高电压技术-电气设备绝缘试验

1、电气设备绝缘试验,绝缘诊断与绝缘试验主要内容,1 绝缘测试和诊断的基本概念 2 绝缘电阻和泄漏电流的测量 3 介质损耗角正切的测量 4 局部放电的测量 5 耐压试验与预防性试验方法的特点总结 6 绝缘的在线监测,1、绝缘测试和诊断的基本概念,绝缘的测试和诊断技术概念：电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。通过对绝缘的试验和各种特性的测量，了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的监测和诊断技术,绝缘的测试和诊断技术分类： 1）按照对设备造成的影响程度分类（两类） 非破坏性试验，亦称绝缘特性试验：在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的不同特性，采用综合分析的方法来判断绝缘内部的缺陷 包含的种类：绝缘电阻和泄漏电流的试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等 破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点是可能在试验时给绝缘造成一定的损伤，同时不能反映

2、绝缘缺陷的性质 包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验,2）按照设备是否带电的方式分类（两类） 离线：在离线的测试和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预防性试验规程（DL/T 596）规定 特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确 在线：在线监测则是在被试设备处于带电工作运行的条件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的 特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性,绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和检测，通称为绝缘预防性试验。,绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节： 传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各种特性参数； 数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理)，去除干扰，提取反映被试

3、对象运行状态最敏感、有效的特征参数； 绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，并能为下一步的维修决策提供技术根据。,绝缘诊断规则： 规则分类：逻辑诊断，模糊诊断，统计诊断 逻辑诊断：逻辑诊断中将特征只归结为“有”和“无”两种(或特征参数大于某给定的阈值则为“有”该特征，否则为“无”)，诊断对象的状态同样只归结为“有”和“无”，或“好”和“坏”两种，即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。 逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简化，诊断准确度较低,模糊诊断：考虑到被试对象的特征及状态评价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能简单地用“有”、“无”和“好”、“坏”来评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来描述，如某特征“很强”、“强”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“严重”、“较严重”、“一般”、“轻微”、“无”等，然后按特征或状态参数的取值量确定归入某一类别。如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。,统计诊断：考虑

4、到被试对象特征参数分布的不确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律分布。利用这些规律进行绝缘诊断,(a) 绝缘完好和损坏时 (b)两者重叠图 概率密度曲线不重叠 某特征参数的概率密度,2 绝缘电阻和泄漏电流的测量,1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理 2）测量绝缘电阻与吸收比的方法 3）泄漏电流的测量 4）测量绝缘电阻和泄漏电流的功效 5）测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项,1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理,双层介质模型的电流时间特性 i（t）=U/( R1+R2)+U(R1 C1R1 C2)2/ (C1+C2)2( R1+R2) R1R2 exp(-t/) R1R2(C1+C2)/ ( R1+R2),双层介质等值电路图,吸收和泄漏电流及 绝缘电阻的变化曲线,i（t）=Kexp(-t/) R1R2(C1+C2)/ ( R1+R2) 在工程应用上的表达方便，把介质处在吸收过程时的U/i也称呼为绝缘电阻R,双层介质等值电路图,吸收和泄漏电流及 绝缘电阻的变化曲线,定义吸收比K：为加压60秒时的绝缘电阻R 60与15秒时电阻R 15之比值 K = R

5、60/ R15 定义极化指数P：为加压10分钟时的绝缘电阻R10与1分钟时电阻R1之比值 P= R10/ R1 我国电力行业标准DL/T5961996即电力设备预防性试验规程等规定： 电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5 大发电机当采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不 小于2.0。 发电机容量在200MW及以上者推荐测量,绝缘状态的判定 若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下降。当K1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,2） 测量绝缘电阻与吸收比的方法,测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量 摇表：为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表。现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表 晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍

6、压整流后输出直流电压 兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等 兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表。例：额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表；1kV以上者使用2500V兆欧表,兆欧表的原理结构图,屏蔽端子G：主要用于屏蔽表面泄漏电流,例：用兆欧表测量电缆绝缘电阻,用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图 1铅铠外皮 2绝缘 3导芯 4-屏蔽环,微安表直读法（高电位和低电位两种接法）,测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线 T1 调压器；T2 高压试验变压器；D 高压硅堆 R 保护电阻；C 滤波电容；T 被试变压器,3）泄漏电流的测量,4）测量绝缘电阻和泄漏电流的功效,测量绝缘电阻和泄漏电流能有效地发现的缺陷： 1、两极间穿透性的导电通道 2、绝缘受潮 3、表面污垢 测量绝缘电阻和泄漏电流不易发现的缺陷： 1、绝缘的局部缺陷（局部损伤或裂缝、含有气泡、 绝缘分层、脱开等） 2、绝缘的老化（此时的绝缘电阻还相当高）,5）测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项,A、测量结果不应作为最后定论，应与下列数据比较： （1）、历史资料 （2）、同类设备数据 （3）、同一设备不同

