6-电气设备绝缘的预防性试验

高电压工程基础第六章电气设备绝缘的预防性试验任课教师：赵彤山东大学电气工程学院高电压工程基础绝缘检测和诊断技术：通过对绝缘的试验和各种特性的测量，可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。离线检测：要求被测设备退出运行状态，只能是周期性间断的进行。试验周期由试验规程规定。在线监测：在被测设备处于带电运行的情况下，对设备的绝缘状态进行连续或定时的检测，通常是自动进行的。高电压工程基础为了对绝缘状态做出判断，需对绝缘进行各种试验和检测，统称为绝缘预防性试验。对于离线式试验又可分为两类：绝缘特性试验（非破坏性试验、检查性试验）：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。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验不易判断准确。耐压试验（破坏性试验）：对绝缘考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平；缺点是只能离线进行，并可能因耐压试验对绝缘造成一定的损伤。高电压工程基础在线监测采用的是非破坏性试验方法，由于可连续检测，故除测定绝缘特性的数值外，还可分析绝缘特性随时间的变化趋势，从而显著提高判断的准确性。绝缘特性试验方法有多种，各种方法能够反映绝缘缺陷的性质是不同的，对不同的绝缘材料和绝缘结构，各种方法的有效性也不一样。所以，一般需要采用多种不同的方法来试验，对试验结果进行综合分析比较后，才能作出正确的判断。高电压工程基础电气设备绝缘缺陷的分类：集中性缺陷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。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、变质等。一、绝缘电阻的测试二、泄漏电流的测量三、介质损耗角正切值的测量四、局部放电的测试五、电压分布的测量六、绝缘油的电气试验和气相色谱分析七、绝缘状态的在线监测高电压工程基础第六章电气设备绝缘的预防性试验6.1绝缘电阻的测试高电压工程基础测量电气设备的绝缘电阻，是检查其绝缘状态最简便的辅助方法。电气设备由休止状态转为运行状态前，或在进行绝缘耐压试验前，必须进行绝缘电阻的测试，以确定设备有无受潮或绝缘异常。电气设备的绝缘电阻在测量过程中是随加压时间的增长而逐步上升并最终趋于稳定的。当绝缘良好时，不仅稳定的绝缘电阻值较高，而且吸收过程相对较慢；绝缘不良或受潮时，稳定的绝缘电阻值较低，吸收过程相对较快。6.1.1多层介质的吸收现象高电压工程基础凡是由多种不同的电介质组成的绝缘结构，在加上直流电压后，各层电压将从开始时按电容分布逐渐过渡到稳态时按电导（电阻）分布。在电压重新分配的过程中，夹层界面上会积聚起一些电荷，使整个介质的等值电容增大，这种极化称为夹层介质界面极化，简称夹层极化。以双层电介质为例说明：高电压工程基础t=0时开关闭合，介质上的电压按电容分压：A1C2C1R2R1U2UKU双层介质的等值电路12021CCUUtt→∞时，介质上的电压按电阻分压：2121RRUUt一般情况，对双层不同电介质，2112//RRCCttUUUU21021高电压工程基础即C1、C2上的电荷需要重新分配，设C1C2，而R1R2，则可得：A1C2C1R2R1U2UKU双层介质的等值电路t→∞时，21UUt=0时，21UU分界面上将积聚起一批多余的空间电荷，这就是夹层极化引起的吸收电荷，电荷积聚过程所形成的电流称为吸收电流。这种在双层介质分界面上出现的电荷重新分配的过程，就是夹层极化过程。由于夹层极化中有吸收电荷，故夹层极化相当于增大了整个电介质的等值电容。高电压工程基础由于这种极化涉及电荷的移动和积聚，必然伴随能量损耗。由于电荷的积聚是通过介质的电导进行的，而介质的电导一般很小，所以极化过程较慢，一般需要几分之一秒、几秒、几分钟、甚至几小时，所以这种极化只有在直流和低频交流电压下才能表现出来。gIgIiot吸收曲线ia是由夹层极化(有损极化)产生的电流，而夹层极化建立所需时间较长，所以较为缓慢地衰减到零，这部分电流又称为吸收电流；Ig是不随时间变化的恒定分量，称为电介质的泄漏电流或电导电流。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I15/I60的变化，就可以初步判断绝缘的状况。606015156015aURIIKURII吸收比：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，Ka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。I15、R15为加压15s时的电流和对应的绝缘电阻；I60、R60为加压60s时的电流和对应的绝缘电阻；6.1.2绝缘电阻和吸收比的测量高电压工程基础1、兆欧表（摇表）的原理和接线绝缘电阻测试仪(兆欧表)高电压工程基础兆欧表由两部分组成：直流电源和测量机构。1R1R2RSNEGGLH12L-线路端子E-接地端子G-保护端子1-电压线圈2–电流线圈高电压工程基础RX—被试品的绝缘电阻11RUIXRRUI22线圈上产生的转动力矩为：)(111FIM)(222FIM式中F1(α)、F2(α)—表示指针偏转角α的函数。1R1R2RSNEGGLH12高电压工程基础当指针旋转到某一位置时，力矩差为零，指针停止旋转。此时指针偏转的角度与流过线圈的电流之比有关。1R1R2RSNEGGLH12121212()()()()IFaIFafIFaI即'2121()()()xxRRIfffRIR指针偏转角的读数可反映Rx的大小高电压工程基础兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈，测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。