絕緣電氣特性及故障診斷概論課件

絕緣介質(zhì)緊固支撐冷卻媒介

絕緣作用

絕緣材料液體:絕緣油固體：絕緣紙、電瓷、云母、玻璃、交聯(lián)聚乙烯等氣體:空氣、SF6

真空絕緣實(shí)際絕緣結(jié)構(gòu)通常是由幾種電介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成的組合絕緣固-液絕緣固-氣絕緣第2頁(yè)/共68頁(yè)絕緣介質(zhì)絕緣作用絕緣材料液體:絕緣油固體：絕緣紙、12.2絕緣老化及其影響因素設(shè)備絕緣故障的主要原因材料的老化。電氣設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到各種因素的長(zhǎng)期作用，會(huì)發(fā)生一系列不可逆的變化，導(dǎo)致其物理、化學(xué)、電和機(jī)械等性能的劣化，如機(jī)械強(qiáng)度降低、介質(zhì)損耗及電導(dǎo)增大。將這種現(xiàn)象稱為絕緣老化。電氣因素機(jī)械因素溫度和熱穩(wěn)定性環(huán)境（水分、氧化、射線及微生物）絕緣老化影響因素第3頁(yè)/共68頁(yè)2.2絕緣老化及其影響因素設(shè)備絕緣故障的主要原因材料的老2（1）電氣影響長(zhǎng)期工作電壓

短時(shí)的過(guò)電壓

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。高場(chǎng)強(qiáng)下的電老化由介質(zhì)中的局部放電引起。各種絕緣材料局部放電的性能有很大的差別：云母（電機(jī)絕緣）、玻璃纖維等無(wú)機(jī)材料有很好耐局部放電能力。有機(jī)高分子聚合物等絕緣材料耐局部放電能力較差，其長(zhǎng)時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)要比短時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)低很多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其工作場(chǎng)強(qiáng)(XLPE的為10kV/mm)選的比局部放電場(chǎng)強(qiáng)低，以保證其壽命。絕緣油發(fā)生局部放電，引起油溫升高而導(dǎo)致油的解裂，并伴有微量氣體產(chǎn)生。另外油放電生成物可能是聚合蠟狀物，可能附著于固體介質(zhì)表面影響散熱，加速固體絕緣的老化。第4頁(yè)/共68頁(yè)（1）電氣影響長(zhǎng)期工作電壓為了使設(shè)備的外形尺寸保3（2）機(jī)械影響機(jī)械負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)短路應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力對(duì)絕緣的老化速度有很大的影響。如：機(jī)械應(yīng)力過(guò)大會(huì)使固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或氣隙，導(dǎo)致局放，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：瓷絕緣子的老化常常是由于機(jī)械應(yīng)力造成（懸式絕緣子最易損壞的地方是靠近鐵塔懸掛點(diǎn)處）。對(duì)絕緣子來(lái)說(shuō)，溫度突變也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。如：運(yùn)行中受日照，溫升為20～30℃，突然降雨，瓷表面驟冷，則會(huì)在瓷件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，可能造成開裂。因此，絕緣子瓷件在工廠要經(jīng)過(guò)冷熱實(shí)驗(yàn)，要求在70℃的溫差劇變時(shí)不發(fā)生開裂。第5頁(yè)/共68頁(yè)（2）機(jī)械影響機(jī)械負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力對(duì)絕緣的老化速度有很大的影響。4（3）溫度影響

季節(jié)變化長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷熱老化高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；即使溫度比短時(shí)允許溫度低，但作用時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，絕緣性能也會(huì)發(fā)生不可逆的變化。絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短。液體介質(zhì)的熱老化主要表現(xiàn)在油的氧化，油溫越高，則氧化速度越快。油局部過(guò)熱會(huì)分解出一些能溶于油的微量氣體，這是變壓器油劣化的主要原因。不同介質(zhì)材料的耐熱性能不同。GB11021劃分幾個(gè)耐熱等級(jí)，規(guī)定相應(yīng)的最高允許溫度。超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。第6頁(yè)/共68頁(yè)（3）溫度影響季節(jié)變化高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明5電介質(zhì)的耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)工作溫度(℃)電介質(zhì)O90木材、紙板、棉纖維；聚乙烯；聚氯乙烯；交聯(lián)聚乙烯；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C>180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯第7頁(yè)/共68頁(yè)電介質(zhì)的耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)工作溫度(℃)電介質(zhì)O90木材、紙板6不同耐熱等級(jí)絕緣材料在各種運(yùn)行溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行的壽命熱老化規(guī)律——6度規(guī)則

試驗(yàn)表明，對(duì)于常用的A級(jí)絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過(guò)6℃，則壽命約縮短一半。

而對(duì)于

B、H級(jí)絕緣則分別約為10℃及12℃規(guī)則。第8頁(yè)/共68頁(yè)不同耐熱等級(jí)絕緣材料熱老化規(guī)律——6度規(guī)則第8頁(yè)/共67

水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）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)第9頁(yè)/共68頁(yè)水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸8（5）環(huán)境的影響環(huán)境條件對(duì)絕緣的老化也有很大的影響。絕緣油的老化，主要是油的氧化。戶外工作的絕緣應(yīng)能使耐受日曬雨淋的環(huán)境。并不是所有的固體絕緣都具備這一能力，環(huán)氧澆注的絕緣子只能用于戶內(nèi)。在含有化學(xué)腐蝕氣體等環(huán)境中工作時(shí)，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。第10頁(yè)/共68頁(yè)（5）環(huán)境的影響環(huán)境條件對(duì)絕緣的老化也有很大的影響。第10頁(yè)92.3絕緣介質(zhì)的電氣特性不同電場(chǎng)強(qiáng)度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電氣現(xiàn)象分為兩類：（1）在強(qiáng)電場(chǎng)（外施場(chǎng)強(qiáng)大于該介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度）下，將出現(xiàn)放電、閃絡(luò)、擊穿等現(xiàn)象，這在氣體中表現(xiàn)最為明顯。（2）在弱電場(chǎng)（外施場(chǎng)強(qiáng)比該介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)小得多）下主要是介質(zhì)中的極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等。以下將分析氣體放電及液、固體介質(zhì)的電氣性能。第11頁(yè)/共68頁(yè)2.3絕緣介質(zhì)的電氣特性不同電場(chǎng)強(qiáng)度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電10

氣體放電放電（Discharge)擊穿(Breakdown)閃絡(luò)(Flashover)火花放電

Sparkover

電弧(Arc)空氣間隙的放電外施電壓的形式電場(chǎng)的情況電極形狀大氣環(huán)境與有關(guān)第12頁(yè)/共68頁(yè)

氣體放電放電擊穿(Breakdown)閃絡(luò)(Fl11變壓器油中溶解的各種氣體成分的相對(duì)數(shù)量和形成速度，主要取決于故障點(diǎn)能量的釋放形式以及故障的嚴(yán)重程度，所以根據(jù)油中溶解氣體的色譜分析可以判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在異常，推斷故障類型及故障能量等。存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。將這種現(xiàn)象稱為絕緣老化。高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；只有在均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)，SF6氣體才能發(fā)揮其優(yōu)異的絕緣性能，因而一般應(yīng)用SF6氣體做絕緣時(shí)，應(yīng)盡量保證其電場(chǎng)的均勻性。放電時(shí)延與電壓幅值U有關(guān)，U越高，放電發(fā)展越快，放電時(shí)延越短。施加在試品上的直流電壓是逐漸增大的，這樣就可以在升壓過(guò)程中監(jiān)視泄漏電流的增長(zhǎng)動(dòng)向。電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以投運(yùn)嗎？SF6氣體價(jià)格高，溫室效應(yīng)相當(dāng)于CO2的23900倍，且SF6氣體不會(huì)自然分解，在大氣中壽命長(zhǎng)達(dá)3200年。油中故障不同，產(chǎn)生不同的特征氣體。介電常數(shù)ε（或電容C）SF6氣體價(jià)格高，溫室效應(yīng)相當(dāng)于CO2的23900倍，且SF6氣體不會(huì)自然分解，在大氣中壽命長(zhǎng)達(dá)3200年。（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。閃絡(luò)(Flashover)絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短。絕緣材料受潮后泄漏電流會(huì)增加。300~700℃中溫過(guò)熱故障如果表面潮濕、臟污時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓更低。（4）測(cè)量吸收比時(shí)，先驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)額定轉(zhuǎn)速，待指針指到∞（空載）時(shí)，用絕緣工具將火線迅速接至試品上，同時(shí)記錄時(shí)間，分別讀取15s和60s的絕緣電阻值；75MPa（7個(gè)大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25℃，0.

