電氣設(shè)備絕緣檢測(cè)與診斷1分解

1、電氣設(shè)備絕緣檢測(cè)與診斷1分解目 錄 第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣老化及其特征量 第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 第三節(jié) 電力設(shè)備在線絕緣檢測(cè)與診斷 第一章 概述電氣設(shè)備的特征 電氣設(shè)備發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓電機(jī)、電壓與電流互感器、高壓斷路器、電力電纜等。主要針對(duì)高電壓等級(jí)設(shè)備進(jìn)行研究和探討。 處于高電壓（強(qiáng)電場(chǎng)）作用下，電氣絕緣是主要問(wèn)題； 對(duì)于旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備，振動(dòng)、磨損、疲勞等都是必須嚴(yán)格注意的； 由于實(shí)現(xiàn)著能量的轉(zhuǎn)換或傳遞作用，發(fā)熱的因素在電氣設(shè)備中起著關(guān)鍵的破壞性作用；電氣設(shè)備的可靠性是多種因素共同作用的結(jié)果，必須綜合進(jìn)行考慮。 故障的分類(lèi) 按產(chǎn)生的原因分類(lèi)按工程技術(shù)的安全性分類(lèi) 按系統(tǒng)功能喪失的程

2、度分類(lèi) 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類(lèi) 磨損性故障-機(jī)器或系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)磨損引起的故障，實(shí)際上反映了機(jī)器的壽命。 錯(cuò)用性故障-運(yùn)行中操作不當(dāng)或以外情況引起機(jī)器中某些零件應(yīng)力超過(guò)設(shè)計(jì)允許值而產(chǎn)生的故障。 薄弱性故障機(jī)器運(yùn)行中應(yīng)力沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定值，但由于設(shè)計(jì)和制造不恰當(dāng)造成機(jī)器中存在某些薄弱環(huán)節(jié)形成的故障。 故障的分類(lèi) 按產(chǎn)生的原因分類(lèi)按工程技術(shù)的安全性分類(lèi) 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類(lèi) 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類(lèi) 危險(xiǎn)性故障故障發(fā)生后會(huì)對(duì)人身、生產(chǎn)和環(huán)境產(chǎn)生危險(xiǎn) 安全性故障 故障的分類(lèi) 按產(chǎn)生的原因分類(lèi)按工程技術(shù)的安全性分類(lèi) 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類(lèi) 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類(lèi) 永久性故障必須更換某些

3、零件后，機(jī)器才能恢復(fù)其功能。永久性故障又包括：全部喪失功能的完全性故障和喪失局部功能的部分性故障。 非永久性故障或稱(chēng)間斷性故障，故障使部件喪失某些功能，但不需更換零件就可以排除故障使機(jī)器恢復(fù)其全部功能。 故障的分類(lèi) 按產(chǎn)生的原因分類(lèi)按工程技術(shù)的安全性分類(lèi) 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類(lèi) 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類(lèi) 發(fā)生速度：突發(fā)性故障 漸發(fā)性故障 發(fā)生進(jìn)程：初期故障 偶發(fā)故障 磨損故障 設(shè)備的故障模式 故障模式是按故障狀態(tài)進(jìn)行的分類(lèi)，是故障現(xiàn)象的綜合表征，與設(shè)備本身的特性和運(yùn)行環(huán)境都有一定的關(guān)系。 設(shè)備常見(jiàn)故障模式 運(yùn)動(dòng)設(shè)備部件的磨損、聲音異常、振動(dòng)異常、晃動(dòng)、溫升異常、泄漏等； 靜止設(shè)備部件的松動(dòng)

