絕緣診斷與絕緣試驗(yàn).ppt

高電壓技術(shù),屠幼萍 +80798656,第8講 絕緣診斷與絕緣試驗(yàn),絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念 絕緣電阻和泄漏電流的測量 介質(zhì)損耗角正切的測量 局部放電的測量 耐壓試驗(yàn)與預(yù)防性試驗(yàn)方法的特點(diǎn)總結(jié) 絕緣的在線監(jiān)測,一、絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念,絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)概念：電力設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到電、熱、機(jī)械、不良環(huán)境等各種因素的作用，其性能將逐漸劣化，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障，引起供電中斷。通過對絕緣的試驗(yàn)和各種特性的測量，了解并評估絕緣在運(yùn)行過程中的狀態(tài)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)稱為絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù),絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)分類： 1. 按照對設(shè)備造成的影響程度分類（兩類） 非破壞性試驗(yàn)，亦稱絕緣特性試驗(yàn)：在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷 包含的種類：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等 破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷 包含的種類：交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操作沖擊耐壓試驗(yàn),2. 按照設(shè)備是否帶電的方式分類（兩類） 離線：在離線的監(jiān)測和診斷時(shí)，要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行，試驗(yàn)周期由電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程（DL/T 596）規(guī)定 特點(diǎn)：可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式，兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其對于周期性的離線試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確 在線：在線監(jiān)測則是在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行的條件下，對設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測，通常是自動(dòng)進(jìn)行的 特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性,絕緣預(yù)防性試驗(yàn)概念：為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對絕緣進(jìn)行各種試驗(yàn)和監(jiān)測，通稱為絕緣預(yù)防性試驗(yàn)。,絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)的三個(gè)基本環(huán)節(jié)： 傳感器與測量方法：正確選用各種傳感器及測量手段，檢測或監(jiān)測被試對象的種種特性，采集各種特性參數(shù)； 數(shù)據(jù)處理：對原始的雜亂信息加以分析處理(數(shù)據(jù)處理)，去除干擾，提取反映被試對象運(yùn)行狀態(tài)最敏感、有效的特征參數(shù)； 絕緣診斷：根據(jù)提取的特征參數(shù)和對絕緣老化過程的知識以及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，參照有關(guān)規(guī)程對絕緣運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行識別、判斷，即完成診斷過程。并對絕緣的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，從而對故障提供預(yù)警，并能為下一步的維修決策提供技術(shù)根據(jù)。,絕緣診斷規(guī)則： 規(guī)則分類：邏輯診斷，模糊診斷，統(tǒng)計(jì)診斷 邏輯診斷：邏輯診斷中將特征只歸結(jié)為“有”和“無”兩種(或特征參數(shù)大于某給定的閾值則為“有”該特征，否則為“無”)，診斷對象的狀態(tài)同樣只歸結(jié)為“有”和“無”，或“好”和“壞”兩種，即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量來描述。 邏輯診斷簡單明了，應(yīng)用較廣，但把問題過于簡化，診斷準(zhǔn)確度較低,模糊診斷：考慮到被試對象的特征及狀態(tài)評價(jià)的主觀不確定性，即模糊性，許多情況不能簡單地用“有”、“無”和“好”、“壞”來評定。模糊診斷中被試對象的特征和狀態(tài)不用二值邏輯量描述，而用多值邏輯的特征函數(shù)來描述，如某特征“很強(qiáng)”、“強(qiáng)”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“嚴(yán)重”、“較嚴(yán)重”、“一般”、“輕微”、“無”等，然后按特征或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類別。如采用連續(xù)變化的特征函數(shù)，判斷可更加準(zhǔn)確。,統(tǒng)計(jì)診斷：考慮到被試對象特征參數(shù)分布的不確定性，即統(tǒng)計(jì)性。對于處于同樣狀態(tài)的同類設(shè)備，其特征參數(shù)并不相同，而按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布。利用這些規(guī)律進(jìn)行絕緣診斷,(a) 絕緣完好和損壞時(shí) (b)兩者重疊圖 概率密度曲線不重疊 某特征參數(shù)的概率密度,二、絕緣電阻和泄漏電流的測量,測量絕緣電阻與吸收比的工作原理 測量絕緣電阻與吸收比的方法 泄漏電流的測量,1.