電氣設(shè)備絕緣檢測與診斷1分解

1、電氣設(shè)備絕緣檢測與診斷1分解目 錄 第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣老化及其特征量 第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 第三節(jié) 電力設(shè)備在線絕緣檢測與診斷 第一章 概述電氣設(shè)備的特征 電氣設(shè)備發(fā)電機(jī)、變壓器、高壓電機(jī)、電壓與電流互感器、高壓斷路器、電力電纜等。主要針對高電壓等級設(shè)備進(jìn)行研究和探討。 處于高電壓（強(qiáng)電場）作用下，電氣絕緣是主要問題； 對于旋轉(zhuǎn)電氣設(shè)備，振動、磨損、疲勞等都是必須嚴(yán)格注意的； 由于實(shí)現(xiàn)著能量的轉(zhuǎn)換或傳遞作用，發(fā)熱的因素在電氣設(shè)備中起著關(guān)鍵的破壞性作用；電氣設(shè)備的可靠性是多種因素共同作用的結(jié)果，必須綜合進(jìn)行考慮。 故障的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程

2、度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類 磨損性故障-機(jī)器或系統(tǒng)正常運(yùn)行時磨損引起的故障，實(shí)際上反映了機(jī)器的壽命。 錯用性故障-運(yùn)行中操作不當(dāng)或以外情況引起機(jī)器中某些零件應(yīng)力超過設(shè)計(jì)允許值而產(chǎn)生的故障。 薄弱性故障機(jī)器運(yùn)行中應(yīng)力沒有超過設(shè)計(jì)規(guī)定值，但由于設(shè)計(jì)和制造不恰當(dāng)造成機(jī)器中存在某些薄弱環(huán)節(jié)形成的故障。 故障的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類 危險性故障故障發(fā)生后會對人身、生產(chǎn)和環(huán)境產(chǎn)生危險 安全性故障 故障的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類 永久性故障必須更換某些

3、零件后，機(jī)器才能恢復(fù)其功能。永久性故障又包括：全部喪失功能的完全性故障和喪失局部功能的部分性故障。 非永久性故障或稱間斷性故障，故障使部件喪失某些功能，但不需更換零件就可以排除故障使機(jī)器恢復(fù)其全部功能。 故障的分類 按產(chǎn)生的原因分類按工程技術(shù)的安全性分類 按系統(tǒng)功能喪失的程度分類 按發(fā)生的速度和發(fā)展進(jìn)程分類 發(fā)生速度：突發(fā)性故障 漸發(fā)性故障 發(fā)生進(jìn)程：初期故障 偶發(fā)故障 磨損故障 設(shè)備的故障模式 故障模式是按故障狀態(tài)進(jìn)行的分類，是故障現(xiàn)象的綜合表征，與設(shè)備本身的特性和運(yùn)行環(huán)境都有一定的關(guān)系。 設(shè)備常見故障模式 運(yùn)動設(shè)備部件的磨損、聲音異常、振動異常、晃動、溫升異常、泄漏等； 靜止設(shè)備部件的松動

4、、變形、斷裂、龜裂、腐蝕、材質(zhì)變化等； 電氣設(shè)備的絕緣擊穿、溫度異常、絕緣裂化或燒損、短路、斷線等。 設(shè)備故障模式 據(jù)日本統(tǒng)計(jì) 現(xiàn)代電氣設(shè)備的造價及運(yùn)行可靠性在很大程度上取決于設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)。電力設(shè)備金屬材料絕緣材料 絕緣介質(zhì) 緊固支撐 冷卻媒介 絕緣結(jié)構(gòu)的作用 絕緣材料液體絕緣: 絕緣油固體絕緣：絕緣紙、電瓷 、云母交聯(lián)聚乙烯等氣體絕緣: 空氣、SF6 真空絕緣 在實(shí)際運(yùn)行中，絕緣結(jié)構(gòu)的電氣和機(jī)械性能往往決定著整個電力設(shè)備的壽命，絕緣材料品質(zhì)的下降(即通常所說的絕緣劣化)將導(dǎo)致電力設(shè)備的損壞。統(tǒng)計(jì)表明，電力設(shè)備運(yùn)行中60一80的事故是由絕緣故障導(dǎo)致的，所以研究電力設(shè)備絕緣檢測與診斷技術(shù)，對提