穩(wěn)態(tài)電壓（直流工頻）下的空氣間隙擊穿1)均勻電場(chǎng)中的擊穿eg：高壓靜電電壓表的電極布置特點(diǎn)：均勻電場(chǎng)中電極布置對(duì)稱，擊穿無(wú)極性效應(yīng)；均勻場(chǎng)間隙中各處電場(chǎng)強(qiáng)度相等，擊穿所需時(shí)間極短，直流擊穿電壓、工頻擊穿電壓峰值、50%沖擊擊穿電壓相同；擊穿電壓的分散性很小。板－板電極尺寸遠(yuǎn)大于間隙距離間距1-10cm均勻電場(chǎng)擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kV/cm第13頁(yè)/共68頁(yè)變壓器油中溶解的各種氣體成分的相對(duì)數(shù)量和形成速度，主要取決于12r/R<0.1：極不均勻電場(chǎng)。電暈起始電壓Uc很低，絕緣均不設(shè)計(jì)在這一r/R范圍內(nèi)。r/R>0.5：均勻電場(chǎng)。Eb不變。0.5>r/R>0.1：稍不均勻電場(chǎng)。擊穿前不出現(xiàn)電暈。r/R≈0.33時(shí)擊穿電壓出現(xiàn)極大值（絕緣設(shè)計(jì)時(shí)盡量將r/R選取0.25~0.4范圍內(nèi)）。2)稍不均勻電場(chǎng)中的擊穿（球間隙、同軸圓柱）第14頁(yè)/共68頁(yè)r/R<0.1：極不均勻電場(chǎng)。電暈起始電壓Uc很低，絕緣均不133)極不均勻電場(chǎng)中的擊穿

工程上大多為極不均勻電場(chǎng)。試驗(yàn)表明，當(dāng)間隙距離很大時(shí)，不同形狀電極間隙擊穿電壓差別不大。通常用棒－板電極和棒－棒間隙擊穿電壓來(lái)估算不對(duì)稱和對(duì)稱電場(chǎng)的絕緣距離。棒－板和棒－棒空氣間隙的直流擊穿電壓棒－棒和棒－板空氣間隙的工頻擊穿電壓（有效值）工頻電壓、極不均勻電場(chǎng)，擊穿總是發(fā)生在正半周極工頻電壓下棒－棒間隙擊穿電壓高于棒－板電極，工程上盡量采用對(duì)稱布置的電極結(jié)構(gòu)極不均勻電場(chǎng)的極性效應(yīng)極明顯第15頁(yè)/共68頁(yè)3)極不均勻電場(chǎng)中的擊穿工程上大多為極不均14雷電沖擊1.2/50us操作沖擊250/2500us最小擊穿電壓

長(zhǎng)空氣間隙在不同電壓下的擊穿電壓

沖擊電壓（雷電操作）下的空氣間隙擊穿足夠高的電壓。在氣隙中存在能引起電子崩并導(dǎo)致?lián)舸┑挠行щ娮?。真空擊穿電壓高。需要一定的時(shí)間讓放電得以逐步發(fā)展直至擊穿。沖擊擊穿電壓高。氣隙擊穿的必要條件：第16頁(yè)/共68頁(yè)雷電沖擊1.2/50us操作沖擊250/2500us最小擊穿15

放電時(shí)延臨界擊穿電壓

統(tǒng)計(jì)時(shí)延放電形成時(shí)延除了足夠場(chǎng)強(qiáng)、引起電子崩并導(dǎo)致流注的有效電子外，氣隙擊穿還需要一定的時(shí)間，讓放電得以逐步發(fā)展并完成擊穿。us級(jí)總放電時(shí)間

tb=t1+ts+tf

放電時(shí)延與電壓幅值U有關(guān)，U越高，放電發(fā)展越快，放電時(shí)延越短。因?yàn)閠s和tf都帶有統(tǒng)計(jì)性，所以沖擊下?lián)舸╇妷号c放電時(shí)間的關(guān)系—伏秒特性具有較大的分散性，工程上常用50%伏秒特性來(lái)表征。第17頁(yè)/共68頁(yè)放電時(shí)延臨界統(tǒng)計(jì)時(shí)延放電形成時(shí)延除了足夠場(chǎng)強(qiáng)、引起電子崩并16伏秒特性伏秒特性間的配合

以避雷器保護(hù)變壓器為例，就必須根據(jù)伏秒特性進(jìn)行絕緣（強(qiáng)度）配合，如在右圖中S2就能較好地保護(hù)S1。0%伏秒特性；100%伏秒特性；50%伏秒特性；第18頁(yè)/共68頁(yè)伏秒特性伏秒特性間的配合以避雷器保護(hù)變壓器為例17SF6是理想的氣體絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，在均勻電場(chǎng)中SF6氣體的絕緣強(qiáng)度約為空氣的2.5倍，其滅弧能力是空氣的100以上。SF6氣體的應(yīng)用可大大降低設(shè)備尺寸，與空氣介質(zhì)相比，500kV的GIS是敞開式的1/50。SF6氣體廣泛應(yīng)用于高壓斷路器、GIS、充氣管道電纜，充SF6氣體的變壓器和開關(guān)柜也在發(fā)展中。SF6氣體的液化溫度較低，一般可滿足工程實(shí)際的應(yīng)用，如0.75MPa（7個(gè)大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25℃，0.45MPa（4個(gè)大氣壓，作為GIS絕緣）的液化溫度不高于-40℃。

SF6氣體的特性第19頁(yè)/共68頁(yè)SF6是理想的氣體絕緣介質(zhì)和滅弧介質(zhì)，在均勻18SF6氣體價(jià)格高，溫室效應(yīng)相當(dāng)于CO2的23900倍，且SF6氣體不會(huì)自然分解，在大氣中壽命長(zhǎng)達(dá)3200年。一般工程中多采用N2-SF6混合氣體。此外，SF6氣體中水含量的增加，將會(huì)大大降低其絕緣性能，因而使用中應(yīng)定期檢測(cè)其微水含量。極不均勻電場(chǎng)SF6的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（如4kV/mm）比稍不均勻電場(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（如30kV/mm）低很多。只有在均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)，SF6氣體才能發(fā)揮其優(yōu)異的絕緣性能，因而一般應(yīng)用SF6氣體做絕緣時(shí)，應(yīng)盡量保證其電場(chǎng)的均勻性。第20頁(yè)/共68頁(yè)SF6氣體價(jià)格高，溫室效應(yīng)相當(dāng)于CO2的2319其擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨氣壓的增加而增加，有飽和性；其擊穿的極性效應(yīng)不明顯（負(fù)極性擊穿電壓比正極性的低10%）；其沖擊系數(shù)很小，雷電和操作沖擊系數(shù)分別為1.25和1.05-1.11。因而SF6設(shè)備的絕緣尺寸由雷電沖擊試驗(yàn)電壓決定。稍不均勻電場(chǎng)的SF6氣體：第21頁(yè)/共68頁(yè)其擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨氣壓的增加而增加，有飽和性；稍不均勻電場(chǎng)的20氣體中的沿面放電(cm)

不同材料的工頻下沿面閃絡(luò)電壓（峰值）

1—純氣隙；2—石蠟；3—膠紙筒；4—電瓷

沿著固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但遠(yuǎn)低于固體介質(zhì)的擊穿電壓，而且也比相同極間距離的純氣隙擊穿電壓低。

