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1、电气设备绝缘实验概述电气设备绝缘实验概述一、电气设备绝缘监测和诊断技术一、电气设备绝缘监测和诊断技术 电力设备绝缘在运转中遭到电、热、机械、不电力设备绝缘在运转中遭到电、热、机械、不良环境等各种要素的作用，其性能将逐渐劣化，以良环境等各种要素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，呵斥缺点，引起供电中断。经过对绝致出现缺陷，呵斥缺点，引起供电中断。经过对绝缘的实验和各种特性的丈量，了解并评价绝缘在运缘的实验和各种特性的丈量，了解并评价绝缘在运转过程中的形状，从而能早期发现缺点的技术称为转过程中的形状，从而能早期发现缺点的技术称为绝缘的监测和诊断技术。绝缘的监测和诊断技术。二、电气设备绝缘实验的
2、必要性二、电气设备绝缘实验的必要性电气设备绝缘实验概述电气设备绝缘实验概述三、三、电气气设备绝缘实验分分类 按后果分可分按后果分可分为: :非破坏性非破坏性实验和破坏性和破坏性实验. . 按照按照设备能否能否带电的方式分的方式分为：离：离线和在和在线 定期定期检修存在修存在“失修失修“过修修形状形状检修修Condition Based MaintenanceCondition Based Maintenance，CBMCBM1.1.工频高压实验工频高压实验 2.2.直流高压实验直流高压实验3.3.冲击高压实验冲击高压实验 绝绝缘缘实实验验 检查性实验检查性实验非破坏性实验非破坏性实验 耐压实验
3、耐压实验破坏性实验破坏性实验1.1.绝缘电阻与吸收比的丈量绝缘电阻与吸收比的丈量2.2.走漏电流的丈量走漏电流的丈量 3.3.介质损耗角正切的丈量介质损耗角正切的丈量4.4.部分放电的丈量部分放电的丈量绝缘的监测和诊断技术分类对比分 类优 势不 足耐压实验有效、可信能够导致绝缘破坏(绝缘缺陷已较严重)不能提示缺陷的性质和根源检查性实验可采用多种实验提示提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、不能相互替代 应先做检查性实验，且据此确定耐压实验的时间和条件一、部分放电概念 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
4、压下发生的部分的反复击穿和熄灭景象。二、部分放电的危害 不影响电气设备的短时绝缘强度。但假设在运转电压下长期存在部分放电景象，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，就可以渐渐地损坏绝缘，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缺点。部分放部分放部分放部分放电电的丈量的丈量的丈量的丈量三、部分放电特点 当介质内部发生部分放电时，伴随着发生许多景象。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、部分放电丈量 绝缘油的气相色谱分析法：经过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判别设
5、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，用以探测部分放电所呵斥的超声波，从而了解有无部分放电的发生，测其强度和发生的部位； 脉冲电流法：测PD所构成的脉冲电流大小以判别绝缘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目的 部分放电的三电容模型： Cg：气泡的电容 Cb：和Cg相串联部分的介质电容 Cm：其他大部分绝缘的电容介介介介质质内部气隙放内部气隙放内部气隙放内部气隙放电电的三的三的三的三电电容模型容模型容模型容模型 (a) (a)具有气泡的介具有气泡的介具有气泡的介具有气泡的介质质剖面剖面剖面剖面 (b) (b
6、)等等等等值电值电路路路路 气泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多电极间加上交流电压u，那么Cg上的电压为ug，总电容为 假设气泡放电后，Cg被完全短接而无残压，那么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，会呵斥外施电压发生变化U真实放电量qr ：无法丈量；视在放电量q ：其表达式中的量都是可以测得的。它是部分放电实验中的重要参量，国际和国家规范中，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qr小得多，它以pC作为计量单位放放放放电电能量能量能量能量放放放放电电反复率反复率反复率反复率影影响响部部分分放放电电特特性性的的多多种种要要素素：主主要要有有电电
