互感器的試驗與診斷ppt

互感器的試驗與診斷

為了測量高電壓和大電流交流電路內的電量，通常均用電壓互感器和電流互感器將高電壓變換成低電壓、大電流變成小電流，配備適當?shù)臉擞?，并利用互感器的變比關系來進行測量。如高壓電力系統(tǒng)中的電流、電壓、功率、頻率和電度計量等都是借助互感器來測得的。此外，互感器也是電力系統(tǒng)的繼電保護、自動控制、訊號指示等方面不可缺少的設備。試驗室用以精密測量的互感器，一般準確度較高，通稱為儀用互感器，其原理和電力系統(tǒng)內裝設的互感器完全一樣。電流互感器和電壓互感器的結構原理和電力變壓器類似。在一個閉合磁回路的鐵芯上，繞有互相絕緣的一次繞組和二次繞組。其絕緣強度要求和同電壓等級的電力變壓器也大致相同。對于高壓互感器，因為長期處于工作狀態(tài)，時刻經(jīng)受著工作電壓和過電壓考驗，以及光、熱、潮氣等作用，故需進行必要的預防性試驗。第一節(jié)互感器的絕緣試驗

一、電流互感器的絕緣試驗我國目前生產(chǎn)的20kV及以下電壓等級的電流互感器多采用干式固體夾層絕緣結構，在進行定期試驗時，以測量繞組絕緣電阻和交流耐壓為主。測量繞組絕緣電阻的主要目的是檢查其絕緣是否有整體受潮或者劣化現(xiàn)象。測量一次繞組用2500V兆歐表，二次繞組用1000V或2500V兆歐表，而且非被測繞組應接地。測量時候還應考慮空氣濕度、套管表面臟污對絕緣電阻的影響。必要時將套管表面屏蔽，以消除表面泄露的影響。溫度的變化對絕緣電阻影響很大，測量時應記下準確溫度，以便比較。為減小溫度的影響，最好在繞組溫度穩(wěn)定后進行測量。對于35kV及以上電壓等級的互感器，多采用油浸式夾層絕緣結構，除了應進行絕緣電阻和交流耐壓試驗外，尚需做介質損耗角正切值（tanδ）的試驗。1、電流互感器極性檢查電流互感器極性檢查實驗接線如圖8-1所示，當開關S瞬間合上時，若L１和K１同極性，則毫伏表的指示為正，指針右擺，然后回零。在電流互感器的極性檢查中L１和K１在鐵芯上起始是按同一方向繞制的，極性檢查采用直流感應法。

圖8-1電流互感器極性檢查接線圖油斷路器套管型電流互感器二次側的始端a與油斷路器套管的一次側接線端同極性。當油斷路器兩側各電流互感器流過同方向一次電流時，兩側的a端極性恰恰相反，在做極性試驗時，要將斷路器合上，在兩側套管出線處加電壓。如圖8-2所示。圖8-2安裝在油斷路器上套管型電流互感器的極性檢查示意圖2、電流互感器的勵磁特性試驗電流互感器的勵磁特性試驗接線如圖8-3所示。圖8-3電流互感器的勵磁特性試驗接線圖輸出電壓220~380V；(b)輸出電壓500VTR——調壓器；PA——電流表；PV——電壓表

測量電流互感器的勵磁特性可以發(fā)現(xiàn)一次繞組有無匝間短路，計算10%誤差曲線，并從勵磁特性校核用于繼電保護的電流互感器的特性是否符合要求。試驗時電壓從零向上遞升，以電流為基準，讀取電壓值，直至額定電流。若對特性曲線有特殊要求而需要繼續(xù)增加電流時，應迅速讀數(shù)，以免繞組過熱。由于電流互感器一次繞組匝間短路時，勵磁特性在開始部分電流會比正常的略低，因此應再開始部分多測幾點。當電流互感器勵磁電壓較高，電流較大時，輸出電壓可增至500V左右，但讀取的勵磁電流值為毫安級，因此對儀表的選取應加以注意。圖8-4電流互感器二次繞組匝間短路時的勵磁特性曲線1——正常曲線；2——短路1匝；3——短路2匝