如果表面潮濕、臟污時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓更低。這是選擇輸電線路和變電所外絕緣時(shí)的關(guān)鍵因素。絕緣子大多在戶外運(yùn)行，因此還要考慮濕閃及污閃的情況，這時(shí)的放電電壓遠(yuǎn)低于乾閃。第22頁(yè)/共68頁(yè)氣體中的沿面放電(cm)沿著固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但遠(yuǎn)21光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓干閃濕閃第23頁(yè)/共68頁(yè)光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓干閃濕閃第23頁(yè)/共68頁(yè)22稍不均勻電場(chǎng)的SF6氣體：而隨著電壓等級(jí)和容量的不斷提高，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，新的問(wèn)題也會(huì)不斷產(chǎn)生；超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。測(cè)量泄漏電流的電路圖高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；擊穿場(chǎng)強(qiáng)為30kV/cm“絕緣子串在工作電壓下不發(fā)生污閃”在電力系統(tǒng)外絕緣水平中的選擇起著重要的作用。各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值故障診斷相應(yīng)于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問(wèn)題75MPa（7個(gè)大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25℃，0.擊穿電壓的分散性很小。如：機(jī)械應(yīng)力過(guò)大會(huì)使固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或氣隙，導(dǎo)致局放，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：瓷絕緣子的老化常常是由于機(jī)械應(yīng)力造成（懸式絕緣子最易損壞的地方是靠近鐵塔懸掛點(diǎn)處）。判斷變壓器故障類型的IEC三比值法試驗(yàn)表明，當(dāng)間隙距離很大時(shí)，不同形狀電極間隙擊穿電壓差別不大。(a)示意圖(b)等值電路(c)相量圖正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。固體介質(zhì)的電導(dǎo)包括兩方面：體積電導(dǎo)及表面電導(dǎo)，后者受濕度、染污的影響更大。長(zhǎng)空氣間隙在不同電壓下的擊穿電壓絕緣材料受潮后泄漏電流會(huì)增加。單位泄漏距離（泄漏比距或爬電比距）：絕緣子每千伏額定線電壓的平均泄漏距離，cm/kV?！敖^緣子串在工作電壓下不發(fā)生污閃”在電力系統(tǒng)外絕緣水平中的選擇起著重要的作用。電壓等級(jí)kV35110220330500絕緣子片數(shù)27131928等值附灰密度mg/cm2

：與絕緣子表面單位面積上污穢物中不容于水的惰性物質(zhì)的含量。第24頁(yè)/共68頁(yè)稍不均勻電場(chǎng)的SF6氣體：?jiǎn)挝恍孤┚嚯x（泄漏比距或爬電比距）23污穢等級(jí)爬電比距（cm/kV）線路發(fā)電廠、變電所220kV及以下330kV及以上220kV及以下330kV及以上01.39（1.60）1.45（1.60）－－Ⅰ1.39～1.74（1.60～2.00）1.45～1.82（1.60～2.00）1.60（1.84）1.60（1.76）Ⅱ1.74～2.17（2.00～2.50）1.82～2.27（2.00～2.50）2.00（2.30）2.00（2.20）Ⅲ2.17～2.78（2.50～3.20）2.27～2.91（2.50～3.20）2.50（2.88）2.50（2.75）Ⅳ2.78～3.30（3.20～3.80）2.91～3.45(3.20～3.80)3.10（3.57）3.10（3.41）各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值第25頁(yè)/共68頁(yè)污穢等級(jí)爬電比距（cm/kV）線路發(fā)電廠、變電所220kV及24盤形絕緣子串在雨下的可能閃絡(luò)路徑

在有污穢的地區(qū)，污閃所造成的損失很大，因它可在工作電壓下發(fā)生，且引起大面積停電。常用的防污措施：增大泄漏距離。定期或不定期的清掃。使用憎水性涂料。改用防污性能好的絕緣子。防污措施第26頁(yè)/共68頁(yè)盤形絕緣子串在雨下的在有污穢的地區(qū)，污閃所造成的損失很大，25液體及固體介質(zhì)的電氣特性

電介質(zhì)的電氣特性，主要表現(xiàn)為它們?cè)陔妶?chǎng)下的導(dǎo)電性能、介電性能和電氣強(qiáng)度。常以下特征參數(shù)來(lái)表示：

電導(dǎo)率γ（或絕緣電阻率ρ）介電常數(shù)ε（或電容C）介質(zhì)損耗角正切（介質(zhì)損耗因子）tgδ

擊穿電場(chǎng)強(qiáng)度Eb。第27頁(yè)/共68頁(yè)液體及固體介質(zhì)的電氣特性電介質(zhì)的電氣特性，26（1）電介質(zhì)極化圖10極化現(xiàn)象示意圖(a)極間為真空；(b)極間為介質(zhì)A—電極面積（cm2）d—電極間距（cm）插入介質(zhì)平板電極的電容：真空平板電極的電容：定義為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。

第28頁(yè)/共68頁(yè)（1）電介質(zhì)極化圖10極化現(xiàn)象示意圖A—電極面積（c27表2常用電介質(zhì)的εr值材料類別名稱εr（工頻，20℃）氣體介質(zhì)空氣（大氣壓）1.00059液體介質(zhì)弱極性變壓器油硅有機(jī)液體2.2~2.52.2~2.8極性蓖麻油4.5強(qiáng)極性丙酮酒精水223381固體介質(zhì)中性或弱極性石蠟聚乙烯2.0～2.52.25～2.35極性聚氯乙烯3.2～4離子性云母電瓷5～75.5～6.5一般氣體的介電常數(shù)接近于1一般液體和固體的介電常數(shù)2～6之間，強(qiáng)極性液體除外第29頁(yè)/共68頁(yè)表2常用電介質(zhì)的εr值材料類別名稱εr（工頻，228（2）電介質(zhì)的電導(dǎo)

固體介質(zhì)的電導(dǎo)包括兩方面：體積電導(dǎo)及表面電導(dǎo)，后者受濕度、染污的影響更大。因此在測(cè)量固體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻時(shí)，應(yīng)采取措施將表面電阻屏蔽。天氣潮濕時(shí)表面電阻顯著降低。

溫度對(duì)電導(dǎo)有影響，因而在測(cè)量絕緣電阻時(shí)必須注意溫度。同一物體在相近溫度下的絕緣電阻的比較才能說(shuō)明是否真有顯著變化。電介質(zhì)有微弱的導(dǎo)電性能，電導(dǎo)率γ(西門子/米,S·m-1)與電阻率ρ成反比。絕緣體導(dǎo)體ρ半導(dǎo)體物質(zhì)電導(dǎo)率(S·m-1)溫度°C注記海水4.78820在平均鹽度為4.8S·m-1，飲用水0.0005

至

0.05一般高品質(zhì)去離子水5.5

×

10-6第30頁(yè)/共68頁(yè)（2）電介質(zhì)的電導(dǎo)固體介質(zhì)的電導(dǎo)包括兩方面：體積電導(dǎo)及表29（3）電介質(zhì)的損耗絕緣介質(zhì)在交流電壓下的等值電路分析(a)示意圖(b)等值電路(c)相量圖在交流電壓下，試品電流包括有功分量及無(wú)功分量

介質(zhì)損耗

介質(zhì)損失角正切值與絕緣結(jié)構(gòu)的形狀及尺寸無(wú)關(guān)，僅取決于材料性能。因此國(guó)際上都直接用它來(lái)評(píng)估絕緣材料的質(zhì)量，衡量絕緣結(jié)構(gòu)的性能。第31頁(yè)/共68頁(yè)（3）電介質(zhì)的損耗絕緣介質(zhì)在交流電壓下的等值電路分析在交流電30

常用液、固體介質(zhì)tgδ值（20℃，工頻）電介質(zhì)tgδ(%)電介質(zhì)tgδ(%)變壓器油0.05～0.5聚乙烯0.01～0.02蓖麻油1～3交聯(lián)聚乙烯0.02～0.05瀝青云母帶0.2～1聚苯乙烯0.01～0.03電瓷2～5聚四氟乙烯<0.02油浸電纜紙0.5～8聚氯乙烯5～10環(huán)氧樹脂0.2～1酚醛樹脂1～10第32頁(yè)/共68頁(yè)常用液、固體介質(zhì)tgδ值（20℃，工頻）電介質(zhì)tgδ31（4）電介質(zhì)的擊穿

如是極其純凈的液體及固體介質(zhì)，發(fā)生電擊穿電壓將很高。

但工程電介質(zhì)材料中不可避免地會(huì)含有一些雜質(zhì)，如氣泡、水分、纖維、炭粒等，它們對(duì)介質(zhì)的擊穿過(guò)程及擊穿電壓有很大影響。

