高壓試驗(yàn)理論

高壓試驗(yàn)理論第1頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)首先，感謝各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同事！在百忙中抽出時(shí)間，來到這里共同探討一些高壓試驗(yàn)方面的知識(shí)。非常高興有機(jī)會(huì)與大家一起交流和學(xué)習(xí)！高壓試驗(yàn)的意義：電力系統(tǒng)包括眾多的電氣設(shè)備，有些電氣設(shè)備的故障甚至?xí){到整個(gè)系統(tǒng)的安全供電。電力生產(chǎn)的實(shí)踐證明，對(duì)電氣設(shè)備按規(guī)定開展檢測(cè)試驗(yàn)工作，是防患于未然，保證電力系統(tǒng)安全，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要措施之一?！邦A(yù)防性試驗(yàn)”由此得名。第2頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)什么是電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)？電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)是指對(duì)已投入運(yùn)行的設(shè)備按規(guī)定的試驗(yàn)條件（規(guī)定的試驗(yàn)設(shè)備，環(huán)境條件、試驗(yàn)方法和試驗(yàn)電壓等）、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)周期所進(jìn)行的定期檢查或試驗(yàn)，以發(fā)現(xiàn)運(yùn)行中電力設(shè)備的隱患、預(yù)防發(fā)生事故或電力設(shè)備損壞。是判斷電力設(shè)備能否繼續(xù)運(yùn)行并且安全的重要措施。我國預(yù)試規(guī)程內(nèi)容實(shí)際上已經(jīng)超出了預(yù)防性試驗(yàn)的范圍，而更加廣泛，不僅包括了定期試驗(yàn)，還包括大修、小修后的試驗(yàn)及新設(shè)備投運(yùn)前的交接試驗(yàn)。第3頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)預(yù)防性試驗(yàn)檢測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是什么？電介質(zhì)（即設(shè)備絕緣）在電場(chǎng)作用下可以用4個(gè)參數(shù)來表征。介質(zhì)極化性能用介電常數(shù)ε表征；介質(zhì)導(dǎo)電性能用絕緣電阻率ρ表征；介質(zhì)損耗性能用介質(zhì)損耗角正切值tgδ表征；介質(zhì)擊穿性能用擊穿強(qiáng)度Ε表征。目前預(yù)防性試驗(yàn)主要是檢測(cè)表征電介質(zhì)電氣性能的4個(gè)參數(shù)變化。第4頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)高壓試驗(yàn)研究的是絕緣體在電場(chǎng)作用下的性能變化，如果變化量超過允許值，絕緣介質(zhì)就可能變成導(dǎo)體，性能就發(fā)生了變化。我們?cè)诠ぷ髦?，人工制造各種形式的外加電場(chǎng)，來檢測(cè)設(shè)備內(nèi)部性能的變化量，用各種表記測(cè)量上述參數(shù)。來進(jìn)行研究判斷。導(dǎo)電性能和擊穿性能大家比較容易理解。我們大概介紹一下極化性能和損耗性能。極化性能原理：組成電介質(zhì)的粒子不外是原子、分子或離子。而他們又都是由帶正電的電子核和圍繞核的電子云構(gòu)成。當(dāng)不存在外電場(chǎng)時(shí)（對(duì)于我們?cè)O(shè)備絕緣而言就是停運(yùn)，不帶電，不做試驗(yàn)時(shí)），粒子中電子云的中心與原子核重合，此時(shí)，電矩為零。第5頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)當(dāng)外加一個(gè)電場(chǎng)（對(duì)于我們?cè)O(shè)備絕緣而言就是帶電，或者做試驗(yàn)時(shí)），電場(chǎng)力的作用使得荷正電的原子核向電場(chǎng)方向位移，荷負(fù)電的電子云中心向電場(chǎng)反方向位移，但原子核對(duì)電子云的引力又使二者傾向于重合，當(dāng)他們的相互作用達(dá)到平衡時(shí)，原子中出現(xiàn)了感應(yīng)電矩。這種現(xiàn)象，我們稱作電子位移極化。知識(shí)鏈接：在物理學(xué)里，力矩是一個(gè)向量，可以被想象為一個(gè)旋轉(zhuǎn)力或角力，導(dǎo)致出旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的改變。力矩是角動(dòng)量隨時(shí)間的導(dǎo)數(shù)。力矩(torque[t??k])：力(F)和力臂(L)的叉乘(M)。物理學(xué)上指使物體轉(zhuǎn)動(dòng)的力乘以到轉(zhuǎn)軸的距離。第6頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)連接+Q和–Q兩個(gè)點(diǎn)電荷的直線稱為電偶極子的軸線，從–Q指向+Q的矢徑l和電量Q的乘積定義為電偶極子的電矩，也稱電偶極，通常用矢量p表示。即電偶極矩是電荷系統(tǒng)的極性的一種衡量。在兩個(gè)點(diǎn)電荷的簡(jiǎn)單情形中，一個(gè)帶有電荷+q，另一個(gè)帶有電荷?q，則電偶極矩為：p=qr。第7頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)

