电气绝缘故障诊断技术高压开关

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,高压开关设备的试验与状态诊断,第一节 高压开关设备的绝缘预防性试验,绝缘预防性试验,指使用较低的试验电压或用不会对被试设备绝缘产生累积损伤效应的方法，根据绝缘介质中发生的各种物理过程,(,极化、吸收、电导,等,),，测量绝缘的各种参数,(,绝缘电阻和吸收比或极化指数、泄漏电流、介质损耗角正切等,),，,以及与极化吸收过程有关的特性,(,主要表现为,电阻,时间,的变化规律,),和绝缘冷却媒质的一系列其他特性,(,化学成分、油中水分及气体含量,等,),，从而判断设备的绝缘能力，及时发现可能的劣化现象，还可以通过历次试验积累的数据，综合分析绝缘特性随时间的变化趋势，从而能显著提高对被试设备内部绝缘缺陷的判断。,高压开关设备的绝缘预防性试验,一、绝缘电阻测量,测量绝缘电阻是所有型式断路器试验中的基本项目，对于不同型式的断路器则有不同的要求，应使用不同电压等级的兆欧表。,高压多油断路器,的绝缘部件有,套管、绝缘拉杆、灭弧室和绝缘油,等。测量目的主要是,检查杆对地绝缘,，故应在断路器,合闸,状态下进行测试。,通过该项目能较灵敏地发现,拉杆受潮、裂纹、表面沉积污染、弧道灼痕等贯穿性缺陷,，对引出线套管的严重绝缘缺陷也能有所反映。,一、绝缘电阻测量,高压少油断路器,的绝缘部件有,瓷套、绝缘拉杆和绝缘油,等。在断路器,合闸,状态下，主要检查,拉杆对地绝缘,。对,35kV,以下包含有,绝缘子和绝缘拐臂的绝缘,；在断路器,分闸,状态下，主要检查各,断口之间的绝缘以及内部灭弧室是否受潮或烧伤,。,一、绝缘电阻测量,规程对油断路器整体绝缘电阻值未作规定，而用有机物制成的拉杆的绝缘电阻值不应低于表,6,1,所列数值,一、绝缘电阻测量,对于,真空断路器、压缩空气断路器和,SF6,断路器,，主要测量支持瓷,套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻，一般使用,2500V,的兆欧表，其值应大于,5000 M,。,辅助回路,和,控制回路,的绝缘电阻测量时，首先要做好必要的安全措施，然后使用,500V,（或,1000V,）兆欧表进行测试，其值应大于,2M,。对于,500kV,断路器，应用,1000V,兆欧表测量，其值应大于,2M,。,一、绝缘电阻测量,根据兆欧表测量的读数结合绝缘材料的种类，可以初步判别其,吸潮、清洁度、绝缘性能,，从而可初步决定设备,缺陷,的程度。兆欧表测试合格后才允许选择（根据设备种类、电压高低）后面所述其他高级方法作真实性考核。,一、绝缘电阻测量,二、介质损耗角正切测量,1.,多油断路器,测量,40,。,5kV,及以上,非纯瓷套管,和,多油断路器,的，其主要目的是检查,套管,及其它绝缘部件如,灭弧室、绝缘提升杆、油箱绝缘围屏、绝缘油,等的绝缘状态,。,二、介质损耗角正切测量,试验时，首先进行分闸状态下的试验，即将被试断路器与外界引线脱离，并在分闸状态下对每支套管进行测量。若测量结果超出规定限值或与以前有显著增大时，必须落下油箱，进行分解试验，逐次缩小缺陷的可疑范围，直到找出缺陷部位。,二、介质损耗角正切测量,对于断路器整体的 是建立在套管标准基础上的，故非纯瓷套管断路器的 可比同型号套管单独的 增大些，其增加值见表,6,2,。,表,6,2,非纯瓷套管断路器的增加值,二、介质损耗角正切测量,2.,少油断路器和其它断路器,少油断路器一般不做此项试验，因其绝缘结构主要是瓷绝缘和环氧玻璃丝布类绝缘，不存在套管受潮问题。在少油断路器的瓷套中虽然充有绝缘油，但由于断路器本身电容量很小（仅十到几十皮法），,二、介质损耗角正切测量,再加上接线、仪表、温度和周围电场等因素的影响，测量数据往往分散性很大，难以判断其规律性。因此 难于有效地发现绝缘缺陷。,但对于有,并联电容器,的，则应测量并联电容器的,电容值,和 。测得的电容值与出厂值比较应无明显变化，电容值偏差在,5,范围内，,10kV,下的 值不大于下列数值,油纸绝缘,0.005,膜纸复合绝缘,0.0025,二、介质损耗角正切测量,测量泄漏电流是,35kV,及以上少油断路器和压缩空气断路器,的重要试验项目之一，它能较灵敏地发现断路器,瓷套外表,危及绝缘的严重,污秽,；,绝缘拉杆和绝缘受潮,；,少油断路器灭弧室受潮、劣化和碳化物过多,等缺陷；,压缩空气断路器因压缩空气相对湿度增高而带进潮气，使管内壁和导气管凝露等缺陷。多油断路器解体时，其拉杆可进行该项试验。,三、泄漏电流测量,对少油断路器和压缩空气断路器，在分闸位置按图,6,1,的接线方式进行加压试验，即进出线端接地，试验电压加在中间三角箱处。若泄漏电流超标时，则分别对每一部件进行分解试验，检查绝缘是否符合要求，从而确定缺陷部件，直流试验电压见表,6,3,。,表,6,3,直流试验电压,三、泄漏电流测量,三、泄漏电流测量,泄漏电流一般,不大于,10,A,，但对于,252kV,及以上少油断路器,提升杆（含支持瓷套）的泄漏电流,大于,5,A,时，就应引起注意。另外为使测量准确可靠，各次试验有较好的可比性和规律性，在试验中应注意以下几点：,三、泄漏电流测量,三、泄漏电流测量,（,1,）适当采用较大线径的多股绝缘软线或屏蔽线作引线，且尽量短，以减小杂散电流的影响；,（,2,）引线连接处，选用光滑无棱角的导体（如小铜球）进行连接，以减小电晕损失带来的影响；,三、泄漏电流测量,（,3,）保持一定的升压速度。