電擊穿：由于電場(chǎng)作用所直接引起。熱擊穿：僅靠增加絕緣厚度以提高擊穿電壓已難以奏效。電化學(xué)擊穿：因長(zhǎng)期局部放電而引起。第33頁(yè)/共68頁(yè)（4）電介質(zhì)的擊穿如是極其純凈的液體及固體介質(zhì)，發(fā)生32（5）組合絕緣的特性

對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能、機(jī)械性能及其他物理-化學(xué)等性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時(shí)滿足這些要求，所以實(shí)際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合。例如變壓器的外絕緣由套管、周圍的空氣及其界面組成，而其內(nèi)絕緣由紙、布、膠木筒、聚合物、變壓器油等固體和液體介質(zhì)聯(lián)合組成。

理想情況下，若組合絕緣中各層絕緣承受的電場(chǎng)強(qiáng)度與其材料能耐受的電氣強(qiáng)度成正比，則整個(gè)組合絕緣的電氣強(qiáng)度最高，各層絕緣材料得到最充分、最合理的利用。第34頁(yè)/共68頁(yè)（5）組合絕緣的特性對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面33直流電壓下：各層絕緣分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻成正比，亦即各層中的電場(chǎng)強(qiáng)度與其電導(dǎo)率成反比。

工頻交流和沖擊電壓下：各層所承擔(dān)的電壓和各層電容成反比，亦即各層中的電場(chǎng)強(qiáng)度與其介電常數(shù)成反比:

如絕緣紙板中存在氣泡時(shí)，氣泡耐壓低但分到的場(chǎng)強(qiáng)卻比紙要高4～5倍，這也是組合絕緣中局部放電問(wèn)題突出的重要原因之一。第35頁(yè)/共68頁(yè)直流電壓下：各層絕緣分擔(dān)的電壓與其絕緣電阻成正比，亦即各層中342.4電氣絕緣試驗(yàn)及檢測(cè)電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以出廠嗎？電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以投運(yùn)嗎？電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以繼續(xù)運(yùn)行嗎？出廠試驗(yàn)交接（大修）試驗(yàn)預(yù)防性試驗(yàn)（側(cè)重于絕緣試驗(yàn)）按照試驗(yàn)性質(zhì)，可將電氣試驗(yàn)分為為絕緣試驗(yàn)和特性試驗(yàn)兩類。特性試驗(yàn)主要是對(duì)電力設(shè)備的電氣或機(jī)械方面的某些特性進(jìn)行試驗(yàn)，如變壓器的變比、繞組直流電阻等。絕緣試驗(yàn)一般分為破壞性試驗(yàn)和非破壞性試驗(yàn)兩類。第36頁(yè)/共68頁(yè)2.4電氣絕緣試驗(yàn)及檢測(cè)電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以出廠嗎？電35（1）非破壞性試驗(yàn)，亦稱預(yù)防性試驗(yàn)（重點(diǎn)介紹）在較低電壓下或用其它不會(huì)損傷絕緣的方法來(lái)測(cè)量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷。缺點(diǎn)：電壓較低，發(fā)現(xiàn)缺陷的靈敏性還有待于提高。包含的種類：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（2）破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)以高于設(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?？赡茉谠囼?yàn)時(shí)給絕緣造成一定的損傷。包含的種類：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)破壞性試驗(yàn)必須在非破壞性試驗(yàn)合格之后。第37頁(yè)/共68頁(yè)（1）非破壞性試驗(yàn)，亦稱預(yù)防性試驗(yàn)（重點(diǎn)介紹）破壞性試驗(yàn)必須36閃絡(luò)(Flashover)故障診斷相應(yīng)于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問(wèn)題同時(shí)由于監(jiān)測(cè)手段的進(jìn)步，也將使過(guò)去無(wú)法發(fā)現(xiàn)的故障隱患被挖掘出來(lái)；常用液、固體介質(zhì)tgδ值（20℃，工頻）工程上大多為極不均勻電場(chǎng)。33時(shí)擊穿電壓出現(xiàn)極大值（絕緣設(shè)計(jì)時(shí)盡量將r/R選取0.超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。75MPa（7個(gè)大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25℃，0.存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。聚酰胺聚酰亞胺漆及其漆包線；5倍，其滅弧能力是空氣的100以上。光滑瓷柱的干閃和濕閃電壓油中故障不同，產(chǎn)生不同的特征氣體。因此在測(cè)量固體絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣電阻時(shí)，應(yīng)采取措施將表面電阻屏蔽。運(yùn)行設(shè)備的油中H2與總烴含量超過(guò)下列任何一項(xiàng)值時(shí)應(yīng)引起注意：（5）測(cè)試時(shí)必須記錄溫度。工頻電壓、極不均勻電場(chǎng)，擊穿總是發(fā)生在正半周極測(cè)定電氣設(shè)備在不同電壓下局部放電強(qiáng)度與變化規(guī)律，能預(yù)示設(shè)備的絕緣狀態(tài)，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要依據(jù)。絕緣材料受潮后泄漏電流會(huì)增加。穩(wěn)態(tài)時(shí)，等于兩層介質(zhì)絕緣電阻的串聯(lián)值。2.4.1絕緣電阻的測(cè)試

雙層介質(zhì)的吸收現(xiàn)象雙層介質(zhì)的等值電路吸收曲線陰影部分面積為絕緣在充電過(guò)程中逐漸“吸收”的電荷?！拔宅F(xiàn)象”對(duì)應(yīng)的電流稱為吸收電流Ia。由介質(zhì)中偶極子逐漸轉(zhuǎn)向，并沿電場(chǎng)方向排列而產(chǎn)生的。電導(dǎo)電流電壓按電容分布電壓按電阻分布過(guò)渡過(guò)程吸收現(xiàn)象第38頁(yè)/共68頁(yè)閃絡(luò)(Flashover)2.4.1絕緣電阻的測(cè)試37絕緣電阻和吸收比所測(cè)絕緣電阻是隨測(cè)量時(shí)間變化而變化的，只有當(dāng)t＝∞時(shí)，其測(cè)量值R=R∞。但在絕緣電阻試驗(yàn)中，特別是電容量較大時(shí)，很難短時(shí)測(cè)量到R∞的值，因此，規(guī)程規(guī)定，絕緣電阻指測(cè)量60s時(shí)的絕緣電阻值，即R60S的值。吸收比K：加壓60秒時(shí)的絕緣電阻與15秒時(shí)絕緣電阻的比值第39頁(yè)/共68頁(yè)絕緣電阻和吸收比所測(cè)絕緣電阻是隨測(cè)量時(shí)間變化而變化的，只有當(dāng)38

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R1R2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的下降。

不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線

當(dāng)K＝1或接近于1，設(shè)備基本喪失絕緣能力;

當(dāng)K<1.3時(shí)，就可判斷絕緣可能受潮；

當(dāng)K較大時(shí)，可判斷絕緣可能正常。第40頁(yè)/共68頁(yè) 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 當(dāng)K＝39

絕緣電阻和吸收比的測(cè)量絕緣電阻在不高的直流電壓作用下測(cè)量。測(cè)量時(shí)，絕緣電阻的值是不斷變化的；穩(wěn)態(tài)時(shí)，等于兩層介質(zhì)絕緣電阻的串聯(lián)值。規(guī)定所加電壓60s（穩(wěn)態(tài)）后測(cè)得的數(shù)值為絕緣電阻值。絕緣電阻和吸收比反映絕緣性能的最基本的指標(biāo)，通常現(xiàn)場(chǎng)多采用帶手搖直流發(fā)電機(jī)的兆歐表（俗稱搖表、高阻計(jì)、絕緣電阻測(cè)試儀等）產(chǎn)生直流高電壓進(jìn)行絕緣電阻與吸收比的測(cè)量。兆歐表額定電壓有250、500、1000、2500V等幾種，測(cè)量范圍500、1000、2000MΩ等。第41頁(yè)/共68頁(yè)絕緣電阻和吸收比的測(cè)量絕緣電阻在不高的直流電壓作用下測(cè)量。40（1）試驗(yàn)前將試品放電，以避免試品殘余電荷而造成誤差；（2）試驗(yàn)時(shí)，將被試品接于L、E之間，如果被試品表面的泄漏電流較大，為避免表面泄漏電流的影響，必須加以屏蔽，屏蔽線應(yīng)接在兆歐表屏蔽端G上；（3）驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，并保持恒定；（4）測(cè)量吸收比時(shí)，先驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)額定轉(zhuǎn)速，待指針指到∞（空載）時(shí)，用絕緣工具將火線迅速接至試品上，同時(shí)記錄時(shí)間，分別讀取15s和60s的絕緣電阻值；（5）測(cè)試時(shí)必須記錄溫度。絕緣電阻和吸收比測(cè)量的實(shí)驗(yàn)方法第42頁(yè)/共68頁(yè)（1）試驗(yàn)前將試品放電，以避免試品殘余電荷而造成誤差；絕緣電41泄漏電流的測(cè)量泄漏電流指外加直流電壓時(shí)絕緣上流過(guò)的電流。絕緣材料受潮后泄漏電流會(huì)增加。泄漏電流的測(cè)量除關(guān)注電流值之外，還特別關(guān)注電流隨外加電壓變化的曲線。吸收電流電導(dǎo)電流泄漏電流絕緣材料受潮后泄漏電流會(huì)增加泄漏電流的測(cè)量不僅可反映絕緣電阻大小，還可反映兆歐表所不能反映的絕緣損壞或弱點(diǎn)。第43頁(yè)/共68頁(yè)泄漏電流的測(cè)量泄漏電流指外加直流電壓時(shí)絕緣上流過(guò)的電流。絕緣42泄漏電流的測(cè)量:被試品一極必須接地時(shí)用反接法。

