第10講：絕緣性能測試

1、高電壓工程系李黎回顧回顧第二篇：（1）非破壞性絕緣實驗u絕緣電阻測試n絕緣電阻n吸收比n搖表的使用n泄漏電流測量微安表u介損正切的測量n設備：西林電橋n倒相法原理23現(xiàn)場的試品：現(xiàn)場的試品：難以實現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴重兩次測量法（倒相法）：兩次測量法（倒相法）：第一次測得tg1和Cx，然后倒換試驗變壓器原邊電源線的兩頭(試驗電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計算得準確的tg和Cx值：西林電橋的基本回路 （2)2)倒相法倒相法tg212112CCtgCtgCtg 221CCC4倒相法原理倒相法原理損耗電流矢量分別在x軸和y軸進行投影：tantancxrcxIC UIIC

2、 U倒相法原理倒相法原理utg是很小的值，因此近似有：u代入相關(guān)值：5121222rrrcccIIIIII112212112212() / 2/() / 2() / ()rcxxxxxxxxItgIC UtgC UtgC UC UC tgCtgCC1212x1x22()/ 2Cx = (C +C)/ 2cccxxxIIICC UC U又由，即故6三、角差測量法三、角差測量法原理：通過直接測量電壓和電流的相位角差來測量tan 方法：同時測量流過標準電容器電流（其相角與流過試品的容性電流的相角一致）和流過試品的電流（全電流），得到二者之間的相角差，從而可以計算tg的數(shù)值。通過數(shù)字處理實現(xiàn)。 有逐步

3、取代平衡法測量的趨勢。角差法介損測量儀（無需調(diào)節(jié)平衡）角差法介損測量儀（無需調(diào)節(jié)平衡）7本次課程本次課程u局部放電的測量n三電容模型n放電過程n視在放電量n測量電路u絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析u絕緣的在線監(jiān)測89局部放電的概念：局部放電的概念：簡稱為PD-Partial Discharge，指由于電氣設備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的重復擊穿和熄滅現(xiàn)象局部放電是電老化的重要原因局部放電是電老化的重要原因局放測量適于顯示局部缺陷，彌補介質(zhì)損局放測量適于顯示局部缺陷，彌補介質(zhì)損耗測量和絕緣電阻測量的不足。耗測量和絕緣電阻測量的不足。4.3 4.3 局部放電測量局部放電測量

4、104.3.1 4.3.1 局部放電的基本物理過程局部放電的基本物理過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 /gbgbuuCCC11局部放電機理：1,放電過程局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化，u是工頻電壓 tUCCCCCuCumbgbbgbgsin/ugug隨外加電壓隨外加電壓u u升高，升高，當當u u上升到上升到UsUs瞬時值，瞬時值，ugug到達到達CgCg的放電電壓的放電電壓UgUg時，時，CgCg氣隙放電。于是氣隙放電。于是CgCg上的電壓一下子從上的電壓一下子從Ug Ug 下降到下降到UrUr，然后放

5、電熄，然后放電熄滅。滅。UrUr叫做殘余電壓，叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也它可以接近為零值，也可以為小于可以為小于UgUg（均絕對（均絕對值）的其它值值）的其它值 氣泡電壓：氣泡電壓：放電過程約放電過程約10-8s數(shù)量級數(shù)量級12局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化 局部放電機理：局部放電機理：2 2，再放電過程，再放電過程放電火花一熄滅，放電火花一熄滅，CgCg上的上的電壓將電壓將再次上升再次上升，由于，由于此時此時CgCg及及CbCb已經(jīng)有了一已經(jīng)有了一個初始的直流電壓，所個初始的直流電壓，所以此后的以此后的ugug 值不能直接值不能直接用原式來表達，用原式來表達，ugug 值與值與上

6、式表達的值在絕對值上式表達的值在絕對值上要小一個（上要小一個（UgUgUrUr）值。值。若外加電壓若外加電壓u u仍在仍在上升半波上升半波，CgCg上的電壓也順勢而上的電壓也順勢而上升，當它再次升到上升，當它再次升到UgUg時，時，CgCg再次放電，電壓再次放電，電壓再次降到再次降到UrUr，放電再次，放電再次熄滅熄滅 bgbsgCCCuu/13局部放電機理：局部放電機理：3 3，反向充電，反向充電局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化 當外部電壓當外部電壓u u進入下降進入下降半波，半波，CgCg上電壓難以充上電壓難以充到到UgUg，因此不會發(fā)生放，因此不會發(fā)生放電；電；隨著隨著u u進入負的半

7、波，進入負的半波，CgCg上的電壓要經(jīng)歷一個上的電壓要經(jīng)歷一個反向充電的過程，直到反向充電的過程，直到達到達到UgUg，重新開始新，重新開始新一次的放電一次的放電14局部放電機理的特征局部放電機理的特征Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r（均絕對值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的時刻，此時通過Cg總有一脈沖電流，從而形成一種鋸齒電流波。局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化 15電路分析：電路分析：當Cg放電時，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：當Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0時， qr UgCgbabaggCCCCCC/babagrgrCCCCCUUq/16

