華北電力大學(xué)內(nèi)部高電壓技術(shù)課件

第五章

電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念絕緣電阻和泄漏電流的測(cè)量介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量第五章

電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念1

絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類(lèi)：

1.按照對(duì)設(shè)備造成的影響程度分類(lèi)

非破壞性試驗(yàn)，即檢查性試驗(yàn)：在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測(cè)量絕緣的各種情況，判斷絕緣內(nèi)部的缺陷

包含的種類(lèi)：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等

破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以等價(jià)或高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來(lái)考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)是可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷

包含的種類(lèi)：交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操作沖擊耐壓試驗(yàn)

絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類(lèi)：2

2.按照設(shè)備是否帶電的方式分類(lèi)（兩類(lèi)）

離線：要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行 特點(diǎn)：可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對(duì)絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其周期性的離線試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確

在線：在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行的條件下，對(duì)設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè) 特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。除測(cè)定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性

2.按照設(shè)備是否帶電的方式分類(lèi)（兩類(lèi)）3§5-1測(cè)定絕緣電阻

雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線§5-1測(cè)定絕緣電阻 雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性雙層介質(zhì)4

在工程應(yīng)用上，把介質(zhì)處在吸收過(guò)程時(shí)的U/i也稱(chēng)為絕緣電阻R

吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線 在工程應(yīng)用上，把介質(zhì)處在吸收過(guò)程時(shí)的U/i也稱(chēng)為絕緣電阻R5定義吸收比K：

加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)絕緣絕緣電阻之比值

定義極化指數(shù)P：

為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值

定義吸收比K：6

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)τ大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，τ值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K＝1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 絕緣狀態(tài)的判定不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線7測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法

測(cè)量?jī)x表：兆歐表

搖表：帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱(chēng)搖表

晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓

兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等

兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級(jí)的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表

兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法 測(cè)量?jī)x表：兆歐表兆歐表的原理結(jié)構(gòu)8

例：用兆歐表測(cè)量套管絕緣電阻 例：用兆歐表測(cè)量套管絕緣電阻9測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受潮兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道絕緣表面情況不良測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳10測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷絕緣中的局部缺陷絕緣的老化測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷絕緣中的局部缺陷11測(cè)量絕緣電阻注意事項(xiàng)試驗(yàn)前后將試品接地放電高壓測(cè)試連線架空測(cè)吸收比和極化指數(shù)時(shí)，應(yīng)待電源電壓穩(wěn)定后再接入試品防止試品向兆歐表反向放電繞組的影響絕緣電阻與溫度的關(guān)系測(cè)量絕緣電阻注意事項(xiàng)試驗(yàn)前后將試品接地放電12§5-2測(cè)定泄漏電流§5-2測(cè)定泄漏電流13測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2――高壓試驗(yàn)變壓器；D――高壓硅堆R――保護(hù)電阻；C――濾波電容；T――被試變壓器

測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2―14直流電源的要求輸出電壓（幅值、脈動(dòng)系數(shù)小于3%）輸出電流（1mA以下，電壓不減低）電源保護(hù)（保護(hù)電阻，放電管、并聯(lián)電容、旁路開(kāi)關(guān)）直流電源的要求輸出電壓（幅值、脈動(dòng)系數(shù)小于3%）15注意事項(xiàng)與測(cè)絕緣電阻相同電壓保持時(shí)間1分鐘（待電容電流和吸收電流充分衰減），泄漏電流穩(wěn)定注意事項(xiàng)與測(cè)絕緣電阻相同16試驗(yàn)特點(diǎn)所加直流電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的缺陷直流電壓逐漸升高，可觀察電流與電壓關(guān)系的線性度線性刻度，能精確讀取試驗(yàn)特點(diǎn)所加直流電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的缺陷17§5-3介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量

西林電橋的基本原理存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量測(cè)試功效注意事項(xiàng)§5-3介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量西林電橋的基本原理181.西林電橋的基本原理

西林電橋：

高壓臂：代表試品的Z1；無(wú)損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容CN，它以阻抗Z2作為代表。

低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無(wú)感電阻R3，以Z3來(lái)代表；無(wú)感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來(lái)代表

保護(hù)：放電管P

電橋平衡：檢流計(jì)G檢零 屏蔽：消除雜散電容的影響1.西林電橋的基本原理 西林電橋：19

電橋的平衡條件：

Z1/Z3=Z2/Z4

并聯(lián)等值回路

tgδ=1/ωRxCx=ωR4C4 Cx=R4CN/[R3(1+tg2δ)]串聯(lián)等值回路

tgδ=ωRxCx=ωR4C4 Cx=CNR4/R3

Cx：因?yàn)閠g2極小，故兩種等值電路的Cx近似相等西林電橋的基本回路

電橋的平衡條件：西林電橋的基本回路20接線方式接線方式21屏蔽：

雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場(chǎng)的影響，可看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會(huì)引入干擾電流iS，也會(huì)造成測(cè)量誤差 需要屏蔽，消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路屏蔽： 西林電橋的基本回路222.存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量