電介質(zhì)在外電場(chǎng)作用下可產(chǎn)生如下5種類型的極化：

1、原子核外的電子云分布產(chǎn)生畸變，從而產(chǎn)生不等于零的電偶極矩，稱為畸變極化或者叫電子位移極化；

2、原來正、負(fù)電中心重合的分子，在外電場(chǎng)作用下正、負(fù)電中心彼此分離，稱為離子位移位移極化；

3、具有固有電偶極矩的分子原來的取向是混亂的，宏觀上電偶極矩總和等于零，在外電場(chǎng)作用下，各個(gè)電偶極子趨向于一致的排列，從而宏觀電偶極矩不等于零，稱為轉(zhuǎn)向極化。第8頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)4、空間電荷極化。上述三種極化都是帶電質(zhì)點(diǎn)的彈性位移或轉(zhuǎn)向形成的，空間電荷極化是由帶電質(zhì)點(diǎn)（電子或正，負(fù)離子）的移動(dòng)形成的。5、夾層介質(zhì)界面極化。由兩層或多層不同材料組成的不均勻介質(zhì)，叫做夾層電介質(zhì)。由于各層的介電常數(shù)和電導(dǎo)率不同，在電場(chǎng)作用之下，各層中的電位，最初介電常數(shù)分布，（即按電容分布），以后逐漸過渡到按電導(dǎo)率分布，（即按電阻分布），此時(shí)，在各層電介質(zhì)的交界面上的電荷必然移動(dòng)，以適應(yīng)電位的重新分布，最后在交界面上積累起電荷。這種電荷的移動(dòng)和積累，叫做夾層介質(zhì)界面極化。第9頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)極化現(xiàn)象是高壓試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)。由于介質(zhì)在電場(chǎng)作用下會(huì)極化，也就是組成介質(zhì)的基本粒子會(huì)隨電場(chǎng)力的作用發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，我們后續(xù)研究的介質(zhì)的電導(dǎo)，介質(zhì)的損耗都與這種變化有密切關(guān)聯(lián)。極化現(xiàn)象要損耗外加電場(chǎng)的能量。和大多數(shù)物理現(xiàn)象一樣，極化過程對(duì)我們有用的，我們就加以利用。對(duì)我們不利的，我們要隨時(shí)監(jiān)測(cè)這種變化，掌控這種變化的趨勢(shì)，達(dá)到不允許的值時(shí)，我們就停運(yùn)設(shè)備，采取相關(guān)措施。舉一個(gè)簡(jiǎn)單例子，電機(jī)的吸收比測(cè)量，就是監(jiān)測(cè)極化現(xiàn)象，受潮后粒子中存在強(qiáng)極性水分子，極化現(xiàn)象就不符合變化規(guī)律了，那么我們就要采取烘干等措施。舉一個(gè)利用極化現(xiàn)象應(yīng)用的例子，在一定幾何尺寸下，為了獲得更大的電容量，就要選取相對(duì)介電常數(shù)大的電介質(zhì)。在電力電容器制造中，用合成液體（介電常數(shù)ε約為3~5）代替變壓器油（介電常數(shù)ε約為2.1）制成的電容器油

，在相同體積和質(zhì)量下可以增大電容量。所以，我們現(xiàn)場(chǎng)電容型套管的油和普通變壓器油是有區(qū)別的。第10頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)那么，我們?cè)倩氐介_頭，我們用介電常數(shù)ε表征介質(zhì)的極化性能。常見的介質(zhì)介電常數(shù)ε介質(zhì)種類空氣水變壓器油六氟化硫介電常數(shù)ε1.00059812.1（凈化后）