5、高電力設(shè)備運(yùn)行可靠性具有極其重要的意義。第一節(jié) 電力設(shè)備絕緣老化及其特征量 電氣因素機(jī)械因素溫度和熱穩(wěn)定性受潮環(huán)境條件 為了使設(shè)備的外形尺寸保持在可以接受的水平，現(xiàn)代電氣設(shè)備相對于以往的設(shè)計(jì)采用了更為緊湊的絕緣方式，因此在運(yùn)行中其內(nèi)部各組件間的絕緣所需承受的熱和電應(yīng)力水平顯著提高。 圖1 有機(jī)絕緣的伏秒特性及運(yùn)行中各種電壓下的場強(qiáng) 1 油紙電氣強(qiáng)度； 2 膠紙電氣強(qiáng)度； 3 運(yùn)行中各種電壓下的場強(qiáng)； E0 長期工作場強(qiáng)1. 電氣影響 長期工作電壓 短時的過電壓 2.機(jī)械影響 機(jī)械負(fù)荷 長時間振動 短路應(yīng)力 圖2 不同耐熱等級的絕緣材料在各種運(yùn)行溫度下長期運(yùn)行的壽命3. 溫度影響 季節(jié)變化 長期

6、過負(fù)荷 熱老化電介質(zhì)的耐熱等級耐熱等級工作溫度()電介質(zhì)O90木材、紙、紙板、棉纖維、天然絲；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡膠A105油性樹脂漆及其漆包線；礦物油及浸入其中的纖維材料E120酚醛樹脂塑料；膠紙板、膠布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇縮甲醛漆B130瀝青油漆制成的云母帶、玻璃漆布、玻璃膠布板；聚酯漆；環(huán)氧樹脂F(xiàn)155聚酰亞胺漆及其漆包線；改性硅有機(jī)漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；硅有機(jī)漆及制品；硅橡膠及玻璃漆布C180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯熱老化規(guī)律 6 度規(guī)則 試驗(yàn)表明，對于常用的A級絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過6，則壽命約縮短一半

7、。而對于B、H級絕緣則分別約為10及12。 水分被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸附到電介質(zhì)的表面以后，它能溶解離子類雜質(zhì)或使強(qiáng)極性的物質(zhì)解離，嚴(yán)重影響介質(zhì)內(nèi)部或沿面的電氣性能：在外施電壓下，或者在電極間構(gòu)成通路，或者在高溫下汽化形成“汽橋”而使擊穿電壓顯著降低。 4. 受潮局部電弧水帶絕緣介質(zhì)5. 環(huán)境條件 在戶外工作的絕緣應(yīng)能長期耐受日照、風(fēng)沙、雨霧冰雪等大氣因素的侵蝕。在含有化學(xué)腐蝕氣體等環(huán)境中工作時，選用的材料應(yīng)具有更強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，如耐油性等。工作在濕熱帶和亞濕熱帶地區(qū)的絕緣還要注意材料的抗生物（霉菌、昆蟲）特性，如有的在電纜護(hù)層材料中加入合適的防霉劑和除蟲涂料等。 可逆的對于絕緣系統(tǒng)在運(yùn)行中出