1R1R2RSNGGLH12E2、绝缘电阻和吸收比的测量方法高电压工程基础在电气设备的绝缘上加上直流电压后，流过绝缘的电流要经过一个过渡过程才达到稳态值。驱动兆欧表达到额定转速，待指针稳定后，即可读取绝缘电阻的数值。通常认为加压60s时，通过绝缘的吸收电流已衰减至接近于零，所以规定加压60s时所测得的数值为被试品的绝缘电阻。高电压工程基础试验接线：L端子接导体端，E端子接另一导体端或接地端。G端子接屏蔽极。高电压工程基础606015156015aURIIKURII吸收比：对绝缘为多层介质的设备，绝缘良好时有明显的吸收现象，绝缘电阻达稳态值的所需时间较长，稳态电阻值高，吸收比K远大于1。测量吸收比时，先驱动兆欧表达额定转速，待指针到“∞”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。高电压工程基础当绝缘严重受潮或有贯穿性导电通道时，绝缘电阻达稳态值的所需时间大大缩短，稳态电阻值降低，吸收现象不明显，吸收比接近于1。一般情况，K值不应小于1.3。高电压工程基础某些容量较大的电气设备，其吸收过程很长，吸收比K不能充分反映绝缘吸收的全过程。引入另一指标极化指数P—加压10min时的绝缘电阻R10’与加压1min时的绝缘电阻R1’的比值：绝缘良好时，极化指数P不应小于某一定值（一般为1.5~2.0）。101RRP对各类高压电气设备绝缘所要求的绝缘电阻、吸收比K、极化指数P的值，在《电力设备预防性试验规程》中有明确的规定，可参阅。3、测量时的注意事项高电压工程基础试验前应将被试品接地放电一定时间。高压测试连接线应尽量保持架空，需使用支撑时，要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测试结果的影响极小。选择合适的兆欧表（根据被试品的电压等级选择，且试验前试表的好坏）。测量吸收比或极化指数时，应待电源电压达稳定后再接入被试品，并开始计时。高电压工程基础对电容值大的试品，试验完后，应在保持兆欧表电源电压的条件下，先断开L端子与试品的连线，再停止摇表。变压器、电机试验时，被测绕组首尾短接，再接到L端子。非被试绕组也要短路接地，可避免非被试绕组中剩余电荷的影响，且可测被试绕组与非被试绕组及地的绝缘电阻。测量顺序对结果也有影响。记录试验时的温度、湿度。4、测量结果的分析高电压工程基础测绝缘电阻能有效发现下列缺陷：总体绝缘质量欠佳；绝缘整体受潮；两极间有贯穿性的导电通道；表面脏污（比较有或无屏蔽极时所测得的数值）。测绝缘电阻不能发现下列缺陷：绝缘中的局部缺陷（如非贯穿性的局部损伤、裂缝、内部气隙等缺陷）；绝缘的老化（因为老化了的绝缘，其绝缘电阻还可能是比较高的）。高电压工程基础测量结果采用比较法判断。R、K只是参考性指标，其合格不能肯定绝缘良好，尤其是电压高的设备，因摇表额定电压低。但其不合格绝缘中肯定有某种缺陷。所以，不仅应与规定标准比较，还应将试验数据与本绝缘的历史数据比较，与同类设备的数据比较，以及同一设备不同相之间比较。还应参考本绝缘其他试验的结果。6.2泄漏电流的测量优点：试验电压高，故能发现兆欧表所不能发现的尚未完全贯通的集中性缺陷，所以测试灵敏度比兆欧表高。试验电压可调节，可以在升压过程中监视泄漏电流的变化情况。微安表的刻度为线性，且量程可选择，读数准确。高电压工程基础缺点：试验设备复杂，需要高压电源、电压和电流测量系统、屏蔽系统等。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11010101101010DIIII（加上电压分钟后的电流）极化指数（加上电压分钟后的电流）（加上电压分钟后的电流）泄漏指数（开始放电分钟后的电流）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，介质放电会出现与吸收过程类似的过程，但没有泄漏电流现象。由此可根据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1、试验接线高电压工程基础适合于被试品一极接地的情况。(1)微安表接于高压侧1、试验接线高电压工程基础适合于接地端可与地分开的电气设备。(2)微安表接于低压侧有关试验规程规定：最终电压保持时间为1min。2、微安表的保护高电压工程基础保护电阻R用来产生电压，使流过微安表的电流达到一定数值时放电管P动作。R值选取：电流表A所允许的最大电流在电阻R上的压降应稍大于放电管的起始放电电压。并联电容器：滤波电容，减少微安表的摆动；还可使放电管两端电压上升陡度降低，使放电管来得及动作。电容器和放电管用来分流试品击穿时的短路电流。电容器可以提供高频电流支路（C1μF）。APKRC3、试验结果的分析判断高电压工程基础比较法：将泄漏电流值与规程规定值比较；将泄漏电流值与历史数据比较；对发电机、变压器等重要设备，由电压—电流关系曲线结合泄漏电流值全面分析。测量泄漏电流能有效发现的缺陷：测量绝缘电阻所能发现的缺陷测量泄漏电流均能发现，此外对于某些兆欧表不能发现的尚未完全贯穿的集中性缺陷有一定的反映。高电压工程基础测量主绝缘的泄漏电流值，其意义与测量绝缘电阻是相同的，只是施加的直流电压较高，所以测试的灵敏度比兆欧表更高。读取泄漏电流值的时间，一般规定为到达实验电压后1min，并需记录试品绝缘的电阻及环境温度。试验电压是逐步调高的，可作出试验电压与电流的关系曲线，由曲线的线性度可判断绝缘的状态。注意对微安表的保护。4、小结6.3介质损耗角正切值的测量高电压工程基础tgVCtgIVW2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。绝缘介质的损耗：6.3.1西林电桥的基本原理