高電壓絕緣技術(shù)講義

1、高電壓絕緣技術(shù)高電壓絕緣技術(shù) 鄧立林 2011.12 1 什么是絕緣什么是絕緣 絕緣的功能是將具有不同電位的導(dǎo)體隔開(kāi)，從而使電氣設(shè)備能處于安全 狀態(tài)。 緒論緒論 變壓器故障部位變壓器電壓等級(jí)/kV 110220330500合計(jì) 線 圈1668420270 主絕緣或引線198431 分接開(kāi)關(guān)2010232 套 管1591034 其 他64212 變壓器故障臺(tái)數(shù)/臺(tái)22611538379 統(tǒng)計(jì)的變壓器在役臺(tái)數(shù)/臺(tái)55 82120 7333 82980 383 變壓器故障臺(tái)率(故障臺(tái)數(shù)/在役臺(tái)數(shù))/%0.410.550.990.47 表表1 1995-2001年變壓器故障臺(tái)數(shù)統(tǒng)計(jì)年變壓器故障臺(tái)數(shù)統(tǒng)計(jì)

2、 故障類(lèi)型故障類(lèi)型 擊穿故障 放電故障 (1) 隨著變壓器電壓等級(jí)的提高，故障臺(tái)率明顯升高，330500 kV變壓 器故障臺(tái)率是110 kV的兩倍以上； (2) 變壓器線圈故障占故障總數(shù)的71.2，線圈故障對(duì)變壓器危害很大 。其中，因變壓器抗短路能力不夠的線圈故障占線圈故障的58.1，應(yīng)更 加注意。 2 與絕緣相關(guān)的問(wèn)題與絕緣相關(guān)的問(wèn)題 絕緣材料 氣體放電 液體介質(zhì)的性能 固體介質(zhì)的性能 不同介質(zhì)的交界面 研究對(duì)象研究對(duì)象 電介質(zhì)的擊穿過(guò)程及其規(guī)律 典型電氣設(shè)備的絕緣問(wèn)題 絕緣試驗(yàn)及檢測(cè) 3. 高壓電器中的絕緣高壓電器中的絕緣 絕緣子 電力電容器 電力電纜 高壓套管 電流互感器 變壓器 4.

3、絕緣試驗(yàn)絕緣試驗(yàn) 絕緣特性試驗(yàn) 絕緣耐壓試驗(yàn) 5. 為什么要掌握高電壓絕緣為什么要掌握高電壓絕緣 公司盈利降低 電器產(chǎn)品絕緣性能不良 通過(guò)型式試驗(yàn)與否 在運(yùn)行中發(fā)生故障 公司成本上升，市場(chǎng)信譽(yù)降低 裁員 公司盈利增長(zhǎng) 電器產(chǎn)品絕緣性能良好 通過(guò)型式試驗(yàn) 穩(wěn)定運(yùn)行 公司成本下降，市場(chǎng)信譽(yù)上升 升職 1.1 基本概念基本概念 氣體放電氣體放電: 將氣體中流通電流的各種形式稱作氣體放電。 擊穿與閃絡(luò)擊穿與閃絡(luò):當(dāng)氣體間隙上的電壓達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，電流突然劇增，使氣體失去 絕緣性能。氣體由絕緣狀態(tài)突變?yōu)榱紝?dǎo)電狀態(tài)的過(guò)程，稱為擊穿。 當(dāng)擊穿過(guò)程發(fā)生在氣體與液體或氣體與固體的交界面上時(shí)，稱為沿 面閃絡(luò)。 1

4、. 氣體放電氣體放電 介電強(qiáng)度介電強(qiáng)度 均勻電場(chǎng)與不均勻電場(chǎng)均勻電場(chǎng)與不均勻電場(chǎng) (1)采用電場(chǎng)不均勻系數(shù)來(lái)描述電場(chǎng)的不均勻程度，f=1為均勻電場(chǎng)，f4為極不均勻電場(chǎng)。 式中，Emax為最大場(chǎng)強(qiáng)；Eav= ；U為間隙上的電壓；d為電極間最 短的絕緣距離。 U d max av E f E (2)根據(jù)能否維持電暈放電來(lái)區(qū)分。若不均勻到能維持電暈放電，則是極不 均勻電場(chǎng)；若不能維持穩(wěn)定的電暈放電，一旦放電達(dá)到自持，則整個(gè)間隙 立即擊穿，就稱為稍不均勻電場(chǎng)或均勻電場(chǎng)。 表表1-1 氣體放電的主要外在形式氣體放電的主要外在形式 低氣壓高氣壓(1個(gè)大氣壓及以上) 均勻電場(chǎng)輝光放電火花放電、電弧放電 不均

5、勻電場(chǎng)輝光放電電暈放電、刷狀放電、火花放電、電弧放電 輝光放電輝光放電: 放電光輝充滿整個(gè)電極空間，電流密度在1-5A/cm2之間，整個(gè)間隙呈絕緣 狀態(tài)。 電暈放電電暈放電: 高場(chǎng)強(qiáng)電極附近出現(xiàn)發(fā)光的薄層，伴隨著咝咝的聲音和臭氧的氣味，整個(gè) 間隙呈絕緣狀態(tài)。 刷狀放電刷狀放電: 由電暈電極伸出的明亮而細(xì)的斷續(xù)的放電通道，電流增大，間隙仍未被擊 穿。 火花放電火花放電: 貫通兩電極的明亮而細(xì)的斷續(xù)的放電通道，火花放電間歇地?fù)舸╅g隙。 電弧放電電弧放電: 持續(xù)貫通放電通道，間隙被完全擊穿。 1.2 帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生和消失 途徑：途徑：氣體分子的電離和金屬的表面電離 能級(jí)能級(jí)原子具

6、有一系列可取的確定的能量狀態(tài)，稱為能級(jí)。 電子伏電子伏電子行經(jīng)1V電位差的電場(chǎng)所獲得的能量，是能量單位。這點(diǎn)與距 離單位光年類(lèi)似。 激勵(lì)激勵(lì)原子的電子在外界因素作用下，躍遷到能量較高的狀態(tài)。當(dāng)原子由 較高能級(jí)躍遷到較低能級(jí)時(shí)，將以光子的形式釋放出激勵(lì)能。 電離電離原子在外界因素作用下，一個(gè)或幾個(gè)電子脫離原子核的束縛而形成 自由電子和正離子的過(guò)程。電子的尺寸和質(zhì)量遠(yuǎn)小于離子。 表表1-2 帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生帶電質(zhì)點(diǎn)的產(chǎn)生 電離方式 氣體碰撞電離光電離熱電離 金屬表面 正離子碰撞陰極光電效應(yīng)場(chǎng)致發(fā)射熱電子放射 帶電質(zhì)點(diǎn)的消失有三種方式： 擴(kuò)散 復(fù)合 消失于電極 1.3 均勻電場(chǎng)中的氣體擊穿均勻電場(chǎng)中的

7、氣體擊穿 湯遜放電理論和巴申定律湯遜放電理論和巴申定律適用于氣壓較低、pd值較小的情況。 過(guò)程 過(guò)程 0 0 Tp pT 相對(duì)密度 標(biāo)準(zhǔn)大氣條件p0=0.101325MPa，T0=293K，絕對(duì)濕度=11g/m3。 擊穿電壓 適用范圍 流注理論：流注理論：適用于壓力較高氣體的擊穿，認(rèn)為電子碰撞電離及空間光電離是維 持自持放電的主要因素，同時(shí)考慮了空間電荷對(duì)電場(chǎng)的影響。 正流注：正流注：電子崩先從陰極到陽(yáng)極，在陽(yáng)極附近形成正、負(fù)帶電質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的等離 子體，然后再?gòu)年?yáng)極貫穿陰極，整個(gè)間隙擊穿。 負(fù)流注：負(fù)流注：電子崩尚未貫穿間隙即形成流注，流注再貫穿氣隙。 流注理論與湯遜理論的比較流注理論與湯遜理論