对稳定电容要充分放电，并使每次放电的时间大致相等，以减小因电容充电电流的不同，引起的泄漏电流读数的偏差；,（,4,）高压直流输出端并联不小于,0.01,F,的稳压电容，否则会引起测量值偏低。,四、交流耐压试验,断路器的交流耐压试验是鉴定断路器绝缘强度最有效和最直接的试验项目。交流耐压试验应在,分、合闸,状态下分别进行，,合闸,状态下主要,鉴定相对地以及相间地绝缘状况,；,分闸,状态下主要,鉴定断口间的绝缘状况。,四、交流耐压试验,126kV,及以上,的,油断路器,若因试验设备的限制,可不做整体交流耐压试验,。,40.5kV,及以下,的,油断路器,在,新安装和大修后应做交流耐压试验,，必要时在预防性试验中也应进行交流耐压试验。,四、交流耐压试验,对于,12,40.5kV,电压等级的和,三相共箱式,的断路器还应做,相间耐压试验,，其,试验电压值,与,对地耐压,时,相同,。耐压试验过程中，,试品未发生闪络、击穿，耐压后不发热，认为耐压试验通过,。交流耐压试验电压见表,6,4,。,四、交流耐压试验,表,6,4,交流耐压试验电压,注：,1.,当,12kV,系统中性点为有效接地时，取括号中数据。,2.,分母数为根据,IEC,补充的较高耐压水平值。,四、交流耐压试验,对于断路器的,辅助回路,和,控制回路,的交流耐压试验，试验电压为,2kV,。对,72.5kV,及以上的油断路器,，其试验电压按,DL/T593,1966,规定值的,80,进行。过滤和新加油的断路器一般需静止,3h,左右，等油中气泡全部逸出后才能进行。气体断路器应在最低允许气压下进行试验，才容易发现内部绝缘缺陷。,四、交流耐压试验,交流耐压试验电压测量的要求不是很严格的，可以直接从低压侧读数后换算。交流耐压试验前后的绝缘电阻不下降,30,为合格。试验时油箱出现时断时续的轻微放电声，应放下油箱进行检查，必要时应将油重新处理，若出沉重击穿声或冒烟，则为不合格，务必重新处理。如有机绝缘材料烧坏应当更换，并查明原因，原因未查明时，不得轻易重试，以免造成损失。,四、交流耐压试验,交流耐压的试验电压一般由,试验变压器或串联谐振回路,产生。为使试验电压不受泄漏电流变化的影响，变压器输送的试品短路电流应,不小于,0.1Arms,。当试品放电时，使试验电压产生较大波动，可能会造成试品和试验变压器损坏，应在试验回路中串联一些阻尼元件。,四、交流耐压试验,串联谐振回路,主要由容性试品或容性负载和与之串联的电感以及中压电源组成，也可由电容器与感性试品串联而成。,改变回路参数,或,电源频率,使回路谐振，产生远大于中压电源电压的幅值加在试品上。在试品放电时，由于电源输出的电流较小，从而限制了对试品绝缘的损坏。,五、测量导电回路电阻,断路器导电回路的,电阻,主要取决于断路器的,动、静触头间,的,接触电阻,，接触电阻又由,收缩电阻,和,表面电阻,两部分组成。由于两个导体接触时，因其表面非绝对的光滑、平坦，只能在其表面的一些点上接触，使导体中的电流线在这些接触处剧烈收缩，实际接触面积大大缩小，而使电阻增加，此原因引起的接触电阻称为,收缩电阻。,五、测量导电回路电阻,另由于各导体的接触面因,氧化、硫化,等各种原因会存在一层薄膜，该膜使接触过渡区域的电阻增大，此原因引起的接触电阻称为,表面电阻,（或膜电阻）。接触电阻的存在，增加了导体在通电时的损耗，使接触处的温度升高，其值的大小直接影响正常工作时的载流能力，在一定程度上影响短路电流的切断能力，也是反映安装检修质量的重要数据。,五、测量导电回路电阻,由于,导电回路接触的好坏,是保证断路器安全运行的一个重要条件，所以在标准和规程中均要求测量导电回路电阻。断路器导电回路电阻的测量是在断路器处于,合闸,状态下进行的，其测量接线如图,6,2,所示。它是采用,直流电压降法,进行测量。常用的测量方式有,电压降法,（电流电压表法）和,微欧仪法。,五、测量导电回路电阻,图,6,2,断路器导电回路电阻的测量,五、测量导电回路电阻,1,、电压降法,直流压降法的原理是，当在被测回路中通以直流电流时，则在回路接触电阻上将产生电压降，测量出通过回路的电流及被测回路上的电压降，即可根据欧姆定律计算出接触的直流电阻值。,五、测量导电回路电阻,测量时，图,6,2,的回路通以,100A,直流电流，电流用分流器及毫伏表,1,进行测量，回路接触电阻的电压降用毫伏表,2,进行测量，毫伏表,2,应接在电流接线端里侧，以防止电流端头的电压降引起测量误差。表计的精度应不低于,0.5,级，流过电流的导线截面应足够大，一般可用截面为,16mm2,的铜线。,五、测量导电回路电阻,2,、微欧仪法,微欧仪的工作原理仍是直流电压降法，通常采用交流,220V,电压经整流后，通过开关电路转换为高频电流，最后再整流为,100A,的低压直流，用作测量电源。具有自动恒流，并数显测试电流值和回路电阻值。测量时，微欧仪内的标准电阻分流器（,Rdi,）与被测回路电阻（,Rx,）呈串联关系，,五、测量导电回路电阻,所以即使测量通入的电流值稍有偏离,100A,，也不影响测量结果。,五、测量导电回路电阻,使用微欧仪时，也应将,电压测量线,（细线）接,内侧,，,电流引线,（粗线）接,外侧,。,由前述可知，断路器触头的,接触电阻,是由,表面电阻,（膜电阻）和,收缩电阻,组成的。,第二节 高压开关设备的动作特性试验,断路器的分、合闸速度，分、合闸时间，分、合闸不同期程度，以及分合闸线圈的动作电压，直接影响断路器的关合和开断性能。