7、部位（不同相）的数据 当K2时，有缺陷存在 (4)、其它实验结果 B、要考虑测量时温度的影响，只有同一温度下的结果才能比较 C、测量电压要稳定，直流脉动不应大于3% D、测量仪表的保护与屏蔽 E、测量前应充分放电，避免残余电荷造成误差 F、被试品的接地问题,3 介质损耗角正切的测量,1）西林电桥的基本原理 2）反接法的西林电桥 3）存在外界电磁场干扰时的测量 4）测量介损的功效 5）测量介损的注意事项,测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的 电压不高 在电工界：测量tg的仪器和方法有多种，西 林电桥测法和电流比较式电桥测法 在线监测：采用微计算机对tg的测量,测量介损的方法,1）西林电桥的基本原理,高压臂：一个是代表试品的Z1；另一个是无损耗的标准电容C0，它以阻抗Z2作为代表。 低压臂：一个处在桥箱体内，一个是可调无感电阻R3；另一个是无感电阻R4和可调电容C4的并联回路。前者以Z3来代表，后者以Z4来代表 保护：放电管P 电桥平衡：检流计G检零 屏蔽：消除杂散电容的影响,西林电桥的基本回路,电桥的平衡条件：Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4

8、C0/R3 并联等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4C0/R3 (1+tg2) Cx：因为tg2极小，故两种等值电路的 Cx相等,屏蔽： 杂散电容：高压引线与低压臂之间会有电场的影响，可以看作其间有杂散电容 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。所以杂散电容Cs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Cs1会引入干扰电流iS，也会造成测量误差 所以需要屏蔽，消除杂散电容的影响,西林电桥的基本回路,在实验室内：通常测试材料及小设备，被试品是对地绝缘的 现场试验中：有许多一端接地的试品，如敷设在地下的电缆及摆在地面的重大电气设备，要改成对地绝缘是不可能的，只能改变电桥回路的接地点。这样就产生了一种反接法的西林电桥,反接法西林电桥的接线,2）反接法的西林电桥,3）存在外界电磁场干扰时的测量,现场的试品：难以实现屏蔽，故干扰较严重 两次测量法：消除或减小外界电场影响的测试方法，是采用两次测量。第一次先调电桥到平衡，测得tg1和Cx，然后倒换试验变压器原边电源线的两头，即把试验电压U的相位转一个180，然后再测得第二次的数值tg2和Cx

9、，可用下式计算得准确的tg和Cx值。 tg=（Cxtg1+Cxtg2） /(Cx+Cx) Cx = (Cx+Cx)/2,西林电桥的基本回路,磁场干扰时介损的测量 检流计正反接抗磁场干扰的原理：先设想当无磁干扰时，调电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为R3和C4。如存在磁干扰时，调节电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为（R3+R3）和（C4+C4），此时电桥两臂实际上是有电位差的，由于它克服了磁干扰电势，才使检流计指零。假若把检流计和电桥两臂相接的两端倒换一下，由于其他条件不变，此时如又调电桥到平衡，两个测量臂的数值将分别为 (R3R3)和(C4C4) 当检流计正接时测得：tg1=(C4+C4)R4 CX1=C0R4/（R3+R3） 当检流计反接时测得：tg2 = (C4C4)R4 CX2= C0R4/（R3R3) 因无磁场干扰时： tg= C4R4 CX = C0R4/R3， 故可得：tg= (tg1+tg2)/2 CX = 2X1CX2/（CX1+CX2 ）,4）测量介损的功效,测量介损能有效地发现的缺陷： （1）绝缘受潮 （2）穿透性导电通道 （3）绝缘内含气泡的游离、绝缘分层、脱壳等 （4）老化劣化，绕组上附积油泥 （5）绝缘油脏污、劣化等 测量介损不易发现的局部性缺陷： （1）非穿透性局部损坏（测介损时没有发生局部放电） （2）很小部分绝缘的老化劣化 （3）个别的绝缘弱点,例1：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成 则： 当C2/Cx越小，C2中缺陷（ tg 增大）在测整体的 时越难发现 解决办法是将整体绝缘分解后分部测量 （如分别对变压器线圈和套管的 tg 进行测量）,5）测量介损时的注意事项,（1）尽可能地分部测试 （2）与温度的关系： 不同温度下的测量结果不能换算 为进行比较，要求在相同温度条件下测试。 （3）与电压的关系： 试验电压过低，不易发现缺陷，因接近工作电压。 （4）表面泄漏要排除：加屏蔽环 （5）抗干扰措施：屏蔽和接地要好 （6）测量绕组绝缘时，应将绕组首尾短接，避免电感和 励磁铁损造成误差,4 局部放电的测量,1）局部放电

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