根據(jù)規(guī)程規(guī)定，電流互感器只對繼電保護有特性要求時才進行該項試驗，但在調試工作中，當對測量用的電流互感器發(fā)生懷疑時，也可測量該電流互感器的勵磁特性，以供分析。3、電流互感器鐵芯退磁對電流互敢器鐵芯進行退磁主要是因為在大電流下切斷電源或在運行中發(fā)生二次開路時，通過短路電流以及在采用直流電源的各種試驗后，可能在電流互感器的鐵芯中留下剩余磁，磁將使電流互感器的比差尤其是角差增大。方法是使一次繞組開路，當二次繞組額定電流為5A時，通入1～2.5A電流,當二次繞組額定電流為1A時,通過0.2～0.5A的50HZ交流電流,然后使電流從最大值均勻降到零.并在切斷電流電源前將二次繞組短路.,且在上述過程中,電流不應中斷或發(fā)生突變,重復二、三次后，即可退去電流互感器鐵芯中的剩磁。二、電壓互感器的絕緣試驗

20kV及以下電壓等級的電壓互感器，多采用干式固體夾層絕緣結構。但也有一部分是戶內用的油浸式夾層絕緣結構。對于它們的絕緣試驗和電流互感器基本相同，但根據(jù)現(xiàn)場的實際需要，有時增加感應耐壓試驗。對35～66kV電壓等級的電壓互感器應進行絕緣電阻測試、交流耐壓（串級絕緣不能進行）、感應耐壓、介質損失正切值（tanδ）等項試驗。對66kV以上電壓等級的電壓互感器還應增加絕緣油中溶解氣體分析試驗。上述各項試驗方法，可參考變壓器試驗和絕緣油試驗的有關項目。唯有對串級式電壓互感器的tanδ值測量要采取另外的接線才能得到正確的判斷。下面著重介紹目前國內采用的幾種有效的測量方法。1、高壓標準電容器自激法采用高壓交流電橋高壓標準電容器自激法測量串級式電壓互感器的tanδ值接線如圖8-5所示。圖中A-X為兩元件鐵芯串接高壓側繞組的出線端，a-x為低壓側繞組出線端，ad-xd為低壓側輔助繞組出線端。圖中利用電壓互感器本身作為試驗變壓器，套管和繞組的對地電容作為Cx。這種線路的電壓分布與電壓互感器工作時一致。所以避免了高壓側繞組靠近低壓端的容量大，造成主要反映低壓端介質損失的缺點。如能采用更高電壓的標準電容器，使自激電壓達到額定值，就更接近實際。如國產(chǎn)的250kV六氟化硫標準電容器，就能夠滿足110kv及220kv的電壓互感器在工作電壓下用自激法測tanδ的試驗。試驗方法和用QS1型電橋對角接線法測量tanδ的方法完全一樣，由于橋體處于低壓端，所以標準電容器可以選用更高電壓等級的，以滿足電壓互感器的測量要求。圖8-5采用高壓標準電容器自激法測量tanδ值接線

2、低壓標準電容器自激法如圖8-6所示，利用QS1型橋體內的標準電容做電橋的標準臂，對串級式互感器進行自激測量tanδ值。圖8-6利用低壓標準電容器自激法測量tanδ值接線由圖8-6可知，電橋的供電是取自輔助繞組端子上所感應的電壓，標準電容橋臂承受的電壓較低，此時輔助繞組的負荷很小，U1和U2向量基本上是重合的，經(jīng)驗證明他們之間的角差影響可以忽略不計。不管用高壓標準電容器自激法，還是用低壓標準電容器自激法，在測量串級式互感器的值時，仍然避免不了強電場的干擾影響。其干擾源，一個來自互感器高壓側外界電場（附近的高壓設備），一個來自二次側激磁系統(tǒng)。前者可采用高壓屏蔽的辦法消除，具體辦法參考變壓器的試驗，后者可將調壓裝置的接地點盡量靠近滑動接點。另外還可以配合調換自激電源的相位，使干擾減少到最小程度。