8、在實際試驗時，式中所表達的各個量，都是無法實測得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Ca上的，當Cg上的電壓變動(Ug-Ur)時，會造成外施電壓的變化量U應為babagrgrCCCCCUUq/bargbCCUUCU/17由此兩式得總電容上的電壓變化量U： 令則 bargbCCUUCU/AqUCbabagrgrCCCCCUUq/AgababCCC CCC1rbababgabqUCC CCCCCCrbabqq CCC AqU C 18真實放電量：真實放電量： qr，是無法測量的（1）視在放電量：視在放電量： q，由4-23， q是可以測得的：通過測電壓變化和總試品電容。它

9、是局部放電試驗中的重要參量，國際和國家標準中，對于各類高壓設備的視在放電量q的允許值均有所規(guī)定q比真實放電量比真實放電量qr?。◤亩x可知），小（從定義可知），它以pC作為計量單位。表征局部放電的重要參數(shù)表征局部放電的重要參數(shù)AqU C 19（2）放電重復率放電重復率N：所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復率N，可以通過實驗求得如果每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n 20（3）放電能量放電能量一次脈沖放電能量W當外施電壓由零上升到Us時，Cg上的電壓為Ug，即可得如Ur0，則 brgbgrgrCUUCCqUUqW2/2/bgbsgCCCUU/grgsUUUUqW2/ 2sWq

10、U 放電能量的大小對電介質(zhì)的老化速度有很大影響放電能量的大小對電介質(zhì)的老化速度有很大影響21局部放電的其它表示參數(shù)為了表征局部放電在一定期間內(nèi)的平均綜合效應，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。有時還測量局部放電的起始放電電壓和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、電壓的作用時間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等 局放檢測儀局放檢測儀22234.3.2 4.3.2 局部放電測量的脈沖電流檢測法局部放電測量的脈沖電流檢測法 發(fā)生局放時，試品兩端會出現(xiàn)一個瞬時的電壓變瞬時的電壓變化化，在檢測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行測量。（IE

11、C法）（a）串聯(lián)測量回路 Ck耦合電容，為耦合電容，為Cx與檢測與檢測阻抗阻抗Zm之間提供一個低阻之間提供一個低阻抗的通道（電源本身由于高抗的通道（電源本身由于高頻感抗而無法提供），頻感抗而無法提供）， Ck內(nèi)內(nèi)部必須無局放，值較大以增部必須無局放，值較大以增大大Zm上的信號；上的信號；Z低通濾波器，以防局放低通濾波器，以防局放時放電脈沖被電源的雜散電時放電脈沖被電源的雜散電容旁路，同時也可阻止電源容旁路，同時也可阻止電源本身的干擾脈沖進入試品和本身的干擾脈沖進入試品和測量支路測量支路24（b）并聯(lián)測量回路）并聯(lián)測量回路 （c）橋式測量回路）橋式測量回路適合于試品一端接地的情況適合于試品一端接

12、地的情況外部干擾在外部干擾在Zm和和Zm上的干上的干擾信號基本抵消擾信號基本抵消測量儀器：示波器，峰值表，脈沖計數(shù)器測量儀器：示波器，峰值表，脈沖計數(shù)器檢測結(jié)果標的量是檢測結(jié)果標的量是視在放電量視在放電量25u我國試驗規(guī)程規(guī)定（1）固體絕緣互感器：電壓為 時，放電量不大于100pC 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測量校準測量校準u使用方波發(fā)生器串聯(lián)標準電容器u再與被測試品Cx并聯(lián)u模擬局放26274.3.4 4.3.4 局放測量中的抗干擾措施局放測量中的抗干擾措施 電磁干擾來源（1）與局放信

13、號一起通過電流傳感器進入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾（2）監(jiān)測系統(tǒng)本身的干擾 干擾類別（1）周期型干擾：系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無線電通訊等（2）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：線圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動力電源線以及變壓器繼電保護信號線路中耦合進入的各種噪聲等。28干擾的抑制干擾的抑制 從干擾源、干擾途徑、信號后處理入手 可從以下幾方面區(qū)分局放信號和干擾信號；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號極性、重復率和物理位置等。 1.屏蔽屏蔽2.試驗中所使用的設備應盡量采用無暈設備，特別是試驗變壓器和耦試驗中所使用的設備應盡量采用無暈設備，特別