8、的比較 1.4 不均勻電場(chǎng)中的氣體擊穿不均勻電場(chǎng)中的氣體擊穿 放電特征放電特征 電暈放電：電暈放電：在極不均勻電場(chǎng)中，高場(chǎng)強(qiáng)電極周?chē)霈F(xiàn)的薄薄的發(fā)光層。電暈放電是 極不均勻電場(chǎng)所特有的一種自持放電形式。 電暈放電的脈沖現(xiàn)象：電暈放電的脈沖現(xiàn)象：在電暈放電的起始階段及向擊穿過(guò)渡的階段，會(huì)出現(xiàn)放電 的脈沖現(xiàn)象，并造成對(duì)外界的電磁干擾。 電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)和起始電壓電暈放電的起始場(chǎng)強(qiáng)和起始電壓 棒板間隙的氣體放電棒板間隙的氣體放電 (1)正棒負(fù)板的電暈起始電壓大于負(fù)棒正板的電暈起始電壓 (2)正棒負(fù)板的擊穿電壓小于負(fù)棒正板的擊穿電壓 極性效應(yīng)極性效應(yīng) 稍不均勻電場(chǎng)的極性效應(yīng)：稍不均勻電場(chǎng)的極性效應(yīng)：

9、 在稍不均勻電場(chǎng)中，不能形成穩(wěn)定的電暈放電，電暈起始電壓 就是其擊穿電壓，故負(fù)極性下的擊穿電壓低。 氣隙放電方式 短間隙電子崩流注主放電 長(zhǎng)間隙電暈放電先導(dǎo)放電主放電 為什么長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)小于短間隙？為什么長(zhǎng)空氣間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)小于短間隙？ 先導(dǎo)放電中出現(xiàn)了熱電離過(guò)程。 表表1-3 不均勻電場(chǎng)的擊穿過(guò)程不均勻電場(chǎng)的擊穿過(guò)程 1.5 持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓持續(xù)作用電壓下空氣的擊穿電壓 電壓的分類(lèi)電壓的分類(lèi) 持續(xù)作用電壓直流電壓 工頻電壓 沖擊電壓雷電沖擊電壓 操作沖擊電壓 均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓 稍不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓的估算稍不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓的估算 極不均

10、勻電場(chǎng)中擊穿電壓極不均勻電場(chǎng)中擊穿電壓 1.直流電壓下的擊穿電壓 尖尖電極的擊穿電壓介于極性不同的尖板電極之間。 正棒負(fù)板和負(fù)棒正板的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為4.5kV/cm、10kV/cm。 棒棒間隙的平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)為5.0kV/cm。 2.工頻電壓下的擊穿電壓 棒板間隙擊穿的時(shí)刻：棒的極性為正，電壓達(dá)到峰值時(shí)。 棒板間隙的飽和現(xiàn)象：隨著距離的增加，平均擊穿場(chǎng)強(qiáng)反而降低。 1.6 雷電沖擊電壓下空氣的擊穿特性雷電沖擊電壓下空氣的擊穿特性 雷電沖擊電壓雷電沖擊電壓雷閃放電的巨大沖擊電流在物體對(duì)大地的阻抗上產(chǎn)生持續(xù)時(shí) 間極短的過(guò)電壓，或極大的電流變化陡度在電感性被擊物體上產(chǎn)生的高電壓。 同時(shí)引起熱和力的問(wèn)題

11、。 雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形 采用雷電沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形來(lái)模擬雷閃放電引起的過(guò)電壓。 波形參數(shù)：波形參數(shù)：視在波前時(shí)間1.2s30%； 視在半峰值時(shí)間50 s20%； 峰值允許偏差 3%； 圖圖1-1 雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)波形雷電沖擊標(biāo)準(zhǔn)波形 放電時(shí)延放電時(shí)延 有效電子：能引起電離過(guò)程，并最終導(dǎo)致氣隙擊穿的電子； t0：沖擊電壓升到靜態(tài)擊穿電壓的時(shí)間； ts：統(tǒng)計(jì)時(shí)延； tf：放電形成時(shí)延； 雷電沖擊雷電沖擊50%擊穿電壓：擊穿電壓：在多次施加電壓時(shí)，其中半數(shù)導(dǎo)致?lián)舸┑碾妷骸?沖擊系數(shù)：沖擊系數(shù)：50%沖擊擊穿電壓和持續(xù)作用電壓下的擊穿電壓之比。 均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)中的沖擊系數(shù)等于1

12、，擊穿發(fā)生在波頭峰值附近。 極不均勻電場(chǎng)的沖擊系數(shù)大于1，擊穿發(fā)生在波尾。 2s沖擊擊穿電壓沖擊擊穿電壓-間隙發(fā)生擊穿時(shí)，放電時(shí)間小于或大于2s的概率各為 50%的沖擊電壓值。 伏秒特性：伏秒特性：間隙上出現(xiàn)的沖擊電壓最大值和放電時(shí)間的關(guān)系。 伏秒特性的用途伏秒特性的用途-不同間隙的絕緣配合 1.7 操作沖擊電壓下空氣的擊穿特性操作沖擊電壓下空氣的擊穿特性 操作過(guò)電壓操作過(guò)電壓-電力系統(tǒng)存在電感和電容，在操作過(guò)程或發(fā)生事故時(shí)會(huì)引起振蕩過(guò)程， 造成很高的過(guò)電壓。 操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形操作沖擊電壓標(biāo)準(zhǔn)波形-非周期性指數(shù)衰減波；衰減振蕩波； 波前時(shí)間/半峰值時(shí)間-250/2500s 操作沖擊操作沖擊

13、50%擊穿電壓擊穿電壓 操作沖擊擊穿電壓與波前時(shí)間的關(guān)系操作沖擊擊穿電壓與波前時(shí)間的關(guān)系-U形曲線 1.8 如何提高氣體間隙的擊穿電壓如何提高氣體間隙的擊穿電壓 為實(shí)現(xiàn)電氣設(shè)備的小型化及降低成本，需要盡量減小絕緣距離。 途徑：途徑：1.改善電場(chǎng)分布 2.采取合適的方法削弱氣體的電離 AB 具體措施：具體措施： 1. 改善電極形狀改善電極形狀 1.1 增大電極曲率半徑 1.2 改善電極邊緣 1.3 使電極具有最佳外形 110kV CT，殼體靠近二次引線管 的位置存在最大電場(chǎng)強(qiáng)度值 23kV/mm，數(shù)值偏大。該處的圓 弧半徑為5mm，將圓弧半徑修改 為10mm，此時(shí)殼體靠近二次引線 管的位置(圖中

14、的A、B)場(chǎng)強(qiáng)下降 為17.9kV/mm。 圖圖1-2 殼體內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布?xì)んw內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)分布 2. 利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用利用空間電荷畸變電場(chǎng)的作用 細(xì)線效應(yīng)：在持續(xù)作用電壓下，線徑很小的導(dǎo)線周?chē)a(chǎn)生比較 均勻的電暈層，改善了電場(chǎng)分布，從而能提高擊穿 電壓。 3. 極不均勻電場(chǎng)中采用屏障極不均勻電場(chǎng)中采用屏障 屏障：在極不均勻電場(chǎng)中，放入薄片狀固體絕緣材料，能提高擊穿電壓 ，這些薄片狀固體絕緣材料稱作屏障。 4. 高氣壓氣體高氣壓氣體 4.1 均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓 高氣壓下，擊穿電壓和電極的表面狀態(tài)、電極的材料都有關(guān)系。 老煉效應(yīng)：多次擊穿能燒去電極上的毛刺和塵埃等雜物，從而改善電場(chǎng)分布 ，提