断路器只有保证适当的分、合闸速度，才能充分发挥其开断电流的能力，以及减小合闸过程中预击穿造成的触头电磨损及避免发生触头烧损、喷油，甚至发生爆炸。,断路器分、合闸严重不同期，将造成,线路或变压器的非全相接入或切断,，从而可能出现危害绝缘的,过电压,。,断路器机械特性的某些方面是用触头动作时间和运动速度作为特征参数来表示的，在机械特性试验中一般最主要的是,刚分速度、刚合速度、最大分闸速度、分闸时间、合闸时间、合分时间、分合时间以及分、合闸同期性,等。,第二节 高压开关设备的动作特性试验,1,、分闸时间,是指从断路器分闸操作起始瞬间（接到分闸指令瞬间）起到所有极的触头分离瞬间为止的时间间隔。应具有很短的合闸时间，减少合闸时的电弧的能量，防止电弧使触头熔焊。,一、部分时间参量的定义,一、部分时间参量的定义,2,、合闸时间,是指处于分位置的断路器，从合闸回路通电起到所有极触头都接触瞬间为止的时间间隔。分闸时间必须在规定的时间范围内。分闸时间太短，则系统短路时直流分量过大，可能会引起分闸困难；分闸时间太长，则影响系统的稳定性。,一、部分时间参量的定义,3,、分合时间,是断路器在自动重合闸时，从所有极触头分离瞬间起至首先接触极接触瞬间为止的时间间隔。,一、部分时间参量的定义,4,、合分时间,是断路器在不成功重合闸的合分过程中或单独合分操作时，从首先接触极的触头接触瞬间起到随后的分操作时所有极触头均分离瞬间为止的时间间隔。,一、部分时间参量的定义,5,、分闸与合闸操作同期性,是指断路器在分闸和合闸操作时，三相分断和接触瞬间的时间差，以及同相各灭弧单元触头分断和接触瞬间的时间差，前者称为相间同期性，后者称为同相各断口间同期性。,二、测量断路器时间参量的方法,在断路器的现场试验中，一般应进行分闸时间、合闸时间、分合闸同期性的测量，对于具有重合闸操作的断路器，还需测量分合时间和合分时间。,1,、用电秒表测量时间,电秒表具有测量简单、使用方便等优点。但是，电秒表难以准确测量相间或断口间不同期性，所以已逐渐被取代。,二、测量断路器时间参量的方法,2,、光线示波器测量时间,使用光线示波器可以测量断路器分、合闸时间，同期差及分、合闸电磁铁的动作情况。这种方法具有测量准确、直观，且能同时测量多个时间参量等优点。,三、速度参量的定义,1,、触头刚分速度,指开关分闸过程中，动触头与静触头分离瞬间的运动速度。技术条件无规定时，国家标准推荐取刚分后,0.01s,内平均速度作为刚分点的瞬时速度，并以名义超程的计算点作为刚分计算点。,三、速度参量的定义,2,、触头刚合速度,指开关在合闸过程中，动触头与静触头接触瞬间的运动速度。技术条件无规定时，国家标准一般推荐取刚合前,0.01s,内平均速度作为刚合点的瞬时速度，并以名义超程的计算点作为刚合计算点。,三、速度参量的定义,3,、最大分闸速度,指开关分闸过程中区段平均速度的最大值，但区段长短应按技术条件规定，如无规定，按,0.01s,计算。,四、测量断路器速度参量的方法,1,、电磁振荡器测速法,2,、转鼓式、电位器式测速仪,第三节,SF6,断路器的检查与诊断,采用,SF6,气体作为绝缘和灭弧介质的断路器称为,SF6,断路器。由于,SF6,气体具有优良的绝缘性能和电弧下的,灭弧能力，无可燃、爆炸,的特点，使其在高压和超高压断路器中获得广泛的应用，并成为发展方向。目前,500kV,电网几乎全部采用,SF6,断路器。,第三节,SF6,断路器的检查与诊断,SF6,断路器具有下列特点（,1,）,SF6,断路器以,SF6,气体为绝缘灭弧介质，耐电强度高，灭弧能力强。（,2,）允许断路次数多，检修周期长。（,3,）检修维护方面，,SF6,断路器比油断路器省时省力。（,4,）,SF6,断路器所配用机构为弹簧储能型，优于油断路器所用电磁或液压机构。,一、现场耐压试验,SF6,断路器按结构可分为,落地罐式,和,瓷柱式,。落地罐式,SF6,断路器的充气外壳是接地的金属体，一般在运抵现场后组装充气，如有杂物或因运输中内部零件发生位移，将改变原设计的电场分布。组装后进行现场耐压试验能够发现隐形缺陷,。,一、现场耐压试验,相关规程规定，,对落地罐式,SF6,断路器在现场要进行,合闸对地及断口间,的耐压试验。断口试验时，应在分闸状态两端轮流加压，另一端接地。,瓷柱式,SF6,断路器,外壳是瓷套，对地绝缘强度高。对变开距的瓷柱式,SF6,断路器，其断口开距大，,可不做耐压试验,；,对定开距的瓷柱式,SF6,断路器,，其断口间隙较短，如有杂质或毛刺存在，会在耐压试验时被清除，所以要,进行现场耐压试验,。,二、电阻检测,SF6,断路器的电阻检测可以对设备,是否老化，是否存在内部设备腐蚀、内部温度过高和机械性能是否良好,等状况进行推断，与,SF6,气体纯度检测、微水检测,等方法结合，可以更准确地对,SF6,电气设备工作状态进行诊断。,电阻检测用,直流压降法测量,，,电流不小于,100A,。具体试验方法请参照本章第一节的测量导电回路电阻部分。,第四节 高压开关的综合分析与诊断,开关设备上不同部位、不同类型的故障，引起设备功能的不同变化，导致开关设备整体及个部位状态和运行参数的不同变化。故障诊断的任务，就是当设备上某一部位出现某种故障时，要从这些状态及其参数的变化推断出导致这些变化的故障及其所在部位。由于状态参数的数量浩大，必须找出其中的特征信息，提取特征量，才便于对故障进行诊断。,第四节 高压开关的综合分析与诊断,由某一故障引起的设备状态的变化称为故障的征兆。