8、現(xiàn)的諸如受潮等情況而導(dǎo)致絕緣性能下降，經(jīng)過處理可以恢復(fù)原有特性的，就是一種可逆的劣化。 不可逆的絕緣系統(tǒng)在各種因素的長期作用下發(fā)生一系列的化學(xué)、物理變化，導(dǎo)致絕緣性能和機(jī)械性能等不斷下降，則產(chǎn)生了一種不可逆的變化，將最終導(dǎo)致電力設(shè)備絕緣擊穿，這種變化過程即為老化。絕緣劣化特性直接表征絕緣剩余壽命的特征量，如耐電強(qiáng)度、機(jī)械強(qiáng)度 間接表征絕緣剩余壽命的持征量，如絕緣電阻、介質(zhì)損耗角正切、泄漏電流、局部放電量、油中氣體含量、油中微水含量等 隨著對不同老化因子作用規(guī)律研究的深入，提出一些新的表征絕緣品質(zhì)的特征量如第二電流激增點(diǎn)、直流分量、超高頻放電頻譜，超聲振動特性等等。 絕緣老化的特征量第二節(jié) 電力

9、設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 電力設(shè)備在運(yùn)行中進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，可及時發(fā)現(xiàn)缺陷，減少事故的發(fā)生，它已成為我國電力生產(chǎn)中的一項(xiàng)重要制度。預(yù)防性試驗(yàn)可分為非破壞性試驗(yàn)和破壞性試驗(yàn)兩大類。 第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn) 非破壞性試驗(yàn)又稱絕緣特性試驗(yàn)，是指在較低的電壓下或是用其他不會損傷絕緣的辦法來測量絕緣的各種特性，從而判斷絕緣內(nèi)部有無缺陷。常見的試驗(yàn)項(xiàng)目有絕緣電阻測量、泄漏電流測量、介質(zhì)損耗角正切測量、油中氣體含量檢測等項(xiàng)目。 破壞性試驗(yàn)又稱絕緣耐壓試驗(yàn)，是指在高于工作電壓下所進(jìn)行的試驗(yàn)。試驗(yàn)時在設(shè)備絕緣上施加規(guī)定的試驗(yàn)電壓，考驗(yàn)絕緣對此電壓的耐受能力。它主要指交流耐壓和直流耐壓試驗(yàn)。由于這類試驗(yàn)所加電壓較

10、高，考驗(yàn)比較直接和嚴(yán)格，特別是能揭露那些危險性較大的集中性缺陷，因此能保證絕緣有一定的水平或裕度，缺點(diǎn)是可能會在耐壓試驗(yàn)時給絕緣造成一定的損傷。第二節(jié) 電力設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)絕緣特性試驗(yàn)絕緣電阻試驗(yàn)介質(zhì)損失角正切值試驗(yàn)局部放電試驗(yàn)絕緣耐壓試驗(yàn)交流電壓試驗(yàn)直流電壓試驗(yàn)雷電沖擊電壓試驗(yàn)操作沖擊電壓試驗(yàn)絕緣試驗(yàn)的分類 如需進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，必須在非破壞試驗(yàn)即絕緣特性試驗(yàn)合格后才進(jìn)行。電力變壓器電力電纜高壓套管斷路器發(fā)電機(jī)充SF6充油 1測定絕緣電阻2測量直流泄漏電流3直流耐壓試驗(yàn)4測量介損正切tan 5絕緣油試驗(yàn)6微量水分測定7油中溶解氣體色譜8局部放電試驗(yàn)9交流耐壓試驗(yàn)設(shè)備名稱是否試驗(yàn)試驗(yàn)項(xiàng)目

11、 預(yù)防性試驗(yàn)是一種簡便且較有效地評估電力設(shè)備絕緣狀況的方法。根據(jù)過去長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及試驗(yàn)研究中已逐步確立起來的這些預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目，為確保電氣設(shè)備的安全運(yùn)行發(fā)揮著很大作用?，F(xiàn)行預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目的回顧當(dāng)絕緣總體受潮或嚴(yán)重?fù)p壞時，往往引起絕緣電阻Ri 的下降或直流泄漏電流I1 的上升。如果感到兆歐表的直流電壓太低（一般為1KV或）,還可采用加以直流高壓來測量泄漏電流 I1 。這時還便于觀察隨著外施電壓的上升， I1是否也基本上按比例上升。因?yàn)楫?dāng)存在有某些缺陷時，高壓直流下的絕緣電阻（由泄漏電流換算而得）往往比低壓下用兆歐表測得的小得多。 絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1 與被試品絕緣尺寸（電極間的絕緣距

