絕緣的非破壞性試驗(yàn)

1、高電壓工程系高電壓工程系劉春劉春第1010講講 絕緣的非破壞性試驗(yàn)（二）絕緣的非破壞性試驗(yàn)（二）與破壞性試驗(yàn)（一）與破壞性試驗(yàn)（一）一、局部放電局部放電-局放局放1. 局部放電的概念：局部放電的概念： Partial Discharge,Partial Discharge,簡(jiǎn)稱為簡(jiǎn)稱為PD: PD: 由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣存在弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象。2. 局部放電的危害：局部放電的危害： 局部放電發(fā)生在一個(gè)或幾個(gè)絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中。由于放電能量很小，不影響電氣設(shè)備的短時(shí)絕緣強(qiáng)度。局放產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以慢慢地

2、損壞絕緣，最后可導(dǎo)致整個(gè)絕緣被擊穿，發(fā)生突發(fā)性故障。4.3 4.3 局部放電測(cè)量局部放電測(cè)量3.局部放電的特點(diǎn)： 當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)，伴隨著發(fā)生許多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學(xué)變化、氣體壓力的變化和化學(xué)變化. .4.局部放電的檢測(cè)： 這些現(xiàn)象都可以用來(lái)判斷局部放電是否存在，因此檢測(cè)方法也可以分為電的和非電的兩類。5.5.測(cè)量局部放電的幾種方法測(cè)量局部放電的幾種方法絕緣油

3、的氣相色譜分析法：這項(xiàng)試驗(yàn)是通過(guò)檢查電氣設(shè)備油樣內(nèi)所含的氣體組成的含量來(lái)判斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷。超聲波探測(cè)法：在電氣設(shè)備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測(cè)器，用以探測(cè)局部放電所造成的超聲波，從而了解有無(wú)局部放電的發(fā)生，粗測(cè)其強(qiáng)度和發(fā)生的部位。脈沖電流法：測(cè)PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強(qiáng)弱程度，這種方法可以給出定量的結(jié)果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標(biāo)。二、二、 局部放電的基本物理過(guò)程局部放電的基本物理過(guò)程局部放電的三電容模型局部放電的三電容模型Cg：氣泡的電容Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容Ca：其余大部分絕緣的電容 u局部放電機(jī)理 首次放電過(guò)程 氣泡兩端電壓ug隨外加電

4、壓u的升高而升高；當(dāng)u上升到Us時(shí)，ug到達(dá)氣泡的放電電壓Ug時(shí)，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug 下降到Ur，然后放電熄滅。 Ur叫做殘余電壓，數(shù)值上它小于Ug（絕對(duì)值），可以接近為零值。局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化 tUCCCCCuCumbgbbgbgsin單次放電過(guò)程持續(xù)時(shí)單次放電過(guò)程持續(xù)時(shí)間約間約10-8s數(shù)量級(jí)，含數(shù)量級(jí)，含有較多高頻成分。有較多高頻成分。局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化 局部放電時(shí)氣隙中的電壓和電流的變化放電火花一熄滅，Cg兩端的電壓將再次上升，由于此時(shí)Cg已經(jīng)有了一個(gè)初始的直流電壓Ur 。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢(shì)而上升，當(dāng)它再次升到U

5、g時(shí)，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅 。放電機(jī)理放電機(jī)理當(dāng)氣泡兩端Cg放電時(shí)，放電總電容Cg： Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr真實(shí)放電量真實(shí)放電量當(dāng)Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0時(shí)， qr UgCgbagbgabababaggCCCCCCCCCCCCCC)( babagrgrCCCCCUUq在實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，上式中所表達(dá)的各個(gè)量，都是無(wú)法實(shí)測(cè)的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來(lái)測(cè)量。外施電壓是作用在Ca上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(dòng)(Ug-Ur)時(shí)，會(huì)造成外施電壓的變化外施電壓的變化量量 U（可以測(cè)量）（可以測(cè)量）應(yīng)為babrgCCCUUU由此兩式得總電容