測(cè)量泄漏電流的電路圖T.O.—被試品；H—高電位電極；L—低電位電極；A—直流電流表；R—保護(hù)電阻；P—放電管；T.O.接地的屏蔽籠無(wú)暈高壓過(guò)壓保護(hù)常閉，讀數(shù)打開第44頁(yè)/共68頁(yè)泄漏電流的測(cè)量:被試品一極必須接地時(shí)用反接法。43泄漏電流的測(cè)量與絕緣電阻測(cè)量的不同：加在試品上的直流電壓比兆歐表的工作電壓高得多。能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的缺陷。如：在20kV電壓下測(cè)量額定電壓為35kV變壓器的泄露電流值，能相當(dāng)靈敏的發(fā)現(xiàn)瓷套開裂、絕緣紙筒沿面炭化、變壓器油劣化及內(nèi)部受潮等缺陷。施加在試品上的直流電壓是逐漸增大的，這樣就可以在升壓過(guò)程中監(jiān)視泄漏電流的增長(zhǎng)動(dòng)向。在電壓升到規(guī)定的試驗(yàn)電壓值后，要保持1min再讀出最后的泄漏電流值。當(dāng)絕緣良好時(shí)，泄漏電流應(yīng)保持穩(wěn)定，且其值很小。第45頁(yè)/共68頁(yè)泄漏電流的測(cè)量與絕緣電阻測(cè)量的不同：第45頁(yè)/共68頁(yè)44介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量介質(zhì)損失角正切tg

：

交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無(wú)功分量的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)。介質(zhì)的功率損耗P與介質(zhì)損耗角正切值成正比。（1）在一定的電壓和頻率下，介質(zhì)損失角正切值tg反映了電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小，與絕緣介質(zhì)的形狀、大小無(wú)關(guān)，只與介質(zhì)的固有特性有關(guān)。（2）測(cè)量tg可以有效的發(fā)現(xiàn)絕緣的整體性缺陷和小電容試品的嚴(yán)重局部放電。比如介質(zhì)的受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)氣泡及老化等缺陷。第46頁(yè)/共68頁(yè)介質(zhì)損耗角正切的測(cè)量介質(zhì)損失角正切tg：交流電壓作用下451）

西林電橋的基本原理若：電橋平衡時(shí)：則：（電阻Ω、電容uF）試品正接法(試品高、低壓端對(duì)地絕緣)第47頁(yè)/共68頁(yè)1）西林電橋的基本原理若：電橋平衡時(shí)：則：（電阻Ω、電容u46壽命預(yù)測(cè)技術(shù)─對(duì)已識(shí)別的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出故障的發(fā)展趨勢(shì)及其后果，估算設(shè)備的剩余壽命，確定檢修周期，提出控制故障發(fā)展和消除故障的維修策略。（Discharge)各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值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。以纖維素為基礎(chǔ)的固體絕緣材料（紙和紙板）發(fā)生劣化分解時(shí)，除釋放出水、醛類、酮類和有機(jī)酸外，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的一氧化碳和二氧化碳。定義為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10%/月。各種絕緣材料局部放電的性能有很大的差別：但交流設(shè)備進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)不夠真實(shí)，例如油紙串聯(lián)時(shí)，交流下電場(chǎng)分布取決于介電常數(shù)ε，而直流卻取決于電阻率ρ，不等效。介質(zhì)損失角正切tg：交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無(wú)功分量的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)。（4）測(cè)量吸收比時(shí)，先驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)額定轉(zhuǎn)速，待指針指到∞（空載）時(shí)，用絕緣工具將火線迅速接至試品上，同時(shí)記錄時(shí)間，分別讀取15s和60s的絕緣電阻值；改性硅有機(jī)漆及其云母制品及玻璃漆布定義為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重。不同特征氣體的產(chǎn)氣速率，可更直接的反映故障的存在、嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢(shì)，可以進(jìn)一步確定故障的有無(wú)及性質(zhì)。75MPa（7個(gè)大氣壓，作為斷路器的絕緣）的液化溫度是-25℃，0.極不均勻電場(chǎng)SF6的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（如4kV/mm）比稍不均勻電場(chǎng)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)（如30kV/mm）低很多。存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。包含的種類：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)比如介質(zhì)的受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)氣泡及老化等缺陷。（5）測(cè)試時(shí)必須記錄溫度。對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能、機(jī)械性能及其他物理-化學(xué)等性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時(shí)滿足這些要求，所以實(shí)際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合。正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。但設(shè)備一般都是外殼接地的，也就是試品往往一端固定接地，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正接法，應(yīng)采用反接法。反接法：C點(diǎn)接地。各調(diào)節(jié)元件R3、C4、檢流計(jì)P、R4處于高電位，必須屏蔽，最好能包括試品的低壓電極。西林電橋的反接法若：則：（電阻Ω、電容uF）第48頁(yè)/共68頁(yè)壽命預(yù)測(cè)技術(shù)─對(duì)已識(shí)別的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出故障的發(fā)展趨勢(shì)47，將電橋的高壓部分（最好能包括試品的低壓電極）全部用接地的金屬網(wǎng)屏蔽起來(lái)，引線也用屏蔽電纜線，這樣基本上就消除了上述誤差。在A/B與屏蔽間接放電管，保護(hù)電橋。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重。西林電橋的反接法2）外界電磁場(chǎng)對(duì)電橋的干擾試驗(yàn)時(shí)高壓電源、電暈放電、及其他高壓帶電體引起的電場(chǎng)干擾；交變磁場(chǎng)在橋路內(nèi)將感應(yīng)出一干擾電勢(shì)，都會(huì)造成測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確。第49頁(yè)/共68頁(yè)，將電橋的高壓部分（最好能包括試品的低壓電極）全48局部放電的危害：

局部放電將加速絕緣的老化和破壞，發(fā)展到一定程度時(shí)，可能導(dǎo)致整個(gè)絕緣的擊穿。測(cè)定電氣設(shè)備在不同電壓下局部放電強(qiáng)度與變化規(guī)律，能預(yù)示設(shè)備的絕緣狀態(tài)，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要依據(jù)。局部放電的測(cè)試

局部放電的檢測(cè)方法有：脈沖電流法、超聲檢測(cè)法、超高頻法、化學(xué)檢測(cè)方法、紅外熱像法、紫外方法、射頻檢測(cè)法以及數(shù)字化局放的檢測(cè)。油的氣相色普分析屬于化學(xué)方法，歸為局部放電檢測(cè)的方法。各種方法都可用于變壓器的局部放電檢測(cè)，尤其是前四種方法。第50頁(yè)/共68頁(yè)局部放電的危害：局部放電的測(cè)試局部放電的檢測(cè)方法有：49絕緣油的性能檢測(cè)及其氣相色譜分析

