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1、2020/9/2,1,高电压技术,电气与电子工程学院 吴文辉,第二篇 电气设备绝缘试验,现代国民经济对电力供应的依赖性日益增大,电力系统的规模,容量也在不断地扩大,停电事故造成的后果和损失越来越严重,应而对电力系统的安全运行和供电可靠性提出了越来越高的要求. 为了保证电气设备乃至整个电力系统的安全可靠运行,必须恰当的选择各种电气设备的绝缘(包括绝缘材料和绝缘结构),使之具有一定的电气强度,并且使绝缘在运行过程中保持良好的状态.但是由于种种原因,绝缘仍然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。 时至今日,电介质理论仍远未完善,各种绝缘材料和绝缘结构的电气性能还不能仅依靠
2、理论分析计算来解决问题,而必须同时借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能,各种试验结果也往往成为绝缘设计的依据和基础。,2020/9/2,3,6 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,2020/9/2,4,预防性试验方法的分类： a. 破坏性试验，或叫耐压试验。 b. 非破坏性试验（在较低的电压下或用其它不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘的内部缺陷） 破坏性试验和非破坏性试验各有其特点，所反
3、映的绝缘缺陷的性质是不同的，且对不同的绝缘结构和材料的有效性也不一样。,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. 分布式缺陷（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）,2020/9/2,5,第二节 绝缘电阻,吸收比和泄露电流的测量,绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合性 特性参数. 吸收比：电流衰减过程中的两个瞬间测得的两个电流值或两个 相应的绝缘电阻值之比. 吸收比用来检测绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷. 一、双层介质的吸收现象 吸收电流 从上式可以看出:如
4、果R2C2R1C1,则吸收电流分量很小,吸收现象不明显。当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时,阻值R1、R2或二者之和显著减小,Ig大大增加,而Ia 迅速衰减.,2020/9/2,6,二、绝缘电阻和吸收比的测量,绝缘电阻:在绝缘上施加一直流电压U时,此电压与出现的 电流I之比 通常绝缘电阻都是指稳态电阻 即令t,得R=R1+R2 为两层介质电阻的串联值上面这种方法测试简单能有效的揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷,但也有不足之处和局限性 (1)大型设备(如大型发电机、变压器)的吸收电流很大,延续时间较长因此要测稳态电阻要花很长时间 (2)有些设备(如电机)由Ig 反映的绝缘电阻往往有很
5、大的变化范围,应而很难给出一定的绝缘电阻判断标准因此对大型试品一般用测吸收比来代替单一稳态电阻的测量,(4-11),2020/9/2,7,6.1 绝缘电阻的测试,双层介质的吸收现象,阴影部分的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷。 这种逐渐“吸收”电荷的现象叫做“吸收现象”，对应的电流称为吸收电流。它是由于介质中偶极子逐渐转向，并沿电场方向排列而产生的。,2020/9/2,8,当绝缘受潮或有缺陷时，电流的吸收现象不明显，总电流随时间下降较缓慢，而试品的绝缘电阻与电流成反比。因此，根据的变化，就可以初步判断绝缘的状况。,显然，对于不均匀试品的绝缘，如果绝缘状况良好，则吸收现象明显，值远大于1
6、；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰减，Ka值接近于1。,2020/9/2,9,绝缘电阻和吸收比的测量,1. 兆欧表的原理和接线图,2020/9/2,10,2020/9/2,11,2. 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
7、读取15s和60s的绝缘电阻值； （5）测试时必须记录温度。,2020/9/2,12,6.2 泄漏电流的测量,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,2020/9/2,13,P82,绝缘良好的发电机，泄漏电流值较小，且随电压呈线形上升，如曲线1所示；如果绝缘受潮，电流值变大，但基本上仍随电压线性上升如曲线2；曲线3表示绝缘中已有集中性缺陷，应尽可能找出原因加以消除；如果在电压尚不到直流耐压试验电压Ut 的1/2时，泄漏电流就已急剧上升，如曲线4，则这台发电机甚至在运行电压下就可能发生击穿。,2020/9/2,