7、压压的的幅幅值值 、电电压压的的波波形形和和频频率率、电电压压的的作作用用时时间间、环环境境的的温温度度及及湿湿度度和气和气压压等。等。 三种根本丈量回路电桥电桥平衡回路平衡回路平衡回路平衡回路 试试品品品品经过经过CkCk后与后与后与后与检测检测阻抗并阻抗并阻抗并阻抗并联联的回路的回路的回路的回路 试试品与品与品与品与检测检测阻阻阻阻抗相串抗相串抗相串抗相串联联的回路的回路的回路的回路 第六章第六章电气设备绝缘实验二电气设备绝缘实验二工频高压实验工频高压实验直流高压实验直流高压实验雷电冲击高压实验雷电冲击高压实验操作冲击高压实验操作冲击高压实验6-1 6-1 工工频频高高压实验压实验交流耐压
8、：是交流设备的根本耐压方式。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l工频高压实验变压器l特点：单相、绝缘裕度小、间歇任务方式、容量普通不大1Al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、工频高压的丈量工频高压的丈量丈量球隙丈量球隙稍不均匀稍不均匀-Ub-Ub偏向小于偏向小于3%3%静电电压表静电电压表0-1MHz0-1MHz，量程小于，量程小于200kV200kV分压器配用低压仪表分压器配用低压仪表电容分压，留意杂散电容电容分压，留意杂散电容影响，措施影响，措施- -屏蔽屏蔽电压互感器电压互感器6-2 6-
9、2 直流高直流高压实验压实验在被在被试品的品的电容量很大的容量很大的场所，用工所，用工频交流高交流高电压进展展绝缘实验时会出会出现很大的很大的电容容电流，流，这就要求就要求工工频高高压实验安装具有很大的容量，安装具有很大的容量，这时常用直流常用直流高高电压实验来替代工来替代工频高高电压实验。 损伤小小( (减弱了部分放减弱了部分放电加加压时间可延可延伸伸工工频电压- -整流器整流器- -直流直流电压，倍，倍压整流整流- -直流高直流高压串串级安装安装- -更高直流更高直流电压。TV1V2C1C2(a)TV1V2C1C2(b)几种倍压整流回路串级直流高压发生器利用利用 (b) (b)中的倍压整流
10、电路中的倍压整流电路为根本单元，多级串联起为根本单元，多级串联起来即可组成一台串级直流来即可组成一台串级直流高压发生器，高压发生器，理想情况可获得空载输出理想情况可获得空载输出电压等于电压等于2nUm(n2nUm(n为级数为级数) )CCCCCC输出串级直流高压发生器原理图6-3 6-3 冲冲击击高高压实验压实验l雷雷电冲冲击高高压实验l 雷雷电冲冲击耐耐压考考验电力力设备接接受雷受雷电过电压l的才干。只在制造厂的才干。只在制造厂进展本展本项实验，由，由于于实验会会l呵斥呵斥绝缘的的积累效累效应，所以在，所以在规定的定的实验电压下下l只施加只施加3 3次冲次冲击。l国家国家规范范规定定额定定电
11、压220kV220kV，容量，容量120MVA120MVAl的的变压器出厂器出厂时应进展本展本项实验。l操作冲击高压实验操作冲击高压实验330kV330kV电电力力设备设备出厂出厂时应进时应进展本展本项实验项实验。在。在电电力系力系统现场进统现场进展各个展各个电压电压等等级变压级变压器的耐器的耐压压实验时实验时，可采用操作冲，可采用操作冲击击感感应应耐耐压压方式来取代方式来取代工工频频耐耐压实验压实验。由于利用被。由于利用被试变压试变压器本身的器本身的电电磁感磁感应应作用来升高作用来升高电压电压，所以冲，所以冲击电击电源安装源安装电电压较压较低，配低，配备备比比较简单较简单。而且。而且实验实验
12、本身不会在本身不会在绝缘绝缘中中产产生残留性生残留性损伤损伤。 冲击高压实验n冲击电压波形n冲击电压发生器原理n冲击电压发生器构造n冲击电压丈量雷雷电电冲冲击电压击电压波波国国标规标规定：定：一、冲一、冲击电压波形波形操作冲操作冲击电压击电压波波国标规定：冲冲击电压的普通表达式：的普通表达式：u2= U1expu2= U1exp-t/1-t/1- exp- exp- -t/2t/2 时间常数：常数：11和和221.2/50s1.2/50s的雷的雷电波：波：112 2 u2u2由两个指数分量相加构成由两个指数分量相加构成波前波前时间时间TfTf由由较较小的小的时间时间常数常数22决决议议；半峰半
13、峰值时间值时间TtTt由相由相对对大得多的大得多的时间时间常数常数11决决议议波波头的构成：的构成：放放电电阻阻RtRt，球隙，球隙g0g0放放电后，后，电压u2u2上升。上升。Tf=3.24RfC1C2/Tf=3.24RfC1C2/C1C1C2C2因因C1C1C2C2，Tf3.24RfC2Tf3.24RfC2波尾的构成：波尾的构成：电压u2u2到达峰到达峰值U2mU2m后，后，电容容C1C1和和C2C2一同一同经过电阻阻RtRt放放电。因普通。因普通C1C1C2C2，放，放电快慢主要决快慢主要决议于于C1C1TtTt0.69Rt(C10.69Rt(C1C2)0.69RtC1C2)0.69Rt