測量絕緣電阻與吸收比的工作原理,雙層介質(zhì)模型的電流時(shí)間特性,雙層介質(zhì)等值電路圖,吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線,在工程應(yīng)用上的表達(dá)方便，把介質(zhì)處在吸收過程時(shí)的U/i也稱呼為絕緣電阻R,雙層介質(zhì)等值電路圖,吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線,定義吸收比K： 加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)電阻之比值 定義極化指數(shù)P： 為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值 電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程等規(guī)定： 電力變壓器及大型發(fā)電機(jī)凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應(yīng)不小于1.3，P值應(yīng)不小于1.5；大型發(fā)電機(jī)采用環(huán)氧粉云母者：K值應(yīng)不小于1.6，P應(yīng)不小于2.0；發(fā)電機(jī)容量在200MW及以上，推薦測量,絕緣狀態(tài)的判定 若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1 、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。,不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線,2.測量絕緣電阻與吸收比的方法,測量儀表：一般用兆歐表進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測量 搖表：為了測準(zhǔn)吸收比，需用靈敏度足夠高的兆歐表?，F(xiàn)場仍較多采用帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱搖表 晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓 兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等 兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表,兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖,例：用兆歐表測量電纜絕緣電阻,用兆歐表測電纜絕緣電阻的接線圖 1鉛鎧外皮 2絕緣 3導(dǎo)芯,微安表直讀法（兩種接法）,測量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線 T1調(diào)壓器； T2高壓試驗(yàn)變壓器； D高壓硅堆 R保護(hù)電阻； C濾波電容； T被試變壓器,3.泄漏電流的測量,光電法,光電法測泄漏電流的測量裝置的原理方塊圖,三、介質(zhì)損耗角正切的測量,西林電橋的基本原理 存在外界電磁場干擾時(shí)的測量 電流比較式電橋,測試無線電材料：常采用高頻施壓法，所加的 電壓不高 在電工界：測量tg的儀器和方法有多種，西 林電橋測法和電流比較式電橋測法 在線監(jiān)測：采用微計(jì)算機(jī)對tg的測量,1.西林電橋的基本原理,西林電橋： 高壓臂：代表試品的Z1；無損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容C0，它以阻抗Z2作為代表。 低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3，以Z3來代表；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來代表 保護(hù)：放電管 P 電橋平衡：檢流計(jì)G 檢零 屏蔽：消除雜散電容的影響,西林電橋的基本回路,電橋的平衡條件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串聯(lián)等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4C0/R3 并聯(lián)等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4C0/R3 (1+tg2) Cx：因?yàn)閠g2 極小，故兩種等值電路的Cx 相等,西林電橋的基本回路,屏蔽： 雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場的影響，可以看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會(huì)引入干擾電流iS，也會(huì)造成測量誤差 所以需要屏蔽，消除雜散電容的影響,西林電橋的基本回路,2.存在外界電磁場干擾時(shí)的測量,現(xiàn)場的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重 兩次測量法：第一次測得tg1和Cx，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：,西林電橋的基本回路,磁場干擾時(shí)介損的測量 檢流計(jì)正反接抗磁場干擾的原理：設(shè)無磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測量臂的數(shù)值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測量臂的數(shù)值將分別為 (R3R3)和(C4 C4) 當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測得： 當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測得： 因無磁場干擾時(shí)： 故可得：,電橋的下臂主要是兩個(gè)繞在同一環(huán)形鐵心上的線圈1和2，其匝數(shù)分別為N1和N2，兩者繞向相同，流過經(jīng)試品絕緣及標(biāo)準(zhǔn)電容C0過來的電流I1及I2后，分別會(huì)產(chǎn)生磁勢。環(huán)形鐵心上還繞有一個(gè)匝數(shù)為N3的第3線圈，在該線圈上接有指零儀表G。 調(diào)節(jié)N1、N2及R，當(dāng)N1I1=N2I2時(shí)，儀表G指零。調(diào)節(jié)R是為了實(shí)現(xiàn)I1與I2達(dá)到同相位,電流比較式電橋原理接線,電流比較式電橋測量介損,線圈1及2在電橋平衡時(shí) Cx=C0N2/N1 tg=R(C0+C) 平衡時(shí)線圈上基本無壓降，低壓臂的雜散電容基本上不起作用。電橋工作時(shí)不須多次反復(fù)平衡，一次儀表指零即可讀數(shù)，使用起來比較方便。 三個(gè)繞組的互感器為防止雜散磁場的影響，是精心屏蔽的?？偟恼f來，它的靈敏度和準(zhǔn)確度均高于普通西林電橋,電流比較式電橋原理接線,介損值,四、局部放電的測量,測量局部放電的幾種方法 局部放電的脈沖電流測量法 脈沖電流法測PD的基本回路和檢測阻抗 脈沖電流法的測量儀器及其校正 實(shí)施PD測量的其它技術(shù)問題,局部放電的概念： 簡稱為PD-Partial Discharge，指由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象 局部放電的危害： 局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中，因?yàn)樵谶@個(gè)很小的空間內(nèi)電場強(qiáng)度很大。