电气设备绝缘试验

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,*,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,*,电气设备绝缘试验概述,一、电气设备绝缘监测和诊断技术,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。,二、电气设备绝缘试验的必要性,电气设备绝缘试验概述,三、电气设备绝缘试验分类,按后果分可分为,:,非破坏性试验和破坏性试验,.,按照设备是否带电的方式分为：,离线和在线,（定期检修存在,“失修”“过修”,状态检修,Condition Based Maintenance,，,CBM,）,1.,工频高压试验,2.,直流高压试验,3.,冲击高压试验,绝缘,试验,检查性试验,（非破坏性试验）,耐压试验,（破坏性试验）,1.,绝缘电阻与吸收比的测量,2.,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,绝缘的监测和诊断技术分类对比,分 类,优 势,不 足,耐压试验,有效、可信,可能导致绝缘破坏,(,绝缘缺陷已较严重,),不能揭示缺陷的性质和根源,检查性试验,可采用多种试验揭示揭示绝缘缺陷的不同性质和根源,不能直接得出设备绝缘的耐电强度,互为补充、不能相互代替,应先做检查性试验，且据此确定耐压试验的时间和条件,一、,局部放电概念,简称为,PD-Partial Discharge,，指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象。,二、,局部放电的危害,不影响电气设备的短时绝缘强度。但若在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备的突发性故障。,局部放电的测量,三、,局部放电特点,当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化等。,四、,局部放电测量,绝缘油的,气相色谱分析法,：通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺陷；,超声波探测法,：在电气设备外壁放上由压电元件和前置放大器组成的超声波探测器，用以探测局部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电的发生，测其强度和发生的部位；,脉冲电流法,：测,PD,所形成的脉冲电流大小以判断绝缘,PD,的强弱程度，这种方法可以给出定量的结果，目前规程中已规定了定量的指标,局部放电的,三电容模型,：,C,g,：气泡的电容,C,b,：和,C,g,相串联部分的介质电容,C,m,：其余大部分绝缘的电容,介质内部气隙放电的三电容模型,(a),具有气泡的介质剖面,(b),等值电路,气泡很小，,C,g,比,C,b,大，,C,m,比,C,g,大很多,电极间加上交流电压,u,，则,C,g,上的电压为,u,g,，总电容为,假设气泡放电后，,Cg,被完全短接而无残压，则此时总电容为,外施电压是作用在,Cm,上的，当,Cg,上放电完成时，会造成外施电压发生变化,U,真实放电量,q,r,：无法测量；,视在放电量,q,：其表达式中的量都是可以测得的。它是局部放电试验中的重要参量，国际和国家标准中，对于各类高压设备的视在放电量,q,的允许值均有所规定,q,比真实放电量,q,r,小得多，它以,pC,作为计量单位,放电能量,放电重复率,影响局部放电特性的多种因素：主要有电压的幅值、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境的温度及湿度和气压等。,三种基本测量回路,电桥平衡回路,试品通过,Ck,后与,检测阻抗并联的回路,试品与检测阻,抗相串联的回路,第六章电气设备绝缘试验（二）,工频高压试验,直流高压试验,雷电冲击高压试验,操作冲击高压试验,6-1,工频高压试验,交流耐压：,是交流设备的基本耐压方式。适用于,220kV,以下的电力设备。,Key words:,累积效应，幅值（变压器,85%,）、时间,(1min),一、工频高压的产生,工频高压试验变压器,特点：单相、绝缘裕度小、间歇工作方式、容量一般不大（,1A,）,串级变压器,高压绕组中点接壳的串级变压器原理电路图,二、工频高压的测量,工频高压的测量,测量球隙,稍不均匀,-Ub,偏差小于,3%,静电电压表,0-1MHz,，量程小于,200kV,分压器配用低压仪表,电容分压，注意杂散电容影响，措施,-,屏蔽,电压互感器,6-2,直流高压试验,在被试品的电容量很大的场合，用工频交流高电压进行绝缘试验时会出现很大的电容电流，这就要求工频高压试验装置具有很大的容量，这时常用,直流高电压试验来代替工频高电压试验,。,损伤小,(,削弱了局部放电）,加压时间可延长,工频电压,-,整流器,-,直流电压，倍压整流,-,直流高压串级装置,-,更高直流电压。,T,V,1,V,2,C,1,C,2,(a),T,V,1,V,2,C,1,C,2,(b),几种倍压整流回路,串级直流高压发生器,利用,(b),中的倍压整流电路,为基本单元，多级串联起,来即可组成一台串级直流,高压发生器，,理想情况可获得空载输出,电压等于,2nUm(n,为级数,),C,C,C,C,C,C,输出,串级直流高压发生器原理图,6-3,冲击高压试验,雷电冲击高压试验,雷电冲击耐压考验电力设备承受雷电过电压,的能力。只在制造厂进行本项试验，因为,试验会,造成绝缘的积累效应,，所以在规定的试验电压下,只施加,3,次冲击。