6、上的電壓變化量U： 相應(yīng)的電荷變化量q（視在放電量）視在放電量）： 把U 式代入上式q ，可得 babgagbrCCCCCCCqU)(gbgbaCCCCCUqbgbrCCCqqCqU這個(gè)式子建立了真實(shí)放電量和視在放電量視在放電量之間的關(guān)系之間的關(guān)系真實(shí)放電量：真實(shí)放電量： qr，是無(wú)法測(cè)量的，是無(wú)法測(cè)量的（1）視在放電量：視在放電量： q，其表達(dá)式中的量都是可以測(cè)得的。它是局部放電試驗(yàn)中的重要參量，國(guó)際和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于各類高壓設(shè)備的視在放電量q的允許值均有所規(guī)定q比真實(shí)放電量比真實(shí)放電量qr小得多，小得多，它以pC作為計(jì)量單位。2.2.表征局部放電的重要參數(shù)表征局部放電的重要參數(shù)放電重復(fù)率N

7、（2）放電重復(fù)率放電重復(fù)率N 一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)求得。如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n （3）放電能量放電能量一次脈沖放電能量W當(dāng)外施電壓由零上升到Us時(shí)，Cg上的電壓為Ug，即可得如Ur0，則 。bbgrgrgrCCCUUqUUqW221bgbsgCCCUUgrgsUUUUqW2/2/sUqW放電能量的大小對(duì)電介質(zhì)的老化速度有很大影響。放電能量的大小對(duì)電介質(zhì)的老化速度有很大影響。局部放電的其它表示方法為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流平均放電電流，放電功率放電功率等。有時(shí)還測(cè)量局部放電的起始放電電

8、壓起始放電電壓和熄滅電壓熄滅電壓。影響局部放電特性的多種因素 主要有電壓的幅值 、電壓的波形和頻率、電壓的作用時(shí)間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等。3 3 局部放電測(cè)量的基本回路局部放電測(cè)量的基本回路電檢測(cè)法電檢測(cè)法 發(fā)生局放時(shí)，試品兩端會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)的電發(fā)生局放時(shí)，試品兩端會(huì)出現(xiàn)一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化，在檢測(cè)回路中引起一高頻脈沖電流壓變化，在檢測(cè)回路中引起一高頻脈沖電流，將它轉(zhuǎn)化成電脈沖后就可以進(jìn)行測(cè)量。，將它轉(zhuǎn)化成電脈沖后就可以進(jìn)行測(cè)量。（a）串聯(lián)測(cè)量回路 Ck耦合電容，為耦合電容，為Cx與檢測(cè)與檢測(cè)阻抗阻抗Zm之間提供一個(gè)低阻抗之間提供一個(gè)低阻抗的通道（電源本身由于高頻的通道（電源本身由于高頻感抗

9、而無(wú)法提供），感抗而無(wú)法提供）， Ck內(nèi)部?jī)?nèi)部必須無(wú)局放，值較大以增大必須無(wú)局放，值較大以增大Zm上的信號(hào)；上的信號(hào)；Z低通濾波器，以防局放低通濾波器，以防局放時(shí)放電脈沖被電源的雜散電時(shí)放電脈沖被電源的雜散電容旁路，同時(shí)也可阻止電源容旁路，同時(shí)也可阻止電源本身的干擾脈沖進(jìn)入試品和本身的干擾脈沖進(jìn)入試品和測(cè)量支路測(cè)量支路局放并聯(lián)、橋式測(cè)量回路局放并聯(lián)、橋式測(cè)量回路（b）并聯(lián)測(cè)量回路）并聯(lián)測(cè)量回路 （c）橋式測(cè)量回路）橋式測(cè)量回路適合于試品一端接地的情況適合于試品一端接地的情況外部干擾在外部干擾在Zm和和Zm上的干擾上的干擾信號(hào)基本抵消信號(hào)基本抵消測(cè)量?jī)x器：測(cè)量?jī)x器：示波器，峰值表，脈沖計(jì)數(shù)器示波

