电气绝缘测试技术(全)

电气绝缘测试技术电气绝缘测试技术现用教材：《电气绝缘测试技术》邱昌荣机械工业出版社参考教材：《电气绝缘技术基础》曹晓珑机械工业出版社《高电压技术》吴广宇机械工业出版社电气绝缘测试技术火力水力风力核能太阳能地热•••电能一、电能第一章绪论电气绝缘测试技术全球截止到2030年仍将有1/5的人口，根本的不到电力供应。美国在未来20年中需要建设1300个发电厂（平均每年65个）才能保证充足的发电能力。否则，加州停电问题就肯定会在全国范围内出现。能源短缺将对美国所有的地区造成影响。发展中国家和不发达国家严重的能源短缺和电力工业的落后状态，已成为影响其经济发展的瓶颈。电气绝缘测试技术东北电网华北电网西北电网川渝电网华中电网华东电网南方电网我国电网基本框架新疆西藏500kV220kV330kV热电厂水电站核电站电气绝缘测试技术我国的发电一次能源主要分布西部地区，而电力消费主要集中在中、东部和南部地区。西电东送、南北互供，发展全国联网是解决我国能源分布与电力消费矛盾的重要措施。并将形成北、中、南三个输电通道。中国电力工业分为7个跨省(区)电力集团:东北、华北、华东、华中、西北、南方和川渝，5个独立省级电网:山东、福建、新疆、海南、西藏(未包括台湾和港澳地区)。电气绝缘测试技术电厂输电网配电网用户二、电力系统的构成电气绝缘测试技术发电机电气设备电力电缆变压器电容性设备电气绝缘测试技术电力系统是世界上最大的“瞬间动态平衡系统”。发电和用电是同时发生的，基本没有存储环节。电力系统的所有问题都是围绕这个特点展开的。电力系统的特点电气绝缘测试技术三、电力系统的稳定性问题电厂电力网用户系统瞬间改变发电、输电和用电过程构成了不可分割的整体，任何环节发生故障都有可能引起链式反应，导致整个系统的崩溃。电气绝缘测试技术美国旧金山1998年2月8日，太平洋天然气电力公司(PGE)变电站发生停电事故，所有从圣马特欧变电站至旧金山的5条115kV输电线全部跳开，旧金山地区2个发电厂解列，456000多个用户停电。四、历史上的大停电事故旧金山大停电电气绝缘测试技术巴西圣保罗1999年，由于闪电击中圣保罗的一个变电站，变压器跳闸导致电网解列，引起巴西南部地区停电长达4小时之久。停电波及巴西27个州的11个州，停电地区是巴西人口和工商业最密集的地区，直接影响1.7亿人的正常工作与生活，经济损失非常严重。由于停电发生在午间交通高峰时间，交通灯熄灭，引起严重交通堵塞。巴西大停电电气绝缘测试技术美国纽约2002年3月位于曼哈顿东区的爱迪生联合电厂突然失火，并引燃了用于发电的燃油。这起事故造成纽约第14大街以南的6.3万户居民住宅停电，附近的格林尼治和索霍等地区也受到影响。居住在世贸中心遗址附近的居民又一次感受到了“９·１１”时的恐怖气氛。驾车者在昏暗的高速公路上小心翼翼地行驶，高大建筑内的人们在漆黑的楼道里摸索着前行，耳边不时传来阵阵警笛声。纽约大停电电气绝缘测试技术菲律宾主岛吕宋岛2002年5月21日由于海底电缆损坏，引发大面积停电事故，全国人口一半以上受到影响。首都马尼拉和广泛地区四千多万人没有电力供应。这次停电对菲律宾的商业运作造成重大打击。受停电影响，铁路系统停顿，数以千计的乘客被困车厢内；菲律宾股票市场也被迫中断交易。菲律宾大停电电气绝缘测试技术美国加州2002年1月以及3月连续两次发生全州停电事故。为防止整个系统瘫痪，加州实行了二战后的首次灯火管制，以避免对电力设备造成损害，引发更大面积的不能控制的断电事故。电力官员称用电高峰再次对该州设备严重老化的电力系统带来完全瘫痪的威胁，加州已宣布进入3级紧急状态。加州大停电电气绝缘测试技术希腊北部地区2002年6月12日下午由于气温过高，希腊北部最大城市萨洛尼卡附近一座变电站内的变压器突然发生爆炸，造成包括该市在内的大部分希腊北部地区供电中断。发生长达一个多小时的严重停电事故，造成许多城市交通瘫痪，通讯系统无法正常工作。