1.002026（25℃，0.101MPa）。我們可以看到水的介電常數(shù)ε是81，液體介質(zhì)介電常數(shù)越大，則其電導(dǎo)也越大。水屬于強(qiáng)極性液體，實(shí)際上即使經(jīng)過凈化的水也已經(jīng)不能看作是電介質(zhì)了，而是離子式導(dǎo)電液。知識(shí)鏈接：六氟化硫（SF6）常態(tài)下是一種無色、無味、無嗅、無毒的非燃燒性氣體，分子量146.06，密度6.139g/l，約為空氣的5倍。是已知化學(xué)安定性最好的物質(zhì)之一，其惰性與氮?dú)庀嗨?。它具有極好的熱穩(wěn)定性，純態(tài)下即使在500℃以上也不分解。六氟化硫具有卓越的電絕緣性和滅弧特性，相同條件下，其絕緣能力為空氣、氮?dú)獾?.5倍以上，滅弧能力為空氣的100倍。六氟化硫的熔點(diǎn)為－50.8℃，可作為－45～0℃溫度范圍內(nèi)的特殊制冷劑，又因其耐熱性好，是一種穩(wěn)定的高溫?zé)彷d體。六氟化硫因上述及其它優(yōu)良特性，近年來被廣泛用于電力、電子、電氣行業(yè)和激光、醫(yī)療、氣象、制冷、消防、化工、軍事、宇航、有色冶金、物理研究等。第11頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)介質(zhì)的極化我們討論完了。我們?cè)谟懻撨^程中說到電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下要產(chǎn)生極化現(xiàn)象。這種現(xiàn)象會(huì)從電場(chǎng)中吸收能量，產(chǎn)生損耗。這種損耗，叫做極化損耗。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，流過電導(dǎo)電流，會(huì)使電介質(zhì)發(fā)熱產(chǎn)生損耗，叫做電導(dǎo)損耗。最壯觀的例子就是夏天的雷云放電，會(huì)產(chǎn)生極高的溫度損耗掉電場(chǎng)的能量。夏天我們最擔(dān)心這種電導(dǎo)損耗，會(huì)對(duì)我們電氣設(shè)備造成極大影響。雷云放電損耗過程中伴隨的其他物理能量轉(zhuǎn)變，也會(huì)影響到我們的日常生活。電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，還會(huì)產(chǎn)生一種游離損耗。電介質(zhì)中局部電場(chǎng)集中處（如固體電介質(zhì)中的氣泡、油隙、氣體電介質(zhì)中電極的尖端），當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度高于某一值時(shí)，就產(chǎn)生游離放電，又稱局部放電。局部放電伴隨著很大的能量損耗，能量損耗就會(huì)產(chǎn)生不利于設(shè)備運(yùn)行的物理化學(xué)現(xiàn)象，我們的設(shè)備現(xiàn)在對(duì)局放的控制十分嚴(yán)格，主變要求不超過500PC，500KV電流互感器不允許超過20PC。

我們對(duì)發(fā)電機(jī)定子繞組也有局放水平的要求，依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)是DL/T492-92《發(fā)電機(jī)定子繞組環(huán)氧粉云母絕緣老化鑒定導(dǎo)則》及IRISpower發(fā)電機(jī)局放測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。隨著人們對(duì)局放危害性認(rèn)識(shí)的提高，過去作為非標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)項(xiàng)目的局放測(cè)量，正在轉(zhuǎn)變?yōu)槌Ｒ?guī)試驗(yàn)項(xiàng)目。這在華北局2008版預(yù)試規(guī)程中已經(jīng)有了明顯的改變。