絕緣油廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣，其中使用最廣泛的是變壓器油。變壓器油是從石油分餾后經(jīng)精制而成的碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其性能穩(wěn)定。變壓器油的試驗(yàn)內(nèi)容較多，大致可分為電氣性能的測(cè)試和理化性能的測(cè)試兩大類：電氣性能試驗(yàn)：電阻率的測(cè)量、tg

的測(cè)量、介電常數(shù)的測(cè)量、電氣強(qiáng)度的測(cè)量等；理化性能試驗(yàn)：酸值試驗(yàn)、凝固點(diǎn)試驗(yàn)、閃火點(diǎn)試驗(yàn)、粘度試驗(yàn)、變壓器油的氣相色普分析和液相色普分析等。第51頁(yè)/共68頁(yè)絕緣油的性能檢測(cè)及其氣相色譜分析絕緣油廣泛應(yīng)用于高壓50

介質(zhì)損耗角正切值的試驗(yàn)在專用的試驗(yàn)電極中測(cè)油的tg可以檢查油的損耗性能。

由于油溫對(duì)tg值影響較大，溫度高時(shí)不同質(zhì)量油的tg差別可能更大，故測(cè)量tg時(shí)需將電極放在恒溫箱中。

電氣強(qiáng)度試驗(yàn)

在標(biāo)準(zhǔn)油杯中做油的擊穿試驗(yàn)。每個(gè)試樣做6次，以6次擊穿電壓的平均值作為其電氣強(qiáng)度。

由于氣泡的存在會(huì)導(dǎo)致油擊穿強(qiáng)度的降低，因而試驗(yàn)時(shí)油樣的抽取和注入，需防止氣泡的產(chǎn)生。比如“杯壁下流”、靜放，保證無(wú)氣泡后進(jìn)行試驗(yàn)。液相色譜分析通過(guò)分離技術(shù)，將液體混合物進(jìn)行分離，利用為色譜儀進(jìn)行分析其組分和含量。

液相色普分析第52頁(yè)/共68頁(yè)介質(zhì)損耗角正切值的試驗(yàn)在專用的試驗(yàn)電極中測(cè)油的tg51

絕緣油在不同性質(zhì)的故障下受熱分解，產(chǎn)生不同成分、不同含量的烴類氣體。

絕緣油的氣相色譜分析（1906年、俄植物學(xué)家Tsweet）在熱和電的作用下，變壓器絕緣發(fā)生如下變化：絕緣油會(huì)逐漸老化、分解而產(chǎn)生各種低分子烴、氫氣以及有機(jī)酸和石蠟等；以纖維素為基礎(chǔ)的固體絕緣材料（紙和紙板）發(fā)生劣化分解時(shí)，除釋放出水、醛類、酮類和有機(jī)酸外，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的一氧化碳和二氧化碳。

變壓器油中溶解的各種氣體成分的相對(duì)數(shù)量和形成速度，主要取決于故障點(diǎn)能量的釋放形式以及故障的嚴(yán)重程度，所以根據(jù)油中溶解氣體的色譜分析可以判斷設(shè)備內(nèi)部是否存在異常，推斷故障類型及故障能量等。

第53頁(yè)/共68頁(yè)絕緣油在不同性質(zhì)的故障下受熱分解，產(chǎn)生不同成分、52

絕緣油在不同性質(zhì)的故障下受熱分解，產(chǎn)生不同成分、不同含量的烴類氣體。通過(guò)氣相色普分析可以發(fā)現(xiàn)充油設(shè)備中某些用tg等方法所不能發(fā)現(xiàn)的局部性缺陷（如局部過(guò)熱、局部放電），迅速簡(jiǎn)便，不需要設(shè)備停電。取出運(yùn)行設(shè)備的油樣，將油樣經(jīng)噴嘴噴入真空罐內(nèi)，使油中溶解的氣體迅速釋放出來(lái)。然后將脫出的氣體壓縮至常壓，用注射器抽取試樣后送入氣相色譜儀，對(duì)不同氣體進(jìn)行分離和定量。

GB/T7252—01《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導(dǎo)則》推薦了氣體各組分、產(chǎn)氣速率的注意值和判斷故障性質(zhì)方法。氣相色譜試驗(yàn)適合于預(yù)防性試驗(yàn)的要求?？梢约皶r(shí)掌握變壓器、互感器等設(shè)備的運(yùn)行情況，有效地防止事故的發(fā)生。第54頁(yè)/共68頁(yè)絕緣油在不同性質(zhì)的故障下受熱分解，產(chǎn)生不同成分、53（1）看特征氣體的含量、組成和主次

油和固體材料在電、熱作用下分解各種氣體，判斷故障的特征氣體主要包括乙炔C2H2、氫H2、烴類(甲烷CH4、乙烷C2H6、乙烯C2H4、乙炔C2H2）、及CO、CO2等。油中故障不同，產(chǎn)生不同的特征氣體?？梢愿鶕?jù)絕緣油的氣相色譜測(cè)定結(jié)果、產(chǎn)氣的特征、特征氣體的注意值，對(duì)變壓器等設(shè)備有無(wú)故障及故障性質(zhì)作出初步判斷。金屬局部過(guò)熱：總烴含量較高，其中甲烷CH4、乙烯C2H4較多；固體絕緣熱分解：CO、CO2含量高；油中局部放電：乙炔C2H2和H2的含量較大。絕緣材料受潮：總烴不高，H2在總烴中的比例高。第55頁(yè)/共68頁(yè)（1）看特征氣體的含量、組成和主次第55頁(yè)/共68頁(yè)54

油中溶解氣體含量的“注意值”

總烴含量>150ppm(體積分?jǐn)?shù))H2含量>150ppmC2H2含量>5ppm(500kV等級(jí)變壓器為1ppm)

運(yùn)行設(shè)備的油中H2與總烴含量超過(guò)下列任何一項(xiàng)值時(shí)應(yīng)引起注意：[注]總烴包括：CH4、C2H6、C2H4和C2H2四種氣體。第56頁(yè)/共68頁(yè)油中溶解氣體含量的“注意值”總烴含量>150ppm55（2）看特征氣體的產(chǎn)氣速率

特征氣體的組分、含量及與是否超注意值，不能完全判斷設(shè)備是否故障和其故障類型。不同特征氣體的產(chǎn)氣速率，可更直接的反映故障的存在、嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢(shì)，可以進(jìn)一步確定故障的有無(wú)及性質(zhì)。

油中溶解氣體含量增量的“注意值”總烴產(chǎn)氣速率大于 0.25ml/h(開放式) 0.5ml/h(密封式),相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10%/月。第57頁(yè)/共68頁(yè)（2）看特征氣體的產(chǎn)氣速率

特征氣體的組分、含量56（1）在一定的電壓和頻率下，介質(zhì)損失角正切值tg反映了電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小，與絕緣介質(zhì)的形狀、大小無(wú)關(guān)，只與介質(zhì)的固有特性有關(guān)。試驗(yàn)表明，當(dāng)間隙距離很大時(shí)，不同形狀電極間隙擊穿電壓差別不大。如果表面潮濕、臟污時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓更低。然后將脫出的氣體壓縮至常壓，用注射器抽取試樣后送入氣相色譜儀，對(duì)不同氣體進(jìn)行分離和定量。對(duì)絕緣子來(lái)說(shuō)，溫度突變也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。（2）破壞性試驗(yàn)，即耐壓試驗(yàn)定義為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，等于兩層介質(zhì)絕緣電阻的串聯(lián)值。1）西林電橋的基本原理?yè)舸?Breakdown)正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。比如“杯壁下流”、靜放，保證無(wú)氣泡后進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)定電氣設(shè)備在不同電壓下局部放電強(qiáng)度與變化規(guī)律，能預(yù)示設(shè)備的絕緣狀態(tài)，也是估計(jì)絕緣電老化速度的重要依據(jù)。絕緣油廣泛應(yīng)用于高壓電氣設(shè)備的內(nèi)絕緣，其中使用最廣泛的是變壓器油。H2含量>150ppm存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。將電橋的高壓部分（最好能包括試品的低壓電極）全部用接地的金屬網(wǎng)屏蔽起來(lái)，引線也用屏蔽電纜線，這樣基本上就消除了上述誤差。測(cè)量泄漏電流的電路圖在同一設(shè)備的三相試驗(yàn)結(jié)果之間進(jìn)行比較陰影部分面積為絕緣在充電過(guò)程中逐漸“吸收”的電荷。GB11021劃分幾個(gè)耐熱等級(jí)，規(guī)定相應(yīng)的最高允許溫度。

