰能力。监测系统应具有较强的抗干扰能力。2.监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。3.监测系统不应影响一次设备的正常运行。监测系统不应影响一次设备的正常运行。4.监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。对对在线监测系统的基本要求在线监测系统的基本要求102在线监测的基本框架在线监测的基本框架103104105局部放电（PD）的在线监测4局部放电在线检测的研究涉及基础研究和工程研究两部分。4基础研究包括局部放电的机理研究、局部放电的物理和化学性质的研究、模式分类和识别、放电脉冲的波过程分析等方面。4工程研究围绕着实现一套完整而有效的变压器局部放电在线检测系统的各个层次的工程技术性问题，包括局部放电的检测、干扰的分析和抑制、放电量的标定以及故障的分析和诊断等方面。106