3、末端屏蔽法如圖8-7所示，同樣可以利用QS1型高壓電橋進行測量，并需用高壓試驗變壓器B，在被試電壓互感器的高壓側激磁，同時供給電橋電源。低壓末端接地，低壓繞組也處于較低電位，這樣基本上避免了小套管因受潮和臟污對測量值的影響?？梢?，末端屏蔽法的接線只能測出和低壓繞組及輔助繞組直接耦合的高壓繞組部分的tanδ值。如老式JCC-110和JCC-220型兩個或兩個以上鐵芯的電壓互感器，只能反映部分高壓繞組的tanδ值。兩個鐵芯只反映下部一個鐵芯即1/2tanδ值。四個鐵芯只反映1/4tanδ值。但比過去的常規(guī)接線基本上不能反映高壓線圈的tanδ值要好的多，且不像常規(guī)接線那樣只能加壓2000～2500V，而是能滿足標準電容器的電壓（QS1型電橋可以加壓到10kV），對提高tanδ值的靈敏度也大有好處。顯然，末端屏蔽法比自激法測得的結果偏小，如果采用QS1型電橋測量的tanδ小于1%時，須在Z4臂上并聯(lián)一適當電阻R'4擴大其量程。根據(jù)我國一些地區(qū)的經(jīng)驗，并聯(lián)電阻值可選等于R4的數(shù)值，即3184歐，這時Z4臂上的電阻就變成了1592歐，量程增大了一倍。因此，所測得的tanδ值必須除2，才是QS1型電橋指示的實際值。

圖8-7用末端屏蔽法測量tanδ值接線

末端屏蔽法，同樣有電源系統(tǒng)和外界電場的干擾問題，其防止措施和自激法相同。4、電容式電壓互感器的試驗方法電容式電壓互感器接線如圖8-8所示，由電容分壓器（包括主電容器C1，分壓電容器C2）、中間變壓器（即中間互感器YH）、共振電抗器L1、載波阻抗器L2及阻尼電抗器R等元件組成。圖8-8電容式電壓互感器接線圖g——保護間隙；K——斷路開關其介質損失角tanδ值的測試，可分單元件試驗。例如，對電容器，可照電力電容的要求進行試驗；對中間變壓器，可選用“自激法”或“末端屏蔽法”均可得到有效的結果。第二節(jié)互感器的油色譜分析

目前，在互感器的故障診斷中，單靠電氣試驗的方法往往很難發(fā)現(xiàn)某些局部故障和發(fā)熱缺陷，而通過互感器中氣體的油中色譜分析這種化學檢測的方法，對發(fā)現(xiàn)互感器內部的某些潛伏性故障及其發(fā)展程度的早期診斷非常靈敏而有效，這已為大量故障診斷的實踐所證明。油色譜分析的原理是基于任何一種特定的烴類氣體的產(chǎn)生速率隨溫度的變化，在特定溫度下，往往有某一種氣體的產(chǎn)氣率會出現(xiàn)最大值；隨著溫度的升高，產(chǎn)氣率最大的氣體依次為CH4、C2H6、C2H4、C2H2。這也證明在故障溫度與溶解氣體含量之間存在著對應的關系。而局部過熱、電暈和電弧是導致油浸紙絕緣中產(chǎn)生故障特征氣體的主要原因。由于互感器的原理結構與變壓器相似，因此，互感器的油色譜分析可參考變壓器油色譜分析部分。第三節(jié)互感器的特性試驗

電流互感器在正常工作時，與普通變壓器不同；其原邊電流不隨副邊電流變動而變化，只取決于原邊回路的電壓和阻抗。副邊回路所消耗的功率隨其回路的阻抗增加而增大，一般副邊負載都是內阻很小的儀表，其工作狀態(tài)相當于短路。一、電流互感器的向量分析如圖8-9所示，電流互感器正常工作時，原邊繞組的磁勢大部分用以補償副邊繞組的磁勢，只一小部分作為空載磁勢，在鐵芯中的磁通較小，所以在副邊繞組中感生的電勢不大。如果不變，增大副邊回路的阻抗，則和副邊回路的磁勢將減小，而磁勢和磁通必然增大，如果副邊回路開路（＝∞，＝0），副邊回路的磁勢便等于零，總的磁勢將等于原邊回路的磁勢，因而在鐵芯中建立的磁通將大大超過正常工作時的磁通，使鐵芯損失增大，引起過度發(fā)熱。同時在副邊繞組中感生較高的電勢，可能達到危險的程度。所以電流互感器副邊繞組不能開路運行。圖8-9電流互感器的向量二、電流比差的測量

