第9講 絕緣的非破壞性試驗(一)

1、第四章第四章 絕緣性能試驗絕緣性能試驗 一、絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念 進行絕緣監(jiān)測和診斷的原因進行絕緣監(jiān)測和診斷的原因 電力設備絕緣在運行中受到電、熱、機械、電力設備絕緣在運行中受到電、熱、機械、 不良環(huán)境等各種因素的作用，其性能將逐漸劣化不良環(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，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障，引起供電中斷。通 過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估 絕緣在運行過程中的狀態(tài)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障絕緣在運行過程中的狀態(tài)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障 的技術稱為絕緣的監(jiān)測和診斷技術。的技術稱為絕緣的監(jiān)測和診斷

2、技術。 絕緣的監(jiān)測和診斷技術分類：絕緣的監(jiān)測和診斷技術分類： 1. 按對設備造成的影響程度分類（兩類）按對設備造成的影響程度分類（兩類） （1）非破壞性試驗，亦稱絕緣特性試驗：非破壞性試驗，亦稱絕緣特性試驗：在較低電壓下或用 其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣 內部的缺陷揭示絕緣缺陷的不同性質和發(fā)展程度。 包含的種類：絕緣電阻試驗、介質損耗角正切試驗、局部放 電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等 （2 2）破壞性試驗，即耐壓試驗）破壞性試驗，即耐壓試驗：以高于設備的正常運行電壓 來考核設備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗對絕緣的考驗 嚴格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；

3、缺點可能在試驗 時給絕緣造成一定的損傷 包含的種類：交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、雷電沖擊耐壓 試驗及操作沖擊耐壓試驗 按照設備是否帶電的方式分類（兩類）按照設備是否帶電的方式分類（兩類） （1 1）在監(jiān)測和診斷時，要求被試設備在監(jiān)測和診斷時，要求被試設備退出運行狀態(tài)退出運行狀態(tài) ，通常是周期性間斷地施行，試驗周期由，通常是周期性間斷地施行，試驗周期由電力設備預防性試驗電力設備預防性試驗 規(guī)程（規(guī)程（DL/T 596DL/T 596）規(guī)定）規(guī)定 特點：特點：可采用破壞性試驗和非破壞性試驗兩種方式，兩種方式是相輔 相成的。耐壓試驗往往是在非破壞性試驗之后才進行。缺點是對絕緣耐 壓水平的判斷比較間接

4、，尤其對于周期性的離線試驗更不易判斷準確。 （2 2）在在被試設備處于被試設備處于帶電運行狀態(tài)帶電運行狀態(tài)，對設備的絕緣，對設備的絕緣 狀況進行連續(xù)或定時的監(jiān)測，通常是自動進行的。狀況進行連續(xù)或定時的監(jiān)測，通常是自動進行的。 特點：特點：只能采用非破壞性試驗方式。只能采用非破壞性試驗方式。由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特 性的數(shù)值外，還可分析特性隨時間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷性的數(shù)值外，還可分析特性隨時間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷 的準確性的準確性 2. 絕緣預防性試驗概念：絕緣預防性試驗概念： 為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對絕緣為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對

5、絕緣 進行各種試驗和監(jiān)測，通稱為絕緣預進行各種試驗和監(jiān)測，通稱為絕緣預 防性試驗。防性試驗。 絕緣的監(jiān)測和診斷技術的三個基本環(huán)節(jié)絕緣的監(jiān)測和診斷技術的三個基本環(huán)節(jié) (1). (1). 傳感器與測量方法：傳感器與測量方法：正確選用各種傳感器及測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)；種特性參數(shù)； (2).(2).數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理：對原始的雜亂信息加以分析處理對原始的雜亂信息加以分析處理( (數(shù)數(shù) 據(jù)處理據(jù)處理) )，去除干擾，提取反映被試對象運行狀態(tài)最，去除干擾，提取反映被試對象運行狀態(tài)最 敏感、有效的特征參

6、數(shù)；敏感、有效的特征參數(shù)； (3).(3).絕緣診斷：絕緣診斷：根據(jù)提取的特征參數(shù)和對絕緣老化根據(jù)提取的特征參數(shù)和對絕緣老化 過程的知識以及運行經驗，參照有關規(guī)程對絕緣運過程的知識以及運行經驗，參照有關規(guī)程對絕緣運 行狀態(tài)進行識別、判斷，即完成診斷過程。并對絕行狀態(tài)進行識別、判斷，即完成診斷過程。并對絕 緣的發(fā)展趨勢進行預測，從而對故障提供預警，并緣的發(fā)展趨勢進行預測，從而對故障提供預警，并 能為下一步的維修決策提供技術根據(jù)。能為下一步的維修決策提供技術根據(jù)。 3. 絕緣診斷規(guī)則：絕緣診斷規(guī)則： 規(guī)則分類：規(guī)則分類：邏輯診斷，模糊診斷，統(tǒng)計診斷邏輯診斷，模糊診斷，統(tǒng)計診斷 （1 1）邏輯診斷邏