10、器，峰值表，脈沖計(jì)數(shù)器對(duì)放電量大小的規(guī)定對(duì)放電量大小的規(guī)定我國(guó)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定我國(guó)試驗(yàn)規(guī)程規(guī)定（1）固體絕緣互感器：電壓為 時(shí)，放電量不大于100pC ， Um為系統(tǒng)最高額定線電壓。 充油互感器：放電量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油紙電容式：不大于20pC膠紙電容式：不大于400pC3/1 . 1mU國(guó)標(biāo)規(guī)定：國(guó)標(biāo)規(guī)定：220kV220kV及以上的電力變壓器必須做及以上的電力變壓器必須做PDPD試驗(yàn)試驗(yàn)電力變壓器PD測(cè)試的加壓過(guò)程 U1為最高額定線電壓UmU2： 或要求在 的U2值下，q300pC或要求在 的U2值下，q500pC3/3 . 1mU3/5 . 1mU3/5 . 1m

11、U3/3 . 1mU4 4 局放測(cè)量中的抗干擾措施局放測(cè)量中的抗干擾措施 電磁干擾來(lái)源（1）與局放信號(hào)一起通過(guò)電流傳感器進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的干擾（2）監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的干擾 干擾類別（1）周期型干擾周期型干擾：系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無(wú)線電通訊等（2）脈沖型干擾脈沖型干擾：電力電子器件產(chǎn)生的高頻涌流、脈沖型干擾和高壓線路上的電暈放電、電弧放電等（3）白噪聲白噪聲：線圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動(dòng)力電源線以及變壓器繼電保護(hù)信號(hào)線路中耦合進(jìn)入的各種噪聲等。干擾的抑制干擾的抑制 。 可從以下幾方面區(qū)分局放信號(hào)和干擾信號(hào)；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號(hào)極性、重復(fù)率和物理位置等。 試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采

12、用試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)暈設(shè)備無(wú)暈設(shè)備，特別是試驗(yàn)變壓，特別是試驗(yàn)變壓器和耦合電容器和耦合電容Ck。濾波器的性能要好，要做到電源與測(cè)量回路的高頻隔離。濾波器的性能要好，要做到電源與測(cè)量回路的高頻隔離。試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)，測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)， 耦合電容要盡量不小于試品耦合電容要盡量不小于試品電容電容Cx，使得在局部放電時(shí)，使得在局部放電時(shí)Cx與與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。4.4 4.4 絕緣油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析絕緣

13、油的電氣試驗(yàn)和氣相色譜分析一、一、絕緣油絕緣劣化原因絕緣油絕緣劣化原因氧化氧化裂解裂解碳化碳化二、油中溶解氣體與故障類型關(guān)系二、油中溶解氣體與故障類型關(guān)系故障類型故障類型主要?dú)怏w成分主要?dú)怏w成分次要?dú)怏w成分次要?dú)怏w成分油過(guò)熱CH4、C2H2H2、C2H6油和紙過(guò)熱CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油紙絕緣中的局放H2、CH4、C2H4COC2H2、C2H6、CO2油中火花放電H2、C2H2電弧放電H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和紙中電弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H623三、氣相色譜分析三、氣相色譜分析油樣采集 脫氣 樣品檢測(cè) 結(jié)果判斷24氣相色譜分

14、析氣相色譜分析四比值法：四比值法： CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三比值法：三比值法： CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H42522426242HCHCHCCHH三比值法的局限性三比值法的局限性當(dāng)多種故障同時(shí)存在時(shí)容易誤判當(dāng)多種故障同時(shí)存在時(shí)容易誤判264.5 4.5 絕緣的在線監(jiān)測(cè)絕緣的在線監(jiān)測(cè)27針對(duì)設(shè)備性針對(duì)設(shè)備性能特點(diǎn)選擇能特點(diǎn)選擇年時(shí)信號(hào)采年時(shí)信號(hào)采集方式集方式信號(hào)預(yù)處理、信號(hào)預(yù)處理、顯示及報(bào)警顯示及報(bào)警專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu) - -分層式分層式4.5.1 4.5.1 tgtg的在線監(jiān)測(cè)的在線監(jiān)測(cè)l數(shù)字測(cè)量法數(shù)字測(cè)量法29l 電橋法電橋法4.5.2 4.5.2 局部放電的在線監(jiān)測(cè)局部放電的在線監(jiān)測(cè)u脈沖電流法u超聲波法u甚高頻法304.5.3 4.5.3 絕緣材料溫度的測(cè)量絕緣材料溫度的測(cè)量u接觸式傳感器 熱敏式電阻傳感器 -熱電偶u非接觸式紅