理想的電流互感器其電流比應與匝數(shù)成反比，即

式中——原邊電流（安）；——副邊電流（安）；

——原邊繞組匝數(shù)；——副邊繞組匝數(shù)。電流誤差也就是電流比差。電流比一般的測量接線如圖所示，為電流發(fā)生器，被試電流互感器和標準電流互感器的原邊串聯(lián)在副邊回路內，圖中的電流表的準確度等級，都必須較所接的電流互感器的準確級高，如被試電流互感器為0.5級，電流表應為0.2級以上，標準電流互感器也要比被試電流互感器的準確級高，才有校驗意義。

當然這種測量方法包括標準和電流表的誤差在內，這對電力系統(tǒng)內裝設的電流互感器的校驗已足夠準確。因為一般測量用的電流互感器均為0.5級或1級。

電流比測量接線圖三、電流互感器角差測量

電流互感器除了電流的誤差外，還有角誤差。它是原邊電流和旋轉180o后的副邊電流的向量之間的差角δ如圖8-11所示，從向量圖中可以看出：，所在的直角三角形中，斜邊等于所以因為和相比很小，故可忽略不計，由此得

角差δ的測試，需用專門的儀器。這里介紹一種用差流法測量角差δ的接線。如下圖所示，被校電流互感器和標準電流互感器的原邊串聯(lián)，副便接入儀器形成三個基本電流回路：①標準電流互感器的副邊電流，經(jīng)AB‘DE形成一個回路；②被校電流互感器的副邊電流經(jīng)EDCB形成第二個回路；③互感線圈M的副邊電流經(jīng)電阻ab形成第三個回路。圖中電阻流過的電流是和的差值。

用差流法測量電流互感器誤差原理圖(a)原理接線圖；(b)向量圖得到所以調節(jié)rA和rcd

電阻值使檢流計等于零時的讀數(shù)即可得到被校互感器的電流比差。四、影響電流互感器誤差的原因影響電流互感器誤差的原因主要由以下三點：（1）由于鐵芯的磁導不好，鐵芯的損失增大，激磁電流也大；鐵芯的幾何尺寸設計得不適當，漏磁偏大。這些都直接影響互感器的角差，使其增大；（2）副邊回路的電阻、電抗和負載因數(shù)的大小，會影響δ的大小并使角差發(fā)生變化；（3）副邊電流及其頻率的大小，可以導致副邊阻抗壓降的變化，因而不僅使角δ發(fā)生變化，而且可使電流比差變化。

五、電壓互感器的向量分析

電壓互感器的工作特性和電流互感器不同，當原邊電壓基本不變時，副邊繞組的工作電流很小，近似開路狀態(tài)；電壓互感器工作時，其副邊繞組不能短路。為了滿足測量電壓準確度的要求，通常電壓互感器的鐵芯磁密取得比變壓器低（約為6000~10000高斯），而繞組導線截面取得較大。得出實際上鐵芯內有損耗，繞組存在著阻抗，端電壓隨著負荷發(fā)生變化，因而測量電壓比，就產(chǎn)生了誤差。

電壓互感器的向量圖六、電壓比差測量

用標準電壓互感器校驗的電壓比誤差：

式中——電壓的誤差；——電壓比的誤差。

電壓的誤差，也就是電壓比差。電壓比差的測量和變壓器一樣，也可以用電壓表法進行。但要求比變壓器高，原邊應施加額定的穩(wěn)定電壓，用標準測量原邊電壓，副邊要加規(guī)定的負荷。其接線如右圖所示，所用電壓表應比電壓互感器的準確級高。

電壓互感器電壓比測量接線圖YHN——標準電壓互感器；YHx——被測電壓互感器；R——負荷電阻七、互感器電壓角差測量

電壓互感器誤差校驗器的接線原理及向量圖(a)接線原理；(b)向量圖

和測量電流互感器角差的原理一樣，利用互感的作用使流經(jīng)電阻上的電流與相位角差90°，這樣也就與相差90°，與相差180°。結果就是。在上以適當?shù)目潭缺硎?，即可直接反映被測的相角差八、影響電壓互感器誤差的原因

副邊回路負載加大，將會改變的大小，使誤差發(fā)生變化。特別是電阻及的增大，誤差明顯地隨之增大。為了減小電阻，所以電壓互感器繞組導線電流密度取的較小。其次是電抗和電阻的比值改變對相角差影響也較大。所以電壓互感器的等效電抗不應太小，等效電阻不應太大，所消耗的總功率應在額定范圍內。

