電氣設(shè)備絕緣故障診斷技術(shù)

1、電氣設(shè)備絕緣故障診斷技術(shù)高電壓與絕緣技術(shù)研究生課程第1章 緒論絕緣診斷技術(shù)的含義絕緣診斷技術(shù)的意義絕緣診斷技術(shù)的發(fā)展概況參考書1.1 絕緣診斷技術(shù)的含義電氣設(shè)備絕緣診斷 在設(shè)備運行中和停機時，通過對電氣絕緣試驗和各種特性的測量，掌握設(shè)備絕緣參數(shù)，根據(jù)參數(shù)判定設(shè)備絕緣狀態(tài)或故障的部位、原因和嚴重程度，預測設(shè)備絕緣的可靠性和壽命，并提出治理對策。診斷對象（按絕緣類型劃分） 電機、油浸絕緣設(shè)備、CV電纜（XLPE電纜）、氣體絕緣設(shè)備。診斷過程 信號采集、特征提?。ㄐ盘柤皵?shù)據(jù)處理）、狀態(tài)識別、預報決策1.2 絕緣診斷技術(shù)意義絕緣事故比例高大型電氣設(shè)備的重要性定期預防性維修體制的不足狀態(tài)監(jiān)測的科學性1.

2、3 絕緣診斷的發(fā)展現(xiàn)狀故障診斷技術(shù)最早出現(xiàn)在軍工和機械行業(yè)。技術(shù)背景：傳感、計算機和通訊技術(shù)的發(fā)展。電力行業(yè)對提高供電可靠性以及行業(yè)科學化管理的要求。技術(shù)發(fā)展迅猛，但依舊困難重重。1.4 參考書朱德恒，談克雄主編，電絕緣診斷，中國電力出版社。1999 雷銘主編，電力設(shè)備診斷手冊，中國電力出版社，2001第2章 絕緣材料及老化絕緣材料 電機、油浸絕緣、交聯(lián)聚乙烯電纜、氣體絕緣設(shè)備 絕緣材料的老化 電老化、熱老化、機械老化、環(huán)境老化2.1 絕緣材料本課程涉及電機（發(fā)電機、電動機）、變壓器、電容器等電氣設(shè)備以及充油電纜、充氣管道中輸電線和交聯(lián)聚乙烯電纜等。電氣設(shè)備絕緣材料：固體絕緣、液體絕緣和氣體絕

3、緣。對于大型電氣設(shè)備，主要以組合絕緣方式為主。一、電機高壓線圈主絕緣材料：云母絕緣性、耐熱性和解理性良好。線圈是在紙、玻璃布絲、聚酯薄膜等材料中加入多層云母片，再在線槽中填充環(huán)氧樹脂等熱固性材料而構(gòu)成。 云母：54；樹脂36。二、油浸絕緣用于變壓器、充油電纜和電容器等設(shè)備中。絕緣構(gòu)成是以纖維紙、塑料薄膜和層壓板等絕緣繞制并浸漬低粘度絕緣油構(gòu)成。兩類：浸泡在絕緣油中、油浸復合絕緣。三、交聯(lián)聚乙烯電纜絕緣層用塑料擠出的完整絕緣體。主絕緣：交聯(lián)聚乙烯；外護層：PVC護套。無油、使用方便、介損小。結(jié)構(gòu)：主絕緣層、半導體層、屏蔽層及護套。四、氣體絕緣設(shè)備SF6氣體絕緣。金屬微粒危害重大。氣壓（Torr）

4、交流耐受電壓（kV）無金屬微粒有金屬微粒2.2 絕緣材料的老化受到多種因素的影響，共同作用，相互影響。一種復雜的物理、化學變化，具有不可逆性。漸進的、長期的過程。老化特征量：直接和間接特征量。一、電老化 在長期電場作用下絕緣中發(fā)生的老化稱為電老化。固體絕緣本征擊穿場強非常高。電器設(shè)備中絕緣材料擊穿場強比本征擊穿場強低。原因：厚度效應(yīng)、雜質(zhì)及氣孔。絕緣擊穿機理：電擊穿、熱擊穿、電機械擊穿。油浸絕緣 很少的水分及纖維雜質(zhì)的混入，將是擊穿電壓下降。1、電壓壽命特性關(guān)系1：關(guān)系2：k為常數(shù)，n 為壽命指數(shù)，U0為局部放電起始放電電壓。lgtlgUlgtlgUlgU02、局部放電老化巴申定律：固體絕緣中