14、是試驗變壓器和耦合電容合電容Ck。3.濾波器的性能要好，要做到電源與測量回路的高頻隔離。濾波器的性能要好，要做到電源與測量回路的高頻隔離。4.試驗時間應盡量選擇在干擾較小的時段，如夜間等。試驗時間應盡量選擇在干擾較小的時段，如夜間等。5.測量回路的參數(shù)配合要適當，測量回路的參數(shù)配合要適當， 耦合電容要盡量不小于試品電容耦合電容要盡量不小于試品電容Cx，使得在局部放電時使得在局部放電時Cx與與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。6.必須對測量設備進行校準。必須對測量設備進行校準。超聲波方法超聲波方法u局放的超聲波檢測n局放超聲波頻率有其特殊性n壓電晶體在交變超聲波作用下交變的彈性形變交變

15、的束縛電荷形成電信號n不同的局放存在不同的超聲波信號u隨著技術(shù)進步，已經(jīng)可用于在線監(jiān)測領(lǐng)域294.44.4 絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析u絕緣油在運行過程中，會受到電場、溫度、氧氣、水分的影響，以及銅、鐵等材料的催化作用，會發(fā)生氧化、裂解以及碳化等反應，從而使油慢慢老化，絕緣性能下降。u絕緣油的老化會使其閃點下降、酸值增加；油的受潮、臟污又會使其介質(zhì)損耗增大和擊穿電壓下降。u需要對絕緣油的電氣性能、油中水分、雜質(zhì)、油的閃點等進行試驗和長期監(jiān)測，保證電氣設備的正常運行。30絕緣油的電氣試驗絕緣油的電氣試驗u目前國內(nèi)廣泛采用定時檢修方式來保證變壓器的穩(wěn)定運行（即預防

16、性試驗檢修）絕緣油的電氣試驗包括：u在標準油杯中對油做擊穿試驗，u用專用的試驗電極測量油的tanu測量油的電阻率等等31u油介電強度測試儀32u各種自動化測試設備33油中溶解氣體分析（油中溶解氣體分析（DGADGA）的技術(shù)）的技術(shù)原理原理u變壓器油與油中的固體有機絕緣材料（紙和紙板等）在運行電壓下因電、熱、氧化和局部電弧等多種因素作用會逐漸變質(zhì)，裂解成低分子氣體；u變壓器內(nèi)部存在的潛伏性過熱或放電故障又會加快產(chǎn)氣的速率。u隨著故障的緩慢發(fā)展，裂解出來的氣體形成氣泡在油中經(jīng)過對流、擴散作用，就會不斷地溶解在油中。34油浸式電力變壓器不同故障下的產(chǎn)氣油浸式電力變壓器不同故障下的產(chǎn)氣故障類型主要氣體

17、組分次要氣體組分油過熱CH4，C2H4H2，C2H6油和紙過熱CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油紙絕緣中局部放電H2，CH4，COC2H2，C2H6，CO2油中火花放電H2，C2H2油中電弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和紙中電弧H2，C2H2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H635u因此，檢測油中氣體的成分、含量和隨時間增長的規(guī)律，就可以判定故障類型和發(fā)展程度。u預防性試驗標準：n油的氣相色譜分析法（簡稱油色譜分析）n國網(wǎng)公司有一系列相關(guān)標準36氣相色譜分析氣相色譜分析u采集油樣u脫氣u樣品檢測u結(jié)果判別37氣相色譜分析的發(fā)展氣相色譜分析的發(fā)展u我國相關(guān)規(guī)程基本上

18、沿用IEC的改良三比值法的改良三比值法，但在工程實踐中存在編碼不全、編碼邊界過于絕對、不能診斷多故障等缺點。容易發(fā)生誤判。u研究者相繼提出了應用智能信息處理技術(shù)的變壓器故障狀態(tài)診斷算法專家系統(tǒng)384.5 4.5 絕緣的在線監(jiān)測絕緣的在線監(jiān)測u傳統(tǒng)絕緣試驗方法都是在設備處于離線情況下進行的，除了絕緣油的色譜分析外，設備必須停運，因此會對用戶造成一定的影響。u由于離線試驗測量的數(shù)據(jù)沒有考慮設備絕緣的運行條件和外界工作環(huán)境等因素，因此可能出現(xiàn)預防性試驗結(jié)果合格，而在運行中發(fā)生事故的現(xiàn)象。u電力設備運行電壓越來越高，而現(xiàn)行的部分預防性試驗電壓偏低，如介質(zhì)損耗的測量，難以真實反映運行電壓下的絕緣性能。39絕緣的在線監(jiān)測絕緣的在線監(jiān)測u隨著傳感器、計算機、光纖等技術(shù)的發(fā)展，對運行的電氣設備絕緣進行不停電的在線監(jiān)測的技術(shù)也得到了快速的發(fā)展。40介損的在線監(jiān)測介損的在線監(jiān)測u電橋法n通過電壓互感器進行降壓n容易有偏差u角差法n用標準電容器的介損進行比對n微弱電流的取樣和抗干擾不易解決41局放的在線