15、高擊穿電壓。 4.2 不均勻電場(chǎng)中的擊穿電壓 4.3 高氣壓下的措施 改善電場(chǎng)分布、過(guò)濾水分 5 高電氣強(qiáng)度氣體高電氣強(qiáng)度氣體 相對(duì)電氣強(qiáng)度：相對(duì)電氣強(qiáng)度：在壓力和距離相同的條件下，氣體的電氣強(qiáng)度和空氣的電 氣強(qiáng)度之比。 鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：鹵化物氣體電氣強(qiáng)度高的原因：負(fù)電性、分子量和分子直徑大、極化 對(duì)高電氣強(qiáng)度的要求：對(duì)高電氣強(qiáng)度的要求：液化溫度低、化學(xué)穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜 6 高真空高真空 真空斷路器 真空接觸器 圖圖1-3 真空滅弧室真空滅弧室 表表1-4 不同絕緣介質(zhì)斷路器的比例不同絕緣介質(zhì)斷路器的比例 電壓/kVSF6斷路器/%真空斷路器/% 124.1595.76 40.5

16、35.3162.34 729010 126982 25299.80.0 3631000.0 5501000.0 2.1 絕緣子的性能要求和材料絕緣子的性能要求和材料 2.1.1 絕緣子的分類(lèi)絕緣子的分類(lèi) 絕緣子絕緣子: 將不同電位的導(dǎo)體在機(jī)械上相互聯(lián)接，而在電氣上相互絕緣。 分分 類(lèi)：絕緣子類(lèi)：絕緣子 瓷瓷 套套 套套 管管 2. 氣體中的沿面放電和高壓絕緣子氣體中的沿面放電和高壓絕緣子 圖圖2-1 絕緣子和瓷套絕緣子和瓷套 2.1.2 性能要求性能要求 電氣性能電氣性能 閃絡(luò)電壓 干閃絡(luò)電壓 濕閃絡(luò)電壓 人造雨水體積電阻率、細(xì)小均勻、降雨量、角度 污穢閃絡(luò)電壓 機(jī)械性能機(jī)械性能 拉伸負(fù)荷 彎

17、曲負(fù)荷 扭轉(zhuǎn)負(fù)荷 強(qiáng)度理論強(qiáng)度理論 復(fù)合材料復(fù)合材料 (1)最大應(yīng)力理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)力必須小于各自方向上的強(qiáng)度 (2)最大應(yīng)變理論，認(rèn)為材料主向上的應(yīng)變必須小于各自方向上的強(qiáng)度 (3)Tsai-Hill理論，該理論只有一個(gè)判別式，而不象前兩個(gè)理論中有幾個(gè)判別式 (4)Hoffman破壞理論，考慮了材料在同一方向的拉伸強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度一般不同的特性 (5)Tsai-Wu張量理論，該理論提出了以二階張量多項(xiàng)式作為破壞準(zhǔn)則的計(jì)算方法 各向同性材料各向同性材料 (1)最大拉應(yīng)力理論，認(rèn)為最大拉應(yīng)力是引起材料脆性斷裂的主要原因 (2)最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論，認(rèn)為最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變是引起材料斷裂破壞的主要原

18、因 (3)最大剪應(yīng)力理論，認(rèn)為最大剪應(yīng)力是引起材料塑性破壞的主要原因 (4)形狀改變比能理論，該理論認(rèn)為形狀改變比能是引起材料塑性破壞的主要原因 熱性能熱性能 熱應(yīng)力熱應(yīng)力 2.1.3 絕緣子的構(gòu)成絕緣子的構(gòu)成 絕緣件瓷、玻璃、環(huán)氧玻璃纖維、硅橡膠 金屬附件 膠合劑 2.2 支柱絕緣子支柱絕緣子 支柱絕緣子 戶外支柱絕緣子 傘裙的作用 均壓環(huán) 戶內(nèi)支柱絕緣子 外膠裝 內(nèi)膠裝 內(nèi)外聯(lián)合膠裝 圖圖2-2 沿絕緣子高度方向的電壓分布沿絕緣子高度方向的電壓分布 從圖2-2可以看出，電壓沿絕緣子的高度是不均勻分布的，在頂端 20%的范圍內(nèi)，承擔(dān)了60%的電壓。 電壓 高度 2.3 支柱絕緣子的計(jì)算支柱絕

19、緣子的計(jì)算 干閃距離干閃距離 設(shè)計(jì)原則：設(shè)計(jì)原則：根據(jù)干閃絡(luò)電壓初定絕緣件高度，根據(jù)濕閃絡(luò)電壓確定傘數(shù)、 傘形、絕緣高度。 2.3.1 干閃絡(luò)電壓干閃絡(luò)電壓 干閃絡(luò)電壓的經(jīng)驗(yàn)公式 2.3.2 濕閃絡(luò)電壓濕閃絡(luò)電壓 傘寬與傘距之比 絕緣子傘數(shù) 工頻濕閃絡(luò)電壓(有效值)的計(jì)算公式 2.3.3 機(jī)械強(qiáng)度機(jī)械強(qiáng)度 2.4 套管套管 套管 分類(lèi)：?jiǎn)我唤^緣套管 復(fù)合絕緣套管 電容式套管 2.5 氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電 沿面放電 閃絡(luò) 2.5.1 均勻電場(chǎng)中沿面放電均勻電場(chǎng)中沿面放電 場(chǎng)強(qiáng)不變 閃絡(luò)電壓低的原因： 氣隙 介質(zhì)表面吸附水分 2.5.2 極不均勻電場(chǎng)、強(qiáng)垂直分量時(shí)的

20、沿面放電極不均勻電場(chǎng)、強(qiáng)垂直分量時(shí)的沿面放電 圖圖2-3 沿套管表面的場(chǎng)強(qiáng)矢量沿套管表面的場(chǎng)強(qiáng)矢量 法蘭 電極 放電過(guò)程：電暈放電、輝光放電、滑閃放電、火花放電、電弧放電 放電機(jī)理：熱電離 比電容 0 onr C C d 式中， on C 為常數(shù)； r 為相對(duì)介電常數(shù)；d為介質(zhì)厚度。 沿面放電起始電壓 0 0 0s E U C 式中，E0法蘭處的場(chǎng)強(qiáng)；C0比電容； 角頻率； 表面電阻率。 s 提高放電起始電壓的方法有：減小比電容、減小表面電阻率。 滑閃放電起始電壓(有效值)的經(jīng)驗(yàn)公式 滑閃放電火花長(zhǎng)度的經(jīng)驗(yàn)公式 閃絡(luò)電壓(峰值) 直流電壓下沒(méi)有明顯的滑閃放電現(xiàn)象直流電壓下沒(méi)有明顯的滑閃放電現(xiàn)象

21、 2.5.3 極不均勻電場(chǎng)、弱垂直分量時(shí)的沿面放電極不均勻電場(chǎng)、弱垂直分量時(shí)的沿面放電 無(wú)滑閃放電無(wú)滑閃放電 2.6 線路絕緣子線路絕緣子 分類(lèi)：分類(lèi)：懸式絕緣子 瓷橫擔(dān)絕緣子 2.7 復(fù)合絕緣子復(fù)合絕緣子 構(gòu)成：環(huán)氧樹(shù)脂玻璃纖維、硅橡膠 特點(diǎn)：機(jī)械負(fù)荷由環(huán)氧玻璃纖維承受，硅橡膠提供爬電距離 硅橡膠優(yōu)點(diǎn)：憎水性、耐高低溫、耐日光紫外線輻射、耐霉菌 復(fù)合絕緣子的特點(diǎn)： 具有憎水性，不易污閃或濕閃 抗紫外線、抗老化 力學(xué)性能優(yōu)能，抗拉、抗彎、抗扭 重量輕 圖圖2-4 復(fù)合瓷套復(fù)合瓷套 應(yīng)用范圍：應(yīng)用范圍： SF6斷路器 SF6互感器 穿墻套管 GIS進(jìn)出線套管 支柱絕緣子 2.8 介質(zhì)表面臟污時(shí)的