它的放電能量很小，所以它的存在并不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。但如一個(gè)電氣設(shè)備在運(yùn)行電壓下長期存在局部放電現(xiàn)象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以慢慢地?fù)p壞絕緣，日積月累，最后可導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿，發(fā)生電氣設(shè)備的突發(fā)性故障,局部放電的特點(diǎn)： 當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學(xué)變化 局部放電的檢測： 這些現(xiàn)象都可以用來判斷局部放電是否存在，因此檢測的方法也可以分為電的和非電的兩類,1.測量局部放電的幾種方法,絕緣油的氣相色譜分析法：這項(xiàng)試驗(yàn)是通過檢查電氣設(shè)備油樣內(nèi)所含的氣體組成的含量來判斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷 超聲波探測法：在電氣設(shè)備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測器，用以探測局部放電所造成的超聲波，從而了解有無局部放電的發(fā)生，粗測其強(qiáng)度和發(fā)生的部位 脈沖電流法：測PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強(qiáng)弱程度，這種方法可以給出定量的結(jié)果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標(biāo),2.局部放電的脈沖電流測量法,局部放電的三電容模型 以三個(gè)電容來表征介質(zhì)內(nèi)部存在缺陷時(shí)的局部放電的機(jī)理 Cg：氣泡的電容 Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容 Cm：其余大部分絕緣的電容,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,氣泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多 電極間加上交流電壓u，則Cg上的電壓為ug，,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,局部放電機(jī)理 ug隨外加電壓u升高，當(dāng)u上升到Us瞬時(shí)值，ug到達(dá)Cg的放電電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug 下降到Ur，然后放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也可以為小于Ug（均絕對值）的其它值,局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化,局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化,放電火花一熄滅，Cg上的電壓將再次上升，由于此時(shí)Cg及Cb已經(jīng)有了一個(gè)初始的直流電壓，所以此后的ug 值不能直接用上式來表達(dá)，ug 值與上式表達(dá)的值在絕對值上要小一個(gè)（UgUr）值。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當(dāng)它再次升到Ug時(shí)，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅,Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r（均絕對值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的形成的時(shí)刻，此時(shí)通過Cg有一脈沖電流，局部放電時(shí)氣泡中的電壓和電流的變化如圖所示,局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,當(dāng)Cg放電時(shí)，放電總電容Cg： Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr： 當(dāng)Cm Cb，Cg Cb，Ur = 0時(shí)， qr UgCg,在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無法實(shí)測得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Cm上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(dòng)(Ug-Ur)時(shí)，會(huì)造成外施電壓的變化量U應(yīng)為,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,由此兩式得總電容上的電壓變化量U： 相應(yīng)的電荷變化量q： 把U 式代入上式q ，可得,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,真實(shí)放電量： qr，是無法測量的 視在放電量： q，其表達(dá)式中的量都是可以測得的。它是局部放電試驗(yàn)中的重要參量，國際和國家標(biāo)準(zhǔn)中，對于各類高壓設(shè)備的視在放電量q的允許值均有所規(guī)定 q比真實(shí)放電量qr小得多，它以pC作為計(jì)量單位。其中C代表電荷量庫侖,介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型 (a)具有氣泡的介質(zhì)剖面 (b)等值電路,放電能量 表征局部放電的基本參數(shù)，除了視在放電量q外，還有一次脈沖放電能量W 當(dāng)外施電壓由零上升到Us時(shí)，Cg上的電壓為Ug，即 可得 如Ur0，則 ,放電重復(fù)率 放電重復(fù)率N：是表征PD的另一個(gè)基本參數(shù)。因?yàn)樵诩訅喊胫芷趦?nèi)能發(fā)生好幾個(gè)脈沖。所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過實(shí)驗(yàn)求得 如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n,局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化,局部放電的其它表示方法 為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。 有時(shí)還測量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓 影響局部放電特性的多種因素：主要有電壓的幅值 、電