4、、變形、斷裂、龜裂、腐蝕、材質(zhì)變化等； 電氣設(shè)備的絕緣擊穿、溫度異常、絕緣裂化或燒損、短路、斷線等。 設(shè)備故障模式 據(jù)日本統(tǒng)計(jì) 現(xiàn)代電氣設(shè)備的造價(jià)及運(yùn)行可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)。電力設(shè)備金屬材料絕緣材料 絕緣介質(zhì) 緊固支撐 冷卻媒介 絕緣結(jié)構(gòu)的作用 絕緣材料液體絕緣: 絕緣油固體絕緣：絕緣紙、電瓷 、云母交聯(lián)聚乙烯等氣體絕緣: 空氣、SF6 真空絕緣 在實(shí)際運(yùn)行中，絕緣結(jié)構(gòu)的電氣和機(jī)械性能往往決定著整個(gè)電力設(shè)備的壽命，絕緣材料品質(zhì)的下降(即通常所說(shuō)的絕緣劣化)將導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞。統(tǒng)計(jì)表明，電力設(shè)備運(yùn)行中60一80的事故是由絕緣故障導(dǎo)致的，所以研究電力設(shè)備絕緣檢測(cè)與診斷技術(shù)，對(duì)提

5、高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性具有極其重要的意義。第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣老化及其特征量 電氣因素機(jī)械因素溫度和熱穩(wěn)定性受潮環(huán)境條件 為了使設(shè)備的外形尺寸保持在可以接受的水平，現(xiàn)代電氣設(shè)備相對(duì)于以往的設(shè)計(jì)采用了更為緊湊的絕緣方式，因此在運(yùn)行中其內(nèi)部各組件間的絕緣所需承受的熱和電應(yīng)力水平顯著提高。 圖1 有機(jī)絕緣的伏秒特性及運(yùn)行中各種電壓下的場(chǎng)強(qiáng) 1 油紙電氣強(qiáng)度； 2 膠紙電氣強(qiáng)度； 3 運(yùn)行中各種電壓下的場(chǎng)強(qiáng)； E0 長(zhǎng)期工作場(chǎng)強(qiáng)1. 電氣影響 長(zhǎng)期工作電壓 短時(shí)的過(guò)電壓 2.機(jī)械影響 機(jī)械負(fù)荷 長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng) 短路應(yīng)力 圖2 不同耐熱等級(jí)的絕緣材料在各種運(yùn)行溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行的壽命3. 溫度影響 季節(jié)變化 長(zhǎng)期

6、過(guò)負(fù)荷 熱老化電介質(zhì)的耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)工作溫度()電介質(zhì)O90木材、紙、紙板、棉纖維、天然絲；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡膠A105油性樹(shù)脂漆及其漆包線；礦物油及浸入其中的纖維材料E120酚醛樹(shù)脂塑料；膠紙板、膠布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇縮甲醛漆B130瀝青油漆制成的云母帶、玻璃漆布、玻璃膠布板；聚酯漆；環(huán)氧樹(shù)脂F(xiàn)155聚酰亞胺漆及其漆包線；改性硅有機(jī)漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；硅有機(jī)漆及制品；硅橡膠及玻璃漆布C180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯熱老化規(guī)律 6 度規(guī)則 試驗(yàn)表明，對(duì)于常用的A級(jí)絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過(guò)6，則壽命約縮短一半

7、。而對(duì)于B、H級(jí)絕緣則分別約為10及12。 水分被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類(lèi)雜質(zhì)或使強(qiáng)極性的物質(zhì)解離，嚴(yán)重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)成通路，或者在高溫下汽化形成“汽橋”而使擊穿電壓顯著降低。 4. 受潮局部電弧水帶絕緣介質(zhì)5. 環(huán)境條件 在戶(hù)外工作的絕緣應(yīng)能長(zhǎng)期耐受日照、風(fēng)沙、雨霧冰雪等大氣因素的侵蝕。在含有化學(xué)腐蝕氣體等環(huán)境中工作時(shí)，選用的材料應(yīng)具有更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，如耐油性等。工作在濕熱帶和亞濕熱帶地區(qū)的絕緣還要注意材料的抗生物（霉菌、昆蟲(chóng)）特性，如有的在電纜護(hù)層材料中加入合適的防霉劑和除蟲(chóng)涂料等。 可逆的對(duì)于絕緣系統(tǒng)在運(yùn)行中出