7、輯診斷 邏輯診斷中將特征只歸結為邏輯診斷中將特征只歸結為“有有”和和“無無 ”兩種兩種( (或特征參數(shù)大于某給定的閾值則為或特征參數(shù)大于某給定的閾值則為“ 有有”該特征，否則為該特征，否則為“無無”) )，診斷對象的狀，診斷對象的狀 態(tài)同樣只歸結為態(tài)同樣只歸結為“有有”和和“無無”，或，或“好好”和和 “壞壞”兩種，即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量兩種，即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量 來描述。來描述。 邏輯診斷簡單明了，應用較廣，但把問題邏輯診斷簡單明了，應用較廣，但把問題 過于簡化，診斷準確度較低過于簡化，診斷準確度較低 。 （2）模糊診斷）模糊診斷 考慮到被試對象的特征及狀態(tài)評價的主觀考慮到被試

8、對象的特征及狀態(tài)評價的主觀 不確定性，即模糊性，許多情況不能簡單地用不確定性，即模糊性，許多情況不能簡單地用 “有有”、“無無”和和“好好”、“壞壞”來評定。模來評定。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，如量描述，而用多值邏輯的特征函數(shù)來描述，如 某特征某特征“很強很強”、“強強”、“一般一般”、“弱弱” 、“很弱很弱”，某故障，某故障“嚴重嚴重”、“較嚴重較嚴重”、 “一般一般”、“輕微輕微”、“無無”等，然后按特征等，然后按特征 或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類別。如采或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類別

9、。如采 用連續(xù)變化的特征函數(shù)，判斷可更加準確。用連續(xù)變化的特征函數(shù)，判斷可更加準確。 （3）統(tǒng)計診斷）統(tǒng)計診斷 考慮到被試對象特征參數(shù)分布的不確定性，即考慮到被試對象特征參數(shù)分布的不確定性，即 統(tǒng)計性。對于處于同樣狀態(tài)的同類設備，其特統(tǒng)計性。對于處于同樣狀態(tài)的同類設備，其特 征參數(shù)并不相同，而按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布。征參數(shù)并不相同，而按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布。 利用這些規(guī)律進行絕緣診斷利用這些規(guī)律進行絕緣診斷 (a) (a) 絕緣完好和損壞時絕緣完好和損壞時 (b)(b)兩者重疊圖兩者重疊圖 概率密度曲線不重疊概率密度曲線不重疊 某特征參數(shù)的概率密度某特征參數(shù)的概率密度 N-統(tǒng)計圖 - 1 2 0

10、0 - 8 0 0 - 4 0 0 0 4 0 0 8 0 0 51 01 52 0 ( m s ) 0 1 2 0 0 線路絕緣子嚴重電 暈放電波形 060120180240300360 0 100 200 線路絕緣子三相中其中一相存在 電暈的N-圖 060120180240300360 0 2000 4000 6000 三相中其中兩相存在電暈的N-圖 4.1 4.1 絕緣電阻試驗絕緣電阻試驗 u電氣設備的絕緣，其等值電路往往是電阻電容 的混合電路。 吸收電流：由空間電荷極化造成的位移電流吸收電流：由空間電荷極化造成的位移電流 一、主要參數(shù)及技術指標一、主要參數(shù)及技術指標 21 1 20 2

11、1 2 10 CC C UU CC C UU 21 2 2 21 1 1 RR R UU RR R UU t t e RR R CC C RR R Uu e RR R CC C RR R Uu 21 2 21 1 21 2 2 21 1 21 2 21 1 1 21 21 21 )( RR RR CC 電流變化規(guī)律電流變化規(guī)律 t e RRRRCC CRCRU RR U dt du C R u i 2121 2 21 2 1122 21 1 1 1 1 )()( )( 泄漏電流泄漏電流Ig吸收電流吸收電流ia 當絕緣嚴重受潮或出現(xiàn)導電性當絕緣嚴重受潮或出現(xiàn)導電性 缺陷時，缺陷時，R1、R2或兩