5、氣泡或氣隙發(fā)生局部放電遵循巴申定律。油浸絕緣與交聯(lián)聚乙烯相比，后者內(nèi)部發(fā)生局部放電時危害更大。局部放電使高分子材料老化的機理：1）帶電質(zhì)點的轟擊；2）熱效應(yīng)；3）活性生成物 ；4）輻射效應(yīng)；5）機械力作用。 （1）電樹枝氣隙表面材料受局部放電的腐蝕 2、局部放電老化樹枝狀放電的發(fā)展 2、局部放電老化2、局部放電老化樹枝狀放電的發(fā)展 2、局部放電老化（2）水樹枝2、局部放電老化（2）水樹枝2、局部放電老化（3）油浸絕緣的老化采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備，在制造過程中可能混入氣泡；在運行中因濕度的影響、熱脹冷縮及電動力和機械力作用的結(jié)果使紙層間存在氣隙或油隙。 油紙絕緣結(jié)構(gòu)中局部放電的發(fā)展2、局部放

6、電老化二、熱老化有機絕緣材料若老化的主要過程是熱降解。熱降解是一系列復雜的化學反應(yīng)，特別是指氧化反應(yīng)。絕緣的熱老化遵循Arrhenius方程：聚乙烯類材料若老化特征：材料的伸長率、拉伸強度等機械性能下降；電氣性能下降。油浸紙材料1）固體絕緣材料老化特征：反應(yīng)纖維機械強度的性能指標下降，如反應(yīng)抗拉強度的指標聚合度；生成CO、CO2、H2O以及丙酮和糠醛等產(chǎn)物。2）絕緣油老化過程中產(chǎn)生氣體（低分子烴類氣體、 CO、CO2 等）、有機酸和X-臘等。二、熱老化第3章 常用的絕緣診斷方法旋轉(zhuǎn)電機變壓器電纜3.1 旋轉(zhuǎn)電機旋轉(zhuǎn)電機的絕緣老化過程是典型的在機械力、熱和電效應(yīng)下的多種因素作用下的老化過程。電機

7、轉(zhuǎn)動系統(tǒng)的不平衡會造成機械系統(tǒng)的異常噪聲，是造成絕緣材料機械負荷加劇的主要原因。測量電機的振動情況，并根據(jù)振動傳感器的信號頻譜分析是判斷異常噪聲的重要手段。絕緣系統(tǒng)的運行溫度也是影響絕緣老化的重要因素。3.1 旋轉(zhuǎn)電機1、絕緣電阻試驗?zāi)康模捍_認絕緣層 表面或內(nèi)部受潮、污損程度。測量參數(shù)：定子繞組的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻。1min10minIRI1I10R1R102、泄漏電流試驗?zāi)康模航^緣內(nèi)部老化判斷。測量參數(shù)：泄漏電流。判斷方法：1）泄漏電流不隨時間增長而增大；2）相間泄漏電流比較及差值與歷史數(shù)據(jù)比較；3）電流增加率；4) 電流增加傾向倍數(shù) m2=tg2/tg03.1

8、旋轉(zhuǎn)電機3.1 旋轉(zhuǎn)電機結(jié)果分析：1)整相繞組(或分支)Pi2在額定電壓Un以內(nèi)明顯出現(xiàn)者(電流增加傾向倍數(shù)m21.6)，屬于有老化特征。絕緣良好者，Pi2不出現(xiàn)或在Un以上不明顯出現(xiàn)2)單根線棒實測或由Pi2預測的平均擊穿電壓，不小于(2.53)Un3)整相繞組電流增加率不大于下列值： 6kV：8.5；10kV：12 3.1 旋轉(zhuǎn)電機3、介損試驗?zāi)康模航^緣的受潮和老化判定。測量參數(shù)：定子整相繞組(或分支)及單根線棒的tg增量(tg)。 tg電壓U0Un3.1 旋轉(zhuǎn)電機結(jié)果分析1）6kV及10kV電壓等級， tg值：6.5 %。 tg指額定電壓下和起始游離電壓下tg(%)之差值。起始游離電壓分

