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1、高电压工程基础 华南理工大学电力学院,预备知识,试验分类 设备在设计、制造、运行过程中的各种试验可划分为三大类 1. 研究性试验 2. 产品试验 这是产品在设计制造和生产过程中的试验，也是高压断路器试验的主要部分，它又可分为下列四种： （1）型式试验 （2）参考性试验 （3）试运行试验 （4）出厂试验 3. 预防性试验,进行绝缘监测和诊断的原因： 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。,定义： 为
2、了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和监测，通称为绝缘预防性试验,电气设备绝缘缺陷的分类： 集中性缺陷（例如悬式绝缘子的瓷质开裂；发电机绝缘局部磨损、挤压破裂；电缆绝缘逐渐损坏等） b. 分布性缺陷（电气设备整体绝缘性能下降，如电机、变压器、套管中有机绝缘材料的受潮、老化、变质）,（1）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来测量绝缘的各种情况，从而判断绝缘内部的缺陷揭示绝缘缺陷的不同性质和发展程度。缺点：不知道绝缘水平。 包含的种类：绝缘电阻试验、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 （2）破坏性试验，即耐压试验： 以高于设备的正
3、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：可能在试验时给绝缘造成一定的损伤。 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,绝缘试验的分类,第6章 电气设备的预防性试验,6.1 绝缘电阻的测试 6.2 泄漏电流的测量 6.3 介质损耗角正切值的测量 6.4 局部放电的测试 6.5 电压分布的测量 6.6 绝缘油的电气试验和气相色谱分析 6.7 绝缘状态的在线监测,高电压工程基础,电气设备的绝缘，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。,吸收电流：由界面极化造成的位移电流,高电压工程基础,.,6.1
4、.1 双层介质的吸收现象,6.1 绝缘电阻的测试,高电压工程基础,.,电流变化规律,泄漏电流Ig,吸收电流ia,当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，R1、R2或两者之和显著减小，Ig大大增加，而Ia迅速衰减,高电压工程基础,.,绝缘电阻,所测绝缘电阻是随测量时间变化而变化的，只有当t时，其测量值为R=R，但在绝缘电阻试验中，特别是电容量较大时，很难短时测量到R的值，因此，在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。,高电压工程基础,.,吸收比K： 定义：加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝
5、缘电阻的比值 对大电容量试品（也称极化指数P）： 为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电阻的比值 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；大型发电机采用环氧粉云母者：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，推荐测量K2值（加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时电阻之比值）。,高电压工程基础,.,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
6、降低，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K1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力; K1.3时，就可判断绝缘可能受潮 。,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,高电压工程基础,.,绝缘电阻试验的用途,可发现 两极间有穿透性的导电通道 受潮 表面污垢（比较有无屏蔽极时的值即可） 不可发现 绝缘中的局部缺陷（裂缝、气泡、开裂等） 绝缘的老化（仍保持高阻值）,高电压工程基础,.,高电压工程基础,6.1.2 绝缘电阻和吸收比的测量,.,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
7、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,高电压工程基础,1. 兆欧表的原理和接线图,.,高电压工程基础,.,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,高电压工程基础,2. 试验方法和影响测量结果的因素,（1）为了避免被试品上可能存留残余电荷而造成误差，试验前应将
8、试品接地放电一段时间； （2）试验时，将被试品接于L、E之间，如果被试品表面的泄漏电流较大，为避免表面泄漏电流的影响，必须加以屏蔽，屏蔽线应接在兆欧表屏蔽端G上； （3）驱动兆欧表达到额定转速，并保持恒定； （4）测量吸收比时，先驱动兆欧表达额定转速，待指针指到时，用绝缘工具将火线迅速接至试品上，同时记录时间，分别读取15s和60s的绝缘电阻值； （5）测试时必须记录温度。,.,高电压工程基础,2. 试验方法和影响测量结果的因素,值得注意的是： 根据测量的电阻绝缘值和吸收比值的时候，不仅需要跟合格数据对比，还需要跟以往数据对比，与同类设备的数据比较，以及与本绝缘设备的其他测试数据对比。,.,高
