高电压技术--3电气设备绝缘试验

第三章电气设备的绝缘试验主要内容:电气设备的故障及检测概述绝缘电阻和吸收比的测量介质损耗角正切的测量局部放电的测量电压分布的检测绝缘的高电压试验第1节电气设备的故障及检测概述一、电气设备的绝缘缺陷分类1.局部性或集中性缺陷绝缘开裂、绝缘局部磨损、绝缘局部受潮2.整体性和分布性缺陷由于受潮、过热及长期运行过程中所引起的绝缘整体老化、变质、受潮、绝缘性能下降等。二、电气设备检测、试验的分类绝缘的预防性试验绝缘的在线检测（1）非破坏性试验在较低的电压下或者用其他不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种特性，以间接测量绝缘的各种状态。测量绝缘电阻和吸收比、泄漏电流以及tgδ的测量、电压分布的测量、局部放电的测量、绝缘油气相色谱分析。（2）破坏性试验检测绝缘的电气强度，即耐压试验。通过对绝缘施加很高的电压，检测其耐受电压的能力，可发现比较隐蔽的缺陷。是保证电气设备安全运行最直接可靠的检验手段。工频高压试验、直流高压试验、冲击高压试验。第2节绝缘电阻和吸收比的测量一、绝缘电阻的测量绝缘电阻是一切电介质和绝缘机构的绝缘状态最基本的综合性特性参数。1.兆欧表的工作原理电流通路：RV—WVRx—RA—WA)()()(xVxAAVRfRRRfIIf2.兆欧表的使用方法（1）兆欧表的接线（2）屏蔽端子G的作用在套管装设金属屏蔽环或者几匝裸铜丝。只测体积电阻（3）故障判断以加压60s测得的数值为该试品的绝缘电阻；LGE兆欧表芯柱屏蔽环瓷体法兰通常将同一运行条件下，不同相的绝缘电阻进行比较；本次测量数据与以往测量数据进行比较以判断是否有异常，若有明显区别，则应注意，并查明原因。3.兆欧表额定电压的选择500、1000、2500、5000四种额定电压；对于额定电压1000V以上设备使用2500V、5000V的兆欧表测量；对于1000V以下的设备使用1000V兆欧表测量。手摇式兆欧表数字式兆欧表4、测量绝缘电阻时的注意事项测试前应先拆除被试品的电源及对外一切连线，将其接地，以充分放电。测试时以额定转速（120r/min）转动摇表把手（不得低于80%），待转速稳定后，接上被试品，待指针稳定后，开始读数；对大容量的被试品测量时，在测量结束前，应先断开两者连线，再停止转动兆欧表，以防止被试品的残余电荷对兆欧表反充电而损坏兆欧表；兆欧表的线路端L与接地端G不要靠在一起，线路端L导线不要放在地上；记录测量时的温度和湿度，以便校正，在湿度较大的条件下测量，必须加屏蔽。5.测量绝缘电阻的适用范围测量绝缘电阻可以有效发现以下缺陷：绝缘整体受潮、局部严重受潮；两电极间存在贯穿性的导电通道；绝缘表面污秽。6.测量绝缘电阻的局限性测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷：绝缘中的局部缺陷（局部损伤、裂缝、气泡、分层脱离等）；绝缘的老化。gIgIiot吸收曲线二、吸收比的测量agiii1.K1参数（吸收比）21121ttttIIRRK16015121Kstst如果绝缘状态良好，吸收现象显著，K1值将远大于1，反之，当绝缘受潮严重或者有重大缺陷时，K1值较小，接近1。一般以K1≥1.3作为设备绝缘状态良好的标准。应当将K1值与R值结合起来考虑，才能做出比较准确的判断。2.K2参数（极化指数）min1min102RRK在K1不能很好的反映绝缘真实状态时，应当用K2来代替K1。一般极化指数不应小于1.5。3.吸收比测量的注意问题当某些缺陷还未贯穿整个绝缘时，不能通过绝缘电阻、K1、K2作出准确判断。因此，仅靠绝缘电阻和K1、K2的测量结果是不能判断绝缘是否可靠的。三、影响因素1.温度的影响一般温度每下降10度，绝缘电阻增加约1.5～2倍，应将测量结果换算到统一温度下的数值。2.湿度的影响绝缘表面上受潮（特别是表面污秽）时，使绝缘表面的泄漏电流增大，应将屏蔽环连接到屏蔽端子G，以消除表面泄漏电流的影响。