12、者之和顯或兩者之和顯 著減小，著減小，Ig大大增加，而大大增加，而Ia迅迅 速衰減速衰減 21 21 21 )( RR RR CC 絕緣電阻絕緣電阻 t t eCRCRRRCC RRRRCC e RRRRCC CRCRU RR U U i U tR 2 112221 2 21 2121 2 21 2121 2 21 2 1122 21 )()( )()( )()( )( )( 所測絕緣電阻是隨測量時間變化而變化的，只有當所測絕緣電阻是隨測量時間變化而變化的，只有當t 時，其測量值為時，其測量值為R=R，但在絕緣電阻試驗中，特別是電容量，但在絕緣電阻試驗中，特別是電容量 較大時，很難短時測量到較

13、大時，很難短時測量到R的值，反之，如絕緣受潮或出現(xiàn)的值，反之，如絕緣受潮或出現(xiàn) 貫穿性導電通道，則不僅穩(wěn)定的電阻值較低，而且很快會達貫穿性導電通道，則不僅穩(wěn)定的電阻值較低，而且很快會達 到穩(wěn)定值。因此，在實際測試中，對某些容量較大或不均勻到穩(wěn)定值。因此，在實際測試中，對某些容量較大或不均勻 的絕緣被試品，往往用測吸收比的方法。的絕緣被試品，往往用測吸收比的方法。 吸收比K： 定義：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時絕緣電阻的比值 利用K值判斷絕緣的狀況：K值越大，吸收現(xiàn)象越顯著；當絕緣狀況良好時， K值遠大于1；絕緣受潮時，K值變小；一般認為如K1.3時就可以判斷絕緣可 能受潮。（一般是將R值與

14、K值結合起來考慮，比較準確） 對大電容量試品（也稱極化指數(shù)P）： 為加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時絕緣電阻的比值。 電力設備預防性試驗規(guī)程等規(guī)定： 電力變壓器及大型發(fā)電機凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應不 小于1.3，P值應不小于1.5；大型發(fā)電機采用環(huán)氧粉云母者：K值應不小于 1.6，P應不小于2.0； 發(fā)電機容量在200MW及以上，推薦測量K2值（加壓10分鐘時的絕緣電 阻與1分鐘時電阻之比值）。 ss RRK 1560 / min1min102 / RRK 絕緣狀態(tài)的判定 若絕緣內部有集中性導電通道，或絕緣嚴重受潮，則電阻R1 、 R2會顯著降低，泄漏電流大大增加，時間常數(shù)大為

15、減小，吸收電流 迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個數(shù)值降低，值 也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化 指數(shù)P，下同）的下降。當K1或接近于1，則設備基本喪失絕緣能力 。 K1.3時，就可判斷絕緣可能受潮時，就可判斷絕緣可能受潮 。 不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 二、試驗設備與試驗方法二、試驗設備與試驗方法 絕緣電阻表 手搖式絕緣電阻表 電源電壓產生方式 電子式絕緣電阻表 17 手搖式絕緣電阻表手搖式絕緣電阻表 采用流比計的測量結構 手搖式絕緣電阻表原理接線圖手搖式絕緣電阻表原理接線圖 流比計的電流線圈流比計的電流線圈L1和和L2的繞向相反的繞向相反

16、 ，固定在同一轉子上，并可帶動轉子旋，固定在同一轉子上，并可帶動轉子旋 轉。由于轉軸上沒有裝彈簧游絲，當線轉。由于轉軸上沒有裝彈簧游絲，當線 圈中沒有電流流過時，指針可停留在任圈中沒有電流流過時，指針可停留在任 一偏轉角度一偏轉角度位置。位置。 當搖動發(fā)電機產生一直流電壓當搖動發(fā)電機產生一直流電壓U時，時， I1流過線圈流過線圈1，產生力矩，產生力矩M1 I2流過流過RxR2，產生力矩，產生力矩M2， 角度角度反映力矩差反映力矩差 當指針轉到一定角度，轉矩平衡，即當指針轉到一定角度，轉矩平衡，即M1=M2, f F F I I 1 2 2 1 )( 1 2 2 1 x x Rf R RR f