（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。

國(guó)標(biāo)采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提出的特征氣體比值的三比值法（

乙炔C2H2/乙烯C2H4、

甲烷CH4/氫氣H2、乙烯C2H4/乙烷C2H6）作為判斷變壓器等充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法。三比值法中，每種典型故障對(duì)應(yīng)的一組比值。第58頁(yè)/共68頁(yè)（1）在一定的電壓和頻率下，介質(zhì)損失角正切值tg反映了電介57判斷變壓器故障類型的IEC三比值法編碼說(shuō)明：如

=1～3時(shí)，編碼為1三比值法的編碼規(guī)則特征氣體比值范圍比值范圍編碼<0.10100.1～11001～3121>3222第59頁(yè)/共68頁(yè)判斷變壓器故障類型的IEC三比值法編碼說(shuō)明：如58序號(hào)故障性質(zhì)編碼典型例子0無(wú)故障000正常老化1低能量密度局部放電010絕緣材料氣隙未完全浸漬，存在氣泡，含氣空腔或高濕度作用。2高能量密度局部放電110原因同上，但程度已導(dǎo)致固體絕緣產(chǎn)生放電痕跡或穿孔。3低能放電1~201~2不良接點(diǎn)間或懸浮電位體的連續(xù)火花放電，固體材料間的油擊穿。4高能放電102存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。5<150℃低溫過(guò)熱故障001一般為過(guò)負(fù)荷或油道堵塞造成的繞組或鐵芯過(guò)熱。6150~300℃低溫過(guò)熱故障020磁環(huán)流引起的鐵芯局部過(guò)熱；漏磁集中；渦流引起的銅過(guò)熱；接頭或接觸不良；鐵芯多點(diǎn)接地。7300~700℃中溫過(guò)熱故障0218>700℃高溫過(guò)熱故障022故障類型判斷第60頁(yè)/共68頁(yè)序號(hào)故障性質(zhì)編碼典型例子0無(wú)故59

種種非破壞性試驗(yàn)各具功能，也各有局限性。必須將各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行綜合分析。

當(dāng)有個(gè)別試驗(yàn)項(xiàng)目不合格時(shí)，宜用“三比較”辦法來(lái)處理：與同類型設(shè)備比較在同一設(shè)備的三相試驗(yàn)結(jié)果之間進(jìn)行比較與該設(shè)備技術(shù)檔案中的歷年試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)作比較。第61頁(yè)/共68頁(yè)種種非破壞性試驗(yàn)各具功能，也各有局限性。必須將各項(xiàng)60交流耐壓、直流耐壓及沖擊試驗(yàn)

沖擊試驗(yàn)：考核設(shè)備在雷電及操作過(guò)電壓下的特性。比較真實(shí)、可靠的，特別對(duì)變壓器等繞組結(jié)構(gòu)的而言。難于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。

交流耐壓試驗(yàn)：一般僅在交接試驗(yàn)及大修后進(jìn)行，因?yàn)樗m然考驗(yàn)很嚴(yán)格、有利于發(fā)現(xiàn)某些缺陷，但可能產(chǎn)生嚴(yán)重的“副作用”。

直流耐壓試驗(yàn)：適合于直流設(shè)備或某些電容量很大的交流設(shè)備。但交流設(shè)備進(jìn)行直流耐壓試驗(yàn)不夠真實(shí)，例如油紙串聯(lián)時(shí)，交流下電場(chǎng)分布取決于介電常數(shù)ε，而直流卻取決于電阻率ρ，不等效。交流耐壓試驗(yàn)所帶來(lái)的殘余電荷遠(yuǎn)大于直流耐壓。

第62頁(yè)/共68頁(yè)交流耐壓、直流耐壓及沖擊試驗(yàn)沖擊試驗(yàn)：考核設(shè)備在雷電及操作61

2.5電氣絕緣診斷概論

運(yùn)行電氣設(shè)備

電、熱、機(jī)械、環(huán)境等因素作用

性能逐漸劣化

故障

事故

巨大損失

故障

各種前期征兆

電氣、物理、化學(xué)特性的漸變

特性變化的大小和趨勢(shì)早期發(fā)現(xiàn)故障電氣故障診斷的定義：

通過(guò)對(duì)電氣設(shè)備的試驗(yàn)和各種特性的測(cè)量，了解其特征，評(píng)估設(shè)備在運(yùn)行中的狀態(tài)(老化程度)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)。提高電氣設(shè)備及電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。第63頁(yè)/共68頁(yè)2.5電氣絕緣診斷概論運(yùn)行電氣設(shè)備電、熱、機(jī)械、62電氣故障診斷的特點(diǎn)：

任何診斷都是以征兆為線索的，電氣設(shè)備故障診斷的困難在于：一般說(shuō)來(lái)，故障和征兆之間并不存在簡(jiǎn)單的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，一種故障可能對(duì)應(yīng)多種征兆，而一種征兆也可能對(duì)應(yīng)著多種故障。因此僅僅依靠單一的檢測(cè)項(xiàng)目，對(duì)故障的分析是不全面的，需要對(duì)各種試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合推理。電氣故障診斷的功能：檢測(cè)表征工作狀態(tài)的信號(hào)

進(jìn)行信號(hào)處理

提取信號(hào)特征

根據(jù)信號(hào)特征

分析故障類型、性質(zhì)及嚴(yán)重程度

對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行定位第64頁(yè)/共68頁(yè)電氣故障診斷的特點(diǎn)：檢測(cè)表征工作狀態(tài)的信號(hào)

進(jìn)63

因果第65頁(yè)/共68頁(yè)因果第65頁(yè)/共68頁(yè)64

故障診斷相應(yīng)于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問(wèn)題狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)─實(shí)時(shí)采集反映設(shè)備運(yùn)行情況的各種信號(hào)和參數(shù)，并對(duì)設(shè)備的狀態(tài)加以記錄，為設(shè)備的故障分析、性能評(píng)估及合理使用提供基礎(chǔ)信息。故障識(shí)別技術(shù)─根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)獲得信息，對(duì)異常狀態(tài)做出報(bào)警，并對(duì)故障類型進(jìn)行初步分析，以便運(yùn)行人員及時(shí)了解設(shè)備工作情況。診斷推理技術(shù)─根據(jù)各種檢測(cè)方法得出的初步結(jié)論，結(jié)合具體設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行歷史（包括運(yùn)行紀(jì)錄、故障經(jīng)歷及維修紀(jì)錄）和各種環(huán)境因素的影響，對(duì)設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行分析。確定故障的性質(zhì)、程度以及部位，推測(cè)誘發(fā)故障的直接原因。壽命預(yù)測(cè)技術(shù)─對(duì)已識(shí)別的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出故障的發(fā)展趨勢(shì)及其后果，估算設(shè)備的剩余壽命，確定檢修周期，提出控制故障發(fā)展和消除故障的維修策略。第66頁(yè)/共68頁(yè)故障診斷相應(yīng)于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問(wèn)題第66頁(yè)/共68頁(yè)65

隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，制造工藝逐步得到改進(jìn)，舊問(wèn)題將不斷被解決；而隨著電壓等級(jí)和容量的不斷提高，新技術(shù)的廣泛應(yīng)用，新的問(wèn)題也會(huì)不斷產(chǎn)生；同時(shí)由于監(jiān)測(cè)手段的進(jìn)步，也將使過(guò)去無(wú)法發(fā)現(xiàn)的故障隱患被挖掘出來(lái)；故障診斷技術(shù)的研究將是一個(gè)永無(wú)止境的探索過(guò)程。

第67頁(yè)/共68頁(yè)隨著運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累，制造工藝逐步得到改進(jìn)，舊問(wèn)題將不66Thankyou第68頁(yè)/共68頁(yè)Thankyou第68頁(yè)/共68頁(yè)67

水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）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)第9頁(yè)/共68頁(yè)水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸68

氣體放電放電（Discharge)擊穿(Breakdown)閃絡(luò)(Flashover)火花放電

Sparkover

電弧(Arc)空氣間隙的放電外施電壓的形式電場(chǎng)的情況電極形狀大氣環(huán)境與有關(guān)第12頁(yè)/共68頁(yè)

