高電壓技術(shù)第6章電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)

1、高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ) 華南理工大學(xué)電力學(xué)院,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),第6章 電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),6.1 絕緣電阻的測試 6.2 泄漏電流的測量 6.3 介質(zhì)損耗角正切值的測量 6.4 局部放電的測試 6.5 電壓分布的測量 6.6 絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析 6.7 絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測,高電壓工程基礎(chǔ),高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),預(yù)防性試驗(yàn)方法的分類： a. 破壞性試驗(yàn)，或叫耐壓試驗(yàn)，考驗(yàn)嚴(yán)格，揭露集中性缺陷。 b. 非破壞性試驗(yàn)（在較低的電壓下或用其它不會損傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣的內(nèi)部

2、缺陷） 破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)各有其特點(diǎn)，所反映的絕緣缺陷的性質(zhì)是不同的，且對不同的絕緣結(jié)構(gòu)和材料的有效性也不一樣。,電氣設(shè)備絕緣缺陷的分類： 集中性缺陷（例如懸式絕緣子的瓷質(zhì)開裂；發(fā)電機(jī)絕緣局部磨損、擠壓破裂；電纜絕緣逐漸損壞等） b. 分布式缺陷（電氣設(shè)備整體絕緣性能下降，如電機(jī)、變壓器、套管中有機(jī)絕緣材料的受潮、老化、變質(zhì)）,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.1 絕緣電阻的測試,雙層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象,陰影部分的面積為絕緣在充電過程中逐漸“吸收”的電荷。 這種逐漸“吸收”電荷的現(xiàn)象叫做“吸收現(xiàn)象”，對應(yīng)的電流稱為吸收電流。它是由于介質(zhì)中偶極子逐漸轉(zhuǎn)向，并沿電場

3、方向排列而產(chǎn)生的。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),當(dāng)絕緣受潮或有缺陷時(shí)，電流的吸收現(xiàn)象不明顯，總電流隨時(shí)間下降較緩慢，而試品的絕緣電阻與電流成反比。因此，根據(jù)的變化，就可以初步判斷絕緣的狀況。,顯然，對于不均勻試品的絕緣，如果絕緣狀況良好，則吸收現(xiàn)象明顯，值遠(yuǎn)大于1；如果絕緣嚴(yán)重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰減，Ka值接近于1。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),絕緣電阻和吸收比的測量,1. 兆歐表的原理和接線圖,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),2. 試驗(yàn)方法和影響測量結(jié)果的因素,（1）為了避免被試品上可能存留

4、殘余電荷而造成誤差，試驗(yàn)前應(yīng)將試品接地放電一段時(shí)間； （2）試驗(yàn)時(shí)，將被試品接于L、E之間，如果被試品表面的泄漏電流較大，為避免表面泄漏電流的影響，必須加以屏蔽，屏蔽線應(yīng)接在兆歐表屏蔽端G上； （3）驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，并保持恒定； （4）測量吸收比時(shí)，先驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)額定轉(zhuǎn)速，待指針指到時(shí)，用絕緣工具將火線迅速接至試品上，同時(shí)記錄時(shí)間，分別讀取15s和60s的絕緣電阻值； （5）測試時(shí)必須記錄溫度。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),2. 試驗(yàn)方法和影響測量結(jié)果的因素,值得注意的是： 不論是絕緣電阻的絕對值還是吸收比的值都只是參考性，如不滿足最低合格值，則絕緣中肯

5、定存在某種缺陷；但是，如果已滿足最低合格要求，也還不能肯定絕緣是良好的。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，某些絕緣即使存在缺陷，但只要布置貫通性的，則兆歐表測量出來的數(shù)值反映不出來，因電壓低。 所以，根據(jù)測量的電阻絕緣值和吸收比值的時(shí)候，不僅需要跟合格數(shù)據(jù)對比，還需要跟以往數(shù)據(jù)對比，與同類設(shè)備的數(shù)據(jù)比較，以及與本絕緣設(shè)備的其他測試數(shù)據(jù)對比,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.2 泄漏電流的測量,某設(shè)備絕緣的泄漏電流曲線曲線1：絕緣良好；曲線2：絕緣受潮； 曲線3：絕緣中有未貫通的集中性缺陷； 曲線4：絕緣有擊穿的危險(xiǎn),.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),絕緣材