第2节介质损耗角正切的测量tgδ（功率因数角的余角）能够反映绝缘的整体性缺陷和小容量试品中的严重局部性缺陷，并确定故障类型。一、tgδ的测量方法（一）西林电桥1.测量原理实验时，通过调节R3和C4使电桥平衡，通过分析可知：441CRCRtgxxx将R4固定为106/ω代入上式，并取C4单位为uF，可以得到：4Ctgx2.外界电磁场对电桥的干扰（1）外界电场的干扰外界电场的干扰主要包括试验用高压电源和试验现场高压带电体引起的干扰。（2）外界磁场的干扰外界磁场干扰电流是邻近母线负载电流的磁场在桥路内感应出的一个干扰电势而产生的电流。（3）消除的方法电桥本体用金属网屏蔽，全部引线用屏蔽电缆线；当测试物有一端接地时，应采用反接线；屏蔽对地应有足够的绝缘；采用自动平衡测量仪器。（二）谐波波形分析法采集电压、电流波形→离散化处理→FFT→电流、电压的幅值和相位通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采集为u(k)、i(k)（k=1,2,…,N）,则uNkNkUjUxUrUNkkuNUxNkkuNUr11)2sin()(2)2cos()(2iNkNkIjIxIrINkkiNIxNkkiNIr11)2sin()(2)2cos()(2)(2ui（三）过零相位比较法采集电压、电流波形→方波信号→异或门→相位脉冲→与门→时钟脉冲→送单片机计数计数器f0NtTtTtfNtttui3602360021二、影响tgδ测量的因素1.温度的影响电气绝缘的tgδ在一般情况下随温度上升而增大。因此，尽可能在10～30℃下进行测试。2.湿度的影响电气绝缘的tgδ一般随湿度的增加而上升。因此，尽可能选择干燥天气测量。3.试验电压的影响通过测量tgδ与电压关系，有助于判断绝缘的状态和缺陷的类型。1—良好绝缘2—绝缘中存在气隙3—受潮绝缘4.试品表面泄漏电流的影响为消除表面泄漏，测试前应将试品表面擦干净，必要时加以屏蔽。5.试品电容量的影响对电容量较小的设备（套管、互感器等），测量tgδ可有效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（大中型变压器、电容器、发电机等）测tgδ只能发现整体分布性缺陷。对于可以分解为几个彼此绝缘部分的被试品，应当分别测量各部分的tgδ，以便更有效的发现缺陷。第3节局部放电的测量绝缘中的局部放电是引起介质老化的重要原因之一。局部放电的的原因：高电压设备绝缘内部不可避免地存在某些缺陷和电场分布的不均匀，当场强达到一定值以上时，就会发生局部放电。局部放电的的后果：长期的局部放电使绝缘的劣化损伤逐渐扩大，达到一定程度后，就会导致绝缘的击穿和损坏。局部放电测量的目的：测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和变化趋势，便可以判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。局部放电的现象：电流脉冲、电磁波辐射、损耗增大；光、热、噪声、化学变化等。一.测量原理Cg：气隙电容Cb：与气隙串联固体介质电容Ca：介质其余完好部分电容tUCCCuCCCumgbbgbbgsin放电间隙g：局部放电等效为该气隙中的火花放电；Z：气隙放电脉冲频率的电源阻抗（1）视在放电量当气隙放电时，被试品两端电压突然下降，相当于被试品两电极间放掉了一部分的电荷，该电荷量称为视在放电量。UCUCUCCqaba)(视在放电量是测量局部放电强度的最重要参数，并以此作为判断局部放电强弱的依据。（2）放电重复率（N）在选定时间间隔内测得的每秒钟发生脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。N与外加电压有关，外加电压增大，N增大。（3）放电能量（W）一次局部放电所消耗的能量。iqUW21q：视在放电量Ui：出现局部放电时的外加电压值W的大小对电介质的老化速度有显著影响。二.局部放电的检测方法1.