8 电气设备绝缘试验(高电压技术)

电气设备绝缘试验绝缘诊断与绝缘试验主要内容1绝缘测试和诊断的基本概念2绝缘电阻和泄漏电流的测量3介质损耗角正切的测量4局部放电的测量5耐压试验与预防性试验方法的特点总结6绝缘的在线监测1、绝缘测试和诊断的基本概念绝缘的测试和诊断技术概念：电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。通过对绝缘的试验和各种特性的测量，了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的监测和诊断技术绝缘的测试和诊断技术分类：1）按照对设备造成的影响程度分类（两类）非破坏性试验，亦称绝缘特性试验：在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的不同特性，采用综合分析的方法来判断绝缘内部的缺陷包含的种类：绝缘电阻和泄漏电流的试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点是可能在试验时给绝缘造成一定的损伤，同时不能反映绝缘缺陷的性质包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验2）按照设备是否带电的方式分类（两类）离线：在离线的测试和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预防性试验规程（DL/T596）规定特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确在线：在线监测则是在被试设备处于带电工作运行的条件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和检测，通称为绝缘预防性试验。绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节：传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各种特性参数；数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最敏感、有效的特征参数；绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，并能为下一步的维修决策提供技术根据。绝缘诊断规则：规则分类：逻辑诊断，模糊诊断，统计诊断逻辑诊断：逻辑诊断中将特征只归结为“有”和“无”两种(或特征参数大于某给定的阈值则为“有”该特征，否则为“无”)，诊断对象的状态同样只归结为“有”和“无”，或“好”和“坏”两种，即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简化，诊断准确度较低模糊诊断：考虑到被试对象的特征及状态评价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能简单地用“有”、“无”和“好”、“坏”来评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来描述，如某特征“很强”、“强”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“严重”、“较严重”、“一般”、“轻微”、“无”等，然后按特征或状态参数的取值量确定归入某一类别。如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。统计诊断：考虑到被试对象特征参数分布的不确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律分布。利用这些规律进行绝缘诊断(a)绝缘完好和损坏时(b)两者重叠图概率密度曲线不重叠某特征参数的概率密度2绝缘电阻和泄漏电流的测量1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理2）测量绝缘电阻与吸收比的方法3）泄漏电流的测量4）测量绝缘电阻和泄漏电流的功效5）测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项1）测量绝缘电阻与吸收比的工作原理双层介质模型的电流－时间特性i（t）=[U/(R1+R2)]+{U(R1C1－R1C2)2/[(C1+C2)2(R1+R2)R1R2]}exp(-t/τ)τ＝R1R2(C1+C2)/(R1+R2)双层介质等值电路图吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线i（t）=Kexp(-t/τ)τ＝R1R2(C1+C2)/(R1+R2)在工程应用上的表达方便，把介质处在吸收过程时的U/i也称呼为绝缘电阻R双层介质等值电路图吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线定义吸收比K：为加压60秒时的绝缘电阻R60″与15秒时电阻R15″之比值K=R60″/R15″定义极化指数P：为加压10分钟时的绝缘电阻R10′与1分钟时电阻R1′之比值P=R10′/R1′我国电力行业标准DL/T596－1996即电力设备预防性试验规程等规定：电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5大发电机当采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0。发电机容量在200MW及以上者推荐测量绝缘状态的判定若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数τ大为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，τ值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下降。当K＝1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线2）测量绝缘电阻与吸收比的方法测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量摇表：为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表。