22、沿面放電和污穢地區(qū)絕緣介質(zhì)表面臟污時(shí)的沿面放電和污穢地區(qū)絕緣 2.8.1 介質(zhì)表面臟污時(shí)的沿面放電介質(zhì)表面臟污時(shí)的沿面放電 污閃污閃戶外絕緣子表面積聚的污穢在雨、霧、霜、露等氣象條件下，污穢物的 表面電導(dǎo)和泄漏電流劇增，使絕緣子的閃絡(luò)電壓顯著降低，最終造成閃絡(luò)。 機(jī)理機(jī)理臟污表面氣體電離和局部電弧發(fā)展、熄滅、重烯、再發(fā)展。 污閃的過(guò)程污閃的過(guò)程輝光放電、局部電弧、表面閃絡(luò) 2.8.2 影響臟污表面沿面放電的因素影響臟污表面沿面放電的因素 污穢物性質(zhì)與污染程度 鹽、酸、堿 污染程度的判據(jù)： 污層等值附鹽密度 濕潤(rùn)污層的表面電導(dǎo)率 泄漏電流脈沖 污穢等級(jí)的劃分 爬電比距 大氣濕度 相對(duì)濕度超過(guò)50

23、%時(shí)，閃絡(luò)電壓迅速下降。 爬電距離 絕緣子直徑 2.8.3 絕緣子的人工污穢閃絡(luò)試驗(yàn)方法絕緣子的人工污穢閃絡(luò)試驗(yàn)方法 潔霧試驗(yàn) 濕污試驗(yàn) 鹽霧試驗(yàn) 2.9 大氣條件和海拔高度對(duì)外絕緣放電電壓的影響大氣條件和海拔高度對(duì)外絕緣放電電壓的影響 外絕緣：外絕緣：空氣間隙及電力設(shè)備固體絕緣的外露表面。它承受電壓并受大氣、污穢 、潮濕、動(dòng)物等外界條件的影響。 內(nèi)絕緣：內(nèi)絕緣：電力設(shè)備內(nèi)部絕緣的固體、液體或氣體部分。它基本上不受大氣、污穢 、潮濕、動(dòng)物等外界條件的影響。 大氣校正因數(shù)大氣校正因數(shù) 破壞性放電電壓：破壞性放電電壓：又稱作介質(zhì)擊穿電壓，即使介質(zhì)發(fā)生破壞性放電的電壓值，按 試驗(yàn)的不同類(lèi)型可以用峰值

24、，有效值或平均值來(lái)表示。 3.1概述概述 絕緣配合絕緣配合 綜合考慮系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的各種過(guò)電壓、保護(hù)裝置特性及設(shè)備的絕緣特 性，確定設(shè)備的絕緣水平及其使用，從而使設(shè)備絕緣故障率或停電事故 率降低到經(jīng)濟(jì)上和運(yùn)行上可以接受的水平。 最高運(yùn)行電壓最高運(yùn)行電壓 3. 絕緣配合絕緣配合 3.2 過(guò)電壓過(guò)電壓 過(guò)電壓過(guò)電壓 雷電過(guò)電壓雷電過(guò)電壓 直擊雷過(guò)電壓 雷電感應(yīng)過(guò)電壓 di L dt 內(nèi)過(guò)電壓內(nèi)過(guò)電壓 操作過(guò)電壓 操作過(guò)電壓倍數(shù) 操作過(guò)電壓種類(lèi) 空載線路合閘與重合閘 感性電路合閘時(shí)的過(guò)電流 電流沖擊系數(shù)為1.98 切除容性電路 切除感性電路 弧光接地過(guò)電壓 圖圖3-1 感性等效電路感性等效電路 電路

25、方程為： 2sin() N di UtLiR dt 式中，UN為端電壓； 為電壓的相位角。 可得： 2cos()cos R t L N iIte 圖圖3-2 電流電流(0-0.4s)圖圖3-3 電流電流(1.8-2.2s) 暫時(shí)過(guò)電壓暫時(shí)過(guò)電壓 類(lèi)型 過(guò)電壓防護(hù)過(guò)電壓防護(hù) 基本原理 措施 避雷器 接地裝置 斷路器并聯(lián)電阻 363kV及以上電壓等級(jí)的電網(wǎng)，在合空載長(zhǎng)線時(shí)，由于系統(tǒng)參 數(shù)的變化，電網(wǎng)中電磁能量的振蕩會(huì)引起較大的過(guò)電壓。為限 制合閘過(guò)電壓，利用合閘電阻將電網(wǎng)中的部分電能轉(zhuǎn)化為熱能， 從而達(dá)到削弱電磁振蕩和限制過(guò)電壓的目的。 消弧線圈 電抗器 圖圖3-4 配電網(wǎng)單相接地故障示意圖配電網(wǎng)

26、單相接地故障示意圖圖圖3-5 單相接地等值電路單相接地等值電路 消弧線圈消弧線圈 消弧線圈的脫諧度表征偏離諧振狀態(tài)的程度，可以用來(lái)描述消弧線圈的補(bǔ)償程度 100% cl c II v I 式中，Ic為對(duì)地電容電流，Il為消弧線圈電感電流。 脫諧度數(shù)值的選取應(yīng)適當(dāng)。一方面，脫諧度的減小不僅能減小單相接地弧道中 的殘流，還可以降低恢復(fù)電壓的上升速度，可見(jiàn)脫諧度越小越好；另一方面脫諧度 的減小需要增加消弧線圈分接頭數(shù)量，增加設(shè)備的復(fù)雜程度，還會(huì)使有載調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān) 頻繁動(dòng)作，降低設(shè)備運(yùn)行的可靠性。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，脫諧度不大于5%就能很好地滅 弧、維持較理想的殘余電流和恢復(fù)電壓的上升速度。 電抗器電抗器 A

27、B E F G H A C D 圖圖3-4 干式空心電抗器結(jié)構(gòu)干式空心電抗器結(jié)構(gòu) A-上接線臂；上接線臂；B-線圈；線圈；C-絕緣材料；絕緣材料；D-鋁導(dǎo)線；鋁導(dǎo)線； E-下接線臂；下接線臂；F-絕緣子；絕緣子；G-底座；底座；H-撐條撐條 圖圖3-5 干式空心電抗器干式空心電抗器 3.3 絕緣配合的原則絕緣配合的原則 絕緣試驗(yàn)絕緣試驗(yàn) 短時(shí)工頻電壓試驗(yàn) 長(zhǎng)時(shí)間工頻電壓試驗(yàn) 操作沖擊試驗(yàn) 雷電沖擊試驗(yàn) 具體措施具體措施 不同電壓等級(jí) 220kV 330kV 不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、地區(qū)及發(fā)展階段 3.4 絕緣配合方法絕緣配合方法 確定性法確定性法 避雷器的保護(hù)水平 全波基本沖擊絕緣水平(BIL) 操作基

28、本沖擊絕緣水平(BSL) 高壓輸變電設(shè)備的絕緣配合 統(tǒng)計(jì)法統(tǒng)計(jì)法 簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)化統(tǒng)計(jì)法 3.5 架空線路絕緣水平的確定架空線路絕緣水平的確定 自恢復(fù)絕緣：自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓而引起破壞性放電后，能完全恢復(fù)其絕緣性能的絕緣。 這類(lèi)絕緣一般是外絕緣，但未必都是外絕緣。 非自恢復(fù)絕緣：非自恢復(fù)絕緣：施加試驗(yàn)電壓而引起破壞性放電后，即喪失或不能完全恢復(fù)其絕緣 性能的絕緣。這類(lèi)絕緣一般是內(nèi)絕緣，但未必都是內(nèi)絕緣。 4.1 SF6氣體的基本特性氣體的基本特性 4. SF6氣體絕緣氣體絕緣 SF6的物理特性的物理特性 (1) 負(fù)電性負(fù)電性 SF6分子中，6個(gè)氟原子圍繞硫原子對(duì)陣排布。原子核外，內(nèi)層和外層