8、現(xiàn)的諸如受潮等情況而導(dǎo)致絕緣性能下降，經(jīng)過(guò)處理可以恢復(fù)原有特性的，就是一種可逆的劣化。 不可逆的絕緣系統(tǒng)在各種因素的長(zhǎng)期作用下發(fā)生一系列的化學(xué)、物理變化，導(dǎo)致絕緣性能和機(jī)械性能等不斷下降，則產(chǎn)生了一種不可逆的變化，將最終導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣擊穿，這種變化過(guò)程即為老化。絕緣劣化特性直接表征絕緣剩余壽命的特征量，如耐電強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度 間接表征絕緣剩余壽命的持征量，如絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切、泄漏電流、局部放電量、油中氣體含量、油中微水含量等 隨著對(duì)不同老化因子作用規(guī)律研究的深入，提出一些新的表征絕緣品質(zhì)的特征量如第二電流激增點(diǎn)、直流分量、超高頻放電頻譜，超聲振動(dòng)特性等等。 絕緣老化的特征量第二節(jié) 電力

9、設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 電力設(shè)備在運(yùn)行中進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)缺陷，減少事故的發(fā)生，它已成為我國(guó)電力生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要制度。預(yù)防性試驗(yàn)可分為非破壞性試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)兩大類(lèi)。 第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 非破壞性試驗(yàn)又稱(chēng)絕緣特性試驗(yàn)，是指在較低的電壓下或是用其他不會(huì)損傷絕緣的辦法來(lái)測(cè)量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無(wú)缺陷。常見(jiàn)的試驗(yàn)項(xiàng)目有絕緣電阻測(cè)量、泄漏電流測(cè)量、介質(zhì)損耗角正切測(cè)量、油中氣體含量檢測(cè)等項(xiàng)目。 破壞性試驗(yàn)又稱(chēng)絕緣耐壓試驗(yàn)，是指在高于工作電壓下所進(jìn)行的試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)在設(shè)備絕緣上施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓，考驗(yàn)絕緣對(duì)此電壓的耐受能力。它主要指交流耐壓和直流耐壓試驗(yàn)。由于這類(lèi)試驗(yàn)所加電壓較

10、高，考驗(yàn)比較直接和嚴(yán)格，特別是能揭露那些危險(xiǎn)性較大的集中性缺陷，因此能保證絕緣有一定的水平或裕度，缺點(diǎn)是可能會(huì)在耐壓試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)絕緣特性試驗(yàn)絕緣電阻試驗(yàn)介質(zhì)損失角正切值試驗(yàn)局部放電試驗(yàn)絕緣耐壓試驗(yàn)交流電壓試驗(yàn)直流電壓試驗(yàn)雷電沖擊電壓試驗(yàn)操作沖擊電壓試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)的分類(lèi) 如需進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，必須在非破壞試驗(yàn)即絕緣特性試驗(yàn)合格后才進(jìn)行。電力變壓器電力電纜高壓套管斷路器發(fā)電機(jī)充SF6充油 1測(cè)定絕緣電阻2測(cè)量直流泄漏電流3直流耐壓試驗(yàn)4測(cè)量介損正切tan 5絕緣油試驗(yàn)6微量水分測(cè)定7油中溶解氣體色譜8局部放電試驗(yàn)9交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備名稱(chēng)是否試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目

11、 預(yù)防性試驗(yàn)是一種簡(jiǎn)便且較有效地評(píng)估電力設(shè)備絕緣狀況的方法。根據(jù)過(guò)去長(zhǎng)期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)研究中已逐步確立起來(lái)的這些預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，為確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行發(fā)揮著很大作用?，F(xiàn)行預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的回顧當(dāng)絕緣總體受潮或嚴(yán)重?fù)p壞時(shí)，往往引起絕緣電阻Ri 的下降或直流泄漏電流I1 的上升。如果感到兆歐表的直流電壓太低（一般為1KV或）,還可采用加以直流高壓來(lái)測(cè)量泄漏電流 I1 。這時(shí)還便于觀察隨著外施電壓的上升， I1是否也基本上按比例上升。因?yàn)楫?dāng)存在有某些缺陷時(shí)，高壓直流下的絕緣電阻（由泄漏電流換算而得）往往比低壓下用兆歐表測(cè)得的小得多。 絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1 與被試品絕緣尺寸（電極間的絕緣距