第四節(jié)互感器的故障分析與診斷

故障診斷的任務，就是當設備上某一部位出現(xiàn)某種故障時，要從這些狀態(tài)及其參數(shù)的變化推斷出導致這些變化的故障及其所在部位。由于狀態(tài)參數(shù)的數(shù)量浩大，必須找出其中的特征信息，提取特征量，才便于對故障進行診斷。由某一故障引起的設備狀態(tài)的變化稱為故障的征兆。故障診斷的過程就是從已知征兆判定設備上存在的故障的類型及其所在部位的過程。因此故障診斷的方法實質上是一種狀態(tài)識別方法。對互感器的狀態(tài)識別依據(jù)是使用前幾節(jié)所述的方法對其進行試驗所得到的試驗數(shù)據(jù)。在得到試驗數(shù)據(jù)后，首先要進行試驗結果正確性判斷，排除試驗方法原則上的錯誤和環(huán)境、人為因素等的影響；然后把試驗結果與規(guī)程、標準相比較，與歷史資料相比較，與其它同類產(chǎn)品相比較，綜合利用多個試驗方法的試驗數(shù)據(jù)進行聯(lián)合分析；最后根據(jù)分析對互感器的狀態(tài)進行判斷。一、互感器故障種類及分析

2、故障形成原因

2.1絕緣熱擊穿高壓電流互感器既承受高電壓,又通過大電流,絕緣介質在高電壓作用下的介質損耗以及電流熱效應使絕緣溫度升高。如果有缺陷,將出現(xiàn)熱損耗增加,絕緣溫度升高,在超過絕緣材料的工作溫度下長期運行,就會造成絕緣熱擊穿。

2.2局部放電損壞

220kV電流互感器主電容在正常狀態(tài)下電壓均勻分布,如果生產(chǎn)制造過程中工藝不合格,就會造成電容極板不光滑,絕緣包繞松緊不均、外緊內松、紙有皺格,電容屏錯位、斷裂,“并腿”時損傷絕緣等缺陷;因下部U型卡子卡得過緊使絕緣變形,還會因端屏鋁箔沒有孔眼而在非真空注油時,電容屏間存積氣泡,從而改變電容屏間的電壓分布,使個別電容屏承受較高的場強,出現(xiàn)嚴重電暈或較強的局部放電,如果沒有被發(fā)現(xiàn)或處理不及時,將導致整個電容芯棒絕緣裂解擊穿事故。

2.3受潮由于端部密封不嚴而進水受潮,引起互感器內部游離放電加劇,內部沿面放電,是電流互感器絕緣劣化的主要原因之一。電流互感器的U型電容芯棒的底部離油箱底部很近,進入互感器內的水沉積于電容芯棒底部,芯棒打彎處絕緣受潮嚴重,是絕緣最薄弱的部位,在工作場強的長期作用下,使一對或幾對主電容屏擊穿,甚至導致整個電容芯棒的擊穿,從而造成爆炸事故。

2.4絕緣干燥和脫氣處理不徹底

220kV電流互感器若不進行真空注油,致使內部氣體無法排出,或雖然進行了真空注油,但不能保持高真空度,或脫氣處理時間不夠,干燥不徹底,在運行電壓和溫度的作用下,就會發(fā)生熱和(或)電老化擊穿。

2.5人員過失常見的過失有一次引線接頭松動、注油工藝不良、二次繞組開路、電容末屏接地不良等。由于這些過失常導致局部過熱或放電,使油中溶解氣體色譜分析結果異常。

二、互感器故障診斷方法

1認真進行預防性試驗

DL/T596-1996《電力設備預防性試驗規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)規(guī)定了電流互感器的預防性試驗項目有:測量繞組及末屏的絕緣電阻、測量介質損耗因數(shù)tanδ及電容量和油中溶解氣體色譜分析等,通過對這些項目的測試結果進行綜合分析,可以發(fā)現(xiàn)進水受潮及制造工藝不良等方面的缺陷。2局部放電測量常規(guī)絕緣試驗不能檢出電流互感器的局部放電型缺陷,而進行局部放電測量能靈敏地檢出該類型的缺陷。3在線監(jiān)測和紅外測溫

a.目前高壓電流互感器開展的在線監(jiān)測項目主要有:測量主絕緣的介質損耗因數(shù)tanδ、電容量和電容電流。現(xiàn)場測試表明,它對