电气设备绝缘预防性试验

第二篇电气设备绝缘试验电气设备进行绝缘试验的必要性：电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。绝缘往往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。电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能。本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法和测量技术。绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。绝缘缺陷类型集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等第四章电气设备绝缘预防性试验常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等。TE571（测量局部放电）绝缘电阻测试仪主要电气设备的绝缘预防性试验项目序号电气设备试验项目测量绝缘电阻测量绝缘电阻和吸收比测量泄漏电流直流耐压试验并测泄漏电流测量介质损耗角正切测量局部放电油的介质损耗角正切油中含水量分析油中溶解气体分析油的电气强度测量电压分布交流耐压试验1同步发电机和调相机√√√√√2交流电动机√√√3油浸变压器√√√√√√√√√4电磁式电压互感器√√√√√√√√5电流互感器√√√√√√√6油断路器√√√√√√√√7悬式和支柱式绝缘子√√√8电力电缆√√√√什么叫绝缘的老化绝缘老化的原因有哪些电介质的热老化电介质的电老化其他影响因素第一节绝缘的老化什么叫绝缘的老化？电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。老化的原因有哪些？热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。一、电介质的热老化什么是电介质的热老化？在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。绝缘材料的耐热等级划分耐热等级极限温度（℃）绝缘材料O90木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油E120酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜B130聚酯漆；环氧树脂F155聚酯亚胺漆及其漆包线H180聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯热老化规则：8℃规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值8℃时，寿命约缩短一半。相应的对B级绝缘和H级绝缘则分别适用10℃和12℃规则。介质的老化过程固体介质的热老化过程受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→介质损耗增大→介质温升→加速老化液体介质的热老化过程油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→绝缘破坏二、电介质的电老化什么是电老化？电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。介质电老化的主要原因是什么？介质中出现局部放电。局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：破坏高分子的结构，造成裂解；转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料。有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差。油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。绝缘油的老化原因：三、其他影响因素机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。小结电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。绝缘电阻最基本的综合性特性参数。组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。吸收比检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。泄漏电流所加直流电压高得多。第二节绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量一、双层介质的吸收现象为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导G1和G2。（R1＝1/G1,R2=1/G2)讨论因吸收现象而出现的过渡过程开关S合闸作为时间的起点，在的极短时间内，层间电压按下式分布t0t（4-1）21210CCCUU（4-2）21120CCCUU稳态电流将为电导电流达到稳态时（），层间电压按电阻分配t（4-3）2111RRRUU（4-4）2122RRRUU（4-5）21RRUIg由于存在吸收现象，，，在这个过程中的层间电压按下式变化110UU220UU（4-7）teRRRCCCRRRUu2122112122（4-6）teRRRCCCRRRUu2112122111（4-8）212121RRRRCC如选用第一个方程式，则流过双层介质的电流为i（4-9）11CRiii22CRiii（4－10）teRRRRCCCRCRURRUi21212212112221)(当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或两者之和显著减小，大大增加，而迅速衰减。gIai上式中第一个分量为电导电流，第二个分量为吸收电流。gIai二、绝缘电阻和吸收比的测量绝缘电阻的表达式(4-11)teCRCRRRCCRRRRCCtR21122212212121221)()(测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。gIai对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来替代测量绝缘电阻。（4－12）601515601IIRRK原理：令和瞬间的两个电流值的和比值。st15st6015I60I已经接近于稳态绝缘电阻值，恒大于1,越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。60RR1K吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。所以应将值和值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。1KR一般以作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的虽大于1.3，但值却很低；有些，但值却很高。3.11K3.11KRR1K大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再进行判断。某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表极化指数（4－13）min1min102RRK图4-1是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理。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。AL三、泄漏电流的测量反映绝缘电阻值，但有一些特点：加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。图4－2是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。泄漏电流试验接线图如图4-3所示其中V为高压整流元件，C为稳压电容，PV2为高压静电电压表，TO为被试品。注意：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V进行保护。当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。1R小结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特性参数。电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。第三节介质损耗角正切的测量介质的功率损耗与介质损耗角正切成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容试品中的严重局部性缺陷。测量能不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的。Ptgtgtgtgtg一、西林电桥基本原理其中被试品的等值电容和电阻分别为Cx和Rx;R3为可调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。可得在交流电压的作用下，调节和，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零，因而U3R4CCBCAUUBDADUU（4-15）BDCBADCAUUUU由式（4-15）可写出式中（4-16）4231ZZZZ（4-17）xxCjRZ111NCjZ1233RZ44411CjRZ介质并联等值电路的介质损耗角正切可求得试品电容和等值电阻xCxR（4-18))1(2424234RCRCRCNx（4-19）NxCRCRCRR2442242423)1(（4-20）441RCRCtgxx试品电容（4-21)4Ctg(4-22）NNxCRRtgRCRC34234)1(因为，如取，1002f100004R并取的单位为，则简化为4CF西林电桥反接线原理电桥平衡的过程与正接线时无异，所不同者在于各个调节元件、检流计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。（一）外界电磁场的干扰影响消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆二、测量的影响因素tg干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。（二）温度的影响（三）试验电压的影响一般来说，随温度的增高而增大。tg为了便于比较，应将在各种温度下测得的值换算到20℃时的值。tg（五）试品表面泄漏电流的影响（四）试品电容量的影响对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量只能发现整体分不性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。tg测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。小结测量值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。tg值的测量，最常用的是西林电桥。tgtg的测量受一系列外界因素的影响。试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电检测发展历史及测量方法综述。脉冲电流法的测量原理。一些局部放电测量仪器。第四节局部放电的测量