高电压技术第五章.ppt

1,第五章,电气设备绝缘试验（一）,2,交接试验预防性实验,绝缘缺陷,整体性或分布性局部性或集中性,试验方法,检查性试验耐压试验,具体判断某一设备的绝缘状况时，应注意,各项试验结果综合判断同一设备三相试验结果比较历次试验结果互相比较,试验的分类,1 概述,3,电气设备绝缘试验分两大类,（一）耐压试验破坏性试验 试验所加电压等价于或高于设备运行中可能受到的各种电压。最有效和最可信；可能导致绝缘的破坏。种类：工频耐压试验 直流耐压试验 冲击耐压试验（二）检查性试验预防性试验 测定绝缘某些方面的特性；一般在较低电压下进行，通常不会导致绝缘的击穿破坏。,4,测试方法,方法有许多种：测绝缘电阻，吸收比；测泄漏电流；测 tg，等效电容，等效电阻；局部放电测试，电压分布测试；油气色谱分析。各方法反映绝缘缺陷的性质不同，对不同绝缘材料和绝缘结构的有效性也不同。两类试验间的关系：相互补充，而不能相互代替.先作检查性试验，再确定耐压试验的时间和条件.,5,绝缘中的缺陷可分为两类:一类是局部性或集中性的缺陷,另一类是整体性或分布性的缺陷:整体绝缘老化、变质、受潮、绝缘性能下降,6,5.1测定绝缘电阻,1.兆欧表的工作原理,7,兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线,直流发电机,8,两个线圈中电流产生的力矩方向相反固定在同一转子上，并可带动指针旋转。到达平衡时，指针偏转的角度正比于I1/I2（因为并联支路内的电流分配是与电阻成反比的，所以偏转角的大小可以反映出被试电阻的大小)。由于没有弹簧游丝，当线圈中没有电流时，指针可停在任一偏转角位置。,兆欧表屏蔽极的使用,兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线,9,发电机发电后，IA使A受力矩A，IV使V 受力矩V,A AA()，()平衡时A AVV()/A()()即：(A/V)又/(+RA0）,(+RV0)得：(+RA0)/(+RV0()手摇发电机电压为,基本原理,10,由于存在吸收现象，通常规定以加压后1 min 时测得的数值作为该试品的绝缘电阻。且该绝缘电阻常比真正的绝缘电阻值要低一些；只在有贯通性的绝缘缺陷存在的情况下，绝缘电阻才会有显著的变化。,测量绝缘电阻应注意的两点,兆欧表（绝缘摇表）的原理和接线,11,电气设备的绝缘，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。,吸收电流：由空间电荷极化造成的位移电流,吸收比和极化指数P,12,13,电流变化规律,泄漏电流Ig,吸收电流ia,当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，R1、R2或两者之和显著减小，Ig大大增加，而Ia迅速衰减,14,绝缘电阻,所测绝缘电阻是随测量时间变化而变化的，只有当t时，其测量值为R=R，但在绝缘电阻试验中，特别是电容量较大时，很难短时测量到R的值，因此，在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。,15,吸收比K：定义：加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝缘电阻的比值 对大电容量试品（也称极化指数P）：为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电阻的比值。电力设备预防性试验规程等规定：电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5；大型发电机采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0；发电机容量在200MW及以上，推荐测量K2值（加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时电阻之比值）。,16,可有效地发现：（1）两极间有穿透性的导电通道（2）受潮（3）表面情况不良(4)总体绝缘质量欠佳 不能发现的缺陷：(1)绝缘中的局部缺陷(2)绝缘的老化 判断方法：将所测电阻值与标准及以往历史数据比,2.