17、I I f Rx絕緣電阻絕緣電阻 18 手搖式絕緣電阻表手搖式絕緣電阻表 1-電纜金屬鎧裝；電纜金屬鎧裝；2-電纜絕緣；電纜絕緣；3-導電芯線導電芯線 絕緣電阻表有線路端子絕緣電阻表有線路端子L，接地，接地 端子端子E，屏蔽（或保護）端子，屏蔽（或保護）端子G 三個接線端子，被試品絕緣在三個接線端子，被試品絕緣在L 和和E之間。之間。 其中其中G用以消除絕緣被試品表面用以消除絕緣被試品表面 泄漏電流的影響；泄漏電流的影響； 從流計比的原理可看出，儀表的讀數(shù)與手搖式發(fā)電機的輸出電壓從流計比的原理可看出，儀表的讀數(shù)與手搖式發(fā)電機的輸出電壓 或轉速絕對值的關系不大，要保持轉速的恒定?；蜣D速絕對值的關

18、系不大，要保持轉速的恒定。 注意注意：當被試品電容量較大時，測量后須先將絕緣電阻表從測量當被試品電容量較大時，測量后須先將絕緣電阻表從測量 回路中斷開，然后才停止轉動發(fā)電機，以免被試品的電容電壓損壞回路中斷開，然后才停止轉動發(fā)電機，以免被試品的電容電壓損壞 儀表。儀表。 19 電子式絕緣電阻表電子式絕緣電阻表 測量原理與手搖式絕緣電阻表的測量原理一樣， 只是電源的產生方式不一樣，是由電池供電或是 220V交流電源供電。 測試方法： 電子式電阻表自動產生一個所需的直流電壓值， 在被測試品上產生一個泄漏電流，通過泄漏電流 大小，經過電路換算，得出一個絕緣電阻。 特點：特點： 1、體積小、重量輕，有

19、模擬指針式和數(shù)字顯示兩種。 2、不怕短路測試，不怕被測試品電流反擊，自動對被測試品放電； 3、測試方便，精度高，自動化程度高； 絕緣電阻試驗的用途絕緣電阻試驗的用途 可發(fā)現(xiàn) 兩極間有穿透性的導電通道 受潮 表面污垢（比較有無屏蔽極時的值即可） 不可發(fā)現(xiàn) 絕緣中的局部缺陷（裂縫、氣泡、開裂等） 絕緣的老化（仍保持高阻值） 三、泄漏電流的測量三、泄漏電流的測量 （1）試驗電壓高，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷）試驗電壓高，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷 （2）施加的直流電壓逐漸升高，可觀察泄漏電流的變化，以判斷絕緣狀況。）施加的直流電壓逐漸升高，可觀察泄漏電流的變化，以判斷絕緣狀況。 實際上也

20、是為了測量絕緣電阻，只是試驗電壓較高，有可能發(fā)現(xiàn)尚未實際上也是為了測量絕緣電阻，只是試驗電壓較高，有可能發(fā)現(xiàn)尚未 完全貫通的集中性缺陷或其他絕緣弱點，測試靈敏度較高完全貫通的集中性缺陷或其他絕緣弱點，測試靈敏度較高 如圖，交流電源經整流輸出如圖，交流電源經整流輸出 直流高壓，泄漏電流用設置于被直流高壓，泄漏電流用設置于被 試品的高壓端或低壓端的微安表試品的高壓端或低壓端的微安表 進行測量。進行測量。 如果微安表在高壓端處，此時需要如果微安表在高壓端處，此時需要 將微安表及其與被試品相連的高壓將微安表及其與被試品相連的高壓 引線加以等電位屏蔽，可將這部分引線加以等電位屏蔽，可將這部分 對地的雜散

21、電流（電暈、泄漏電流）對地的雜散電流（電暈、泄漏電流） 不流過微安表，以減小測量誤差。不流過微安表，以減小測量誤差。 泄漏電流大小與設備絕緣狀態(tài)泄漏電流大小與設備絕緣狀態(tài) 1絕緣良好絕緣良好 2絕緣受潮絕緣受潮 3絕緣中有集中性缺陷絕緣中有集中性缺陷 4絕緣中有危險的集中性缺陷絕緣中有危險的集中性缺陷 油浸電力變壓器繞組泄漏電流允許值油浸電力變壓器繞組泄漏電流允許值 4.2 4.2 介質損耗角正切的測量介質損耗角正切的測量 u與絕緣電阻的測量相比，介質損耗因數(shù)是表征絕緣功 率損耗大小的特征參數(shù)，與絕緣的體積大小無關。 utg在反映集中缺陷時不靈敏，集中缺陷處的介質損耗 占被試絕緣全部介質損耗中