12、離、截面等）相關(guān)，在絕緣試驗(yàn)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行“縱比”與同一設(shè)備過(guò)去測(cè)量數(shù)據(jù)作比較，或“橫比”與同類(lèi)被試品互相對(duì)比（如求三相不平衡系數(shù)等），作出比較準(zhǔn)確的分析。在預(yù)防性試驗(yàn)時(shí)，對(duì)絕緣電阻測(cè)量時(shí)要求測(cè)其吸收比（R 60“ / R15” ）或極化比（R10 /R1），也為了消除因絕緣尺寸不同帶來(lái)的影響，而改以觀察同一被試品在吸收過(guò)程中的相對(duì)變化。 西林電橋測(cè)量交流下的介質(zhì)損耗tan，真正是反映交流下?lián)p耗大小的特征參數(shù)，它與絕緣的幾何尺寸無(wú)關(guān)，直接由此判斷絕緣的介質(zhì)損耗，高壓電氣設(shè)備總的介質(zhì)損耗功率相對(duì)于此絕緣的無(wú)功功率總是只占一個(gè)很小的比例。 當(dāng)前大量使用交流電氣設(shè)備，在測(cè)絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1

13、時(shí)所加的直流電壓，介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)加交流時(shí)，電位按電容大小反比分布；直流時(shí)，按電阻正比分布。施加同樣幅值的直流或交流高壓，絕緣中的損耗、局部放電過(guò)程，在交流下比在直流下嚴(yán)重。 氣相色譜分析方法，在發(fā)現(xiàn)油浸設(shè)備潛伏性故障的靈敏度方面往往比測(cè)量絕緣電阻及tan等高的多。當(dāng)運(yùn)行的高壓電氣設(shè)備采用油-紙（塑料）組合絕緣，有機(jī)絕緣材料的壽命曲線相當(dāng)陡峭：它在短暫的高場(chǎng)強(qiáng)下絕緣強(qiáng)度極高；在交流電壓的長(zhǎng)期作用下，材料逐漸劣化，其長(zhǎng)時(shí)擊穿場(chǎng)強(qiáng)僅為其短時(shí)的百分之幾。第三節(jié) 電力系統(tǒng)維修方式的演變過(guò)程1. 事后修理BM（Breakdown Maintenance）或故障維修；2. 定期檢修TBM（Time Based

14、 Maintenance）或預(yù)防性維修PM（Preventive Maintenance）；3. 狀態(tài)維修CBM（Condition Based Maintenance）或預(yù)知性維修（Predictive Maintenance）。事后維修體制 早期技術(shù)及管理水平都很低 ，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無(wú)計(jì)劃性，供電可靠性很低。 簡(jiǎn)單方便，對(duì)消耗性產(chǎn)品是有效的。 隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來(lái)越大，事后維修無(wú)法滿(mǎn)足系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行穩(wěn)定性的需求?，F(xiàn)行維修體制定期維修 預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。在我國(guó)已有

15、40年的使用經(jīng)驗(yàn)。 預(yù)防性試驗(yàn)、大修和小修構(gòu)成了定期維修制的基本內(nèi)容。 1. 維修周期頻繁設(shè)備發(fā)電機(jī)變壓器電力電纜GIS小修周期（年）1111大修周期（年）3510552. 預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目過(guò)多電力變壓器 32項(xiàng) 發(fā)電機(jī) 25項(xiàng)互感器 11項(xiàng) GIS達(dá) 20項(xiàng)定期維修制的種種弊端大修一臺(tái)30萬(wàn)kVA的發(fā)電機(jī)需要大約3個(gè)月的時(shí)間，耗費(fèi)資金近百萬(wàn)元。大修一臺(tái)12萬(wàn)kVA的變壓器需投入300多個(gè)工作人日，資金10萬(wàn)元。大修一臺(tái)220 kV開(kāi)關(guān)需投入100多個(gè)工作人日，資金2萬(wàn)元。長(zhǎng)時(shí)間停電檢修，將造成大量的電量損失。300MW機(jī)組停運(yùn)一天，少發(fā)電720萬(wàn)度，直接損失150萬(wàn)元。3. 經(jīng)濟(jì)性差4. 增大