瑞典首都斯德哥尔摩于2002年3月11日开始，由于地下隧道的输电电缆被烧毁，连续两天发生大面积停电事件，造成许多工厂停产，严重影响了当地居民的正常生活。英国南部莱斯特郡5月11日发生大面积停电。2万多户家庭连续几天生活在黑暗中。附近的肯特郡、萨塞克斯郡和萨里郡的3.1万户家庭的断电现象则持续了更长一段时间。电气绝缘测试技术在我国，近20年来各大电网中规模较大的停电事故约有140余起，每次损失数以亿计。近几年事故次数虽有所下降。但其规模和造成的损失却大幅度扩大和上升。随着全国电网的形成，电力系统重大事故也更将危及到我国国家安全。电气绝缘测试技术台湾1999年7月29日全岛发生五十年来最大的一起停电事故，南北两条超高压输电线路损坏，进而引发连锁反应，造成台中电厂、通霄电厂、林口电厂、协和电厂、深澳电厂以及核能一、二、三厂全部跳闸，总跳机电量高达1000万千瓦，全台湾停电用户高达900万户。包括机场、医院、科学园等敏感地区，都一度陷入停电状态。直接经济损失在150亿新台币以上。新竹科学园的26座晶片厂生产线因此停顿1至2天，每座晶片厂的损失估计超过5000万元，由于适逢月底出货高峰，总计这次大停电造成新竹科园区的损失约新台币100亿元以上。台湾大停电电气绝缘测试技术辽沈地区2001年2月22日遭遇最严重大面积停电事故，沈阳市区停电面积已经超过70%。辽沈停电事故是从高压输电线路的燃弧放电开始的。辽沈为我国重工业区，含盐的空气污染物附着在绝缘瓷瓶上，大雾湿气使瓷瓶绝缘能力降低，电流沿着瓷瓶表面爬升，出现闪烙放电现象。辽沈停电事故中，几乎所有的高压输电线路都“火冒三丈”，停电事故最厉害的就是工业集中、污染严重的铁西区，该区全部停止了电力供应，损失巨大。辽沈大停电电气绝缘测试技术★停电原因城市电网结构管理不善设备故障检修电源不足外部因素气象影响上海0.062.1245.3139.170.0010.782.56太原1.633.0416.7664.710.5310.313.02长春0.401.8214.6669.260.008.025.84杭州2.974.8218.4467.180.005.341.25广州0.0019.4528.6950.960.000.000.90西宁0.043.7849.5029.190.0017.490.00(%)电气绝缘测试技术事后修理或故障维修；定期检修或预防性维修；状态维修或预知性维修。五、电力系统维修方式的演变过程电气绝缘测试技术早期技术及管理水平都很低，即使再重要的设备也只能坏了再修。以致工作毫无计划性，供电可靠性很低。简单方便，对消耗性产品是有效的。随着电力系统的不断扩大，设备故障所造成的停电损失也越来越大，事后维修无法满足系统对运行稳定性的需求。1、事后维修体制电气绝缘测试技术预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节，是保证电力系统安全运行的有效手段之一。在我国已有50年的使用经验。预防性试验、大修和小修构成了定期维修制的基本内容。2、现行维修体制——定期维修电气绝缘测试技术（1）维修周期频繁（2）预防性试验项目过多•电力变压器32项•发电机25项•互感器11项★定期维修制的弊端设备发电机变压器电力电缆小修周期（年）111大修周期（年）35～105电气绝缘测试技术•大修一台220kV开关需投入100多个工作人日，资金2万元。•长时间停电检修，将造成大量的电量损失。300MW机组停运一天，少发电720万度，直接损失150万元。（3）经济性差（4）增大不安全因素•易发生人身和设备安全事故。发生在检修、试验人员身上的伤亡事故占全部供电伤亡事故的77.8%。•停送电过程易造成误操作。电气绝缘测试技术（5）过度维修•对110台高压变压器进行的162台次定期吊检大修结果进行统计。共发现缺陷24项，其中一般性缺陷23项，危及安全运行的仅1项。•对110kV及以上油开关大修统计表明，95%以上未发现部件损坏。定期检修虽有成效，但过于保守。