現(xiàn)場(chǎng)試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，干擾較嚴(yán)重

兩次測(cè)量法：第一次測(cè)得tg1和Cx，然后倒換試驗(yàn)變壓器原邊電源線的兩頭(試驗(yàn)電壓U的相位轉(zhuǎn)180)，測(cè)得第二次的數(shù)值tg2和Cx，可用下式計(jì)算得準(zhǔn)確的tg和Cx值：

2.存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量 現(xiàn)場(chǎng)試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，干擾23

磁場(chǎng)干擾時(shí)介損的測(cè)量

檢流計(jì)正反接抗磁場(chǎng)干擾的原理：設(shè)無(wú)磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值分別為R3和C4；設(shè)存在磁干擾時(shí)，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計(jì)和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個(gè)測(cè)量臂的數(shù)值將分別為(R3－R3)和(C4－

C4)

當(dāng)檢流計(jì)正接時(shí)測(cè)得：

當(dāng)檢流計(jì)反接時(shí)測(cè)得：

因無(wú)磁場(chǎng)干擾時(shí)：

故可得： 磁場(chǎng)干擾時(shí)介損的測(cè)量24測(cè)試功效有效受潮穿透性導(dǎo)電通道氣泡電離、絕緣分層、脫殼絕緣老化劣化絕緣油臟污、劣化無(wú)效局部損壞小部分絕緣的老化劣化個(gè)別絕緣弱點(diǎn)測(cè)試功效有效25注意事項(xiàng)分部測(cè)試-部分缺陷與溫度的關(guān)系-指數(shù)規(guī)律與試驗(yàn)電壓的關(guān)系-絕緣好：基本不變護(hù)環(huán)-表面泄露和屏蔽-干擾電場(chǎng)源測(cè)試?yán)@組時(shí)tg-首尾短接注意事項(xiàng)分部測(cè)試-部分缺陷26第五章

電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念絕緣電阻和泄漏電流的測(cè)量介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量第五章

電氣設(shè)備絕緣試驗(yàn)（一）絕緣監(jiān)測(cè)和診斷的基本概念27

絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類(lèi)：

1.按照對(duì)設(shè)備造成的影響程度分類(lèi)

非破壞性試驗(yàn)，即檢查性試驗(yàn)：在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法測(cè)量絕緣的各種情況，判斷絕緣內(nèi)部的缺陷

包含的種類(lèi)：絕緣電阻試驗(yàn)、介質(zhì)損耗角正切試驗(yàn)、局部放電試驗(yàn)、絕緣油的氣相色譜分析等

破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)：以等價(jià)或高于設(shè)備的正常運(yùn)行電壓來(lái)考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗(yàn)對(duì)絕緣的考驗(yàn)嚴(yán)格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點(diǎn)是可能在試驗(yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷

包含的種類(lèi)：交流耐壓試驗(yàn)、直流耐壓試驗(yàn)、雷電沖擊耐壓試驗(yàn)及操作沖擊耐壓試驗(yàn)

絕緣的監(jiān)測(cè)和診斷技術(shù)分類(lèi)：28

2.按照設(shè)備是否帶電的方式分類(lèi)（兩類(lèi)）

離線：要求被試設(shè)備退出運(yùn)行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行 特點(diǎn)：可采用破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩種方式。耐壓試驗(yàn)往往是在非破壞性試驗(yàn)之后才進(jìn)行。缺點(diǎn)是對(duì)絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其周期性的離線試驗(yàn)更不易判斷準(zhǔn)確

在線：在被試設(shè)備處于帶電運(yùn)行的條件下，對(duì)設(shè)備的絕緣狀況進(jìn)行連續(xù)或定時(shí)的監(jiān)測(cè) 特點(diǎn)：只能采用非破壞性試驗(yàn)方式。除測(cè)定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，顯著提高了其判斷的準(zhǔn)確性

2.按照設(shè)備是否帶電的方式分類(lèi)（兩類(lèi)）29§5-1測(cè)定絕緣電阻

雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性

雙層介質(zhì)等值電路圖吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線§5-1測(cè)定絕緣電阻 雙層介質(zhì)模型的電流－時(shí)間特性雙層介質(zhì)30

在工程應(yīng)用上，把介質(zhì)處在吸收過(guò)程時(shí)的U/i也稱(chēng)為絕緣電阻R

吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線 在工程應(yīng)用上，把介質(zhì)處在吸收過(guò)程時(shí)的U/i也稱(chēng)為絕緣電阻R31定義吸收比K：

