高电压与绝缘试验.ppt
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1、牵引变电所电气设备试验技术,周利军西南交通大学,内容提纲,电气设备试验的概念与分类电气设备试验的基本原理具体电气设备的试验分析,电气设备试验的概念与分类,出厂试验(生产厂家)交接试验(安装部门)大修试验(检修部门)预防性试验(运行部门和试验部门进行周期性试验)在线监测,电气设备试验的概念与分类,绝缘试验非破坏性试验(试验电压较低,发现缺陷的灵明度有待提高)破坏性试验(易发现设备的集中性缺陷,但个别情况下可能对设备造成一定损伤)特性试验绝缘试验以外的试验,电气设备试验的基本原理,绝缘缺陷非破坏性试验绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量介质损耗角正切的测量局部放电的测量破坏性试验工频耐压试验冲击耐压试
2、验直流耐压试验,电气设备绝缘缺陷,集中性缺陷局部放电局部受潮和老化局部机械损伤等;分散性缺陷整体受潮整体老化整体变质等,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裂劣化,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。,绝缘的老化,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。,电介质的热老化,绝缘材料的耐热等
3、级划分,热老化规则:热老化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。,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,介质的老化过程,介质电老化的主要原因是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;在局部放电区,产生高能辐射线,引起材料分解;产生臭氧和硝酸,氧化剂和腐蚀剂,发
4、生化学破坏。绝缘油的老化:油的裂解,产生出微量气体;产生聚合蜡状物,影响散热。,电介质的电老化,机械应力老化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;环境老化紫外线,日晒雨淋,湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。,其他形式的老化,多层介质的吸收现象,许多电气设备的绝缘都是多层的,但就其基本机理而言,多层介质的吸收现象与双层介质的吸收现象是完全一样的,本节将用双层电介质的吸收现象说明多层电介质的吸收。,多层介质的吸收现象,初始电压分布 当开关K合上时,绝缘两端突然有很大的电压变化,在极短的时间内(t=0+)的时间内,介质上的电压按电容分压。,多层介质的吸收现象,稳态电压和电流分
5、布 达到稳态后(t+),介质上的电压按电阻分压 稳态电流为电导电流:,多层介质的吸收现象,任何时间下的电压分布和电流 由于存在着吸收现象,初始电压分布与稳态电压部分不同,即层间电压随时间而变化。电路过渡时间常数的求取。,多层介质的吸收现象,流过电介质的电流 吸收电流 注意:绝缘破坏时,吸收现象明显,绝缘电阻、吸收比(极化指数),绝缘电阻 定义:绝缘试品两端加上直流电压U,直流电压U与电流i的比值即为绝缘电阻。通常所说的绝缘电阻是指R(t)的稳态值,即为R。,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,
6、绝缘电阻显著降低,Ig显著增大,Ia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。,绝缘电阻、吸收比(极化指数),吸收比 定义:t2时刻的绝缘电阻接近于稳态的绝缘电阻。注意:一般以K1是否大于1.3作为绝缘状态是否良好的标准,但实践证明这种判断标准有缺陷,有时,虽然K1大于1.3,但其绝缘电阻较小;而有时,虽然K1小于1.3,但其绝缘电阻较大,因此我们必须同时考虑吸收比和绝缘电阻才能很好的判断绝缘的状态。,极化指数 如高电压、大容量电力变压器之类设备吸收现象往往需相当长的时间,有时吸收比尚不能很好的反映吸收现象的全过程,这时还可以利用“极化指数”作为又一判
7、据。定义:注意:在吸收比K1不能很好反映绝缘的真实状态时,建议以极化指数K2代替K1。例如对于K11.3,但绝缘电阻仍很大的电力变压器,应再测量极化指数K2,然后再作判断。,绝缘电阻、吸收比(极化指数)作绝缘状态判据的缺陷 电气绝缘的某些集中性缺陷虽然已经发展的相当严重,以致在耐压试验时被击穿,但在此前测得的绝缘电阻、吸收比和极化指数却并不低,这是因为这些缺陷还没有贯通整个绝缘。可见仅凭绝缘电阻、吸收比和极化指数的测量结果来判断绝缘状态仍不够可靠。,绝缘电阻测量仪器,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
8、绝缘表面泄漏电流不要流过线圈LA测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。,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。,泄漏电流的测量,左图中,曲线1代表绝缘状态正常;曲线2代表绝缘受潮;曲线3代表绝缘具有集中性缺陷;曲线4代表绝缘具有有危险的集中性缺陷。,电气设备泄漏电流,泄漏电流试验接线图如下图所示 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,T
9、O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R1上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。,介质的功率损耗P与介质损耗角正切tan成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标,测量tan值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。tan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tan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tan。,介质损耗角正切的测量,介质损耗产生偶极子极化引起分子间摩擦,介质损耗产生水分子电离增加电导,介质损
