重庆大学高电压3-电气设备绝缘试验技术

第一篇高电压绝缘与试验第三章电气设备绝缘试验技术主要内容3-1绝缘参数的测量(电气设备特性试验)3-2工频高电压试验(交流耐压试验)3-3直流高电压试验(直流耐压试验)3-4冲击高电压试验电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘实验来检验和掌握绝缘的状态和性能。为什么要进行电气设备绝缘试验为了电力系统安全可靠的运行。绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，出现缺陷，造成故障。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电气设备的绝缘试验出厂试验运行中定期的预防性试验型式试验安装后的交接验收试验按照对设备造成的影响程度分类非破坏性试验(检查性试验或特性试验)测绝缘电阻（吸收比）、泄漏电流、介质损耗、局部放电等。破坏性试验(耐压试验)检查绝缘的电气强度：工频耐压、感应耐压、直流耐压、雷电和操作冲击特性。耐压试验（破坏性试验）优点：对绝缘考核严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平和裕度。缺点：只能离线进行，并可能在试验中给绝缘造成一定的损伤。特性试验（非破坏性试验）优点：在较低的电压下或者其他不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种情况，从而判断绝缘内部的缺陷。缺点：对绝缘耐压水平的判断比较间接。按照设备是否带电的方式分类􀀹在线：被测设备处于带电运行状态，连续或定时监测。􀀹离线：被测设备退出运行状态，周期性的间断测量。绝缘预防性试验准则后进行破坏性试验先进行非破坏性试验电气设备绝缘缺陷分类•集中性缺陷(如绝缘开裂、局部磨损、局部受潮、介质中内含气泡、杂质等)•分布式缺陷(绝缘全面受潮、老化、变质等)3-1绝缘参数的测量3-2工频高电压试验3-3直流高电压试验3-4冲击高电压试验3.1绝缘参数的测量3.1.1绝缘电阻和吸收比的测量3.1.2介质损失角正切tgδ的测量3.1.3局部放电的测量3.1.4绝缘油的色谱分析•绝缘电阻最基本的综合性特性参数。•吸收比通过测量绝缘电阻可获得吸收比.检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。3.1.1绝缘电阻和吸收比的测量gIUR开关S合闸作为时间的起点，在的极短时间内，层间电压按下式分布。21210CCCUU21120CCCUU双层介质的吸收现象双层介质等效电路图达到稳态时（t→∞），层间电压按电阻分配2111RRRUU2122RRRUU21RRUIIg此时回路电流为电导电流吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线teRRRCCCRRRUu2122112122teRRRCCCRRRUu2112122111212121RRRRCC由于吸收现象，U1∞≠U10，U2∞≠U20，在这个过程中的电压按下式变化•流过夹层电流：agtCRCRiIeRRRRCCCRCRURRUiiiii212122121122212211)()()(teCRCRRRCCRRRRCCtiUtR21122212212121221)()()()()()(绝缘上的电阻值为：当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或两者之和显著减小，减小，Ig大大增加，而ia迅速衰减。Ig:电导电流ia:吸收电流•绝缘电阻指吸收电流按指数规律衰减完毕后测得的稳态电阻值，测量绝缘电阻可有效反应绝缘整体受潮、局部严重受潮或贯穿性缺陷等。不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线吸收过程长，绝缘电阻大吸收过程短，绝缘电阻小''60R''15RR60已经接近于稳态绝缘电阻值R∞，K恒大于1。如绝缘良好，吸收现象显著，则K值较大；如果绝缘受潮或内部有集中性的导电通道，由于Ig大大增加，而Ia迅速衰减，K值接近于1.1560RRK试品容量小，吸收比：绝缘状态的诊断•吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。•注意：通常以K大于1.3作为设备绝缘状态良好的标准，但是还要结合电阻值的大小进行综合判断。如，有些变压器的K虽大于1.3，但R值却很低。所以应将R值和K值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判断。min1min10PRR试品容量大，极化指数：如绝缘良好，极化指数不小于1.5。为加压10min时的绝缘电阻R10′与1min时电阻R1′之比值测量绝缘电阻可有效地发现下列缺陷：(1)总体绝缘质量欠佳；(2)绝缘受潮；(3)两极间有贯穿性导电通道；(4)绝缘表面情况不良；测量绝缘电阻不能发现下列缺陷：(1)绝缘中的局部缺陷(如非贯穿性的局部损伤、含有气泡、分层脱开等)；(2)绝缘老化(因为老化了的绝缘，其绝缘电阻还可能是相当高的)。􀁺测量仪表：一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的测量。为了测准吸收比，需用灵敏度足够高的兆欧表􀁺兆欧表的电压：500、1000、2500、5000V等兆欧表的种类:􀁺摇表：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􀁺兆欧表选择：根据设备电压等级的不同，选用不同电压的兆欧表􀀹额定电压1kV及以下者使用1000V兆欧表􀀹1kV以上者使用2500V兆欧表测量绝缘电阻与吸收比的方法兆欧表结构•电源部分：兆欧表内装有直流电源，一般为手摇发电机。要求手摇速度为60转/分,内部再把交变电压整流为直流电压输出;兆欧表的原理结构图由两个互相垂直、绕向相反的线圈—电压线圈(1)和电流线圈(2)和指针组成。它们处于同一永久磁场N-S中。