16、不安全因素易發(fā)生人身和設(shè)備安全事故。 發(fā)生在檢修、試驗(yàn)人員身上的傷亡事故占全部供電傷亡事故的77.8%。停送電過(guò)程易造成誤操作。5. 過(guò)度維修對(duì)110臺(tái)高壓變壓器進(jìn)行的162臺(tái)次定期吊檢大修結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。共發(fā)現(xiàn)缺陷24項(xiàng)，其中一般性缺陷23項(xiàng)，危及安全運(yùn)行的僅1項(xiàng)。對(duì)110kV及以上油開(kāi)關(guān)大修統(tǒng)計(jì)表明，95%以上未發(fā)現(xiàn)部件損壞。 定期檢修雖有成效，但過(guò)于保守。實(shí)踐證明，頻繁檢修非但不能改善設(shè)備性能，反而常常會(huì)引入新的故障因素。 6. 維修不足 由于采用周期性定期檢查，很難預(yù)防由于隨機(jī)因素引起的偶發(fā)事故。設(shè)備仍可能在試驗(yàn)間隔期間內(nèi)由于微小缺陷的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致發(fā)生故障。 預(yù)防性試驗(yàn)是在停電情況下，進(jìn)

17、行的非破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓一般不超過(guò)10kV。而大部分變電設(shè)備工作電壓為110500kV。很難正確反映高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的缺陷。7. 預(yù)防性試驗(yàn)條件與實(shí)際運(yùn)行工況不同 設(shè)備的現(xiàn)代化對(duì)設(shè)備的維修體制提出了變革的要求，設(shè)備運(yùn)行的高可靠性和維修方式的經(jīng)濟(jì)性已成為電力系統(tǒng)降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵。 發(fā)展中的維修體制狀態(tài)維修狀態(tài)維修方式的基本思想“治于未病”傳感器在線檢測(cè)故障診斷 狀態(tài)維修即根據(jù)具體設(shè)備的實(shí)際情況來(lái)確定檢修周期和檢修內(nèi)容的維修體制。 通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，隨時(shí)查明設(shè)備可能“存在著什么樣的隱患，什么時(shí)候會(huì)發(fā)生故障”，預(yù)先得知將要發(fā)生事故的部位和時(shí)間，設(shè)備管理人員因此可以從容地安排停

18、電計(jì)劃和組織維修人力，采購(gòu)必須的備件，以便在短時(shí)間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修工作。 實(shí)現(xiàn)“無(wú)病不修、有病才修、修必修好”的目的。 狀態(tài)維修的必要性 雖然設(shè)備內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)和發(fā)展具有很強(qiáng)隨機(jī)性，但大多都具有一個(gè)的較為緩慢的發(fā)展過(guò)程，在這期間，會(huì)產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學(xué)等特性發(fā)生漸進(jìn)的量變。根據(jù)這些特征量值的大小及變化趨勢(shì)，即可對(duì)設(shè)備的可靠性隨時(shí)做出判斷，從而發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。 狀態(tài)維修的技術(shù)可行性 絕緣水平監(jiān)測(cè)參量 穩(wěn)定運(yùn)行階段 危險(xiǎn)水平 注意水平 實(shí)施修復(fù)危險(xiǎn)階段注意 階段劣化階段初期 設(shè)備投運(yùn)時(shí)間 T 圖3 狀態(tài)維修示意圖破壞點(diǎn) 利用運(yùn)行電壓對(duì)高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行試驗(yàn)，可提高試驗(yàn)的真實(shí)性與靈敏度，這是在線檢測(cè)的主要著眼點(diǎn)。這樣的帶電監(jiān)測(cè)不必再停電，給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)方便。在線檢測(cè)將成為預(yù)防性試驗(yàn)中的重要組成部分，它在多方面