29、的電子數(shù) 分別為2和7。原子核最外層電子數(shù)超過(guò)4時(shí)，便有吸附電子的能力。外層電子數(shù) 為7的氟原子在鹵族元素中具有最大的電子親和能(4.1eV)，所以具有很強(qiáng)的吸附 電子的能力。自由電子被SF6吸附，阻礙了碰撞電離過(guò)程的發(fā)展。 (2) 導(dǎo)熱性導(dǎo)熱性 電弧弧套(弧心外圍區(qū))的平均溫度為1000K3000K，SF6在2000K2500K時(shí) 就急劇分解，并從電弧吸收熱能，SF6在2000K附近的比定壓熱容急劇增長(zhǎng) ，出現(xiàn)導(dǎo)熱峰值。而空氣在弧套溫度區(qū)沒(méi)有熱游離過(guò)程。在電弧弧套區(qū)內(nèi) ，SF6具有較強(qiáng)的導(dǎo)熱能力和冷卻特性。 熄弧過(guò)程熄弧過(guò)程 氣吹從弧區(qū)排除能量 電弧的電能轉(zhuǎn)換成熱能 (3) 熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性

30、 純SF6氣體，熱穩(wěn)定性較高，500 時(shí)仍不會(huì)分解。 SF6與某些絕緣物(如硅樹(shù)脂)接觸時(shí)，160 200 時(shí)就分解。 IEC推薦SF6的最高使用溫度為180 C C C C (4) 氣體狀態(tài)參數(shù)氣體狀態(tài)參數(shù) 理想氣體的狀態(tài)方程 2 3 33 56.2(1) 74.9(1 0.727 10) 2.51 10(1 0.846 10) pTBA A B pRT 式中，p為氣壓， 為密度，R為氣體常數(shù)，T為絕對(duì)溫度。 準(zhǔn)確實(shí)用的SF6氣體的狀態(tài)方程 (5) 缺陷缺陷 酸蝕性、部分分解物有毒 642 SF +CuSF +CuF 4242 SF +SiOSiF +SO 4.2 SF6氣體在電器中的應(yīng)用氣

31、體在電器中的應(yīng)用 4.2.1 GIS GISGas Insulated Switchgear，將除變壓器以外的其他電氣設(shè)備全部封閉 在接地金屬外殼內(nèi)的氣體絕緣變電站。 GIS構(gòu)件：包括斷路器CB、電流互感器CT、電壓互感器VT、避雷器AR、 隔離開(kāi)關(guān)DS、接地開(kāi)關(guān)ES、母線M等設(shè)備。 圖圖4-1 氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備(GIS) 圖圖4-2 滅弧室結(jié)構(gòu)圖滅弧室結(jié)構(gòu)圖 1.靜弧觸頭靜弧觸頭 2.靜主觸頭靜主觸頭 3.噴口噴口 4.動(dòng)弧觸頭動(dòng)弧觸頭 5.動(dòng)主觸頭動(dòng)主觸頭 6.壓氣缸壓氣缸 4.2.2 斷路器 圖圖4-3 罐式斷路器罐式斷路器 圖圖4-4 SF6斷路器斷路器

32、 4.3 均勻及稍不均勻電場(chǎng)中均勻及稍不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿的擊穿 4.3.1 SF6氣體介電強(qiáng)度高的原因氣體介電強(qiáng)度高的原因 負(fù)電性、分子直徑大、極化負(fù)電性、分子直徑大、極化 4.3.2 SF6的電子電離系數(shù)和附著系數(shù)的電子電離系數(shù)和附著系數(shù) 空氣 SF6 0 exp x ndx 0 exp() x ndx 4.3.3 自持放電條件和巴申定律自持放電條件和巴申定律 0.5 885 b E pd ppd 式中，Eb為擊穿場(chǎng)強(qiáng)，p為氣壓，d為間隙距離。 4.3.4 電極表面狀態(tài)和導(dǎo)電微粒的影響電極表面狀態(tài)和導(dǎo)電微粒的影響 電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí)電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí) 圖4-5中，U=1kV，d=1

33、0mm。場(chǎng)強(qiáng)增大了20%。 圖圖4-5 電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng)電極表面有導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng) 間隙中存在導(dǎo)電微粒時(shí)：間隙中存在導(dǎo)電微粒時(shí)：(1)導(dǎo)電微粒附在電極表面 (2)導(dǎo)電微粒帶有懸浮電位 圖4-6中，U=1kV，d=10mm。場(chǎng)強(qiáng)增大了210%。 圖圖4-6 空間有帶導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng)空間有帶導(dǎo)電微粒時(shí)的電場(chǎng) 措施措施 表面粗糙度要求表面粗糙度要求 帶電體表面6.3m 地電位殼體內(nèi)表面50m 砂磨后的電極表面用百潔布拋光砂磨后的電極表面用百潔布拋光 凈化效應(yīng)凈化效應(yīng) 4.3.5 SF6擊穿電壓的概率分布和面積效應(yīng)擊穿電壓的概率分布和面積效應(yīng) 概率分布概率分布 貢貝爾分布 面積效應(yīng)面積效應(yīng)

34、4.3.6 稍不均勻電場(chǎng)中稍不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿的擊穿 同軸圓柱同軸圓柱 ln(/ ) U E rR r 式中，R、r分別為外徑和內(nèi)徑。 同心球同心球 () RU E r Rr 式中，R、r分別為外徑和內(nèi)徑。 極性效應(yīng)極性效應(yīng) 圖圖4-7 鐵心罩殼鐵心罩殼 4.3.7 SF6氣體間隙絕緣的工程計(jì)算氣體間隙絕緣的工程計(jì)算 絕緣利用系數(shù)絕緣利用系數(shù) max 1 av E fE 式中，f為不均勻系數(shù)。 擊穿電壓擊穿電壓 電極曲率系數(shù) 電極表面粗糙度系數(shù) 4.4 極不均勻電場(chǎng)中極不均勻電場(chǎng)中SF6氣體的擊穿氣體的擊穿 4.4.1 極不均勻電場(chǎng)極不均勻電場(chǎng) 極不均勻電場(chǎng)與稍不均勻電場(chǎng)的區(qū)分極不均勻電

35、場(chǎng)與稍不均勻電場(chǎng)的區(qū)分 通過(guò)基本概念區(qū)分不均勻系數(shù) 通過(guò)物理現(xiàn)象區(qū)分局部放電 4.4.2 極不均勻電場(chǎng)中極不均勻電場(chǎng)中SF6的擊穿的擊穿 擊穿電壓較低的原因：擊穿電壓較低的原因： (1)電暈放電起始電壓較低 (2)電極周?chē)灰仔纬删鶆蚩臻g電荷層 4.5 SF6氣體的沖擊擊穿特性氣體的沖擊擊穿特性 4.5.1 放電時(shí)延放電時(shí)延 4.5.2 伏秒特性伏秒特性 4.5.3 沖擊系數(shù)沖擊系數(shù) 4.6 SF6氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電氣體中沿固體介質(zhì)表面的放電 4.6.1 固體氣體介質(zhì)分界面傾角對(duì)閃絡(luò)電壓的影響固體氣體介質(zhì)分界面傾角對(duì)閃絡(luò)電壓的影響 在不同介質(zhì)交界面上，滿足： 12 n(EE )0 12

36、 n (DD ) 式中，n為交界面的法向單位矢量；E1、E2為電場(chǎng)強(qiáng)度；D1、D2為電位移； 為交界面上的面電荷密度。 在= 0時(shí)，有： 12tt EE 1122nn EE 式中，E1t、E2t為場(chǎng)強(qiáng)的切向分量；E1n、E2n為場(chǎng)強(qiáng)的法向分量。 22 111 22 1 211 2 () tn tn EEE EEE 1212 1212 1212 EE EE EE 可見(jiàn) 4.6.2 固體介質(zhì)表面粗糙度和表面狀態(tài)對(duì)閃絡(luò)電壓的影響固體介質(zhì)表面粗糙度和表面狀態(tài)對(duì)閃絡(luò)電壓的影響 表面粗糙度表面粗糙度: 用于描述固體介質(zhì)表面的光滑程度，數(shù)值有0.8m、1.6m、 3.2m等。 維持表面狀況良好的措施維持表面