实践证明，频繁检修非但不能改善设备性能，反而常常会引入新的故障因素。（6）维修不足由于采用周期性定期检查，很难预防由于随机因素引起的偶发事故。设备仍可能在试验间隔期间内由于微小缺陷的持续发展导致发生故障。电气绝缘测试技术状态维修方式的基本思想“治于未病”3、发展中的维修体制——状态维修电气绝缘测试技术状态维修即根据具体设备的实际情况来确定检修周期和检修内容的维修体制。通过对设备运行情况的实时监测，随时查明设备可能“存在着什么样的隐患，什么时候会发生故障”，预先得知将要发生事故的部位和时间，设备管理人员因此可以从容地安排停电计划和组织维修人力，采购必须的备件，以便在短时间内完成高质量的维修工作。实现“无病不修、有病才修、修必修好”的目的。（1）状态维修的必要性电气绝缘测试技术虽然设备内部缺陷的出现和发展具有很强随机性，但大多都具有一个的较为缓慢的发展过程，在这期间，会产生各种前期征兆，表现为其电气、物理、化学等特性发生渐进的量变。根据这些特征量值的大小及变化趋势，即可对设备的可靠性随时做出判断，从而发现早期潜伏性故障。（2）状态维修的技术可行性电气绝缘测试技术绝缘水平监测参量稳定运行阶段危险水平注意水平实施修复危险阶段注意阶段劣化阶段初期设备投运时间T状态维修示意图破坏点电气绝缘测试技术六、电气绝缘测试技术的特点测量范围大；绝缘电阻可达1010欧姆，微电流可小到10-16安。特性参数的测量；例如：空间电荷。数据处理复杂；懂得数理统计和概率论。电气绝缘测试技术第二章电阻与微电流的测量电气绝缘测试技术第一节绝缘电阻与电阻率一、绝缘电阻与电阻率1、绝缘体基本功能是阻止电流通过，使得电能按设计的途径传输，保证设备的正常工作。2、绝缘电阻就是用以表征绝缘体阻止电流流通的能力，是表征绝缘体特性的基本参数之一。★一个绝缘体在施加电压以后，通过的电流随时间的变化如下：电气绝缘测试技术在开始时电流成分很多，除了泄漏电流之外，还有充电电流、极化电流以及净化电流等，这些电流都是随时间减小的，最后这个稳定的电流才是表征电介质本征电导的泄漏电流。绝缘电阻是施加于绝缘体上的两个导体之间的直流电压与流过绝缘体的泄漏电流之比，电气绝缘测试技术体积电阻RV绝缘电阻表面电阻RS—通过绝缘体内部的电流—通过绝缘体表面的电流绝缘电阻是体积电阻与表面电阻并联组成的，如左图示：电气绝缘测试技术V绝缘体的体积电阻与导体间绝缘体的厚度成正比，与导体和绝缘体接触的面积成反比。以平板形绝缘体为例，假定导体（或电极）也是平板形，导体间绝缘体内电场均匀，则有hUAIVRVVU/hEVIV/AJV式中：h—绝缘体的厚度（m）A—电极的面积（m2）EV—电场强度（V/m）ρV—体积电阻率（Ω·m）JV—绝缘体内的电流密度（A/m2）体积电阻率实际等于单位立方体的绝缘电阻值电气绝缘测试技术表面电阻与绝缘体表面上放置的导体的长度成反比，与导体间绝缘体表面的距离成正比，以图1-3所示的简单平板形绝缘体为例。lSS--表面电阻率（）ISddUlISRSSES式中d—导体间的距离（m）;l—导体的长度（m）;ES--表面电场强度（V/m）;--电流线密度（A/m）;U/dIS/l表面电阻率等于正方形面积内的表面电阻值。电气绝缘测试技术小结：1、绝缘电阻不仅与绝缘材料的性能有关，还决定于绝缘系统的形状和尺寸；而电阻率则完全决定于绝缘材料的性能。2、由于表面电阻率对外界的影响很敏感，所以绝缘材料的电阻率一般是指体积电阻率。3、电导率为电阻率的倒数，单位为S/M。电气绝缘测试技术二、影响绝缘电阻的因素1、温度：在绝缘材料中，导电主要是靠离子迁移，温度升高时，离子容易摆脱周围分子的束缚而产生位移，从而使体积电阻率呈指数下降。2、湿度：水的电导比绝缘材料的电导大得多，同时水的介电常数大，它能降低离子的电离能，因此绝缘材料吸湿后，电阻率明显下降。★电气设备在潮湿的环境中停放后，在重新投入运行之前，必须先测其电阻，若下降很多，则烘干后再投入运行。电气绝缘测试技术3、电场强度：当电