测试功效,17,3.接线,18,(1)先拆除被试品的电源和对外一切连线,将其接地、以充分放电(2)待手摇发电机稳定以后,再将两端子接在试品上60秒后再读数(3)对大容量试品,测好以后先断两端子接线,后停手摇发电机，以免反充电建成损坏(4)注意温度和湿度的较正,4.注意事项,19,1 温度：一般随温度上升，减小，；受潮有损极化加强，充电加快，曲线平坦 湿度 绝缘表面的泄漏电流增大，进入电流线圈，使绝缘电阻读数显著下降3 试验前将被试品接地放电一定时间（5 10min）,影响测量结果的因素,20,电子兆欧表,传统绝缘摇表与电子兆欧表的区别 传统摇表采用手摇的方式产生电能以及高压，而使用过程中要将刻度校零，电子式兆欧表采用干电池供电，有电量检测，体积小、重量轻，有模拟指针式和数字显示两种。电子式绝缘兆欧表工作原理：将干电池供电电源，采用DC/DC 变换技术提升至所需的直流高压电源100V，250V，500V，1000V，5000V，10kV，且通过自稳压技术使其稳定，由测试端钮输出。电子式电阻表自动产生一个所需的直流电压值，在被测试品上产生一个泄漏电流，通过泄漏电流大小，经过电路换算，得出一个绝缘电阻。电子式绝缘兆欧表与手摇绝缘摇表的区别：1.电子式绝缘兆欧表：每块表有2个或2个以上的额定电压；手摇表：只有一个。2.电子式绝缘兆欧表：稳定自身产生个额定电压，输出电压稳定；手摇式绝缘摇表：120转/分转速人工产生一个额定电压，输出电压在转速相对稳定时稳定。）,21,电子兆欧表,3.电子式绝缘兆欧表：测试方便，精度高，自动化程度高；手摇式绝缘摇表：人为造成精度误差大，操作极不方便4.电子式绝缘兆欧表：测各种绝缘参数R15s、R60s、R10min、吸收比、极化指数时很方便；手摇式绝缘摇表：测吸收比要手摇1分钟，测极化指数要手摇10分钟；5.电子式绝缘兆欧表：不怕短路测试，不怕被测试品电流反击，自动对被测试品放电；手摇式绝缘摇表：不具备此功能。6.电子式绝缘兆欧表：体积小，重量轻，便于携带，经久耐用，三年免费维修；手摇式绝缘摇表：笨重，一年保修。,22,5.2测定泄漏电流,（1）试验电压高，能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷（2）施加的直流电压逐渐升高，可观察泄漏电流的变化，以判断绝缘状况。,23,泄漏电流大小与设备绝缘状态,1绝缘良好2绝缘受潮3绝缘中有集中性缺陷4绝缘中有危险的集中性缺陷,24,5.3介质损耗角正切的测量,1.作用能有效地测出绝缘受潮、老化等分布性缺陷。对集中性缺陷不灵敏,体积越大也越不灵敏,25,集中缺陷不灵敏原因,当介质由两部分并联组成时，其整体的介质损耗为这两部分之和；若第二部分的体积远小于第一部分，即V2 V1，则 C2 C1,C=C1；当 C2/C1 很小时，如第二部分绝缘出现缺陷，tg2 增大时，并不能使总的 tg 明显增大。,26,绝缘由两部分并联组成,27,绝缘由两部分串联组成,28,介质损耗角正切的测量,1,2,4,3,一 西林电桥的基本原理,臂1为被试品，图中用C及R并联等值电路表示，臂2为无损标准电容器，常用空气或其他压缩气体作为介质，其tg 很小可当为零。臂3、4为装在电桥本体内的操作调节部分，包括可调电阻R3及可调电容C4及与其并联的电阻R4。外加交流高压电源(电压一般可到10kV)接列到电桥的对角线CD上。在另一对角线AB上则接上平衡指示仪表G。进行测量时，调节R3，C4使电桥平衡。,C,B,D,A,29,为检流计，2、3、4已知，Z1为试品参数 当G时，电桥平衡 G、间开路AB 即 IA（Z1 Z3）IB（Z2 Z4）又 IAZ1 IBZ2,原理,Z1 Z4 Z2 Z3,30,介质损耗角正切的测量,请证明之,31,3.使用方法,调节R3、C4，使电桥平衡，即检流计中的电流为零,tg=C4(F),32,QSI电桥使用,CN=50PF,升压变PT 10KV/0.1KV表盘如下图所示,CX,E,CN,检流计调零旋钮,频率调零旋钮,R3的分流旋钮,10,1,0.1,C4,R3,x1000,x100,x10,x1,X0.1,灵敏度旋钮，保护检流计110,0,tg,频带，调到中间一根线,33,接好线将试验电压升到10KV将tg置于调节光带频率使光带扩展为2/3范围（灵敏度45）调节R3进行幅值平衡，调节C4进行相角平衡（从大到小，从右到左），使光带变窄，将灵敏度升高到10，使光带宽带：12mm，电桥平衡先将灵敏度降到0，保护检流计，再降电压，然后记录R3、C4,西林电桥操作步骤,34,正接线：C点接到电源的高压端，D点接地。