22、的比重就小，容性電流幾 乎不變，測tg法適合檢測分布性的絕緣缺陷。 4.2.1 可檢測的缺陷種類可檢測的缺陷種類 xxR CUI UI P P tg 1 c r c r 4.2.24.2.2測量原理測量原理 一、平衡測量法（高壓高壓西林電橋）西林電橋） 1. 1.測量原理測量原理 高壓臂：高壓臂： 被試品（由泄漏電阻Rx與電容Cx并聯(lián)） 無損耗的標準電容CN 低壓臂：低壓臂： 可調無感電阻R3（Z3） 無感電阻R4和可調電容C4的并聯(lián)（Z4） 電橋平衡：電橋平衡：檢流計G檢零 保護：放電管（當電壓超過閥值才放電 接地） 西林電橋的基本回路 電橋的平衡條件電橋的平衡條件 電橋的平衡條件： N 3

23、 4 4 j 1 j 1 j 1 C R C R C R x x NXNX NX YYYYZZZZ Z Z Z Z 3434 43 44 x 1 RC RC tg x )0(tg 1 1 3 4 2 N 3 4 Nx C R R tg C R R C 公式公式 因為=2f=100， tg=R4C4=C4106 式中C4的單位是F 4 4 10 取R 44 x 1 RC RC tg x 若C4以F計則可得到 tg=C4 28 高壓西林電橋測量 u屏蔽線 一般是用屏蔽線從其低壓端連 接到低壓橋臂上，使人和被 試品是同等電位，不對其他 物體放電，則人在低壓橋臂 上調節(jié)R3和C4就很安全。而且 測量的

24、準確度高。 但是這種方法要求被試品高低壓 端均對地絕緣。因為這種接 線時，人和試品均是高電位 ，必須對地絕緣，否則相當 于人體直接接地。 u一般采用反接線實驗法 反接法反接法 適用情況：金屬外殼直接適用情況：金屬外殼直接 放在底座上（絕大多數(shù)電放在底座上（絕大多數(shù)電 氣設備）氣設備） 當電橋電壓不高時（如當電橋電壓不高時（如 10kV），可用絕緣材料），可用絕緣材料 做操作把手；當電橋電壓做操作把手；當電橋電壓 較高時，操作者與橋本體較高時，操作者與橋本體 在法拉第籠內，使操作者在法拉第籠內，使操作者 與與R3、R4、C4處于等電處于等電 位。位。 2 2. tg測量中的電磁干擾和抗干擾措施

25、1) 測量中的電磁干擾 u 靜電干擾：是一種電容性耦合 干擾，其干擾源為周圍的高壓帶電 體，包括電橋的高壓引線，附近具 有高電位的設備等。高壓干擾源通 過雜散電容對電橋各節(jié)點注入電流 ，從而使各橋臂的電壓發(fā)生變化， 影響橋臂平衡，產生測量誤差。 u 磁場干擾：電橋接線內感應干 擾電勢 ，影響平衡 2） 屏蔽 如圖所示，將電橋的 低壓部分（包括被試品 的低壓電極在內）用接 地的金屬網(wǎng)屏蔽起來， 可基本消除電磁干擾導 致的誤差。 2 2. tg測量中的電磁干擾和抗干擾措施 抗干擾措施抗干擾措施 （2）采用移相電源 由于干擾源的相位一般是無 法改變的，因此，可以通過改變電源的相位 ，使得電源的相位和

26、干擾的相位同相或反相 ，來達到消除或減少同頻率干擾的目的。 （3）倒相法 測量時將電源正接和反接各測量一 次，測得兩組結果tg1、Cx1和tg2、Cx2, 然后 計算求得tg和Cx： 現(xiàn)場的試品：現(xiàn)場的試品：難以實現(xiàn)屏蔽，故 干擾較嚴重 兩次測量法（倒相法）：兩次測量法（倒相法）：第一次 測得tg1和Cx1，然后倒換試驗變 壓器原邊電源線的兩頭(試驗電 壓U的相位轉180)，測得第二次 的數(shù)值tg2和Cx2，可用下式計算 得準確的tg和Cx值： 西林電橋的基本回路 兩次測量法（倒相法） 21 2211 xx xx CC tgCtgC tg 2 21xx CC C 倒相法原理倒相法原理 2 CC Cx 2/ )( ) 2/ )( 2/ )( x2x1 21 21 2211 21 2211 2121 2121 故 又UCUCC CC tgCtgC UCUC UtgCUtgC II II II II I I tg xxx xx xx xx xx cC RR cC RR C R xxxx 二、角差測量法（諧波波形分析法）二、角差測量法（諧波波形分析法） 原理：通過直接測量電壓和電流的角差來測量tg 方法：同時測量流過標準電容器電流（其相角與流過試 品的容性電流的相角一致）和流過試品的電流（全電 流），得到二者之間的相