三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护端子(G)R1串联在电压线圈的电阻R2串联在电流线圈的电阻电压线圈电流线圈测量机构：当电流I1流过电压线圈1时，有力矩M1作用在线圈1上。同样，I2流过电流线圈2时有力矩M2作用在线圈2上。M1、M2分别为其中F1(α)、F2(α)随指针转动角度而变与气隙中磁通密度分布有关。平衡时故或由111()MIF222()MIF12MM1221()()()IFFIF12()IfI11UIR22xUIRR2121()()'()xxRRIfffRIR（Rx为试品绝缘电阻）兆欧表的测量原理即指针读数反映Rx的大小指针偏角与绝缘电阻关系：)()()(xVxAAVRfRRRfIIf开路时短路时图为手摇式兆欧表测量电力电缆绝缘电阻的接线图。兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。􀀹被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。泄漏电流测量将直流高压施加到被试品上，测量流经被试绝缘的泄漏电流。测量泄漏电流本质上也是测量绝缘电阻。由于所加直流试验电压比测量绝缘电阻时高得多。因此更能有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷。测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线加直流用微安表直接测量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tgδ的测量一般使用交流高压电桥——(西林电桥)平衡电桥和不平衡电桥两种。对大容量的试品如：电容器，长电缆也可用低功率因素瓦特表进行测量。下面以西林电桥为例介绍tgδ的测量方法。3.1.2介质损失角正切tgδ的测量tgδ的测量方法－西林电桥(QS1型)QS1型电桥原理接线图高压臂􀁺试品的Zx：Rx：被试品等值电阻;Cx：被试品等值电容;􀁺无损耗的标准电容CN，以阻抗ZN作为表示低压臂􀁺处在桥箱体内􀀹可调无感电阻R3，以Z3来代表􀁺无感电阻R4和可调电容C4的并联回路，以Z4来代表V：放电器；G：交流检流计电桥基本结构调节R3和C4，检流计的电流为0，电桥平衡，有：NxZZZZ34444111CjRZCjZNN式中：xxxCjRZRZ1133测量原理求得试品的等值电容Cx和等值电阻Rx441RCRCtgxx3423411RRCtgRRCCNNxNxCRCRCRR2442242423)1(介质并联等值电路的介质损耗角正切ω=2πf=100π，如取R4=10000/πΩ，并取C4的单位为μF，则简化为：4CtgNNxCRRtgRCRC34234)1(即电容C4的微法值就是介质损耗角正切值试品电容QS1型西林电桥接线方式注意：各个调节元件处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。正接法反接法现场试验中：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电场影响–杂散电容电流；–杂散电导电流；–试品表面泄漏；–周围其它试品的影响；–外界电源对电桥的干扰；解决方法：加设屏蔽；采用移相电源；采用倒相法磁场影响解决方法：–将电桥移到磁场干扰范围以外；–将检流计极性开关置于不同位置时调节电桥平衡测得试品介损和电容值再求平均值。电桥测量的影响因素①温度tgδ随温度增高而增大（固体电介质具有负温度系数）。为便于比较，通常将各种温度下测得的值换算到20℃时的值。②试验电压良好绝缘的tgδ不随电压的升高而明显增加。当绝缘存在故障时，tgδ值随电压升高呈非线性变化。③试品表面泄漏测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。④试品电容量对于大容量的试品，能发现整体分布性缺陷，用测量tgδ的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。影响tgδ测量值的主要因素tgδ能反映绝缘的整体性缺陷(全面老化)和小容量试品中的严重局部性缺陷；tgδ随电压变化的曲线可以判断绝缘是否受潮，含有气泡及老化的程度；大容量的设备绝缘存在局部缺陷时，应尽可能将设备解体后分解测量进行分析。绝缘状态的诊断在电场的作用下，导体间仅部分介质被击穿的电气放电现象称为局部放电。包括表面局部放电和内部局部放电。局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，能判断绝缘内是否存在局部缺陷。局部放电检测及测量方法−脉冲电流法。什么是局部放电？3.1.3局部放电的测量为什么要进行局部放电的测量？视在放电量(q)：指产生局部放电时，一次放电出现的瞬变电荷。单位（pC）放电起始电压(Ui)：指试品产生局部放电时，在试品两端施加的电压值。放电熄灭电压(Ur)：指试品中局部放电消失时试样两端的电压值。放电重复率(N)：指单位时间内局部放电的平均脉冲个数。放电能量(△W)：指在一次放电中所消耗的能量。12iWqU局部放电其它参数平均放电电流；放电的均方率；放电功率；局部放电量的表征参数（a）固体介质中局部放电示意图（b）局部放电分析的等值电路Cg:气隙的电容；Cb:与气隙串联部分介质的电容；Ca:其余部分介质的电容；g:气隙厚度；d:整个介质的厚度局部放电的机理分析绝缘内部有一气隙缺陷的等值电路图:三电容等值电路CaCgCb设U=Umsinωt气隙上电压为：bgbgCUUCCrggUUUUr指气隙的熄灭电压放电过程：Ug↑→气隙放电至气隙的熄灭电压Ur→熄灭→完成局部放电气隙压降：气隙g放电时，气隙的等值电容'abggabCCCCCC真实(实际)放电量(qr)(不可测)：气隙一次放电过程转移的正电荷(负电荷)的电荷量。由于气隙处于固体介质内部，气隙很小，放电时出现的qr或△Ug均很小，测出这些参量是相当困难的。为此，引入了视在放电电荷q的概念。))(())((rgbgrgbabagrUUCCUUCCCCCq'rggqUC'abggabCCCCCCCa