9、电压工程基础,6.2 泄漏电流的测量,.,试验电压高，能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷 施加的直流电压逐渐升高，可观察泄漏电流的变化，以判断绝缘状况。,高电压工程基础,.,单相变压器绕组间泄漏电流的测量,变压器绕组间泄漏电流的测量,高电压工程基础,某设备绝缘的泄漏电流曲线 曲线1：绝缘良好；曲线2：绝缘受潮； 曲线3：绝缘中有未贯通的集中性缺陷； 曲线4：绝缘有击穿的危险,.,泄漏电流大小与设备绝缘状态,高电压工程基础,.,油浸电力变压器绕组泄漏电流允许值,高电压工程基础,测量泄漏电流应注意的事项：,（1）温度、时间、表面泄漏电流 （2）电压的稳定性 （3）测量仪表的保护 （4）杂散电流造成的
10、误差 （5）被试品的接地,.,高电压工程基础,6.3 介质损耗角正切的测量,介质损失角正切tg ： 交流电压作用下电介质中电流的有功分量和无功分量的比值，是一个无量纲的数，反映的是电介质内单位体积中能量损耗的大小。 （1）在一定的电压和频率下，介质损失角正切值（tg）与绝缘介质的形状、大小无关，只与介质的固有特性有关。（2） 测量tg可以有效的发现绝缘受潮、穿透性导电通道、绝缘内含气泡的游离、绝缘分层和脱壳以及绝缘有脏污或劣化等缺陷。,.,高电压工程基础,1. 西林电桥的基本原理,.,高电压工程基础,2. 外界电磁场对电桥的干扰,（1）外界电场的干扰 包括试验时的高压电源和试验现场其他高压带电
11、体引起的干扰。,.,高电压工程基础,（2）外界磁场的干扰 电桥工作时处在交变磁场中，桥路内将感应出一干扰电势，也会造成测量结果的不准确。,.,消除上述两种干扰的措施：将电桥的低压部分全部用接地的金属屏蔽网屏蔽起来，引线也用屏蔽电缆。,受限于试验条件，电桥反接，要注意人身安全,高电压工程基础,3. 影响测量结果的因素,（1）温度的影响 一般情况，tg是随温度上升而增大的。现场试验时，设备温度是变化的，为便于比较，应将不同温度下测得的tg值换算至20。 （2）试验电压的影响 良好的绝缘，在其额定电压范围内，tg值是几乎不变。如果绝缘中存在气泡、分层、脱壳等，当所加试验电压足以使绝缘中的气泡或气隙放
12、电，或者电晕、局部放电发生时，tg的值将随试验电压的升高而迅速增大。 所以，测定tg时所加的电压，最好接近于被试品的正常工作电压。,.,高电压工程基础,（3）测量tg与试品电容的关系 对电容量较小的设备，如套管、互感器等，测量tg值能有效地发现局部集中性和整体分布性的缺陷。但对电容量较大的设备，如大中型变压器、电力电缆、电容器、发电机等，测tg只能发现整体分布性缺陷。因此，通常对运行中的电机、电缆等设备进行预防性试验时，不做tg测试。 对于可以分解为几个绝缘部分的被试品，分解后来进行tg的测试，可以更有效地发现缺陷。 （4）试品表面泄漏的影响 为消除表面泄漏，除应将套管表面擦干净外，尚可加屏蔽
13、。但应注意，屏蔽线不应改变被试品内的电场分布。,.,高电压工程基础,4. 数字化测量方法,数字化测量tg，不仅可以很容易地调节电桥平衡，而且可以防止外界干扰。 原理：利用传感器从试品上取得所需的电压信号U和电流信号I，经前置A/D转换电路数字化后，送至数据处理计算机或单片机，经数据处理后算出电流电压之间的相位差，最后得到tg的测量值。,.,tg数字化测量原理,高电压工程基础,6.4 局部放电的测试,局部放电的检测量： 视在放电量q、放电能量W,局部放电的危害： 局部放电将加速绝缘物的老化和破坏，发展到一定程度时，可能导致整个绝缘的击穿。所以，测定电气设备在不同电压下局部放电强度与变化规律，能预
14、示设备的绝缘状态，也是估计绝缘电老化速度的重要依据。,衡量局部放电强度的参量： 放电的重复率（放电频率），平均放电电流、平均放电功率、局部放电的起始电压与熄灭电压等。,.,高电压工程基础,局部放电的检测回路,检测信号： 电信号：电脉冲和介质损耗，可以定量： 非电信号：光、热、噪声，只能定性。,.,高电压工程基础,局部放电的检测回路,检测原理：耦合电容器为被试品和测量阻抗之间提供一个低阻抗的通道。被试品一发生局部放电，因被试品Cx、耦合电容Ck和检测阻抗Zm构成的回路内有电流流过，就可由阻抗把与脉冲电流成比例的脉冲电压检测出来，检测到的信号通过放大器送到测量仪器上。,.,高电压工程基础,局部放电
15、的测量阻抗和测量仪器,（1）测量阻抗Zm的选择 a. 要消除或减弱输出电压的工频成分； b. 要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨率。 c. 阻抗值应足够高，由它承担大部分脉冲电压，并决定输出电压和电流的波形。,（2）常用测量阻抗的形式 常用的测量阻抗有电阻、电感、电阻与电感并联以及电感与电容并联四种形式。,.,高电压工程基础,（3）测量仪器（显示单元） 阴极示波器数字存储示波器 为了防止干扰：装设数字滤波器 为了提高信噪比：采用数字示波器或其他数字记录仪 测量仪器所测得的局部放电脉冲值是与被试品的局部放电视在放电量q成比例的，要从指示值来算得q是困难的，只能通过试验来确定，
16、即PD的测量仪器必须进行试验校正。,.,高电压工程基础,用超声波探测器测量局部放电,（1）特点 抗干扰能力相对较强，可以在运行中和耐压试验时检测绝缘内部的局部放电，适合预防性试验的要求。 （2）工作原理 当电气设备绝缘内部发生局部放电时，会产生一种超声波，并向四面传播，直到电气设备容器的表面。若在设备外壁放一压电元件，在交变压力波的作用下，具有压电效应的晶体便产生交变的弹性变形，晶体沿受力方向的两端面上便会出现交变的束缚电荷。这一表面束缚电荷的变化便引起了端部金属电极上电荷的变化，或在外回路中引起交变电流，从而将交变压力波转换成电气量，由此可测量局部放电。,.,.,高电压工程基础,PD试验： 国标规定对220kV及以上的电力变压器必须做,电力变压器PD测试的加压过程,图中U1为最高额定线电压Um U2为1.3Um / 或1.5Um / 要求在1.3Um / 的U2值下，q300pC 或要求在1.5Um / 的U2值下，q50