反接线：D点接到电源的高压端，C点接地。,4、西林电桥测量时的两种接线,35,正接线：C点接到电源的高压端，D点接地。,4 西林电桥测量时的两种接线,由于臂I、2的阻抗比3、4大得多，电压大部分将降落在上桥臂。在凋节部分R3和C4上的电压降通常只有几伏，对操作人员没有危险。为了防止试品或标准电容一旦发生击穿时在低压臂上出现高电压，在电桥的A，B点和接地的屏蔽间接有放电管；以保证人身和设备的安 全。这种接线法测量准确度较高，但要求被试品两端部对地绝缘。,适用：体积小，重量轻,36,反接线：D点接到电源的高压端，C点接地。,4 西林电桥测量时的两种接线,这种接线适于在现场试验一端固定接地的设备。但此时操作部分R3及C4处在高电位，为保证操作的安全应采取一定的措施。一个办法是把电桥本体和操作者一起放在绝缘台上或放在一个叫法拉第笼的金属笼里对地绝缘起来，使操作者与R3、C4处于等电位。另一个办法是人手通过绝缘杆去调节R3、C4。,适用：体积大，重量大，外壳接地,37,5防止外界电磁场对电桥的干扰,方法：加设屏蔽(消除电容的影响),杂散电容、外界电场和磁场,干扰产生的原因,38,高压引线与低压臂之间有电场的影响，可看作其间有杂散电容C。由于低压臂的电位很低，Cx和C0的电容量很小，如C0一般只有50100pF，杂散电容C 的引入，会产生测量误差。若附近另有高压源，其间的杂散电容C会引入干扰电流iS，也会造成测量误差 需要屏蔽，消除杂散电容的影响,杂散电容：,39,误差分析,电场干扰,40,电场干扰时向量图,41,6影响准确度的因素,1、温度 一般随温度的升高而增大。故应换算到同一温度值（20）2、电压 试验电压所加电压能引起气泡电离或局放时，tg增大。3、试品电容量 对小容量试品，能有效发现局部集中性缺陷和整体分布性 缺陷。对大容量试品，则只能发现整体分布式缺陷。4、试品表面泄漏 应进行相应处理。将试品表面擦干净，必要时加以屏蔽,42,7可以检测的故障种类,可检测（1）受潮（2）穿透性导电通道（3）绝缘内含气泡的游离，绝缘分层、脱壳（4）老化劣化，绕组上附积油泥（5）绝缘油脏污，劣化等不可检测（1）非穿透性的局部损坏（2）很小部分绝缘的老化劣化（3）个别的绝缘弱点,43,(3)电桥本体接地良好(4)反接法时,三根引线处于高压,必须悬空(5)能分开测的试品尽量分开测(6)应保持试品表面干燥(7)试品设备有绕阻时,应首尾短接起来,8.注意事项,(2)被试品和标准无损电容器连到电桥本体的引线也要使用屏蔽导线,(1)电桥本体必须加以屏蔽,44,局部放电时出现的现象,电的现象非电的现象,检测方法,电的方法：定性、定量非电的方法：定性的，不够灵活,局部放电测试设备的工作原理把微伏级的电压脉冲检测出来。,5.4局部放电的测试,45,1.局部放电的概念：Partial Discharge,简称为PD:由于电气设备内部绝缘存在弱点，在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象。2.局部放电的危害：局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之中。由于放电能量很小，不影响电气设备的短时绝缘强度。局部放电产生的一些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝缘，最后可导致整个绝缘被击穿，发生突发性故障。,46,3.局部放电的特点：当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现象。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4.局部放电的检测：这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类。