第10講：絕緣性能測(cè)試

1、高電壓工程系李黎回顧回顧第二篇：（1）非破壞性絕緣實(shí)驗(yàn)u絕緣電阻測(cè)試n絕緣電阻n吸收比n搖表的使用n泄漏電流測(cè)量微安表u介損正切的測(cè)量n設(shè)備：西林電橋n倒相法原理23現(xiàn)場(chǎng)的試品：現(xiàn)場(chǎng)的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重兩次測(cè)量法（倒相法）：兩次測(cè)量法（倒相法）：第一次測(cè)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(cè)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 （2)2)倒相法倒相法tg212112CCtgCtgCtg 221CCC4倒相法原理倒相法原理?yè)p耗電流矢量分別在x軸和y軸進(jìn)行投影：tantancxrcxIC UIIC

2、 U倒相法原理倒相法原理utg是很小的值，因此近似有：u代入相關(guān)值：5121222rrrcccIIIIII112212112212() / 2/() / 2() / ()rcxxxxxxxxItgIC UtgC UtgC UC UC tgCtgCC1212x1x22()/ 2Cx = (C +C)/ 2cccxxxIIICC UC U又由，即故6三、角差測(cè)量法三、角差測(cè)量法原理：通過(guò)直接測(cè)量電壓和電流的相位角差來(lái)測(cè)量tan 方法：同時(shí)測(cè)量流過(guò)標(biāo)準(zhǔn)電容器電流（其相角與流過(guò)試品的容性電流的相角一致）和流過(guò)試品的電流（全電流），得到二者之間的相角差，從而可以計(jì)算tg的數(shù)值。通過(guò)數(shù)字處理實(shí)現(xiàn)。 有逐步

3、取代平衡法測(cè)量的趨勢(shì)。角差法介損測(cè)量?jī)x（無(wú)需調(diào)節(jié)平衡）角差法介損測(cè)量?jī)x（無(wú)需調(diào)節(jié)平衡）7本次課程本次課程u局部放電的測(cè)量n三電容模型n放電過(guò)程n視在放電量n測(cè)量電路u絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析u絕緣的在線監(jiān)測(cè)89局部放電的概念：局部放電的概念：簡(jiǎn)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)象局部放電是電老化的重要原因局部放電是電老化的重要原因局放測(cè)量適于顯示局部缺陷，彌補(bǔ)介質(zhì)損局放測(cè)量適于顯示局部缺陷，彌補(bǔ)介質(zhì)損耗測(cè)量和絕緣電阻測(cè)量的不足。耗測(cè)量和絕緣電阻測(cè)量的不足。4.3 4.3 局部放電測(cè)量局部放電測(cè)量

4、104.3.1 4.3.1 局部放電的基本物理過(guò)程局部放電的基本物理過(guò)程局部放電的三電容模型局部放電的三電容模型Cg：氣泡的電容Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容Ca：其余大部分絕緣的電容 /gbgbuuCCC11局部放電機(jī)理：1,放電過(guò)程局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化，u是工頻電壓 tUCCCCCuCumbgbbgbgsin/ugug隨外加電壓隨外加電壓u u升高，升高，當(dāng)當(dāng)u u上升到上升到UsUs瞬時(shí)值，瞬時(shí)值，ugug到達(dá)到達(dá)CgCg的放電電壓的放電電壓UgUg時(shí)，時(shí)，CgCg氣隙放電。于是氣隙放電。于是CgCg上的電壓一下子從上的電壓一下子從Ug Ug 下降到下降到UrUr，然后放

5、電熄，然后放電熄滅。滅。UrUr叫做殘余電壓，叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也它可以接近為零值，也可以為小于可以為小于UgUg（均絕對(duì)（均絕對(duì)值）的其它值值）的其它值 氣泡電壓：氣泡電壓：放電過(guò)程約放電過(guò)程約10-8s數(shù)量級(jí)數(shù)量級(jí)12局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化 局部放電機(jī)理：局部放電機(jī)理：2 2，再放電過(guò)程，再放電過(guò)程放電火花一熄滅，放電火花一熄滅，CgCg上的上的電壓將電壓將再次上升再次上升，由于，由于此時(shí)此時(shí)CgCg及及CbCb已經(jīng)有了一已經(jīng)有了一個(gè)初始的直流電壓，所個(gè)初始的直流電壓，所以此后的以此后的ugug 值不能直接值不能直接用原式來(lái)表達(dá)，用原式來(lái)表達(dá)，ugug 值與值與上