故障诊断的过程就是从已知征兆判定设备上存在的故障的类型及其所在部位的过程。因此故障诊断的方法实质上是一种状态识别方法。,第四节 高压开关的综合分析与诊断,对高压开关的状态识别依据是使用前几节所述的方法对其进行试验所得到的试验数据。在得到试验数据后，首先要进行试验结果正确性判断，排除试验方法原则上的错误和环境、人为因素等的影响；然后把试验结果与规程、标准相比较，与历史资料相比较，与其它同类产品相比较，综合利用多个试验方法的试验数据进行联合分析；最后根据分析对高压开关的状态进行判断。,一、试验结果正确性判断,1,、检查试验方法、接线是否正确,在得到试验数据后，首先要检查试验方法是否合理，有无原则性错误，其次是检查接线是否正确。如进行泄漏电流试验时，需要注意以下几点：,一、试验结果正确性判断,（,1,）由于接被测设备的高压导线是暴露在空气中的，当其表面场强高于约,20kV/cm,时（决定于导线直径、形状等），沿导线表面的空气发生电离，对地有一定的泄漏电流，这一部分电流会结果回来而流过微安表，因而影响测量结果的准确度。一般都把微安表固定在升压变压器的上端，这时就必须用屏蔽线作为引线，也要用金属外壳把微安表屏蔽起来。,一、试验结果正确性判断,（,2,）泄漏电流可分为,体积泄漏电流,和,表面泄漏电流,两种。在泄漏电流测量中（如图,6,13,所示），所要测量的只是,体积电流,。但是在实际测量中，表面泄露电流往往大于体积泄漏电流，因而必须消除表面泄漏电流对真实测量结果的影响。消除的办法实施被试设备表面干燥、清洁、且高压端导线与接地端要保持,足够的距离,；另一种是采用,屏蔽环,将表面泄漏电流,直接短接,，使之不流过微安表,。,一、试验结果正确性判断,图,6,13,通过被试设备的体积泄漏电流和表面泄漏电流及消除示意图,（,a,）未屏蔽 （,b,）屏蔽,一、试验结果正确性判断,（,3,）在进行泄漏电流测量时，供给整流设备的交流高压应该是正弦波形。如果供给整流设备的交流低压不是正弦波，则对测量结果是有影响的。影响电压波形的主要是三次谐波。必须指出，在泄漏电流测量中，调压器对波形的影响也是很多的。实践证明，自耦变压器畸变小，损耗也小，故应尽量选用自耦变压器调压。另外，在选择电源时，最好用线电压而不用相电压，因相电压的波形易畸变。如果电压是直接在高压直流侧测量的，则上述影响可以消除。,一、试验结果正确性判断,2,、检查试验仪器、仪表是否合格,试验中使用的仪器、仪表是试验数据的直接来源，因此必须严格按照试验要求选择量程、内阻等合格的，经过有关部门校核过的仪器、仪表。如对于真空断路器、压缩空气断路器和,SF6,断路器，主要测量支持瓷套、拉杆等一次回路对地绝缘电阻，一般使用,2500V,的兆欧表，其值应大于,5000 M,。,一、试验结果正确性判断,3,、外部环境条件分析,温湿度、气压等环境条件和设备外部的积污、受潮都会对试验数据造成影响。一般来说温湿度、气压和试验数据之间都有关系曲线，在不同的环境条件下试验数据会有不同的限值。而设备外部的积污、受潮可用人工的方法擦除干净。,一、试验结果正确性判断,如柳州变电站,500kVSF6,断路器，复测微水含量值均达到,460,10,6,左右。由于当时现场技术人员不懂用,“,环境温度与水分含量的关系曲线,”,进行修正，误判,460,10,6,含水量超标,(,大于,150,10,6),，决定放气再充气，造成了一定的经济损失。,一、试验结果正确性判断,4,、换算到标准状况,最后，要把试验结果换算到标准状况下的数据。排除了这些外部环境干扰因素的影响后，就可以对试验结果进行分析判断了。,二、试验结果分析,一般地说，如果电气设备各项预防性试验结果（也包括破坏性试验）能全部符合规定，则认为该设备绝缘状况良好，能投入运行。但是对非破坏性试验而言，有些项目往往不作具体规定，有的虽有规定，然而，试验结果却又在合格范围内出现,“,异常,”,，即测量结果合格，增长率很快。对这些情况如何作出正确判断，则是每个试验人员非常关心的问题。根据现场试验经验，现将电气设备绝缘预防性试验结果的综合分析判断概括为,比较法,。,二、试验结果分析,1,、试验结果与规程、标准相比较,试验结果首先要与,电力设备预防性试验规程,规定的,“,允许值,”,相互比较。规程、导则和规定是实践经验的总结和理论科学的结晶，但也要看到，仅靠现行的规程、导则和规定，还是不完全的，因为现行的规程、导则和规定，并没有包括随着科学发展而采用新技术、新材料、新工艺生产的新设备，所以还必须对照新设备的新标准。,二、试验结果分析,2,、试验结果与历史数据相比较,与设备历年（次）试验结果相互比较，将它作为对照规程的有效补充。因为一般的电气设备都应定期地进行预防性试验，如果设备绝缘在运行过程中没有什么变化，则历次的试验结果都应当比较接近。在两个试验间隔之间的试验测量值不应该有显著的增加或降低，如果有明显的差异，则说明绝缘可能有缺陷。,二、试验结果分析,3,、试验结果与同型号、同类设备相比较,与同一设备相间的试验结果相互比较。因为同一设备，各相的绝缘情况应当基本一样，如果三相试验结果相互比较差异明显，则说明有异常的绝缘可能有缺陷。如在分析泄漏电流测量结果时，还常采用不对称系数（即三相之中的最大值和最小值的比）进行分析、判断,。,二、试验结果分析,对照同类设备的测试数据和资料，以考虑同类设备因结构、制造工艺方面的差异而带来的影响，即进行横向比较。对同一类型的设备而言，其绝缘结构相同，在相同的运行和气候条件下，考虑上述影响因素后其测试结果应大致相同。