6、料受潮后，與吸收電流相比，泄漏電流會增加。當(dāng)介質(zhì)上所加電壓去掉后，介質(zhì)放電會出現(xiàn)吸收過程類似的過程，但沒有泄漏電流現(xiàn)象。由此可根據(jù)下面的極化指數(shù)和泄漏指數(shù)來判斷受潮程度。,對于旋轉(zhuǎn)電機(jī)，如果極化指數(shù)小于1.5，泄漏指數(shù)大于30，就可以判定為受潮。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),測量泄漏電流應(yīng)注意的事項(xiàng)：,（1）電壓的穩(wěn)定性 直流電壓的脈動(dòng)系數(shù)不大于3%，電壓降落盡可能低。 （2）測量儀表的保護(hù) （3）雜散電流造成的誤差 要求直流高壓部分不發(fā)生電暈，或者高壓引線采用屏蔽線，被試品的低壓極和測量裝置用接地屏蔽籠屏蔽起來。 （4）被試品的接地 有些設(shè)備一端必須直接接地，

7、測量系統(tǒng)串接在高壓側(cè)回路中。應(yīng)將測量系統(tǒng)放在屏蔽籠中，盡可能將試品的高壓極和引線屏蔽起來，并與電源側(cè)的高壓引線連接于A處。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.3 介質(zhì)損耗角正切的測量,介質(zhì)損失角正切tg ： 交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無功分量的比值，是一個(gè)無量綱的數(shù)，反映的是電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小。 （1）在一定的電壓和頻率下，介質(zhì)損失角正切值（tg）與絕緣介質(zhì)的形狀、大小無關(guān)，只與介質(zhì)的固有特性有關(guān)。（2） 測量tg可以有效的發(fā)現(xiàn)絕緣受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)含氣泡的游離、絕緣分層和脫殼以及絕緣有臟污或劣化等缺陷。,.,高電壓技術(shù)第6章_

8、電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),1. 西林電橋的基本原理,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),2. 外界電磁場對電橋的干擾,（1）外界電場的干擾 包括試驗(yàn)時(shí)的高壓電源和試驗(yàn)現(xiàn)場其他高壓帶電體引起的干擾。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),（2）外界磁場的干擾 電橋工作時(shí)處在交變磁場中，橋路內(nèi)將感應(yīng)出一干擾電勢，也會造成測量結(jié)果的不準(zhǔn)確。,.,消除上述兩種干擾的措施：將電橋的低壓部分全部用接地的金屬屏蔽網(wǎng)屏蔽起來，引線也用屏蔽電纜。,受限于試驗(yàn)條件，電橋反接，要注意人身安全,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),3. 影響

9、測量結(jié)果的因素,（1）溫度的影響 一般情況，tg是隨溫度上升而增大的。現(xiàn)場試驗(yàn)時(shí)，設(shè)備溫度是變化的，為便于比較，應(yīng)將不同溫度下測得的tg值換算至20。 （2）試驗(yàn)電壓的影響 良好的絕緣，在其額定電壓范圍內(nèi)，tg值是幾乎不變。如果絕緣中存在氣泡、分層、脫殼等，當(dāng)所加試驗(yàn)電壓足以使絕緣中的氣泡或氣隙放電，或者電暈、局部放電發(fā)生時(shí)，tg的值將隨試驗(yàn)電壓的升高而迅速增大。 所以，測定tg時(shí)所加的電壓，最好接近于被試品的正常工作電壓。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),（3）測量tg與試品電容的關(guān)系 對電容量較小的設(shè)備，如套管、互感器等，測量tg值能有效地發(fā)現(xiàn)局部集中性和整體分

10、布性的缺陷。但對電容量較大的設(shè)備，如大中型變壓器、電力電纜、電容器、發(fā)電機(jī)等，測tg只能發(fā)現(xiàn)整體分布性缺陷。因此，通常對運(yùn)行中的電機(jī)、電纜等設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，不做tg測試。 對于可以分解為幾個(gè)絕緣部分的被試品，分解后來進(jìn)行tg的測試，可以更有效地發(fā)現(xiàn)缺陷。 （4）試品表面泄漏的影響 為消除表面泄漏，除應(yīng)將套管表面擦干凈外，尚可加屏蔽。但應(yīng)注意，屏蔽線不應(yīng)改變被試品內(nèi)的電場分布。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),4. 數(shù)字化測量方法,數(shù)字化測量tg，不僅可以很容易地調(diào)節(jié)電橋平衡，而且可以防止外界干擾。 原理：利用傳感器從試品上取得所需的電壓信號U和電流信號I，經(jīng)前