37、狀況良好的措施: 防止表面臟污、受潮 選用耐腐蝕性強(qiáng)的材料 清潔，密封 4.6.3 SF6沿面絕緣的工程計(jì)算沿面絕緣的工程計(jì)算 閃絡(luò)電壓 閃絡(luò)場(chǎng)強(qiáng) 4.7 含含SF6的混合氣體的混合氣體 為什么要將SF6氣體與其他氣體混合？ 5.1 液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗液體、固體電介質(zhì)的極化、電導(dǎo)與損耗 5.1.1 電介質(zhì)的極性和分類(lèi) 偶極子 偶極矩 離子鍵 共價(jià)鍵 極性分子：具有極性共價(jià)鍵且結(jié)構(gòu)不對(duì)稱的分子 非極性分子：具有非極性共價(jià)鍵的分子或具有極性共價(jià)鍵且結(jié)構(gòu)對(duì)稱的分子 極性電介質(zhì) 非極性電介質(zhì) 5. 液體和固體電介質(zhì)的電氣性能液體和固體電介質(zhì)的電氣性能 看看自己是否完全做到了以下看看自己

38、是否完全做到了以下4條？條？ 沒(méi)有預(yù)習(xí)課程內(nèi)容沒(méi)有預(yù)習(xí)課程內(nèi)容 沒(méi)有復(fù)習(xí)課程內(nèi)容沒(méi)有復(fù)習(xí)課程內(nèi)容 沒(méi)有集中注意力上課沒(méi)有集中注意力上課 上課打開(kāi)教材，下課合上，直到下節(jié)課再重復(fù)該過(guò)程上課打開(kāi)教材，下課合上，直到下節(jié)課再重復(fù)該過(guò)程 原因和解釋原因和解釋 1. 講得不好 2. 為什么要學(xué) 3. 沒(méi)有時(shí)間學(xué)習(xí) 4. 晚飯?jiān)谀睦?5. 晚上還有個(gè)約會(huì) 6. 電視劇的劇情如何發(fā)展 7. 教室太冷 8. 。 5.1.2 電介質(zhì)的極化電介質(zhì)的極化 相對(duì)介電常數(shù) 極化率 洛侖茲電場(chǎng) 點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng) 2 0 1 4 q Er r 偶極子產(chǎn)生的電場(chǎng) 223/2 0 1 4(/4) ql E rl 表表5-1 極

39、化的類(lèi)型極化的類(lèi)型 極化的類(lèi)型極化的類(lèi)型特點(diǎn)特點(diǎn) 電子式極化形成極化所需的時(shí)間極短；無(wú)損耗 離子式極化形成極化所需的時(shí)間很短；幾乎無(wú)損耗 偶極子極化形成極化所需的時(shí)間較長(zhǎng)；有損耗 夾層介質(zhì)界面極化過(guò)程緩慢；有損耗 空間電荷極化過(guò)程緩慢；有損耗 極化的類(lèi)型極化的類(lèi)型 討論電介質(zhì)極化的意義討論電介質(zhì)極化的意義 絕緣材料的選用 絕緣材料的配合 介質(zhì)損耗 試驗(yàn)判斷 5.1.3 電介質(zhì)的電導(dǎo)電介質(zhì)的電導(dǎo) 固體電介質(zhì)固體電介質(zhì) 吸收電流 泄漏電流 體積電阻：反映固體介質(zhì)內(nèi)部的絕緣 表面電阻：反映固體介質(zhì)表面的絕緣 固體電介質(zhì)的電導(dǎo)固體電介質(zhì)的電導(dǎo) 體積電導(dǎo) 帶電粒子的來(lái)源 帶電粒子的產(chǎn)生原因 表面電導(dǎo) 帶

40、電粒子的來(lái)源 液體電介質(zhì)的電導(dǎo)液體電介質(zhì)的電導(dǎo) 低電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū) 帶電粒子的來(lái)源 高電場(chǎng)電導(dǎo)區(qū) 帶電粒子的來(lái)源 分析電介質(zhì)電導(dǎo)的意義分析電介質(zhì)電導(dǎo)的意義 絕緣試驗(yàn) 絕緣材料的配合使用 5.1.4 電介質(zhì)的能量損耗電介質(zhì)的能量損耗 介質(zhì)損耗：電導(dǎo)損耗和極化損耗 介質(zhì)等效電路 介質(zhì)損耗角正切 并聯(lián)等值電路 串聯(lián)等值電路 液體電介質(zhì)損耗 中性或弱極性介質(zhì)損耗 極性介質(zhì)損耗 固體電介質(zhì)損耗 分子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗 離子式結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗 不均勻結(jié)構(gòu)介質(zhì)的損耗 分析介質(zhì)損耗的意義分析介質(zhì)損耗的意義 絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 5.2 液體電介質(zhì)的擊穿液體電介質(zhì)的擊穿 5.2.1 擊穿理論擊穿理論 電擊穿理論

41、電子碰撞 氣泡擊穿理論 氣泡放電 工程液體介質(zhì)的擊穿 雜質(zhì)小橋- 氣體小橋- 擊穿 5.2.2 擊穿電壓擊穿電壓 棒-棒結(jié)構(gòu) 棒-板結(jié)構(gòu) 球-板結(jié)構(gòu) 5.2.3 影響因素及措施影響因素及措施 影響因素 雜質(zhì) 溫度 電壓作用時(shí)間 電場(chǎng)均勻程度 壓力 防范措施：過(guò)濾、防潮、祛氣、油固介質(zhì)組合、防塵 圖圖5-1 濾油機(jī)濾油機(jī) 5.2.4 油中沿面放電油中沿面放電 弱垂直分量電場(chǎng) 強(qiáng)垂直分量電場(chǎng) 滑閃放電 5.3 固體電介質(zhì)的擊穿固體電介質(zhì)的擊穿 5.3.1 擊穿理論擊穿理論 電擊穿理論 碰撞電離 熱擊穿理論 T P dtKAdtc m d 式中，P為電介質(zhì)損耗功率；KT為綜合散熱系數(shù)；A為散熱面積；

42、c為比熱； m為質(zhì)量； 為溫升。 能量平衡方程 電化學(xué)擊穿理論電化學(xué)擊穿理論 長(zhǎng)時(shí)間擊穿電壓 局部放電：發(fā)生在電極之間，但并未貫通的放電。這種放電可以 在導(dǎo)體附近發(fā)生，也可以不在導(dǎo)體附近發(fā)生。 局部放電引起介質(zhì)劣化損傷的途徑 撞擊 熱 氧化 局部放電局部放電 脈沖特性 真實(shí)放電量 從放電氣隙的角度分析 視在放電量 從電源的角度分析 放電能量 放電重復(fù)率 測(cè)量局部放電的意義：測(cè)量局部放電的意義： 局部放電水平是反映電力設(shè)備絕緣狀態(tài)的一個(gè)重要參數(shù)，對(duì)電力設(shè)備絕緣狀態(tài)進(jìn)行在 線監(jiān)測(cè)是對(duì)其進(jìn)行維修的基礎(chǔ)。以變壓器為例，局部放電特性是衡量電力變壓器絕緣 系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)，110kV以上的電力變壓器，在