6、式表達(dá)的值在絕對(duì)值上式表達(dá)的值在絕對(duì)值上要小一個(gè)（上要小一個(gè)（UgUgUrUr）值。值。若外加電壓若外加電壓u u仍在仍在上升半波上升半波，CgCg上的電壓也順勢(shì)而上的電壓也順勢(shì)而上升，當(dāng)它再次升到上升，當(dāng)它再次升到UgUg時(shí)，時(shí)，CgCg再次放電，電壓再次放電，電壓再次降到再次降到UrUr，放電再次，放電再次熄滅熄滅 bgbsgCCCuu/13局部放電機(jī)理：局部放電機(jī)理：3 3，反向充電，反向充電局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化 當(dāng)外部電壓當(dāng)外部電壓u u進(jìn)入下降進(jìn)入下降半波，半波，CgCg上電壓難以充上電壓難以充到到UgUg，因此不會(huì)發(fā)生放，因此不會(huì)發(fā)生放電；電；隨著隨著u u進(jìn)入負(fù)的半

7、波，進(jìn)入負(fù)的半波，CgCg上的電壓要經(jīng)歷一個(gè)上的電壓要經(jīng)歷一個(gè)反向充電的過(guò)程，直到反向充電的過(guò)程，直到達(dá)到達(dá)到UgUg，重新開(kāi)始新，重新開(kāi)始新一次的放電一次的放電14局部放電機(jī)理的特征局部放電機(jī)理的特征Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r（均絕對(duì)值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的時(shí)刻，此時(shí)通過(guò)Cg總有一脈沖電流，從而形成一種鋸齒電流波。局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化 15電路分析：電路分析：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)Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0時(shí)， qr UgCgbabaggCCCCCC/babagrgrCCCCCUUq/16

8、在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無(wú)法實(shí)測(cè)得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來(lái)測(cè)量。外施電壓是作用在Ca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babagrgrCCCCCUUq/bargbCCUUCU/17由此兩式得總電容上的電壓變化量U： 令則 bargbCCUUCU/AqUCbabagrgrCCCCCUUq/AgababCCC CCC1rbababgabqUCC CCCCCCrbabqq CCC AqU C 18真實(shí)放電量：真實(shí)放電量： qr，是無(wú)法測(cè)量的（1）視在放電量：視在放電量： q，由4-23， q是可以測(cè)得的：通過(guò)測(cè)電壓變化和總試品電容。它

9、是局部放電試驗(yàn)中的重要參量，國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)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)放電量比真實(shí)放電量qr小（從定義可知），?。◤亩x可知），它以pC作為計(jì)量單位。表征局部放電的重要參數(shù)表征局部放電的重要參數(shù)AqU C 19（2）放電重復(fù)率放電重復(fù)率N：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(guò)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 20（3）放電能量放電能量一次脈沖放電能量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 brgbgrgrCUUCCqUUqW2/2/bgbsgCCCUU/grgsUUUUqW2/ 2sWq

10、U 放電能量的大小對(duì)電介質(zhì)的老化速度有很大影響放電能量的大小對(duì)電介質(zhì)的老化速度有很大影響21局部放電的其它表示參數(shù)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(cè)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 、電壓的波形和頻率、電壓的作用時(shí)間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等 局放檢測(cè)儀局放檢測(cè)儀22234.3.2 4.3.2 局部放電測(cè)量的脈沖電流檢測(cè)法局部放電測(cè)量的脈沖電流檢測(cè)法 發(fā)生局放時(shí)，試品兩端會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)的電壓變瞬時(shí)的電壓變化化，在檢測(cè)回路中引起一高頻脈沖電流，將它轉(zhuǎn)化成電脈沖后就可以進(jìn)行測(cè)量。（IE