,国家标准规定额定电压,220kV,，容量,120MVA,的变压器出厂时应进行本项试验。,操作冲击高压试验,330kV,电力设备出厂时应进行本项试验。,在电力系统现场进行各个电压等级变压器的耐压试验时，可,采用操作冲击感应耐压方式来取代工频耐压试验,。由于利用被试变压器自身的电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源装置电压较低，装备比较简单。而且试验本身不会在绝缘中产生残留性损伤。,冲击高压试验,冲击电压波形,冲击电压发生器原理,冲击电压发生器结构,冲击电压测量,雷电冲击电压波,国标规定：,一、冲击电压波形,操作冲击电压波,国标规定：,冲击电压的一般表达式：,u,2,=U,1,exp,（,-t/,1,）,-exp,（,-t/,2,）,时间常数：,1,和,2,1.2/50s,的雷电波：,1,2,u,2,由两个指数分量相加构成,波前时间,T,f,由较小的时间常数,2,决定；,半峰值时间,T,t,由相对大得多的时间常数,1,决定,波头,的形成：,放电电阻,R,t,，球隙,g,0,放电后，,电压,u,2,上升。,T,f,=3.24R,f,C,1,C,2,/,（,C,1,C,2,）,因,C,1,C,2,，,T,f,3.24R,f,C,2,波尾,的形成：,电压,u,2,到达峰值,U,2m,后，电容,C,1,和,C,2,一起经过电阻,R,t,放电。因一般,C,1,C,2,，放电快慢主要决定于,C,1,T,t,0.69R,t,(C,1,C,2,)0.69R,t,C,1,C,2,上电压,u,2,的波形,波前,波尾,二、冲击电压发生器的基本原理,冲击电压发生器概念,：冲击电压发生器由一组并联的储能高压电容器，自直流高压源充电几十秒钟后，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十,kV,至几,MV,。,发明人：产生较高电压的冲击发生器多级回路，首先由德国人,E.,马克思（,E.Marx,）提出，为此他于,1923,年获得专利，被称为马克思回路。,单级冲击电压发生器回路,由于受到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击电压发生器的最高电压不超过,200300kV,。,多级冲击电压发生器回路,T,：供电高压变压器；,D,：整流用高压硅堆；,r,：保护电阻；,R,：充电电阻；,rd:,每级的阻尼电阻；,C,：每级的主电容；,Cs,：每级相应点的对地杂散电容；,g,1,：点火球隙；,g,2,g,4,：中间球隙；,g,0,：隔离球隙；,“,电容器并联充电，而后串联放电”,电阻,R,的连接与隔离作用：,在充电时起电路的连接作用；放电时则起隔离作用；,电容并联串联转换方法：,诸电容由并联变成串联是靠一组球隙分别处于绝缘和放电来达到；,同步：,为使诸球隙易于同步放电，在采用简单球隙的条件下，它们应排列成相互能够放电（紫外线）照射的状态。,阻尼电阻：,为了防止杂散电感和对地分布的杂散电容引起高频振荡，电路中分布放置了阻尼电阻,r,d,，一般每级为,5,25,。若级数为,n,，阻尼电阻的串联总值,nr,d,称作为,R,d,。,R,d,也起着调节波前时间的作用，但在放电时它与,Rt,会造成分压，使输出的电压有所降低。,1.,工作特点,2.,发生器电压效率,放电时基本回路的等值回路,输出电压,u,2,的峰值,U,2m,低于电容,C,1,上的初始充电压,U,1,。它是由于,C,1,与,C,2,之间的分压和,R,t,与,R,d,之间的分压造成的。,高效冲击电压发生器回路,冲击电压发生器高效回路接线,r,f,：,每级的波前电阻，一般约几十欧；,r,t,：,每级的放电电阻，通常约几百欧；,C,2,：,负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波相关。一般处于几百皮法至几个纳法间,等值电路,三、冲击电压发生器结构,户内,800kV,冲击电压发生器,户外冲击电压发生器及分压器,户内冲击电压发生器及截波装置,四、冲击电压的测量,球隙测电压峰值,分压器配用示波器、峰值电压表、数字记录仪等,分压器类型：电阻型、电容型、阻容并联型、阻容串联型,各种预防性试验方法的特点总结,序号,试验方法,能发现的缺陷,1,测量绝缘电阻及泄漏电流,贯穿性的受潮、脏污和导电通道,2,测量吸收比,大面积受潮、贯穿性的集中缺陷,3,测量,tg,绝缘普遍受潮和劣化,4,测量局部放电,有气体放电的局部缺陷,5,油的气相色谱分析,持续性的局部过热和局部放电,6,交流或直流耐压试验,使抗电强度下降到一定程度的主绝缘局部缺陷,7,操作波或倍频感应耐压试验,(,限于变压器,),使抗电强度下降到一定程度的主绝缘或纵绝缘的局部缺陷,表中序号,6,和,7,两项为破坏性试验，,其它各项均属于非破坏性试验,绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：,需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止运行；,只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能在诊断期间发生故障；,停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘,tg,检测，采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一般只加到,10kV,，这对于,220kV,500kV,的电力设备而言，电压是很低的。,离线监测的缺点,