43、出廠試驗(yàn)中每臺(tái)都要做局部放電 試驗(yàn)。變壓器在安裝后、交接試驗(yàn)中以及運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)油中含氣量超標(biāo)時(shí)，一般也要做 局部放電試驗(yàn)。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)變壓器的局部放電，可以即時(shí)反映設(shè)備的絕緣狀態(tài)并采 取相應(yīng)的措施，從而提高電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，有效防止非計(jì)劃停電帶來(lái)的重大損失。 圖圖5-2 局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)局部放電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 在每相高壓側(cè)高壓套管底座及套管末屏接地線上各裝一寬帶磁芯式電流傳感器，系統(tǒng)通 過(guò)軟件對(duì)該兩路傳感器脈沖信號(hào)的極性進(jìn)行識(shí)別，若檢測(cè)到兩路信號(hào)極性相同則判定為干 擾信號(hào)；如果極性相反則判定為局放信號(hào)。利用預(yù)處理后的高壓側(cè)電壓互感器(PT)信號(hào)觸 發(fā)系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，以獲得放電發(fā)生的相

44、位信息。根據(jù)脈沖電流及放電發(fā)生相位的豐富信息 ，可以得到各種放電譜圖及在選定時(shí)期中放電發(fā)展的趨勢(shì)圖，為絕緣診斷提供依據(jù)。 樹(shù)枝化放電劣化 漏電痕跡 5.3.2 影響因素影響因素 電壓作用時(shí)間 溫度 電場(chǎng)均勻程度 電壓的種類(lèi) 累積效應(yīng) 受潮 機(jī)械負(fù)荷 5.4 電介質(zhì)的其他性能電介質(zhì)的其他性能 熱性能熱性能 耐熱性 耐熱等級(jí) 耐寒性 機(jī)械性能機(jī)械性能 脆性材料- 材料受力后沒(méi)有明顯的塑性變形而發(fā)生斷裂破壞 塑性材料- 應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，有明顯的屈服現(xiàn)象，并產(chǎn)生顯著的塑性變形 彈性材料 吸潮性能 化學(xué)性能及抗生物特性 6.1.1 按照用途分類(lèi)按照用途分類(lèi) 并聯(lián)電容器并聯(lián)電容器 通常需與串聯(lián)電抗器串

45、接，以抑制電容器回路投入時(shí)的沖擊電流。 串聯(lián)電容器串聯(lián)電容器 6. 電力電容器和電力電纜絕緣電力電容器和電力電纜絕緣 6.1 電力電容器電力電容器 耦合式電容器及電容式電壓互感器耦合式電容器及電容式電壓互感器 載波通訊-電力線載波是利用電力線作傳輸媒介的載波通信，不需另外架設(shè)通信 線路。電力線結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，作為通信媒介使用可靠性很高。電力線載波通信是電力 部門(mén)特有的一種通信方式，特別適用于以電力系統(tǒng)各發(fā)電廠、變電所和開(kāi)關(guān)站為 對(duì)象的電力系統(tǒng)調(diào)度電話、遠(yuǎn)動(dòng)，及在被保護(hù)的電力線路兩端間傳送保護(hù)信號(hào)的 遠(yuǎn)方保護(hù)系統(tǒng)。 脈沖電容器脈沖電容器 圖圖6-1 全密封集合式并聯(lián)電容器全密封集合式并聯(lián)電容器 全密封

46、集合式并聯(lián)電容器：全密封集合式并聯(lián)電容器：主要用于工頻50Hz 或 60Hz，額定電壓6kV、10kV 、及 35kV的交流電力系統(tǒng)中用來(lái)提高功率因數(shù)、改善電網(wǎng)質(zhì)量、降低線路損耗，充分發(fā) 揮輸變電設(shè)備效能。 構(gòu)成：構(gòu)成：由電容器單元組成的器身、波紋油箱、絕緣冷卻油、出線套管、支持絕緣子 、壓力釋放閥及溫度控制器等部件構(gòu)成。 高壓并聯(lián)電容器成套裝置高壓并聯(lián)電容器成套裝置 由集合式并聯(lián)電容器和高壓真空或六氟化硫斷路器、串聯(lián)電抗器、氧化鋅避雷器及 放電線圈等設(shè)備組成的高壓并聯(lián)電容器成套裝置，具有裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、容 量大、占地省、安裝使用方便的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)品為全戶外式，從而大幅度節(jié)省了基建費(fèi) 用，具

47、有良好的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。 比特性比特性 儲(chǔ)能因數(shù)儲(chǔ)能因數(shù) 6.1.2 電容器采用的介質(zhì)電容器采用的介質(zhì) 對(duì)介質(zhì)的要求：(1)電氣性能-介電強(qiáng)度高， 大， 小； (2)理化性能凝固點(diǎn)低、無(wú)毒、不燃； (3)工藝性來(lái)源廣泛、處理工藝簡(jiǎn)單 液體介質(zhì) 固體介質(zhì) r tg 組合絕緣 油紙串聯(lián)電路 油 紙 X R X C S C S R (1) X X s s XS XS A C xd A C x d CCA C CCd () XXX SSS XS SX XS tgC R tgC Rtg CC tgRR CC 公式(7-9) gsg d in s U E d 6.2 電力電纜電力電纜 6.2.1 導(dǎo)電線芯

48、及護(hù)層導(dǎo)電線芯及護(hù)層 6.2.2 絕緣材料及結(jié)構(gòu)絕緣材料及結(jié)構(gòu) 紙絕緣電纜 橡皮及塑料電纜 交聯(lián)聚乙烯交聯(lián)聚乙烯 1997年，瑞典ABB公司制造出一種新型干式電力變壓器電纜繞組變壓器。該類(lèi)變 壓器的新穎之處，在于其絕緣全部由交聯(lián)聚乙烯(XLPE)組成，即線圈是用同軸電纜絕緣 取代傳統(tǒng)的油紙絕緣，而且每層繞組電纜外面的半導(dǎo)電層接地，該半導(dǎo)電層可以有效削 弱局部放電(或電暈)和提高變壓器的安全性。由于其結(jié)構(gòu)上的固有特點(diǎn)，因此與傳統(tǒng)油 浸式變壓器比較有許多特點(diǎn)，也提出了一些亟待解決的問(wèn)題。 圖圖6-2 電纜繞組變壓器電纜繞組變壓器 1-風(fēng)扇；風(fēng)扇；2-XLPE電纜組成的線圈；電纜組成的線圈；3-連接

49、至變壓器終端的電纜連接至變壓器終端的電纜 4-密閉盒；密閉盒；5-變壓器終端；變壓器終端；6-鐵心鐵心 (a) XLPE 半 導(dǎo) 電 層 銅絞導(dǎo)線 (b) 圖圖6-3 電纜線圈電纜線圈 (a) 線圈模型示意；線圈模型示意； (b) 電纜剖面電纜剖面 6.2.3 電場(chǎng)分布及其改善電場(chǎng)分布及其改善 6.2.4 電纜接頭盒電纜接頭盒 套管：套管：將載流導(dǎo)體穿過(guò)與其電位不同的金屬箱殼或墻壁 滑閃放電起始電壓滑閃放電起始電壓 起始電暈電壓起始電暈電壓 7. 高壓套管和高壓互感器絕緣高壓套管和高壓互感器絕緣 7.1 高壓套管高壓套管 穿墻套管：主要用于引導(dǎo)高壓載流導(dǎo)線穿過(guò)建筑物地板、樓板或屋面，從 而使載

50、流導(dǎo)線對(duì)地或墻板絕緣。 圖圖7-1油紙電容式穿墻套管油紙電容式穿墻套管 充油套管 單個(gè)油隙 多個(gè)油隙 電容式套管 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 強(qiáng)場(chǎng)選擇 設(shè)計(jì)原理 本周計(jì)劃：本周計(jì)劃：1. 2. 12月月6日日 (周一周一) 1. 最重要的事最重要的事3. 緊急不重要的事緊急不重要的事 2. 重要且緊急的事重要且緊急的事4. 不重要不緊急的事不重要不緊急的事 71. 3 24 81. 3 2.4 91. 3 2.4 101.3 24 1113 24 121.3 2.4 有效的時(shí)間管理有效的時(shí)間管理 有限的時(shí)間有限的時(shí)間 最重要最重要 重要且緊急重要且緊急 緊急不重要緊急不重要不緊急不重要不緊急不重要 7.2 高壓