11、置A/D轉(zhuǎn)換電路數(shù)字化后，送至數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)或單片機(jī)，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后算出電流電壓之間的相位差，最后得到tg的測量值。,.,tg數(shù)字化測量原理,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.4 局部放電的測試,局部放電的檢測量： 視在放電量q、放電能量W,局部放電的危害： 局部放電將加速絕緣物的老化和破壞，發(fā)展到一定程度時(shí)，可能導(dǎo)致整個(gè)絕緣的擊穿。所以，測定電氣設(shè)備在不同電壓下局部放電強(qiáng)度與變化規(guī)律，能預(yù)示設(shè)備的絕緣狀態(tài)，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要依據(jù)。,衡量局部放電強(qiáng)度的參量： 放電的重復(fù)率（放電頻率），平均放電電流、平均放電功率、局部放電的起始電壓與熄滅電壓等。,.,高電壓技術(shù)

12、第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),局部放電的檢測回路,檢測信號： 電信號：電脈沖和介質(zhì)損耗，可以定量： 非電信號：光、熱、噪聲，只能定性。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),局部放電的檢測回路,檢測原理：耦合電容器為被試品和測量阻抗之間提供一個(gè)低阻抗的通道。被試品一發(fā)生局部放電，因被試品Cx、耦合電容Ck和檢測阻抗Zm構(gòu)成的回路內(nèi)有電流流過，就可由阻抗把與脈沖電流成比例的脈沖電壓檢測出來，檢測到的信號通過放大器送到測量儀器上。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),局部放電的測量阻抗和測量儀器,（1）測量阻抗Zm的選擇 a. 要消除或

13、減弱輸出電壓的工頻成分； b. 要使脈沖分量的持續(xù)時(shí)間足夠小，以保證快速連續(xù)脈沖的分辨率。 c. 阻抗值應(yīng)足夠高，由它承擔(dān)大部分脈沖電壓，并決定輸出電壓和電流的波形。,（2）常用測量阻抗的形式 常用的測量阻抗有電阻、電感、電阻與電感并聯(lián)以及電感與電容并聯(lián)四種形式。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),（3）測量儀器（顯示單元） 陰極示波器數(shù)字存儲示波器 為了防止干擾：裝設(shè)數(shù)字濾波器 為了提高信噪比：采用數(shù)字示波器或其他數(shù)字記錄儀 測量儀器所測得的局部放電脈沖值是與被試品的局部放電視在放電量q成比例的，要從指示值來算得q是困難的，只能通過試驗(yàn)來確定，即PD的測量儀器必須進(jìn)

14、行試驗(yàn)校正。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),用超聲波探測器測量局部放電,（1）特點(diǎn) 抗干擾能力相對較強(qiáng)，可以在運(yùn)行中和耐壓試驗(yàn)時(shí)檢測絕緣內(nèi)部的局部放電，適合預(yù)防性試驗(yàn)的要求。 （2）工作原理 當(dāng)電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，會產(chǎn)生一種超聲波，并向四面?zhèn)鞑ィ钡诫姎庠O(shè)備容器的表面。若在設(shè)備外壁放一壓電元件，在交變壓力波的作用下，具有壓電效應(yīng)的晶體便產(chǎn)生交變的彈性變形，晶體沿受力方向的兩端面上便會出現(xiàn)交變的束縛電荷。這一表面束縛電荷的變化便引起了端部金屬電極上電荷的變化，或在外回路中引起交變電流，從而將交變壓力波轉(zhuǎn)換成電氣量，由此可測量局部放電。,.,高電壓技術(shù)第6

15、章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),局部放電試驗(yàn)原理圖,.,高電壓工程基礎(chǔ),局部放電二維譜圖,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),.,高電壓工程基礎(chǔ),高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.5 電壓分布的測量,（1）絕緣表面的電壓分布 a. 當(dāng)表面比較清潔時(shí)：電壓分布由絕緣電容和雜散電容決定 b. 當(dāng)表面因污染而電阻下降時(shí)：電壓分布由表面電導(dǎo)決定,（2）測量電壓分布可以發(fā)現(xiàn)的絕緣狀況 電壓分布能反映絕緣子的一些特征，如污穢分布狀況、絕緣子絕緣狀況等。測量電壓分布可掌握絕緣子串的污穢分布和電壓分布情況。另一方面，通過測量電壓分布可判別零值絕緣子。因此，測量電壓分布是不停電檢查劣化絕