若悬殊很大，则说明绝缘可能有缺陷,。,二、试验结果分析,4,、多种试验数据的联合分析,每一项预防性试验项目对反映不同绝缘介质的各种缺陷的特点及灵敏度各不相同，因此对各项预防性试验结果不能孤立地、单独地对绝缘介质做出试验结论，而必须将各项试验结果全面地联系起来，进行系统地、全面地分析、比较，并结合各种试验方法的有效性及设备的历史情况，才能对被试设备的绝缘状态和缺陷性质做出科学的结论。,二、试验结果分析,例如，当利用兆欧表和电桥分别对变压器绝缘进行测量时，如果值不高，其绝缘电阻、吸收比较低，则往往表示绝缘中有集中性缺陷；如果值也高，则往往说明绝缘整体受潮。,X,射线基本原理,1895,年伦琴发现用高速电子冲击固体时，有一种新射线从固体上发出来。,阴,极,阳极,+,-,性质 （,Properties,）,：,具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气,电离。本质是什么？不知道，就叫,“,X,射线,”,吧！,当时人们以照,X,射线像为时髦。,1895,年伦琴发现,X,射线，,1901,年获首届诺贝尔物理奖。,X,射线基本原理,这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应。,波长,越短,的,X,射线,能量越大,，叫做,硬,X,射线,，,波长长的,X,射线能量较低，称为软,X,射线,。,波长,小于,0.1,埃的称,超硬,X,射线，在,0.1,1,埃范围内的称,硬,X,射线，,1,10,埃范围内的称,软,X,射线。,X,射线基本原理,X,射线的特征是,波长非常短,，,频率很高,。因此,X,射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以,X,射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，,X,射线基本原理,而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。,X,射线在电场磁场中不偏转。这说明,X,射线是不带电的粒子流。,X,射线基本原理,X,射线成像技术的发展,X,射线发生装置,X,射线发生装置包括高压发生器、,X,射线管、,X,射线发生控制器几部分组成。,X,射线管的基本结构是一个高真空度的二极管，由阴极、阳极和保持高度真空的玻璃外壳构成 。,平面成像,胶片照相法,数字化,X,射线成像技术（,Computed Radiography,即,CR,）,直接数字化,X,射线成像技术（,Direct Radiography,即,DR,）,X,射线,CT,X,射线成像技术的发展,胶片照相法作为最原始的成像方法仍然占有重要的地位，高质量胶片可存贮的信息量大，分辨率高；根据检测要求可以选择胶片参数；具有长期使用胶片所积累的经验。,X,射线成像技术的发展,1981,年日本富士公司推出数字化射线成像技术（,CR,）。,CR,技术采用影响板代替传统的胶片,/,增感屏来记录,X,射线，再用激光激励影像板，通过专用的读出设备读出影像板存储的数字信号，之后再用计算机进行处理和成像。,X,射线成像技术的发展,1997,年，出现了直接数字化,X,射线成像技术，,DR,技术的探测器可以迅速将探测到的,X,射线信号直接转化为数字信号输出，而不需要,CR,中的激光扫描和专用的读出设备，所以,DR,的实时性高于,CR,。,X,射线成像技术的发展,X,射线,CT,给出的是断层扫描图像，从图像上可以直观看到目标细节的空间位置、形状、大小，图像容易识别和理解，具有突出的密度分辨能力。,X,射线成像技术的发展,平面成像技术室将三维物体投影到二维平面上，图像信息室叠加的结果，图像评定要有一定的经验，难以对目标细节进行深度定位和定量。,X,射线成像技术的发展,X,射线的应用,医学,军事,航空,工业,食品,电力,医学,因为,X,射线的波长很短，因此穿透本领很强。,X,光能穿过肌肉，但不能穿过骨头。在医学上可以用作人体的透视，检查体内的,病变和骨骼,情况,例如在医院中医生利用,X,光片查看病人的骨头是否折断。,从本世纪,60,年代起，南非出生的美国物理学家科马克和 英国电气工程师豪斯菲尔德，提出了用计算机控制的,X,射 线断层扫描原理，并发明了,X,射线断层扫描仪,(,简称,CT,扫 描仪,),。这一发明使医生们能看到人体内各种内脏器官的 横断面图象，因而能准确诊断许多病症，大大丰富了医用,X,射线诊断的内容。,医学,医学,医学,医学,医学,因使用,X,射线分析法研究蛋白质、核糖核酸、青霉素、维生素等生物大分子、有机 高分子的结构，而荣获诺贝尔化学奖、诺贝尔生理学与医学奖的科学家多达,10,多人。可以这样说，如果没有,X,射线分析法， 我们是不可能探测生命的奥秘的。,医学,医学,军事,采用工业,CT,检测导弹战斗部，看到钢壳、炸药及引信是否有内部缺陷，同时能够检测装药的密度。,航天应用,飞机发动机涡轮叶片采用一种高温合金精密铸造而成，由于使用环境的苛刻要求，叶片壁面尺寸要求很严格，误差不得超过,0.1mm,。,工业,CT,可以容易测出每一部位的壁厚尺寸，通过专用软件还可测出一个区域内的最小壁厚尺寸。,航天应用,食品,肉及制品中异物识别,食品,石油、燃气管道检测,安全检查,在电力系统中的应用,检查锅炉压力容器等承压设备的金属部件有没有砂眼、裂纹等缺陷。