51、電流互感器絕緣高壓電流互感器絕緣 電流互感器電流互感器 專門(mén)用作變換電流的特種變壓器，互感器的一種繞組與電力線路相聯(lián)，互感器 的二次繞組外部回路接有測(cè)量?jī)x器、儀表或繼電保護(hù)、自動(dòng)控制裝置。根據(jù)電 壓等級(jí)的不同，電流互感器的一、二次繞組之間設(shè)置有足夠的絕緣。 圖圖7-2 倒置式電流互感器倒置式電流互感器 場(chǎng)強(qiáng)的選用原則場(chǎng)強(qiáng)的選用原則 計(jì)算步驟計(jì)算步驟 確定電容屏數(shù) 確定電容屏尺寸 場(chǎng)強(qiáng)校核 8.電力變壓器絕緣電力變壓器絕緣 8.1 工作條件工作條件 8.1.1 分類(lèi)分類(lèi) 油浸變壓器：油浸紙絕緣 主絕緣 縱絕緣 圖圖8-1 油浸變壓器油浸變壓器 干式變壓器：指變壓器的鐵芯和線圈不浸在絕緣液體中的變

52、壓器類(lèi)型。它的絕緣介 質(zhì)、散熱介質(zhì)是固體及空氣。 變壓器的壽命：指變壓器的絕緣系統(tǒng)因?yàn)槭軣崂匣テ浣^緣性能而經(jīng)歷的時(shí)間 。按照變壓器絕緣材料的耐熱等級(jí)可有如下劃分： 溫度等級(jí)B級(jí)F級(jí)H級(jí)C級(jí) 平均溫升(K)80100125150 最大環(huán)境溫度()40404040 最高溫度()130155185220 性能指標(biāo)差一般好最好 B級(jí)絕緣級(jí)絕緣產(chǎn)品屬于早期制造的產(chǎn)品，性能指標(biāo)差，無(wú)法滿足現(xiàn)代化供電的要求。 F級(jí)產(chǎn)品級(jí)產(chǎn)品相對(duì)性能較好，易于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，其主要代表為F級(jí)薄絕緣環(huán)氧樹(shù)脂真空澆 注型產(chǎn)品。我國(guó)在八十年代末、九十年代初大量引進(jìn)這種生產(chǎn)技術(shù)，目前國(guó)內(nèi)使用 的大多是這類(lèi)干式變壓器。 圖圖8-2

53、環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器環(huán)氧樹(shù)脂澆注干式變壓器 H級(jí)絕緣的產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)為九十年代的新技術(shù)，處于世界領(lǐng)先水平，目前在美國(guó)等發(fā) 達(dá)國(guó)家廣泛應(yīng)用，在美國(guó)這類(lèi)產(chǎn)品約占干變市場(chǎng)的70%。雖然國(guó)內(nèi)起步較晚，但其 有突出的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性，已廣泛引起重視。 圖圖8-3 H級(jí)絕緣干式變壓器級(jí)絕緣干式變壓器 SF6氣體絕緣變壓器：氣體絕緣變壓器無(wú)油，不易燃燒，防爆。 圖圖8-4 氣體絕緣氣體絕緣50MVA/110kV變壓器變壓器 電纜繞組變壓器電纜繞組變壓器 利用XLPE電力電纜的優(yōu)良絕緣性能，省卻了傳統(tǒng)油浸變壓器的絕緣油和相應(yīng)的油 箱，具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1) 安全性安全性 采用易燃材料的數(shù)量遠(yuǎn)少于常規(guī)

54、變壓器，所用材料的易燃性也遠(yuǎn)低于 常規(guī)變壓器；并且用固體絕緣代替液體絕緣可降低事故的嚴(yán)重程度。 2) 可靠性可靠性 電纜繞組變壓器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、部件少以及所使用的XLPE絕緣在電、力、 熱等諸多方面的優(yōu)點(diǎn)，故較常規(guī)變壓器發(fā)生故障的概率低、可靠性高。 3) 損耗損耗 漏磁產(chǎn)生的雜散損耗很小，導(dǎo)線很細(xì)且為束絞絕緣，使得附加損耗很小 ，故其總負(fù)載損耗比油浸式變壓器小很多。 4) 過(guò)載能力過(guò)載能力 設(shè)計(jì)的溫度上限為90C，連續(xù)負(fù)載的溫度為70C。在此溫度范圍內(nèi)的 XLPE電纜的老化幾乎可忽略不計(jì)，即變壓器可在其最高溫度下運(yùn)行而幾乎無(wú)壽命 損失。 5) 抗短路能力抗短路能力 在正常運(yùn)行中，電纜截面的負(fù)荷實(shí)際

55、上是繞組的自重，通常小于2 3kN/m，故繞組能耐受?chē)?yán)重的短路。試驗(yàn)結(jié)果表明，線匝具有很強(qiáng)的耐受短路能 力。 6) 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù) 固體絕緣避免了絕緣油滲漏對(duì)環(huán)境的污染，變壓器本體在退役后可 完全分離，有機(jī)材料可焚化，金屬材料可再回收。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：省卻了變壓器油絕緣介質(zhì)后，其散熱成為該類(lèi)變壓器的突出問(wèn)題。 圖圖8-5 電纜繞組變壓器電纜繞組變壓器 1-風(fēng)扇；2-XLPE電纜組成的線圈；3-連接至變壓器終端的電纜 4-密閉盒；5-變壓器終端；6-鐵心 8.1.2 對(duì)絕緣材料的性能要求對(duì)絕緣材料的性能要求 電氣性能 機(jī)械性能 熱性能 其他性能 8.2 高壓繞組結(jié)構(gòu)及絕緣特性高壓繞組結(jié)構(gòu)及絕緣特

56、性 8.2.1 繞組結(jié)構(gòu)繞組結(jié)構(gòu) 餅式-連續(xù)式、糾結(jié)式 圓筒式 8.2.2 油浸式變壓器絕緣油浸式變壓器絕緣 變壓器油 老化的原因：熱老化、電老化 絕緣紙 電纜紙 電話紙 皺紋紙 NOMEX紙 高壓電力設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生局放、過(guò)熱、燒傷甚至起火燒毀等故障。設(shè)備 中局部溫度過(guò)高，而絕緣材料耐熱等級(jí)偏低以及防潮性能不強(qiáng)是產(chǎn)生故障的主要原因 。所以需要改善電力設(shè)備的溫度分布，提高絕緣材料耐熱等級(jí) 。 目前NOMEX絕緣紙已經(jīng)在干式變壓器中獲得了成功應(yīng)用。NOMEX紙是由美國(guó)杜 邦公司發(fā)明的高品質(zhì)的絕緣材料，NOMEX是一種芳香族聚酰胺。它具有以下優(yōu)點(diǎn)： (1)電氣性能突出，在250C 時(shí)仍具有很高的表面電阻率和體積電阻率，工頻擊穿 電壓達(dá)到35kV/mm，沿面放電起始電壓也很高； (2)優(yōu)良的機(jī)械性能，具有很強(qiáng)的抗撕拉強(qiáng)度、良好的耐磨性和韌性； (3)良好的防潮性能，這對(duì)露天運(yùn)行的電力設(shè)備尤其重要； (4)耐熱等級(jí)達(dá)到C級(jí)，可長(zhǎng)期穩(wěn)定地在220 C下安全工作； (5)NOMEX紙可以降解處理，符合環(huán)保要求。 (6)同時(shí)NOMEX紙具有優(yōu)良的阻燃性，安全性好。 油紙絕緣 油-屏障絕緣 8.2.3 干式變壓器絕緣干式變壓器絕緣 浸漬型 樹(shù)脂型 8.3 主絕緣主絕緣