现场仍较多采用带有手摇直流发电机的兆欧表，俗称摇表晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管振荡器产生交变电压，经变压器升压及倍压整流后输出直流电压兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表。例：额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表；1kV以上者使用2500V兆欧表兆欧表的原理结构图屏蔽端子G：主要用于屏蔽表面泄漏电流EGLEGL表面电导体积电导绝缘屏蔽环例：用兆欧表测量电缆绝缘电阻用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图1－铅铠外皮2－绝缘3－导芯4-屏蔽环微安表直读法（高电位和低电位两种接法）测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线T1―调压器；T2―高压试验变压器；D―高压硅堆R―保护电阻；C―滤波电容；T―被试变压器3）泄漏电流的测量4）测量绝缘电阻和泄漏电流的功效测量绝缘电阻和泄漏电流能有效地发现的缺陷：1、两极间穿透性的导电通道2、绝缘受潮3、表面污垢测量绝缘电阻和泄漏电流不易发现的缺陷：1、绝缘的局部缺陷（局部损伤或裂缝、含有气泡、绝缘分层、脱开等）2、绝缘的老化（此时的绝缘电阻还相当高）5）测量绝缘电阻和泄漏电流的注意事项A、测量结果不应作为最后定论，应与下列数据比较：（1）、历史资料（2）、同类设备数据（3）、同一设备不同部位（不同相）的数据当K2时，有缺陷存在(4)、其它实验结果B、要考虑测量时温度的影响，只有同一温度下的结果才能比较C、测量电压要稳定，直流脉动不应大于3%D、测量仪表的保护与屏蔽E、测量前应充分放电，避免残余电荷造成误差F、被试品的接地问题三项中的最小值三相中的最大值不平衡系数K3介质损耗角正切的测量1）西林电桥的基本原理2）反接法的西林电桥3）存在外界电磁场干扰时的测量4）测量介损的功效5）测量介损的注意事项测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的电压不高在电工界：测量tgδ的仪器和方法有多种，西林电桥测法和电流比较式电桥测法在线监测：采用微计算机对tgδ的测量测量介损的方法1）西林电桥的基本原理高压臂：一个是代表试品的Z1；另一个是无损耗的标准电容C0，它以阻抗Z2作为代表。低压臂：一个处在桥箱体内，一个是可调无感电阻R3；另一个是无感电阻R4和可调电容C4的并联回路。前者以Z3来代表，后者以Z4来代表保护：放电管P电桥平衡：检流计G检零屏蔽：消除杂散电容的影响西林电桥的基本回路电桥的平衡条件：Z1/Z3=Z2/Z4串联等值回路tgδ=ωR4C4Cx=R4C0/R3并联等值回路tgδ=ωR4C4Cx=R4C0/[R3(1+tg2δ)]Cx：因为tg2δ极小，故两种等值电路的Cx相等西林电桥的基本回路解之得：GxG4–ω2CxC4=0(1)G4Cx+GxC4=G3C0(2)由（2）得：tgδ=IRx/ICx=Gx/ωCx=ωC4/G4=ωR4C4取R4=104/лΩω=100л则tgδ=106C4（F）=C4（μF）将Gx=ωCxtgδ;C4=G4tgδ/ω代入（3）得：Cx=R4C0/[R3(1+tg2δ)]CxGx3044xxG1Cj1CjG1CjG1δICxIRxIUtgδ=IRx/ICx屏蔽：杂散电容：高压引线与低压臂之间会有电场的影响，可以看作其间有杂散电容由于低压臂的电位很低，Cx和C0的电容量很小，如C0一般只有50～100pF。所以杂散电容Cs的引入，会产生测量误差若附近另有高压源，其间的杂散电容Cs1会引入干扰电流iS，也会造成测量误差所以需要屏蔽，消除杂散电容的影响西林电桥的基本回路在实验室内：通常测试材料及小设备，被试品是对地绝缘的现场试验中：有许多一端接地的试品，如敷设在地下的电缆及摆在地面的重大电气设备，要改成对地绝缘是不可能的，只能改变电桥回路的接地点。这样就产生了一种反接法的西林电桥反接法西林电桥的接线2）反接法的西林电桥3）存在外界电磁场干扰时的测量现场的试品：难以实现屏蔽，故干扰较严重两次测量法：消除或减小外界电场影响的测试方法，是采用两次测量。第一次先调电桥到平衡，测得tgδ1和Cx′，然后倒换试验变压器原边电源线的两头，即把试验电压U的相位转一个180°，然后再测得第二次的数值tgδ2和Cx″，可用下式计算得准确的tgδ和Cx值。tgδ=（Cx′tgδ1+Cx″tgδ2）/(Cx′+Cx″)Cx=(Cx′+Cx″)/2西林电桥的基本回路磁场干扰时介损的测量检流计正反接抗磁场干扰的原理：先设想当无磁干扰时，调电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为R3和C4。如存在磁干扰时，调节电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为（R3+△R3）和（C4+△C4），此时电桥两臂实际上是有电位差的，由于它克服了磁干扰电势，才使检流计指零。假若把检流计和电桥两臂相接的两端倒换一下，由于其他条件不变，此时如又调电桥到平衡，两个测量臂的数值将分别为(R3－△R3)和(C4－△C4)当检流计正接时测得：tgδ1=ω(C4+△C4)R4CX1=C0R4/（R3+△R3）当检流计反接时测得：tgδ2=ω(C4－△C4)R4CX2=C0R4/（R3－△R3)因无磁场干扰时：tgδ=ωC4R4CX=C0R4/R3故可得：tgδ=(tgδ1+tgδ2)/2CX=2ＣX1CX2/（CX1+CX2）4）测量介损的功效测量介损能有效地发现的缺陷：（1）绝缘受潮（2）穿透性导电通道（3）绝缘内含气泡的游离、绝缘分层、脱壳等（4）老化劣化，绕组上附积油泥（5）绝缘油脏污、劣化等测量介损不易发现的局部性缺陷：（1）非穿透性局部损坏（测介损时没有发生局部放电）（2）很小部分绝缘的老化劣化（3）个别的绝缘弱点例1：当试品绝缘有两种不同绝缘并联组成则：当C2/Cx越小，C2中缺陷（tgδ增大）在测整体的时越难发现解决办法是将整体绝缘分解后分部测量（如分别对变压器线圈和套管的tgδ进行测量）2221122tgCUtgCUtgCUx2211tgCCtgCCtgxx5）测量介损时的注意事项（1）尽可能地分部测试（2）与温度的关系：不同温度下的测量结果不能换算为进行比较，要求在相同温度条件下测试。（3）与电压的关系：试验电压过低，不易发现缺陷，因接近工作电压。（4）表面泄漏要排除：加屏蔽环（5）抗干扰措施：屏蔽和接地要好（6）测量绕组绝缘时，应将绕组首尾短接，避免电感