,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,在电力系统中的应用,X,射线检测技术用于电气设备,检测,GIS,设备,复合绝缘子内部缺陷,电缆检测,柱式绝缘子,GIS,设备中的断路器、隔离开关开合位置,GIS,设备中的断路器、隔离开关开合位置,GIS,设备中的断路器、隔离开关开合位置,GIS,设备中的断路器、隔离开关开合位置,阳泉某,220kV,变电站，晋中某三个,220kV,等变电站,GIS,由于地基下沉、热涨冷缩等原因，导致,GIS,基座出现裂纹,。,判断其内部母线连接良好，省去,GIS,停电、解体检查的工作程序，减少工作量，提高了诊断的效率，取得了良好的经济效益。,GIS,设备中的,底座出现裂纹,GIS,设备中的,底座出现裂纹,GIS,设备中的,底座出现裂纹,GIS,设备中的,底座出现裂纹,GIS,设备中的,底座出现裂纹,某,500kV,变电站在一次断路器断开操作中，发生无法正常断开的故障，怀疑其操作机构出现故障。,采用,X,射线成像检测技术在停电、不解体的情况下快速对断口部分进行成像，发现其已经正常断开。,断路器出现故障,断路器出现故障,断路器出现故障,断路器出现故障,断路器出现故障,非接触式,试验方法,不停电,或,不解体,准确掌握开关设备,内部机械结构,状态信息,发现开关设备内部的,机械结构缺陷,实践证明，该技术能够有效诊断,GIS,设备,母线连接情况,、,验证断路器开断,情况等。,在电力系统中的应用,X,射线检测复合绝缘子,对护套内侧缺损、芯棒微小缺损、护套厚度不达标、护套与金具胶结不紧密存在间隙、护套内部气道、芯棒断裂等内部缺陷有一定的检测能力。,电缆绝缘包层的偏心度是电力电缆的重要指标，采用,X,射线对电缆进行偏心无损检测对生产厂家具有重要意义，可以保证产品质量，取得可观的经济效益。,X,射线检测复合绝缘子,采用,X,射线检测柱式绝缘子，查找其内部缺陷，如气泡、裂缝等。,X,射线检测复合绝缘子,X,射线对人体的影响及危害,辐射损伤,是一定量的电离辐射作用于机体后，受照机体所引起的病理反应。,电离辐射,不仅能引起全身性急慢性放射损伤，而且也能引起局部的皮肤损害。在发现,X,线后第二年，,X,线管的制造者格鲁贝的手就发生了特异性皮炎。,X,射线照射生物体时，与机体细胞、组织、体液等物质相互作用，引起物质的原子或分子电离，因而可以直接破坏机体内某些大分子结构，如使蛋白分子链断裂、核糖核酸或脱氧核糖核酸的断裂、破坏一些对物质代谢有重要意义的酶等，甚至可直接损伤细胞结构。,X,射线对人体的影响及危害,另外射线可以通过电离机体内广泛存在的水分子，形成一些自由基，通过这些自由基的间接作用来损伤机体。,X,射线对人体的影响及危害,我国对射线检测工作人员规定的最高允许剂量每年为,5,雷姆（,50mSv,），亦即平均每周为,100,毫雷姆（,1mSv,），每小时为,2.1,毫雷姆（,0.021mSv,），全身照射的终身累积剂量不得超过,250,雷姆（,2.5Sv,）。,1,希沃特（,Sv,）,=1,焦耳,/,千克,(J/kg)=100,雷姆（,rem,）,X,射线对人体的影响及危害,对于射线检测人员，主要考虑的是外照射的辐射防护，通过防护控制外照射的剂量，使其保持在合理的最低水平，不超过国家辐射防护标准规定的剂量当量限值。,X,射线对人体的影响及危害,X,射线对人体的影响及危害,射线防护的三要素是距离、时间和屏蔽，或者说射线防护的主要方法是时间防护、距离防护和屏蔽防护，俗称为射线防护的三大方法。,X,射线对人体的影响及危害,谢 谢！,一、,故障诊断技术的产生及其作用,电力设备：,导电材料,（铜，铝），,导磁材料,（硅钢片），,结构材料,（铸铁，钢板），,绝缘材料,（固体，液体，气体）,绝缘,决定电力设备的,寿命,。,电力设备运行中,60%-80%,的事故是由绝缘故障导致的。,一、,电力设备绝缘老化及其特征量,绝缘系统中的,绝缘缺陷,：,1,集中性缺陷,：指缺陷集中于绝缘的某一个或某几个部分（局部受潮，局部机械损伤，绝缘内部气泡，瓷介质裂纹）。,-,发展速度快，危险大,。,2,分布性缺陷,：指由于受潮，过热，动力负荷及长时间过电压作用导致的电气设备整体绝缘性能下降（绝缘整体受潮，充油设备的油变质）,-,发展速度慢，危险小,一、,电力设备绝缘老化及其特征,绝缘设备的,老化：,1,电老化,：外施电压 放电量 老化,寿命,2,热老化,：热作用 热降解 热老化,寿命,3,机械老化,：机械应力 微裂缝 局部放电 绝缘破裂 寿命,4,环境老化,：水分，阳光辐射，化学尘埃 沉积污秽物 污秽放电 老化,一、,电力设备绝缘老化及其特征,绝缘特征量,：,表征不同绝缘系统劣化程度,1,直接,表征绝缘剩余寿命特征量（如耐电强度，机械强度）通过破坏性试验方法得到。,2,间接,表征绝缘剩余寿命特征量（绝缘电阻，介质损耗角正切，泄漏电流等）通过非破坏性试验方法得到。,一、,电力设备绝缘预防性试验,电力设备,制造过程中,的检测试验主要有：型式试验，例行试验，出厂试验。,运行前和运行中,的检测试验主要有：交接试验，预防性试验，在线监测。,预防性试验分为：,非破坏性试验,（目的判断绝缘状态，及时发现可能的劣化现象）,破坏性试验,（目的发现集中性缺陷）,一、,电力设备绝缘预防性试验,目前电力设备预防性试验主要有：绝缘电阻测量，直流泄漏电流测量，介质损耗角正切，绝缘油试验，微量水分测定，油中溶解气体色谱分析，局部放电试验，直流耐压试验，交流耐压试验。