11、C法）（a）串聯(lián)測(cè)量回路 Ck耦合電容，為耦合電容，為Cx與檢測(cè)與檢測(cè)阻抗阻抗Zm之間提供一個(gè)低阻之間提供一個(gè)低阻抗的通道（電源本身由于高抗的通道（電源本身由于高頻感抗而無(wú)法提供），頻感抗而無(wú)法提供）， Ck內(nèi)內(nèi)部必須無(wú)局放，值較大以增部必須無(wú)局放，值較大以增大大Zm上的信號(hào)；上的信號(hào)；Z低通濾波器，以防局放低通濾波器，以防局放時(shí)放電脈沖被電源的雜散電時(shí)放電脈沖被電源的雜散電容旁路，同時(shí)也可阻止電源容旁路，同時(shí)也可阻止電源本身的干擾脈沖進(jìn)入試品和本身的干擾脈沖進(jìn)入試品和測(cè)量支路測(cè)量支路24（b）并聯(lián)測(cè)量回路）并聯(lián)測(cè)量回路 （c）橋式測(cè)量回路）橋式測(cè)量回路適合于試品一端接地的情況適合于試品一端接

12、地的情況外部干擾在外部干擾在Zm和和Zm上的干上的干擾信號(hào)基本抵消擾信號(hào)基本抵消測(cè)量?jī)x器：示波器，峰值表，脈沖計(jì)數(shù)器測(cè)量?jī)x器：示波器，峰值表，脈沖計(jì)數(shù)器檢測(cè)結(jié)果標(biāo)的量是檢測(cè)結(jié)果標(biāo)的量是視在放電量視在放電量25u我國(guó)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定（1）固體絕緣互感器：電壓為 時(shí)，放電量不大于100pC 充油互感器：放電量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油紙電容式：不大于20pC膠紙電容式：不大于400pC3/1 . 1mU測(cè)量校準(zhǔn)測(cè)量校準(zhǔn)u使用方波發(fā)生器串聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)電容器u再與被測(cè)試品Cx并聯(lián)u模擬局放26274.3.4 4.3.4 局放測(cè)量中的抗干擾措施局放測(cè)量中的抗干擾措施 電磁干擾來(lái)源（1）與局放信

13、號(hào)一起通過(guò)電流傳感器進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的干擾（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的干擾 干擾類別（1）周期型干擾：系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無(wú)線電通訊等（2）脈沖型干擾：電力電子器件產(chǎn)生的高頻涌流、脈沖型干擾和高壓線路上的電暈放電、電弧放電等（3）白噪聲：線圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動(dòng)力電源線以及變壓器繼電保護(hù)信號(hào)線路中耦合進(jìn)入的各種噪聲等。28干擾的抑制干擾的抑制 從干擾源、干擾途徑、信號(hào)后處理入手 可從以下幾方面區(qū)分局放信號(hào)和干擾信號(hào)；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號(hào)極性、重復(fù)率和物理位置等。 1.屏蔽屏蔽2.試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)暈設(shè)備，特別是試驗(yàn)變壓器和耦試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)暈設(shè)備，特別

14、是試驗(yàn)變壓器和耦合電容合電容Ck。3.濾波器的性能要好，要做到電源與測(cè)量回路的高頻隔離。濾波器的性能要好，要做到電源與測(cè)量回路的高頻隔離。4.試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。5.測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)，測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)， 耦合電容要盡量不小于試品電容耦合電容要盡量不小于試品電容Cx，使得在局部放電時(shí)使得在局部放電時(shí)Cx與與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。6.必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。超聲波方法超聲波方法u局放的超聲波檢測(cè)n局放超聲波頻率有其特殊性n壓電晶體在交變超聲波作用下交變的彈性形變交變

15、的束縛電荷形成電信號(hào)n不同的局放存在不同的超聲波信號(hào)u隨著技術(shù)進(jìn)步，已經(jīng)可用于在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域294.44.4 絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析u絕緣油在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)受到電場(chǎng)、溫度、氧氣、水分的影響，以及銅、鐵等材料的催化作用，會(huì)發(fā)生氧化、裂解以及碳化等反應(yīng)，從而使油慢慢老化，絕緣性能下降。u絕緣油的老化會(huì)使其閃點(diǎn)下降、酸值增加；油的受潮、臟污又會(huì)使其介質(zhì)損耗增大和擊穿電壓下降。u需要對(duì)絕緣油的電氣性能、油中水分、雜質(zhì)、油的閃點(diǎn)等進(jìn)行試驗(yàn)和長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，保證電氣設(shè)備的正常運(yùn)行。30絕緣油的電氣試驗(yàn)絕緣油的電氣試驗(yàn)u目前國(guó)內(nèi)廣泛采用定時(shí)檢修方式來(lái)保證變壓器的穩(wěn)定運(yùn)行（即預(yù)防