14、C1C2上电压u2的波形波前波前波尾波尾二、冲击电压发生器的根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，经过铜球忽然经电阻串联放电，在试品上构成峻峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波继续时间以微秒计，电压峰值普通为几十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遭到硅堆和电容器额定电压的限制，单级冲击由于遭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越电压发生器的最高电压不超越200300kV200300
15、kV。多多级冲冲击电压发生器回路生器回路T：供电高压变压器； D：整流用高压硅堆；r：维护电阻； 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；g1：点火球隙； g2g4：中间球隙； g0：隔离球隙；“电电容器并容器并联联充充电电，而后串，而后串联联放放电电电电阻阻R R的的衔衔接与隔离作用：在充接与隔离作用：在充电时电时起起电电路的路的衔衔接作用；放接作用；放电时电时那么起隔那么起隔离作用；离作用；电电容并容并联联串串联转换联转换方法：方法：诸电诸电容由并容由并联变联变成串成串联联是靠一是靠一组组球隙分球隙分别处别处于于绝缘绝缘和放和放电电来到达；
16、来到达； 同步：同步：为为使使诸诸球隙易于同步放球隙易于同步放电电，在采用，在采用简单简单球隙的条件下，它球隙的条件下，它们应们应陈陈列成相互可以放列成相互可以放电电 紫外紫外线线 照射的形状。照射的形状。 阻尼阻尼电电阻：阻：为为了防止了防止杂杂散散电电感和感和对对地分布的地分布的杂杂散散电电容引起高容引起高频频振振荡荡，电电路中分布放置了阻尼路中分布放置了阻尼电电阻阻rdrd，普通每，普通每级为级为552525。假。假设级设级数数为为n n，阻尼阻尼电电阻的串阻的串联总值联总值nrdnrd称作称作为为RdRd。RdRd也起着也起着调调理波前理波前时间时间的作用，但在的作用，但在放放电时电时
17、它与它与RtRt会呵斥分会呵斥分压压，使，使输输出的出的电压电压有所降低。有所降低。1.任任务务特点特点2.发发生器生器电压电压效率效率 放电时根本回路的等值回路输出电压输出电压u2u2的峰值的峰值U2mU2m低低于电容于电容C1C1上的初始充电上的初始充电压压U1U1。它是由于。它是由于C1C1与与C2C2之间的分压和之间的分压和RtRt与与RdRd之之间的分压呵斥的。间的分压呵斥的。高效冲高效冲击电压发生器回路生器回路冲击电压发生器高效回路接线 rfrf：每级的波前电阻，普通约几十欧；：每级的波前电阻，普通约几十欧；rtrt：每级的放电电阻，通常约几百欧；：每级的放电电阻，通常约几百欧；C
18、2C2：负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波：负荷电容，其值不仅取决于试品，而且与调波相关。普通处于几百皮法至几个纳法间相关。普通处于几百皮法至几个纳法间 等值电路三、冲击电压发生器构造户内户内800kV冲击冲击电压发生器电压发生器户外冲击电压发生器户外冲击电压发生器及分压器及分压器户内冲击电压发生器户内冲击电压发生器及截波安装及截波安装四、冲击电压的丈量n球隙测电压峰值n分压器配用示波器、峰值电压表、数字记录仪等n分压器类型：电阻型、电容型、阻容并联型、阻容串联型各种各种预防性防性实验方法的特点方法的特点总结序号序号实验方法实验方法能发现的缺陷能发现的缺陷1 1丈量绝缘电阻及走漏电流丈量
19、绝缘电阻及走漏电流贯穿性的受潮、脏污和导电通道贯穿性的受潮、脏污和导电通道2 2丈量吸收比丈量吸收比大面积受潮、贯穿性的集中缺陷大面积受潮、贯穿性的集中缺陷3 3丈量丈量tgtg绝缘普遍受潮和劣化绝缘普遍受潮和劣化4 4丈量部分放电丈量部分放电有气体放电的部分缺陷有气体放电的部分缺陷5 5油的气相色谱分析油的气相色谱分析继续性的部分过热和部分放电继续性的部分过热和部分放电6 6交流或直流耐压实验交流或直流耐压实验使抗电强度下降到一定程度的主绝缘部使抗电强度下降到一定程度的主绝缘部分缺陷分缺陷7 7操作波或倍频感应耐压实操作波或倍频感应耐压实验验( (限于变压器限于变压器) )使抗电强度下降到一
20、定程度的主绝缘或使抗电强度下降到一定程度的主绝缘或纵绝缘的部分缺陷纵绝缘的部分缺陷表中序号表中序号表中序号表中序号6 6 6 6和和和和7 7 7 7两两两两项为项为破坏性破坏性破坏性破坏性实验实验，其它各，其它各，其它各，其它各项项均属于非破坏性均属于非破坏性均属于非破坏性均属于非破坏性实验实验绝缘预防性实验是在电力设备处于离线情况下进展的。离线监测的缺陷是： 需停电进展，而不少重要的电力设备不能随便地停顿运转； 只能周期性进展而不能延续地随时监视，绝缘有能够在诊断期间发生缺点； 停电后的设备形状，如作用电场及温升等和运转中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tg检测，采用电桥法时，由于规范电容器的额定电压的限制，普通只加到10kV，这对于220kV500kV的电力设备而言，电压是很低的。离离线监测的缺陷的缺陷