,一、,故障诊断技术的产生及其作用,概念：,故障诊断是根据设备运行状态信息查找故障源，并确定相应决策的一门综合性新兴科学。,在设备带电、不停机的情况下，通过使用先进的技术手段，对设备状态进行监测和分析，判断设备是否存在异常、故障、故障的部位、原因以及故障的恶化趋势等，以确定合理的检修时间和方案。,一、,故障诊断技术的产生及其作用,通过对电气设备的试验和各种特性的测量，识别、评估设备在运行过程中的状态，早期发现的故障。狭义而言，,“,监测,”,是,“,诊,”,，,“,诊断,”,是,“,断,”,。,一,故障诊断技术的产生及其作用,故障诊断,被动诊断,被动诊断,主动诊断,故障已发生，机组停运，要求诊断故障原因，以便制定处理方案如：,1.,发电机定子接地保护动作：,2.,发电机,PT3U0,动作（见分析）,运行中故障发生了，是否停运急需诊断出结果如：,CT,断线,运行的设备有无故障,现场综合处理问题的能力,故障现象,相关一次设备检查,高压试验,机械特性试验,二次回路及二次装置检查,传动试验定值检测录波分析,综,合,分,析,电气设备故障的主要原因,1.,制造工艺存在原始缺陷,2.,恶劣的环境和苛刻的运行条件,3.,材料的劣化 （主要绝缘材料）,4.,缺乏良好的管理及维护,一、,故障诊断技术的产生及其作用,(,一）,故障诊断技术的产生和发展背景,20,世纪,60,年代起源于美国。对军事、航天设备进行早期异常检测。经历过重大事故之后，人们认识到：现代化设备的故障先兆必须早期预报，以防患于未然，否则产生严重后果,。,设备的重要性、现代化、安全性、可靠性以及维修的迫切需要，使故障诊断技术应运而生。,维修的目的,人总免不了要生病，电气设备也和人一样总要发生故障，现在还没有永远不出故障的设备。人生了病有时还可以凭借本身的抵抗力自愈，而各种电气设备有了故障却没有自行修复的能力，只有依靠维修人员来修理。维修人员若没有过硬的检修技术，往往无法迅速使设备正常运行，从而严重影响生产。,生产过程中，维修工作是保证设备正常运行，减少停工损失的重要环节，绝不能忽视。,一、,故障诊断技术的产生及其作用,(,二）,设备维修方式的变革,随着科学技术的不断发展，生产设备的维修体制经历了三次方式：,1.,事后维修,：等到设备无法正常工作时再进行维修。,2.,预防维修,：预先制定计划，定期进行检修和更换。,3.,状态维修,：根据设备状态来确定维修工作的内容和时间、制定维修方案。,事后维修的优缺点,优点,：不需要安排计划。 对一些设备，更换比修理更便宜。,缺点,：意外停机引起生产损失。可能引起设备的二次损坏，甚至灾难性事故。库存备品备件投资多。,预防维修优缺点,优点：机器寿命较长。减少意外停机。,备件库存较少。,缺点：到期必修,缺乏对设备的综合分析,存在着检修过量,检修不足；人力和物力的浪费,降低了供电可靠性,;,过剩维修也会引起人为维修故障,。,状态维修优缺点,优点,：减少非计划停机损失，维修时间间隔可以缩短或延长，维修费用大为减少，备件库存最小。,缺点,：诊断的正确与准确性需要保障。,先进的维修理念,1,、采用现代故障诊断和状态监测技术，发展以状态监测为基础的预知维修体制。,2,、企业应当积极采用先进的设备管理方法和维修技术，采用以设备状态监测为基础的设备维修方法，不断提高设备管理和维修技术的现代化水平。,状态检修,是我国即将面临的先进设备管理体制,开展状态检修的研究一般从,两个方面,进行,一类是对设备进行不间断实时动态的,在线监测,用在线的数据来,判别,设备状态。,另一类是以离线检测为主,通过各种,离线数据分析,对设备状态进行,综合诊断,。,实现状态检修的,前提,：,必须进行,可靠的状态监测,与,准确的故障诊断,以及,有效的故障预报,。,电气设备状态监测与故障诊断的意义,1.,识别有无故障；,发现故障及时报警,；,2.,判断故障性质、程度和部位；作出故障趋势分析，就是在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态。为设备检修项目、内容、时间等提供依据。,3.,分析故障原因，,给出消除故障的措施。防止发生同类故障。,状态监测和故障诊断的对象,由于故障发展速度的差别,形成了,瞬变故障和缓变故障,两个类型。,瞬变故障,例如相间短路等,发展很快。继电保护装置必须在,10ms,20ms,内处理这类故障,以避免损失扩大。,缓变故障,是从出现故障征兆发展到故障灾害,进程较慢,的一类故障现象,例如绝缘故障、机械系统故障等。,当出现故障征兆时,需要对故障进行定位,或对故障的程度和发展进行监测,采取措施,防止故障状态的进一步发展和造成重大损失,。,因此,缓变故障是状态监测和故障诊断的对象,。,一、,故障诊断技术的产生及其作用,(,三）,对设备服役寿命的影响,设备故障率,使用寿命曲线分为三个阶段。,1.,初期阶段：故障率较高。,原因：设备运行、制造、安装和调试 中的遗留问题暴露；,相关人员对设备的操作和维护 还需要有一个适应和熟悉的过程。,严重的突发性绝缘故障可能导致：,初期阶段,安定阶段,初期阶段,恶化阶段,注意阶段,危险,阶段,破坏点,危险水平,注意水平,实施修复,故障率,使用寿命,设备故障率使用寿命,2.,稳定期：故障率很低。一般为突发性故障。,原因：设备制造、安装和调试中的遗留问题没有得到解决。,3.,劣化期：故障率开始上升。