10、耗产生气泡促使局部放电产生,电容器损耗增加导致爆炸,不同等效电路的tg计算,并联等效回路,串联等效回路,tg的测量,Cx:被试品的等值电容Rx:被试品的等值电阻;R3:可调的无感电阻;CN:高压标准电容器的电容;C4:可调电容;R4:定值无感电阻;P:交流检流计。,西林电桥,tg的求取,电桥平衡条件(1),四个臂的阻抗为(2),并联等效阻抗(3),求得,,,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。,西林电桥,数字化tg测量仪,西林电桥测量的影响因素,外界电磁干扰 电桥灵敏度的影响 温度
11、的影响 试验电压的影响 试品表面泄漏的影响 试品的电容量影响,(一)外界电磁场的干扰影响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。消除干扰的方法:金属屏蔽网和屏蔽电缆,(二)温度的影响 一般来说,tg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。(三)试验电压的影响,(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tg 只能发现整体分不性缺陷,因而用测量介质损耗角
12、正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。(五)试品表面泄漏电流的影响 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。,局部放电是引起绝缘老化的重要原因之一。测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势,就能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。,局部放电的测量,一、局部放电基本概念 绝缘内部气隙局部放电的等值电路如下图所示。,电容上分到的电压,气隙放电电压,熄灭电压(剩余电压),局部放电的电流变化曲线见图4-10。,表征局部放电的参数 视在放电量q 其中Ca 为试品电容,Ua为气隙放电时,试品两端的压降。q既是发生局部放电时试品Ca所放掉的电荷,也
13、是电容Cb上的电荷增量。(比真实放电量小得多),放电重复率()在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数放电能量()指一次局部放电所消耗的能量。其中 为视在放电量,为局部放电起始电压。,其他参数 平均放电电流 放电的均方率 放电功率 局部放电起始电压 局部放电熄灭电压,二、局部放电检测方法综述,电检测法,声测法,光测法,化学检测法,其他检测法,声检测法,介质中发生局部放电时,其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发,效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源,向外发出声波。由于放电持续时间很短,所发射的声波频谱很宽,可达到数MHz。,抗电磁干扰能力强 灵敏度不受试品电容的影响 能
14、进行复杂设备放电源定位 在传播途径中衰减、畸变严重 基本不能反映放电量的大小 实际中一般不独立使用声测法,而将声测法和电测法结合起来使用。,声检测法的特点,光检测法 采用光纤传感器,局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变,导致光纤输出信号改变,从而可以测得放电。光测法只能测试表面放电和电晕放电,在现场中光测法基本上没有直接应用。将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。,光纤传感器应用,化学分析法,膜纸绝缘介质中,常用高性能液体色谱分析法(HPLC)判断介质老化情况。在电力变压器中,油色谱分析(DGA)方法是一 种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。,电气检测法脉冲电流法 测量视在放电量介质
15、损耗法 西林电桥 脉冲电流法测量原理,电气检测法的发展,1925年,Schwaiger发现电晕放电的射频特性,由此 发展出RIV局部放电检测法;1928年,基于电子束示波器技术,Lioyd和Starr等人设计出平行四边形检测法;1954年,首台商用便携式局部放电检测仪由Mole等人研制成功;1960年,基于平行四边形检测原理,Dakin等人设计出积分电桥法;,1975年,Lemke博士等人设计出商用宽频局放测试仪,测试带宽达到10MHz;1978年,Tanaka Okamoto等人采用计算机技术建立数字化局部放电检测仪;1981年,Boggs、Fujimoto、Stone等人设计出1GHz超高
16、频局放检测仪;,目前局部放电电检测方法脉冲电流法无线电干扰电压法(RIV)射频检测法(RF)介质损耗分析法(DLA)超高频(UHF)检测法,TE571,局部放电测试仪,TWPD-4多通道数字式局部放电综合分析仪 天威新域科技发展有限公司,以油中气体分析为基础的故障诊断,绝缘故障与绝缘油中溶解气体的关系油中溶解气体的产生:绝缘故障所产生的能量(热、电、光等)使高分子油纸绝缘裂解产生低分子气体,同时产生其他低分子有机物,如糠醛等;绝缘纸聚合度下降,降低绝缘寿命;故障气体部分溶解于油中,部分集中于气体继电器中。,以油中气体分析为基础的故障诊断,绝缘故障种类与绝缘油中溶解气体的关系过热故障当热应力只引
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