加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)絕緣絕緣電阻之比值

定義極化指數(shù)P：

為加壓10分鐘時(shí)的絕緣電阻與1分鐘時(shí)電阻之比值

定義吸收比K：32

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導(dǎo)電通道，或絕緣嚴(yán)重受潮，則電阻R1、R2會(huì)顯著降低，泄漏電流大大增加，時(shí)間常數(shù)τ大為減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個(gè)數(shù)值降低，τ值也會(huì)大為減小，吸收電流仍會(huì)迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當(dāng)K＝1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線 絕緣狀態(tài)的判定不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線33測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法

測(cè)量?jī)x表：兆歐表

搖表：帶有手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表，俗稱(chēng)搖表

晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產(chǎn)生交變電壓，經(jīng)變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓

兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等

兆歐表選擇：根據(jù)設(shè)備電壓等級(jí)的不同，選用不同電壓的兆歐表。例：額定電壓1kV及以下者使用1000V兆歐表；1kV以上者使用2500V兆歐表

兆歐表的原理結(jié)構(gòu)圖測(cè)量絕緣電阻與吸收比的方法 測(cè)量?jī)x表：兆歐表兆歐表的原理結(jié)構(gòu)34

例：用兆歐表測(cè)量套管絕緣電阻 例：用兆歐表測(cè)量套管絕緣電阻35測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受潮兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道絕緣表面情況不良測(cè)量絕緣電阻能發(fā)現(xiàn)的缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳36測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷絕緣中的局部缺陷絕緣的老化測(cè)量絕緣電阻不能發(fā)現(xiàn)的缺陷絕緣中的局部缺陷37測(cè)量絕緣電阻注意事項(xiàng)試驗(yàn)前后將試品接地放電高壓測(cè)試連線架空測(cè)吸收比和極化指數(shù)時(shí)，應(yīng)待電源電壓穩(wěn)定后再接入試品防止試品向兆歐表反向放電繞組的影響絕緣電阻與溫度的關(guān)系測(cè)量絕緣電阻注意事項(xiàng)試驗(yàn)前后將試品接地放電38§5-2測(cè)定泄漏電流§5-2測(cè)定泄漏電流39測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2――高壓試驗(yàn)變壓器；D――高壓硅堆R――保護(hù)電阻；C――濾波電容；T――被試變壓器

測(cè)量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調(diào)壓器；T2―40直流電源的要求輸出電壓（幅值、脈動(dòng)系數(shù)小于3%）輸出電流（1mA以下，電壓不減低）電源保護(hù)（保護(hù)電阻，放電管、并聯(lián)電容、旁路開(kāi)關(guān)）直流電源的要求輸出電壓（幅值、脈動(dòng)系數(shù)小于3%）41注意事項(xiàng)與測(cè)絕緣電阻相同電壓保持時(shí)間1分鐘（待電容電流和吸收電流充分衰減），泄漏電流穩(wěn)定注意事項(xiàng)與測(cè)絕緣電阻相同42試驗(yàn)特點(diǎn)所加直流電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的缺陷直流電壓逐漸升高，可觀察電流與電壓關(guān)系的線性度線性刻度，能精確讀取試驗(yàn)特點(diǎn)所加直流電壓較高，可以發(fā)現(xiàn)一些兆歐表不能發(fā)現(xiàn)的缺陷43§5-3介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量

西林電橋的基本原理存在外界電磁場(chǎng)干擾時(shí)的測(cè)量測(cè)試功效注意事項(xiàng)§5-3介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量西林電橋的基本原理441.西林電橋的基本原理

西林電橋：

高壓臂：代表試品的Z1；無(wú)損耗的標(biāo)準(zhǔn)電容CN，它以阻抗Z2作為代表。

低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無(wú)感電阻R3，以Z3來(lái)代表；無(wú)感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)，以Z4來(lái)代表

保護(hù)：放電管P

電橋平衡：檢流計(jì)G檢零 屏蔽：消除雜散電容的影響1.西林電橋的基本原理 西林電橋：45

電橋的平衡條件：

Z1/Z3=Z2/Z4

并聯(lián)等值回路

tgδ=1/ωRxCx=ωR4C4 Cx=R4CN/[R3(1+tg2δ)]串聯(lián)等值回路

tgδ=ωRxCx=ωR4C4 Cx=CNR4/R3

Cx：因?yàn)閠g2極小，故兩種等值電路的Cx近似相等西林電橋的基本回路

電橋的平衡條件：西林電橋的基本回路46接線方式接線方式47屏蔽：

雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場(chǎng)的影響，可看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會(huì)產(chǎn)生測(cè)量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