,原因： 设备逐渐老化,通过故障诊断，可根据设备状态做出相应的维修方案和采取相应的措施，以排除故障和隐患，使设备恢复原有性能，重新进入低故障率的稳定期，这样就延长了设备的使用寿命。（虚线）,一、,故障诊断技术的产生及其作用,绝缘事故比例高,大型电气设备的重要性,定期预防性维修体制的不足,状态监测的科学性,一、,故障诊断技术的产生及其作用,（一）国外发展概况,1967,年,4,月，美国宇航局（,NASA,）创导，在海军研究室主持下，成立了美国机械故障预防小组。欧洲：英国、瑞典等相继开展此项研究。亚洲：日本等在钢铁、化工、电力、交通等部门积极开展此项工作。,二、,故障诊断技术在国内外的发展简况,大型化,自动化,连续化,高速化,故障诊断技术发展,促进,（二）,国内发展概况,始于,20,世纪,70,年代末，,80,年代初。国内一些重点大学（西交、东电等）相继成立了故障诊断研究室。目前，国内大部分,200MW,以上机组装有状态监测系统。,故障诊断技术成为生产领域的研究热点,应用领域广泛：航天、军事、电力、化工、交通、机械制造等。,电力诊断对象：火力水力发电机组、电力（,in detail,） 变压器、电动机等。,一、,故障诊断技术的产生及其作用,（一）,构成,:,独立的跨学科综合信息处理技术,由以下三部分组成：,1.,故障诊断机理的研究,：即故障诊断物理、化学过程的研究。例：氧化、疲劳等原因研究。,2.,故障诊断信息学的研究,：故障信号的采集、选择、处理和分析过程。例：传感器采集设备运行中的的信号（振动、转速），时、频域分析，识别评价设备的状态和故障。,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,3.,诊断逻辑和数学原理的研究,通过逻辑方法、模型方法、推论方法及人工智能方法等，根据可观测的设备故障表征来确定下一步的检测部位，最终分析判断故障发生的部位和产生故障的原因等。,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,诊断过程采用四项技术：,1.,检测技术：准确采集反映设备状态的信号和参数。,2.,信号处理技术：将信号经过各种变换，把放映设备状态的真正信息提取出来。,3.,识别技术：根据掌握的故障征兆信息和参数，判断故障并找出原因。,4.,预测技术：对已识别出来的故障进行预测，预测故障的发展趋势和设备的剩余寿命。,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,故障诊断与状态监测的关系,状态监测（,Condition monitoring,）：监测和分析设备的系统工作状态信息。实时掌控设备基本工作状态。,通过监测结果与设定阈值之间的对比，仅对设备运行状态作出正常、异常或故障的判断，而对故障性质、严重程度等不予或无法进行更加深入的诊断。,状态监测,+,故障诊断,设备诊断,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,故障诊断技术的发展趋势,信息采集：尽可能多的采集反映设备故障状态的信息量。真实、足够、准确。,诊断方法：根据数量较为有限的状态信息，采用先进的诊断方法、技术，准确判断和区分故障。,同一故障在表现形式常常呈现多样性，不同故障的表现形式却具有相似性、模糊性。,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,它的发展越来越呈现出一种与当代前沿科学相融合的发展趋势。,1,）与人工神经网络、专家系统和遗传算法为代表的人工智能技术的结合,2,）与小波分析、模糊数学相结合,3,）与信息融合技术相结合,三、,故障诊断技术构成与发展趋势,（一）,电气设备,主要指电力系统中承担发、输、变、配的高压设备。例：高压套管、避雷器、电动机等。,（二）,故障诊断系统与断电保护的区别,电气设备的状态可分为：,1.,正常（,Normal,）,：设备具备其应有的功能，没有缺陷或缺陷不明显，缺陷严重程度,仍属于容限范围内。,四、,电气设备故障诊断,2.,异常,(abnormal),：缺陷有了进一步的发展，设备状态发生变化，性能恶化，但能维持工作。,3.,故障,(fault),：缺陷发展到使设备性能和功能都有所丧失的程度。,4.,事故,(breakdown),：功能完全丧失，无法进行工作的状态。,四、,电气设备故障诊断,继电保护,：对保障系统的正常运行和设备安全有十分重要的意义。,基本功能：设定动作设定值，当运行参数和状态参数达到或超过整定值后，保护动作，报警或切断电路，以防止事故发生或事故扩大。,四、,电气设备故障诊断,故障诊断关注点是,：电气设备的故障阶段，即尚未发展造成事故的阶段，防患于未然。,可见，故障诊断发挥作用的时段在继保动作之前，及早发现潜伏性故障，消灭在萌芽状态。,四、,电气设备故障诊断,电气设备状态监测与故障诊断技术，已成为电力系统厂站自动化技术中的一个新领域。其中，电容型设备、电力变压器、高压断路器，以及交联聚乙烯（,XLPE,）、电缆、金属氧化物避雷器、大型发电机等设备的在线检测与诊断，已逐步纳入到厂站自动化技术之中。随着这项技术的不断实施、推广以及逐步成熟和完善，故障诊断技术将逐步成为电力系统综合自动化的一个重要组成部分。,四、,电气设备故障诊断,朱德恒，谈克雄主编，电绝缘诊断，中国电力出版社。,1999,雷铭主编，电力设备诊断手册，中国电力出版社，,2001,五、,参考书,The End,Thank You,