电气检测法（1）脉冲电流法a：适用于被试品一端接地的场合（直测法）b：适用于被试品两端均对地绝缘的场合（直测法）c：桥式测试回路，抗干扰性能好（平衡法）（2）无线电干扰测试法用干扰仪测试由于局部放电而产生的无线电信号，灵敏度很高。（3）介质损耗法由试品损耗确定试品状况，灵敏度较差。2.非电检测法（1）超声波法抗干扰性好，使用方便，可以在运行中或耐压试验时检测局部放电。（2）光学分析法用于有沿面放电和电晕放电的场合，效果最好。（3）化学分析法（气相色谱分析）利用绝缘油中析出的气体识别含油电气设备内部绝缘缺陷和故障信号征兆。三、局部放电适用范围局部放电试验对于测量套管、电机、变压器、电缆等绝缘的裂缝、气泡等内的局部缺陷（特别是在程度上还比较轻微的）比较有效。第4节电压分布的测量在工作电压作用下，沿着绝缘结构的表面有一定的电压分布。表面清洁→电压分布由绝缘本身电容决定表面污染受潮→电压分布由表面电导决定绝缘中部分损坏→表面电压有明显变化因此，测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝缘的缺陷1.线路绝缘子串的电压分布等值电路500kV绝缘子串电压分布C：每片绝缘子的本体电容，30～50pFCE：每片的对地电容，4～5pFCL：每片对高压线电容，0.5～1pF2.改善电压分布措施可以使用在导线处安装均压环的方法改善电压分布。3.判断依据测量绝缘子串的电压分布，用其正常分布曲线与实测结果分析对比，来判断绝缘子所处状态。1：正常分布电压2：异常分布电压4.检测措施短路叉光电测杆绝缘子两端电位差→光信号→绝缘杆光纤→地面→电信号被试品位置较高红外热像法、超声波法、激光法第5节工频高电压试验目的：检验绝缘在工频交流工作电压下的性能，并在某些场合检测操作过电压和雷电过电压的耐受能力。F：保护球隙，限制试验时的过电压，保护被试品，放电电压调整为试验电压的1.1倍；R1：保护电阻，防止被试品击穿时，在试验变压器上产生的过电压及短路电流，一般取0.1～1Ω/V；R2：球隙保护电阻，限制球隙击穿产生的短路电流，一般取0.1～0.5Ω/V。一、高压试验变压器1.高压试验变压器特点（1）单相变压器（2）电压高由于高压试验变压器通常用于代替雷电过电压或系统内部高电压检测电气设备绝缘，因此其比电气设备正常工作电压要高得多。（3）容量小试验变压器连续工作时间不长，主要提供容性电流，由于被试品的电容量一般较小，流过被试品的电流不大，对于250kV及以上试验变压器高压侧额定电流一般为1A。1000/22UfCSx（4）体积小试验变压器的容量小，因而油箱体积小；由于输出电压高，高压套管大、长；不需要很大的散热装置。（5）绝缘裕度小只在试验条件下工作，不受雷电过电压及系统高电压影响，不会产生很高的过电压。（6）连续运行时间短一般不需长时间运行，只有在电流、电压远低于额定值时，才可以长时间工作。（7）漏抗较大漏抗较大，可减小短路电流，减小短路电流，减小电动力，降低机械强度要求。（8）变压器容量与电压的关系额定电压为50kV时，容量为5kVA；额定电压为100kV时，容量为10kVA或25kVA；额定电压为150kV时，容量为25kVA或100kVA；额定电压为250～2250kV时，高压侧额定电流均取1A。2.串级试验变压器一般500kV以上的变压器都采用串级式，以减小变压器的体积。每台变压器有三个绕组，第三个绕组为累接绕组，向后一级变压器供电。容量利用率为：12n串级连接的台数不宜过多，一般不超过3台。3.调压供电装置（1）调压供电装置的要求试验变压器的电压必须从零调节到指定值，这是其运行方式的特点,要靠连到变压器初级绕组电路中的调压器来进行。调压器应该满足以下基本要求：电压应该平滑地调节，在有滑动触头的调压器中，不应该发生火花。调压器应在试验变压器的输入端提供从零到额定值的电压，电压具有正弦波形且没有畸变。调压器的容量应不小于试验变压器的容量。（2）常用调压供电装置自耦变压器阻抗小，波形畸变小，但是容量较小，用于10kVA以下的试验变压器。移圈式调压器漏抗大，波形较畸变，用于容量要求较大的场合。