,47,5 局部放电测量的基本回路电检测法,发生局放时，试品两端会出现一个瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它转化成电脉冲后就可以进行测量。,（a）串联测量回路,Ck耦合电容，为Cx与检测阻抗Zm之间提供一个低阻抗的通道（电源本身由于高频感抗而无法提供），Ck内部必须无局放，值较大以增大Zm上的信号；Z低通滤波器，以防局放时放电脉冲被电源的杂散电容旁路，同时也可阻止电源本身的干扰脉冲进入试品和测量支路,48,局放并联、桥式测量回路,（b）并联测量回路（c）桥式测量回路,适合于试品一端接地的情况,外部干扰在Zm和Zm上的干扰信号基本抵消,测量仪器：示波器，峰值表，脉冲计数器,49,6.注意事项(1)试品的绝缘表面应清洁干燥(2)尽量避免外界的干扰源(3)测试设备的地线应连成一体,高压引线应 远离地线(4)试品相连的线要短,周围物体应良好接地,50,四.工频交流耐压试验,1.作用：能确定电气设备绝缘的耐受水平,51,2.接线及设备,52,单相接触式调压器,53,各种接触式调压器,54,55,试验变压器,56,球隙测量器,57,保护电阻,58,3.工频试验变压器,(1).工频试验变压器与电力变压器的比较,工频试验变压器,电力变压器,59,试验变压器与电力变压器的比较,60,(2)串接式工频试验变压器,原理请参考教科书第63页的内容,61,n级串接装置容量的利用系数,62,移圈调压器,4.移圈式调压器,63,调压原理,64,4.工频高压的测量方法,(1)低压侧测量,(2)高电侧测量,65,电容效应(见书本的第64-65页),66,b.用球隙进行测量工频电压的幅值,a.用静电电压表测量工频电压的有效值,67,c.用电容分压器配用低压仪表,68,69,d.用电压互感器测量,70,10kv电压互感器,71,五.直流泄漏电流的测量,1.泄漏电流测量的特点,（1）能更有效地发现一些尚未完全贯通的集中性缺陷,（2）在试验升压过程中，可以随时监视微安表指示，了解绝缘情况,72,直流耐压试验和泄漏电流测量,兆欧表测量绝缘电阻方法的不足：电压较低，发观绝缘缺陷的能力受到限制。,较高的直流电压来测绝缘电阻或泄漏电流，有效地发现一些尙未完全贯通的集中性缺陷。,73,直流泄漏电流的测量,实验总结：,在同一直流电压作用下，良好绝缘的泄漏电流较小；且随电压的增加泄漏电流正比增加；绝缘受潮时，泄漏电流增大；当绝缘有集中性缺陷时，电压升高到一定值后，泄漏电流激增；绝缘的集中性缺陷越严重，出现泄漏电流激增的电压将越低。当泄漏电流超过一定标准时，应尽可能找出原因，并加以消除。,74,发电机绝缘的泄漏电流随直流电压变化的曲线,75,2.直流泄漏试验接线,(1)被试品不接地(不适于现场实验),76,(2)被试品一极接地(适于现场实验),77,2.直流高压的获得,半波整流回路倍压整流回路串接直流发生器,78,1.半波整流回路,当试品发生击穿或闪络的情况下，流过硅堆的电流将大大超过正常的负载电流。为使硅堆在短时的过载电流下不致损坏，在回路串联个保护电阻。,79,输出电压平均值,输出电压脉动幅值,脉动系数,80,两个半波整流电路的叠加。它的空载输出电压是电源电压峰值的2倍。当输出直流电压的一端接地时，电源变压器的两端都不能接地，A点对地绝缘要求为2UT，而B点为UT。,2 倍压整流回路,81,负半波期间电源经D1 向C1充电至UT，正半波期间电源与C1串联起来经D2向C2充电至2UT。这种电路中变压器一端接地，对其绝缘没有特别要求。,2 倍压整流回路,82,3 串接直流发生器,83,2.直流高压的获得,见书本第70页内容,84,85,3.试验方法,被试品额定电压35kV及以下施加1030kV直流电压,被试品额定电压110kV及以上施加40kV直流电压,试验时按每级0.5倍试验电压分阶段升高,每阶段停留1min，读微安表读数即为泄漏电流,绘制泄漏电流与加压时间、泄漏电流与试验电压关系曲线后进行分析,86,4.微安表的保护,R：为增压电阻；C：滤波电容，有两个作用；F：放电管 L：防止冲击电流对微安表的破坏。S：切换开关，只有在稳定时，投放微安表用。,微安表是精密仪表，使用中应十分爱护，一般微安表都有专门的保护装置，如下图所示。,87,六.直流耐压试验,88,六.