第12頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)綜上所述，電介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，會(huì)產(chǎn)生電導(dǎo)損耗，游離損耗，極化損耗。在工程測(cè)試中，哪一種損耗是電導(dǎo)產(chǎn)生的，哪一種損耗是極化產(chǎn)生的，目前還不能明確區(qū)分。為了表征某種絕緣材料或結(jié)構(gòu)的介質(zhì)損耗，一般不用W（瓦）或者J（焦耳）等單位來表示，而是用電介質(zhì)中流過的電流的有功分量和無功分量的比值來表示，即tgδ。這個(gè)量是一個(gè)無因次的量。這個(gè)量的好處是只與絕緣材料的性質(zhì)有關(guān)，而與它的結(jié)構(gòu)、形狀、幾何尺寸無關(guān)，更加便于比較判斷。第13頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)我們看一下電導(dǎo)的概念。從電導(dǎo)機(jī)理看，電介質(zhì)的電導(dǎo)可分為離子電導(dǎo)和電子電導(dǎo)。理想的電介質(zhì)是不含帶電質(zhì)點(diǎn)的，但實(shí)際工程中電介質(zhì)總是含有一些帶電質(zhì)點(diǎn)（主要是雜質(zhì)離子),這些離子與電介質(zhì)分子聯(lián)系非常弱，甚至成自由狀態(tài)；有些電介質(zhì)在電場(chǎng)或外界因素影響下（如紫外線輻射），本身就會(huì)離解成正負(fù)離子。這些離子在電場(chǎng)作用下，沿電場(chǎng)方向移動(dòng)，形成電導(dǎo)電流，這就是離子電導(dǎo)。一般說電介質(zhì)的電導(dǎo)都是指離子電導(dǎo)。我們用絕緣電阻率ρ表征電介質(zhì)的電導(dǎo)性能。電介質(zhì)中的自由電子，主要是在高電場(chǎng)作用下，離子與電介質(zhì)分子碰撞、游離激發(fā)出來的，這些自由電子在電場(chǎng)作用下移動(dòng)，形成電子電導(dǎo)電流。當(dāng)電介質(zhì)中出現(xiàn)電子電導(dǎo)電流時(shí)，就表明電介質(zhì)已經(jīng)被擊穿，不能做絕緣體用了。那么我們由電介質(zhì)中出現(xiàn)電子性電導(dǎo)電流時(shí)，引出了擊穿的概念。介質(zhì)擊穿性能用擊穿強(qiáng)度Ε表征。第14頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)明確一些常用的術(shù)語一、放電，擊穿、閃絡(luò)之間關(guān)系及概念區(qū)別1、放電指介質(zhì)在電場(chǎng)作用下，由絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電狀態(tài)的躍變現(xiàn)象。可以應(yīng)用在固體，液體，氣體介質(zhì)所有的介質(zhì)及其組合中。放電可以分為破壞性放電和局部放電。破壞性放電又可以分為火花放電，擊穿，閃絡(luò)。1.1、擊穿：在固體電介質(zhì)中發(fā)生破壞性放電時(shí)，稱為擊穿。這個(gè)術(shù)語只限于固體電介質(zhì)中使用。1.2、火花放電：在氣體或液體電介質(zhì)中，電極間發(fā)生的破壞性放電稱為火花放電。這個(gè)術(shù)語只限于氣體或液體電介質(zhì)中使用。1.3、閃絡(luò)：當(dāng)在氣體或液體電介質(zhì)中沿固體電介質(zhì)表面發(fā)生破壞性放電時(shí)，稱為閃絡(luò)。我們常見的是沿氣體與固體電介質(zhì)交界面發(fā)生的閃絡(luò)。如沿絕緣子串表面，沿套管表面的破壞性放電。所以閃絡(luò)這個(gè)術(shù)語只限于描述特殊條件下的放電現(xiàn)象。第15頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)二、游離與局部放電之間關(guān)系及概念區(qū)別1、所謂游離是指任何中性分子或原子變成帶電質(zhì)點(diǎn)的過程。游離會(huì)產(chǎn)生放電，而局部放電又是放電的一種類型。局部放電：是游離導(dǎo)致的一種現(xiàn)象。具體指在電壓作用下，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)部的氣隙、油膜或?qū)w的邊緣發(fā)生非貫穿性的放電現(xiàn)象。第16頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)劣化與老化之間關(guān)系及概念區(qū)別1、劣化是指絕緣在電場(chǎng)、熱、化學(xué)、機(jī)械力、大氣條件等因素作用下，其性能變壞的現(xiàn)象。劣化的絕緣有的是可逆的，有的是不可逆的。不可逆的劣化稱作老化。2、老化是絕緣在各種因素長(zhǎng)期作用下發(fā)生一系列的化學(xué)物理變化，導(dǎo)致絕緣電氣性能和機(jī)械性能等不斷下降。絕緣老化原因有很多，但一般電氣設(shè)備中常見的老化是電老化和熱老化。第17頁，共20頁，2023年，2月20日，星期四高壓試驗(yàn)基礎(chǔ)了解一些基本術(shù)語后，下面我們探討一些高壓試驗(yàn)的基礎(chǔ)分類：一、電力設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)方法和項(xiàng)目按對(duì)電力設(shè)備絕緣的危險(xiǎn)性分：1、非破壞性試驗(yàn)。主要是指在較低電壓下進(jìn)行的，不會(huì)損傷電力設(shè)備性能的試驗(yàn)。包括測(cè)量絕緣電阻、泄漏電流和介質(zhì)損耗因數(shù)tgδ。由于所加電壓接近額定值，所以現(xiàn)在有規(guī)定局把放試驗(yàn)也歸到非破壞性試驗(yàn)里邊。非破壞性試驗(yàn)