12、離、截面等）相關(guān)，在絕緣試驗(yàn)時對數(shù)據(jù)進(jìn)行“縱比”與同一設(shè)備過去測量數(shù)據(jù)作比較，或“橫比”與同類被試品互相對比（如求三相不平衡系數(shù)等），作出比較準(zhǔn)確的分析。在預(yù)防性試驗(yàn)時，對絕緣電阻測量時要求測其吸收比（R 60“ / R15” ）或極化比（R10 /R1），也為了消除因絕緣尺寸不同帶來的影響，而改以觀察同一被試品在吸收過程中的相對變化。 西林電橋測量交流下的介質(zhì)損耗tan，真正是反映交流下?lián)p耗大小的特征參數(shù)，它與絕緣的幾何尺寸無關(guān)，直接由此判斷絕緣的介質(zhì)損耗，高壓電氣設(shè)備總的介質(zhì)損耗功率相對于此絕緣的無功功率總是只占一個很小的比例。 當(dāng)前大量使用交流電氣設(shè)備，在測絕緣電阻Ri 或泄漏電流 I1

13、時所加的直流電壓，介質(zhì)絕緣結(jié)構(gòu)加交流時，電位按電容大小反比分布；直流時，按電阻正比分布。施加同樣幅值的直流或交流高壓，絕緣中的損耗、局部放電過程，在交流下比在直流下嚴(yán)重。 氣相色譜分析方法，在發(fā)現(xiàn)油浸設(shè)備潛伏性故障的靈敏度方面往往比測量絕緣電阻及tan等高的多。當(dāng)運(yùn)行的高壓電氣設(shè)備采用油-紙（塑料）組合絕緣，有機(jī)絕緣材料的壽命曲線相當(dāng)陡峭：它在短暫的高場強(qiáng)下絕緣強(qiáng)度極高；在交流電壓的長期作用下，材料逐漸劣化，其長時擊穿場強(qiáng)僅為其短時的百分之幾。第三節(jié) 電力系統(tǒng)維修方式的演變過程1. 事后修理BM（Breakdown Maintenance）或故障維修；2. 定期檢修TBM（Time Based

14、 Maintenance）或預(yù)防性維修PM（Preventive Maintenance）；3. 狀態(tài)維修CBM（Condition Based Maintenance）或預(yù)知性維修（Predictive Maintenance）。事后維修體制 早期技術(shù)及管理水平都很低 ，即使再重要的設(shè)備也只能壞了再修。以致工作毫無計(jì)劃性，供電可靠性很低。 簡單方便，對消耗性產(chǎn)品是有效的。 隨著電力系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，設(shè)備故障所造成的停電損失也越來越大，事后維修無法滿足系統(tǒng)對運(yùn)行穩(wěn)定性的需求。現(xiàn)行維修體制定期維修 預(yù)防性試驗(yàn)是電力設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)工作中的一個重要環(huán)節(jié)，是保證電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的有效手段之一。在我國已有

15、40年的使用經(jīng)驗(yàn)。 預(yù)防性試驗(yàn)、大修和小修構(gòu)成了定期維修制的基本內(nèi)容。 1. 維修周期頻繁設(shè)備發(fā)電機(jī)變壓器電力電纜GIS小修周期（年）1111大修周期（年）3510552. 預(yù)防性試驗(yàn)項(xiàng)目過多電力變壓器 32項(xiàng) 發(fā)電機(jī) 25項(xiàng)互感器 11項(xiàng) GIS達(dá) 20項(xiàng)定期維修制的種種弊端大修一臺30萬kVA的發(fā)電機(jī)需要大約3個月的時間，耗費(fèi)資金近百萬元。大修一臺12萬kVA的變壓器需投入300多個工作人日，資金10萬元。大修一臺220 kV開關(guān)需投入100多個工作人日，資金2萬元。長時間停電檢修，將造成大量的電量損失。300MW機(jī)組停運(yùn)一天，少發(fā)電720萬度，直接損失150萬元。3. 經(jīng)濟(jì)性差4. 增大