8、14,三、泄漏电流的测量,泄漏电流的测量原理和绝缘电阻的测量原理一致 泄漏电流测量的特点: 1、加在试品上的直流高压比兆欧表的工作电压高得多,能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷 如:分别在20kv和40kv电压下测量额定电压为35kv及以上变压器的泄漏电流值,能相当灵敏的发现瓷套开裂、绝缘纸桶沿面炭化、变压器油劣化及内部受潮等缺陷. 2、由于施加在试品上的直流高压是逐渐增大的,所以可以在升压过程中监视泄露电流的增长动向 4 右图中 1-良好绝缘 2-受潮绝缘 3-有集中性缺陷的绝缘 4-有危险的集中性缺陷的绝缘 Ut-发电机的直流耐压试验电压 0 Ut/2 Ut U(kv),2020/9/2,1
9、5,绝缘材料受潮后，与吸收电流相比，泄漏电流会增加。当介质上所加电压去掉后，介质放电会出现吸收过程类似的过程，但没有泄漏电流现象。由此可根据下面的极化指数和泄漏指数来判断受潮程度。,对于旋转电机，如果极化指数小于1.5，泄漏指数大于30，就可以判定为受潮。,2020/9/2,16,测量泄漏电流应注意的事项：,（1）电压的稳定性 直流电压的脉动系数不大于3%，电压降落尽可能低。 （2）测量仪表的保护 （3）杂散电流造成的误差 要求直流高压部分不发生电晕，或者高压引线采用屏蔽线，被试品的低压极和测量装置用接地屏蔽笼屏蔽起来。 （4）被试品的接地 有些设备一端必须直接接地，测量系统串接在高压侧回路中
10、。应将测量系统放在屏蔽笼中，尽可能将试品的高压极和引线屏蔽起来，并与电源侧的高压引线连接于A处。,2020/9/2,17,微安表保护回路,测量泄漏电流用的微安表是很灵敏和脆弱的仪表需要并联一保护用的放电管V，当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻R1上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。 电感线圈L:在试品意外击穿时 限制电流脉冲并加速V的动作 其值在0.11.0H范围内 并联电容C:可使微安表的指示 更加稳定 开关S平时短接，读数时才打开,2020/9/2,18,6.3 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
11、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。,2020/9/2,19,一、西林电桥基本原理,图4-5 西林电桥原理接线图,2020/9/2,20,1. 西林电桥的基本原理,2020/9/2,21,2. 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象其他高压带电体引起的干扰。,2020/9/2,22,实际中，绝大多数电气设备的金属外壳是直接接在
12、接地底座上的，即被试品的一极是固定接地的，这时得用反接线。,在反接线的情况下,电桥调 平衡的过程以及所得的tg 和 Cx的关系式均与正接线无异， 不同的是接地点移到C点，原 来的两个调节臂直接接到高电 压下，此时R3,C4,检流计P和屏 蔽网均处于高电位，故必须保 证足够的绝缘水平和采取可靠 的保护措施。,2020/9/2,23,（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。,2020/9/2,24,3. 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
13、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。,2020/9/2,25,3、如果绝缘受潮，则电压较低时,tg就已经相当大，电压升高时， tg更将急剧增大；电压回落时， tg也要比电压上升时更大一些， 因而形成了不闭合的分叉曲线， 如图4-8中的曲线3所示，主要原因 是介质的温度因发热而提高了 右图中： 1-良好的绝缘 2-绝缘中存在气隙 3-受潮绝
14、缘,2020/9/2,26,（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。但应注意，屏蔽线不应改变被试品内的电场分布。,2020/9/2,27,4. 数字化测量方法,数字化测量tg，不仅可以很容易
15、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。,2020/9/2,28,6.4 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
16、部放电的起始电压与熄灭电压等。,2020/9/2,29,一、局部放电,2020/9/2,30,表征局部放电的参数：,放电重复率（N）：也称脉冲重复率，是在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数也随之增多。 放电能量（W）：通常指一次局部放电所消耗的能量。 设气隙中开始出现局部放电时的外加电压瞬时值为Ui Us= Cb / (Cg + Cb) Ui 则 设Ur0，则W=qUi /2 (4-32) 其它参数：平均放电电流、放电的均方率、放电功率、 局部放电起始电压（即Ui）和局部放电熄灭电压,(4-30),2020/9/2,31,二、局部放电检测方法综述,局部放电检测分