16、性試驗(yàn)檢修）絕緣油的電氣試驗(yàn)包括：u在標(biāo)準(zhǔn)油杯中對(duì)油做擊穿試驗(yàn)，u用專用的試驗(yàn)電極測(cè)量油的tanu測(cè)量油的電阻率等等31u油介電強(qiáng)度測(cè)試儀32u各種自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備33油中溶解氣體分析（油中溶解氣體分析（DGADGA）的技術(shù)）的技術(shù)原理原理u變壓器油與油中的固體有機(jī)絕緣材料（紙和紙板等）在運(yùn)行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會(huì)逐漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體；u變壓器內(nèi)部存在的潛伏性過(guò)熱或放電故障又會(huì)加快產(chǎn)氣的速率。u隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出來(lái)的氣體形成氣泡在油中經(jīng)過(guò)對(duì)流、擴(kuò)散作用，就會(huì)不斷地溶解在油中。34油浸式電力變壓器不同故障下的產(chǎn)氣油浸式電力變壓器不同故障下的產(chǎn)氣故障類型主要?dú)怏w

17、組分次要?dú)怏w組分油過(guò)熱CH4，C2H4H2，C2H6油和紙過(guò)熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油紙絕緣中局部放電H2，CH4，COC2H2，C2H6，CO2油中火花放電H2，C2H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H635u因此，檢測(cè)油中氣體的成分、含量和隨時(shí)間增長(zhǎng)的規(guī)律，就可以判定故障類型和發(fā)展程度。u預(yù)防性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)：n油的氣相色譜分析法（簡(jiǎn)稱油色譜分析）n國(guó)網(wǎng)公司有一系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)36氣相色譜分析氣相色譜分析u采集油樣u脫氣u樣品檢測(cè)u結(jié)果判別37氣相色譜分析的發(fā)展氣相色譜分析的發(fā)展u我國(guó)相關(guān)規(guī)程基本上

18、沿用IEC的改良三比值法的改良三比值法，但在工程實(shí)踐中存在編碼不全、編碼邊界過(guò)于絕對(duì)、不能診斷多故障等缺點(diǎn)。容易發(fā)生誤判。u研究者相繼提出了應(yīng)用智能信息處理技術(shù)的變壓器故障狀態(tài)診斷算法專家系統(tǒng)384.5 4.5 絕緣的在線監(jiān)測(cè)絕緣的在線監(jiān)測(cè)u傳統(tǒng)絕緣試驗(yàn)方法都是在設(shè)備處于離線情況下進(jìn)行的，除了絕緣油的色譜分析外，設(shè)備必須停運(yùn)，因此會(huì)對(duì)用戶造成一定的影響。u由于離線試驗(yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)沒(méi)有考慮設(shè)備絕緣的運(yùn)行條件和外界工作環(huán)境等因素，因此可能出現(xiàn)預(yù)防性試驗(yàn)結(jié)果合格，而在運(yùn)行中發(fā)生事故的現(xiàn)象。u電力設(shè)備運(yùn)行電壓越來(lái)越高，而現(xiàn)行的部分預(yù)防性試驗(yàn)電壓偏低，如介質(zhì)損耗的測(cè)量，難以真實(shí)反映運(yùn)行電壓下的絕緣性能。39絕緣的在線監(jiān)測(cè)絕緣的在線監(jiān)測(cè)u隨著傳感器、計(jì)算機(jī)、光纖等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)運(yùn)行的電氣設(shè)備絕緣進(jìn)行不停電的在線監(jiān)測(cè)的技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。40介損的在線監(jiān)測(cè)介損的在線監(jiān)測(cè)u電橋法n通過(guò)電壓互感器進(jìn)行降壓n容易有偏差u角差法n用標(biāo)準(zhǔn)電容器的介損進(jìn)行比對(duì)n微弱電流的取樣和抗干擾不易解決41局放的在線