16、不安全因素易發(fā)生人身和設(shè)備安全事故。 發(fā)生在檢修、試驗(yàn)人員身上的傷亡事故占全部供電傷亡事故的77.8%。停送電過程易造成誤操作。5. 過度維修對110臺高壓變壓器進(jìn)行的162臺次定期吊檢大修結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。共發(fā)現(xiàn)缺陷24項(xiàng)，其中一般性缺陷23項(xiàng)，危及安全運(yùn)行的僅1項(xiàng)。對110kV及以上油開關(guān)大修統(tǒng)計(jì)表明，95%以上未發(fā)現(xiàn)部件損壞。 定期檢修雖有成效，但過于保守。實(shí)踐證明，頻繁檢修非但不能改善設(shè)備性能，反而常常會引入新的故障因素。 6. 維修不足 由于采用周期性定期檢查，很難預(yù)防由于隨機(jī)因素引起的偶發(fā)事故。設(shè)備仍可能在試驗(yàn)間隔期間內(nèi)由于微小缺陷的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致發(fā)生故障。 預(yù)防性試驗(yàn)是在停電情況下，進(jìn)

17、行的非破壞性試驗(yàn)，試驗(yàn)電壓一般不超過10kV。而大部分變電設(shè)備工作電壓為110500kV。很難正確反映高壓電氣設(shè)備在運(yùn)行中存在的缺陷。7. 預(yù)防性試驗(yàn)條件與實(shí)際運(yùn)行工況不同 設(shè)備的現(xiàn)代化對設(shè)備的維修體制提出了變革的要求，設(shè)備運(yùn)行的高可靠性和維修方式的經(jīng)濟(jì)性已成為電力系統(tǒng)降低運(yùn)行成本的關(guān)鍵。 發(fā)展中的維修體制狀態(tài)維修狀態(tài)維修方式的基本思想“治于未病”傳感器在線檢測故障診斷 狀態(tài)維修即根據(jù)具體設(shè)備的實(shí)際情況來確定檢修周期和檢修內(nèi)容的維修體制。 通過對設(shè)備運(yùn)行情況的實(shí)時監(jiān)測，隨時查明設(shè)備可能“存在著什么樣的隱患，什么時候會發(fā)生故障”，預(yù)先得知將要發(fā)生事故的部位和時間，設(shè)備管理人員因此可以從容地安排停

18、電計(jì)劃和組織維修人力，采購必須的備件，以便在短時間內(nèi)完成高質(zhì)量的維修工作。 實(shí)現(xiàn)“無病不修、有病才修、修必修好”的目的。 狀態(tài)維修的必要性 雖然設(shè)備內(nèi)部缺陷的出現(xiàn)和發(fā)展具有很強(qiáng)隨機(jī)性，但大多都具有一個的較為緩慢的發(fā)展過程，在這期間，會產(chǎn)生各種前期征兆，表現(xiàn)為其電氣、物理、化學(xué)等特性發(fā)生漸進(jìn)的量變。根據(jù)這些特征量值的大小及變化趨勢，即可對設(shè)備的可靠性隨時做出判斷，從而發(fā)現(xiàn)早期潛伏性故障。 狀態(tài)維修的技術(shù)可行性 絕緣水平監(jiān)測參量 穩(wěn)定運(yùn)行階段 危險水平 注意水平 實(shí)施修復(fù)危險階段注意 階段劣化階段初期 設(shè)備投運(yùn)時間 T 圖3 狀態(tài)維修示意圖破壞點(diǎn) 利用運(yùn)行電壓對高壓設(shè)備絕緣狀況進(jìn)行試驗(yàn)，可提高試驗(yàn)的真實(shí)性與靈敏度，這是在線檢測的主要著眼點(diǎn)。這樣的帶電監(jiān)測不必再停電，給電力系統(tǒng)運(yùn)行帶來方便。在線檢測將成為預(yù)防性試驗(yàn)中的重要組成部分，它在多方面