16、緣子以及絕緣子污穢的有效方法。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),短路叉測量電壓分布方法： 當(dāng)短路叉的一端2先和下而絕緣子的鐵帽接觸，而將另一端l靠近被測絕緣子的鐵帽時(shí)，在1和鐵帽間便會產(chǎn)生火花。被測絕緣子承受的電壓越高，則出現(xiàn)火花越早，而且火花的聲音亦越大。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),音響式測桿的原理接線： 圖中左側(cè)所示的高壓電容C及放電管等在工作時(shí)處于高電位，而右側(cè)所示的接收器及儀表等處于低電位，兩者用空心絕緣桿連接起來。,測量原理： 當(dāng)被測絕緣子兩端電壓降低時(shí)，放電管的放電頻率降低，發(fā)聲器中發(fā)出的聲音頻率也變低，于是，儀表讀數(shù)較

17、小，反之則較大。（音響式測桿的檢出電壓范圍約為120kV。）,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.6 絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析,絕緣油的閃點(diǎn)下降和酸值增加，常由于設(shè)備局部過熱導(dǎo)致油分解所致。絕緣油受潮、臟污（如纖維塵埃、碳化等）會使其擊穿電壓下降，同時(shí)油受潮或者變質(zhì)時(shí)，tg增加。 通過在標(biāo)準(zhǔn)油杯中作油的擊穿試驗(yàn)以及在專用的試驗(yàn)電極中測油的tg可以檢查油的電氣性能。由于溫度對油的tg值影響較大，溫度高時(shí)，不同質(zhì)量油的tg差別可能更大，故測量tg時(shí)需將電極放在恒溫箱中。,絕緣油的電氣試驗(yàn),.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),各種絕緣缺陷的特

18、征： a. 變壓器內(nèi)部存在金屬部分局部過熱：總烴含量較高，其中 甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）也較多； b. 固體絕緣（如紙、木材等）熱分解：CO、CO2含量高； c. 局部放電：乙炔（C2H2）和H2的含量較大。 氣相色譜試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)： 可以發(fā)現(xiàn)充油電氣設(shè)備中某些用tg等方法所不能發(fā)現(xiàn)的局部性缺陷（如局部過熱、局部放電），迅速簡便，不需要設(shè)備停電，適合于預(yù)防性試驗(yàn)的要求?？梢约皶r(shí)掌握變壓器、互感器等設(shè)備的運(yùn)行情況，有效地防止了事故的發(fā)生。,絕緣油的氣相色譜分析,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),氣相色譜分析試驗(yàn)方法： 取出運(yùn)行中電氣設(shè)備的油樣，將油樣經(jīng)噴嘴噴入真空罐

19、內(nèi)，使油中溶解的氣體迅速釋放出來。然后將脫出的氣體壓縮至常壓，用注射器抽取試樣后進(jìn)行分析。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),氣相色譜分析缺點(diǎn)： 油的氣體色譜分析方法對于判斷上述慢性局部潛在缺陷是有效的，但是對于某些突發(fā)性故障，例如匝間短路，在故障潛伏期是不易發(fā)現(xiàn)的。 近年來國內(nèi)外采用氣敏半導(dǎo)體元件來檢測油中的含氣成分，即簡易的色譜法,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),表 油浸式電力變壓器的試驗(yàn)項(xiàng)目、周期和要求,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),6.7 絕緣狀態(tài)的在線監(jiān)測,tg 的在線監(jiān)測,1. 電橋法,由互感器帶來的角差，可通過RC移相電路予以校正。 電橋法的優(yōu)點(diǎn)是，它的測量與電源波形及頻率不相關(guān)； 其缺點(diǎn)是，由于R3的接入，改變了被測設(shè)備原有的狀態(tài)。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),2. 全數(shù)字測量法（數(shù)字積分法）,原理：用AD轉(zhuǎn)換器分別對電壓和電流波形進(jìn)行數(shù)字采集，然后根據(jù)傅里葉分析法的原理進(jìn)行的數(shù)字運(yùn)算，最終可以求得tg的值僅適用于電容性設(shè)備。,.,高電壓技術(shù)第6章_電氣設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn),高電壓工程基礎(chǔ),局部放電的在線監(jiān)測,