直流耐压试验,直流下没有电容电流，要求电源容量很小，加上可以用串级的方法产生高压直流，所以试验设备可以做得比较轻巧，适合于现场预防性试验的要求；在直流耐压试验时，可以同时测量泄漏电流，并根据其随电压变化的特性，判断绝缘状况，发现缺陷。直流耐压实验比交流耐压实验更能发现电机端部的绝缘缺陷；直流耐压试验对绝缘的损伤程度比交流耐压小。由于直流电压作用下在绝缘内部的电压分布和交流电压作用下的电压分布不同，直流耐压试验对交流设备绝缘的考验不如交流耐压试验接近实际运行情况。直流耐压试验时，试验电压值的选择是一个重要的问题。,89,3.直流高压的测量,(1)用电压电阻串联微安表或高值电压分压器。,90,3.直流高压的测量,(2)用高压静电电压表测量直流高压的平均值(3)用球-球间隙测量直流高压的峰值,91,六、冲击高压试验,1.作用,用来检验高压电气设备在雷电过电压和操作过电压作用下的绝缘性能和保护性能,92,冲击电压试验,一 冲击电压发生器的基本回路,电容器C1由直流电源充电至Um,若球隙G在外部作用下击穿，此后电路中发生的充、放电过程如下：在球隙击穿瞬间C1经R1向C2充电，同时向R2放电；当C2上的电压达到峰值后，由C1和C2继续对R2 放电，又使C2上的电压进一步下降。一般选择R1 R2，就可以在C2上得到所要求的波前较短而波长较长的冲击电压波型。,利用系数,93,2.冲击电压发生器的基本回路,七、冲击高压试验,94,3.回路元件与输出冲击电压波形的关系,95,波前及波长时间,96,半峰值时间常数的计算,最后的修正公式。,97,冲击电压发生器的基本原理,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，通过铜球突然经电阻串联放电，在试品上形成陡峭上升前沿的冲击电压波形。冲击波持续时间以微秒计，电压峰值一般为几十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,98,单级冲击电压发生器回路,回路1,回路2,由于受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过200300kV。,正极性冲击电压,99,4.多级冲击电压发生器的基本电路,100,5.测量方法,（1）测量球隙（2）分压器峰值电压表（3）分压器示波器,101,102,103,户外冲击电压发生器及分压器,104,户内冲击电压发生器及截波装置,105,各种试验方法的特点总结,表中序号5和6两项为破坏性试验，其它各项均属于非破坏性试验,106,电气设备绝缘的在线监测,电气设备检修方式的发展：20世纪40年代，事故后维修；20世纪60年代，预防性检修；目前，状态检修是发展趋势。事故后维修：电网电压等级低，容量小，故障的危害小；预防性检修：110kV-220kV电压等级，故障影响扩大；问题：预试是在停电状态下进行，没有考虑设备的运行条件、气象条件等；试验电压较低（一般在工频10kV以下）；,107,绝缘预防性试验是在电力设备处于离线情况下进行的。离线监测的缺点是：需停电进行，而不少重要的电力设备不能轻易地停止运行；只能周期性进行而不能连续地随时监视，绝缘有可能在诊断期间发生故障；停电后的设备状态，如作用电场及温升等和运行中不相符合，影响诊断的正确性。譬如前述的绝缘tg检测，采用电桥法时，由于标准电容器的额定电压的限制，一般只加到10kV，这对于220kV500kV的电力设备而言，电压是很低的。,离线监测的缺点,108,在线检测,在线检测是在电力设备运行的状态下连续或周期性检测绝缘的状况，因而可以避免以上缺点，另外建立一套电气绝缘在线检测系统也是实施电力设备状态维修和建设无人值守变电站的基础。在线检测和状态维修带来的经济效益是十分显著的。电气绝缘在线检测是一门多学科交叉融合的综合技术，自20世纪70年代以来，电气绝缘在线检测与故障诊断的技术水平不断提高，在线检测产品大量投入市场。,109,绝缘在线监测系统的基本框架,关键问题：选择传感器和传感性能如何处理信号数据如何判断绝缘缺陷,110,监测系统应具有较强的抗干扰能力。监测系统应具有较强的对环境变化的耐受性。监测系统不应影响一次设备的正常运行。监测系统的寿命应长于被监测设备的预期寿命。,对在线监测系统的基本要求,111,1）tg的在线监测2）局部放电（PD）的在线监测,绝缘的在线监测,112,