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1、高电压工程基础 施围 邱毓昌 张乔根（西安交通大学）编著 刘青（西安科技大学）制作,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,高电压工程基础,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
2、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）,高电压工程基础,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。,高电压工程基础,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
3、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；如果绝缘严重受潮，由于Ig大增，Ia迅速衰减，Ka值接近于1。,高电压工程基础,绝缘电阻和吸收比的测量,1. 兆欧表的原理和接线图,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
4、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,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,高电压工程基础,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。,高电压工程基础,测量泄漏电流应
5、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。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。,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
6、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象其他高压带电体引起的干扰。,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。,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
7、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
8、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。,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。,高电压工程基础,6.4 局部放电的测试,局部放电
9、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，就可由检出阻抗把与脉冲电流成比例的脉冲电压检测出来，检测
10、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
11、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，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
12、测量局部放电。,高电压工程基础,6.5 电压分布的测量,（1）绝缘表面的电压分布 a. 当表面比较清洁时：电压分布由绝缘电容和杂散电容决定 b. 当表面因污染而电阻下降时：电压分布由表面电导决定,（2）测量电压分布可以发现的绝缘状况 电压分布能反映绝缘子的一些特征，如污秽分布状况、绝缘子绝缘状况等。测量电压分布可掌握绝缘子串的污秽分布和电压分布情况。另一方面，通过测量电压分布可判别零值绝缘子。因此，测量电压分布是不停电检查劣化绝缘子以及绝缘子污秽的有效方法。,高电压工程基础,短路叉测量电压分布方法： 当短路叉的一端2先和下而绝缘子的铁帽接触，而将另一端l靠近被测绝缘子的铁帽时，在1和铁帽间便会
13、产生火花。被测绝缘子承受的电压越高，则出现火花越早，而且火花的声音亦越大。,高电压工程基础,音响式测杆的原理接线： 图中左侧所示的高压电容C及放电管等在工作时处于高电位，而右侧所示的接收器及仪表等处于低电位，两者用空心绝缘杆连接起来。,测量原理： 当被测绝缘子两端电压降低时，放电管的放电频率降低，发声器中发出的声音频率也变低，于是，仪表读数较小，反之则较大。（音响式测杆的检出电压范围约为120kV。）,高电压工程基础,6.6 绝缘油的电气试验和气相色谱分析,绝缘油的闪点下降和酸值增加，常由于设备局部过热导致油分解所致。绝缘油受潮、脏污（如纤维尘埃、碳化等）会使其击穿电压下降，同时油受潮或者变质
14、时，tg增加。 通过在标准油杯中作油的击穿试验以及在专用的试验电极中测油的tg可以检查油的电气性能。由于温度对油的tg值影响较大，温度高时，不同质量油的tg差别可能更大，故测量tg时需将电极放在恒温箱中。,绝缘油的电气试验,高电压工程基础,各种绝缘缺陷的特征： a. 变压器内部存在金属部分局部过热：总烃含量较高，其中 甲烷（CH4）、乙烯（C2H4）也较多； b. 固体绝缘（如纸、木材等）热分解：CO、CO2含量高； c. 局部放电：乙炔（C2H2）和H2的含量较大。 气相色谱试验的优点： 可以发现充油电气设备中某些用tg等方法所不能发现的局部性缺陷（如局部过热、局部放电），迅速简便，不需要设
15、备停电，适合于预防性试验的要求。可以及时掌握变压器、互感器等设备的运行情况，有效地防止了事故的发生。,绝缘油的气相色谱分析,高电压工程基础,气相色谱分析试验方法： 取出运行中电气设备的油样，将油样经喷嘴喷入真空罐内，使油中溶解的气体迅速释放出来。然后将脱出的气体压缩至常压，用注射器抽取试样后进行分析。,高电压工程基础,6.7 绝缘状态的在线监测,tg 的在线监测,1. 电桥法,由互感器带来的角差，可通过RC移相电路予以校正。电桥法的优点是，它的测量与电源波形及频率不相关；其缺点是，由于R3的接入，改变了被测设备原有的状态。,高电压工程基础,2. 全数字测量法（数字积分法）,原理：用AD转换器分
16、别对电压和电流波形进行数字采集，然后根据傅里叶分析法的原理进行的数字运算，最终可以求得tg的值。,高电压工程基础,局部放电的在线监测,电力变压器PD的在线声电联合监测 CD电流脉冲检测器；MC-超声传感器； RC-罗戈夫斯基线圈；NP-中心点套管,电流脉冲及超声信号 (a)来自某RC；(b)来自MC2； (c) 来自MC5,离PD近,高电压工程基础,局部放电超高频检测技术通过传感变压器、GIS等内部局部放电所激发的超高频电磁波，实现局部放电的检测和定位，检测信号的中心频率和带宽可调，抗干扰能力强。,超高频法GIS局部放电的在线监测原理图,高电压工程基础,油中气体含量的在线监测,现场监测的油脱气装置有：一种是利用某些塑料薄膜(如聚四氟乙烯、聚酰亚胺)独特的透气件，让油中所含的气体透析到气室里：另一种是用微型泵在现场对油样吹入空气而释出某些气体(如氢气)。 目前，用于变压器油中气体监测的气体定量检测方法主要是传感器检测法、氢火焰检测器（F