9、別取3kV和4kV 。2) 電壓為6kV和10kV的單根線棒在兩個不同電壓下的tg(%)值不大于下列值： 1.5Un和0.5Un ：11；相鄰0.2Un電壓間隔 ：2.5；0.8Un和0.2Un ：3.5。3.1 旋轉(zhuǎn)電機4、局部放電量（整相繞組或分支）定子電壓等級： 6kV 10kV最高試驗電壓： 6kV 10kV試驗電壓： 4kV 6kV局部放電量Qm：15000pC 15000pC5、整相繞組(或分支)交、直流耐壓試驗 考驗絕緣整體電氣性能。3.1節(jié) 旋轉(zhuǎn)電機6、絕緣剩余壽命推定IEC：剩余擊穿電壓下降至初始值的50時為壽命終點。各項試驗數(shù)據(jù)與絕緣壽命具有一定關(guān)系。各項試驗參數(shù)聯(lián)合推定絕

10、緣剩余壽命。多因素絕緣老化下的絕緣剩余壽命推定。特別注意局部放電量與剩余擊穿電壓具有良好的相關(guān)性。3.2 變壓器一、判斷故障的主要試驗項目1、油中溶解氣體分析當氣體繼電器報警 、變壓器出口短路以及判斷絕緣老化時。三比值法、改良電協(xié)研法等判斷方法。運行設(shè)備的油中H2與烴類氣體含量(體積分數(shù))超過下列任何一項值時應(yīng)引起注意：1）總烴含量大于15010-6；2）H2含量大于15010-63）C2H2含量大于510-6 (500kV變壓器為110-6)烴類氣體總和的產(chǎn)氣速率大于0.25ml/h(開放式)和0.5ml/h(密封式)，或相對產(chǎn)氣速率大于10%/月則認為設(shè)備有異常 3.2 變壓器二、當油中氣

11、體分析判斷有異常時可選擇的絕緣試驗項目絕緣特性(絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)、tg、泄漏電流)絕緣油的擊穿電壓、tg絕緣油含水量絕緣油含氣量(500kV)局部放電(可在變壓器停運或運行中測量)絕緣油中糠醛含量耐壓試驗3.2 變壓器三、判斷絕緣受潮可進行試驗項目絕緣特性(絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)、tg、泄漏電流)絕緣油的擊穿電壓、tg、含水量、含氣量(500kV)絕緣紙的含水量四、判斷絕緣老化可進行試驗項目油中溶解氣體分析(特別是CO、CO2含量及變化)絕緣油酸值油中糠醛含量油中含水量絕緣紙或紙板的聚合度 3.2 變壓器五、絕緣紙聚合度：當聚合度小于250時，應(yīng)引起注意。油中糠醛含量（mg/L）

12、1）油中氣體總烴超標或CO、CO2過高時注意。2)超過以下值時，認為絕緣非正常老化： 15年、510年、1015年、1520年分別為0.1、0.2、0.4、0.75。3）跟蹤檢測時，注意增長率。4）測試值大于4mg/L時，認為絕緣老化已比較嚴重。3.3 電纜一、充油電纜1、充油電纜的監(jiān)測普遍認為：（1）不存在長期老化引起的故障；（2）事故大多因為漏油引起。 因此，對充油電纜的油壓和油量的監(jiān)測和報警非常重要。漏油原因：接頭鉛包和法蘭盤結(jié)合處； 振動和熱伸縮引起外殼金屬開裂； 外力引起外殼損傷。3.3 電纜2、充油電纜絕緣老化參數(shù)和診斷標準參數(shù)允許值tg (100C)53/66127/220kV: 0.03190/330kV: 0.01 油中溶解氣體分析（106）可燃氣體總量 1500 H2 500C2H2 痕量 CO 100CO2 1000CH4 200C2H6 200C2H4 2003.3 電纜二、XLPE電纜的絕緣診斷水樹枝是引起絕緣事故