氣體放電放電擊穿(Breakdown)閃絡(luò)(Fl69由于油溫對(duì)tg值影響較大，溫度高時(shí)不同質(zhì)量油的tg差別可能更大，故測(cè)量tg時(shí)需將電極放在恒溫箱中。相對(duì)產(chǎn)氣速率大于10%/月。固體介質(zhì)的電導(dǎo)包括兩方面：體積電導(dǎo)及表面電導(dǎo)，后者受濕度、染污的影響更大。介質(zhì)損失角正切tg：交流電壓作用下電介質(zhì)中電流的有功分量和無(wú)功分量的比值，是一個(gè)無(wú)量綱的數(shù)。穩(wěn)態(tài)時(shí)，等于兩層介質(zhì)絕緣電阻的串聯(lián)值。對(duì)高壓電氣設(shè)備絕緣的要求是多方面的，除了必須有優(yōu)異的電氣性能外，還要求有良好的熱性能、機(jī)械性能及其他物理-化學(xué)等性能，單一品質(zhì)電介質(zhì)往往難以同時(shí)滿足這些要求，所以實(shí)際絕緣一般采用多種電介質(zhì)的組合。每個(gè)試樣做6次，以6次擊穿電壓的平均值作為其電氣強(qiáng)度。不同特征氣體的產(chǎn)氣速率，可更直接的反映故障的存在、嚴(yán)重程度及其發(fā)展趨勢(shì)，可以進(jìn)一步確定故障的有無(wú)及性質(zhì)。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。（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。運(yùn)行設(shè)備的油中H2與總烴含量超過(guò)下列任何一項(xiàng)值時(shí)應(yīng)引起注意：在各種運(yùn)行溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行的壽命其擊穿場(chǎng)強(qiáng)隨氣壓的增加而增加，有飽和性；電氣設(shè)備質(zhì)量合格？可以投運(yùn)嗎？確定故障的性質(zhì)、程度以及部位，推測(cè)誘發(fā)故障的直接原因。超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。（4）測(cè)量吸收比時(shí)，先驅(qū)動(dòng)兆歐表達(dá)額定轉(zhuǎn)速，待指針指到∞（空載）時(shí)，用絕緣工具將火線迅速接至試品上，同時(shí)記錄時(shí)間，分別讀取15s和60s的絕緣電阻值；診斷推理技術(shù)─根據(jù)各種檢測(cè)方法得出的初步結(jié)論，結(jié)合具體設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，綜合考慮設(shè)備的運(yùn)行歷史（包括運(yùn)行紀(jì)錄、故障經(jīng)歷及維修紀(jì)錄）和各種環(huán)境因素的影響，對(duì)設(shè)備發(fā)生的故障進(jìn)行分析。比如介質(zhì)的受潮、穿透性導(dǎo)電通道、絕緣內(nèi)氣泡及老化等缺陷。以纖維素為基礎(chǔ)的固體絕緣材料（紙和紙板）發(fā)生劣化分解時(shí)，除釋放出水、醛類、酮類和有機(jī)酸外，還會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的一氧化碳和二氧化碳。氣體中的沿面放電(cm)

不同材料的工頻下沿面閃絡(luò)電壓（峰值）

1—純氣隙；2—石蠟；3—膠紙筒；4—電瓷

沿著固體介質(zhì)表面的閃絡(luò)電壓不但遠(yuǎn)低于固體介質(zhì)的擊穿電壓，而且也比相同極間距離的純氣隙擊穿電壓低。

如果表面潮濕、臟污時(shí)，沿面閃絡(luò)電壓更低。這是選擇輸電線路和變電所外絕緣時(shí)的關(guān)鍵因素。絕緣子大多在戶外運(yùn)行，因此還要考慮濕閃及污閃的情況，這時(shí)的放電電壓遠(yuǎn)低于乾閃。第22頁(yè)/共68頁(yè)由于油溫對(duì)tg值影響較大，溫度高時(shí)不同質(zhì)量油的tg差別可701）

西林電橋的基本原理若：電橋平衡時(shí)：則：（電阻Ω、電容uF）試品正接法(試品高、低壓端對(duì)地絕緣)第47頁(yè)/共68頁(yè)1）西林電橋的基本原理若：電橋平衡時(shí)：則：（電阻Ω、電容u71正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。但設(shè)備一般都是外殼接地的，也就是試品往往一端固定接地，無(wú)法實(shí)現(xiàn)正接法，應(yīng)采用反接法。反接法：C點(diǎn)接地。各調(diào)節(jié)元件R3、C4、檢流計(jì)P、R4處于高電位，必須屏蔽，最好能包括試品的低壓電極。西林電橋的反接法若：則：（電阻Ω、電容uF）第48頁(yè)/共68頁(yè)正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。但設(shè)備一般都是外殼接地的，72

（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。

國(guó)標(biāo)采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提出的特征氣體比值的三比值法（

乙炔C2H2/乙烯C2H4、

甲烷CH4/氫氣H2、乙烯C2H4/乙烷C2H6）作為判斷變壓器等充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法。三比值法中，每種典型故障對(duì)應(yīng)的一組比值。第58頁(yè)/共68頁(yè)

（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意73序號(hào)故障性質(zhì)編碼典型例子0無(wú)故障000正常老化1低能量密度局部放電010絕緣材料氣隙未完全浸漬，存在氣泡，含氣空腔或高濕度作用。2高能量密度局部放電110原因同上，但程度已導(dǎo)致固體絕緣產(chǎn)生放電痕跡或穿孔。3低能放電1~201~2不良接點(diǎn)間或懸浮電位體的連續(xù)火花放電，固體材料間的油擊穿。4高能放電102存在工頻續(xù)流，相間、匝間或繞組對(duì)地電弧擊穿，有載分接開關(guān)切斷電流等。5<150℃低溫過(guò)熱故障001一般為過(guò)負(fù)荷或油道堵塞造成的繞組或鐵芯過(guò)熱。6150~300℃低溫過(guò)熱故障020磁環(huán)流引起的鐵芯局部過(guò)熱；漏磁集中；渦流引起的銅過(guò)熱；接頭或接觸不良；鐵芯多點(diǎn)接地。7300~700℃中溫過(guò)熱故障0218>700℃高溫過(guò)熱故障022故障類型判斷第60頁(yè)/共68頁(yè)序號(hào)故障性質(zhì)編碼典型例子0無(wú)故74壽命預(yù)測(cè)技術(shù)─對(duì)已識(shí)別的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出故障的發(fā)展趨勢(shì)及其后果，估算設(shè)備的剩余壽命，確定檢修周期，提出控制故障發(fā)展和消除故障的維修策略。特性試驗(yàn)主要是對(duì)電力設(shè)備的電氣或機(jī)械方面的某些特性進(jìn)行試驗(yàn)，如變壓器的變比、繞組直流電阻等。（Discharge)故障診斷相應(yīng)于故障發(fā)展因果關(guān)系的逆問(wèn)題只有在均勻電場(chǎng)和稍不均勻電場(chǎng)，SF6氣體才能發(fā)揮其優(yōu)異的絕緣性能，因而一般應(yīng)用SF6氣體做絕緣時(shí)，應(yīng)盡量保證其電場(chǎng)的均勻性。國(guó)標(biāo)采用國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)提出的特征氣體比值的三比值法（乙炔C2H2/乙烯C2H4、甲烷CH4/氫氣H2、乙烯C2H4/乙烷C2H6）作為判斷變壓器等充油電氣設(shè)備故障類型的主要方法。超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。但對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的試品：難以實(shí)現(xiàn)屏蔽，故干擾較嚴(yán)重。沖擊電壓（雷電操作）下的空氣間隙擊穿不良接點(diǎn)間或懸浮電位體的連續(xù)火花放電，固體材料間的油擊穿。提高電氣設(shè)備及電力系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性和經(jīng)濟(jì)性。（3）三比值法判斷

只有根據(jù)各特征氣體含量的注意值或產(chǎn)氣速率注意值判斷可能存在故障時(shí)，才能用三比值法判斷其故障的類型。如絕緣紙板中存在氣泡時(shí)，氣泡耐壓低但分到的場(chǎng)強(qiáng)卻比紙要高4～5倍，這也是組合絕緣中局部放電問(wèn)題突出的重要原因之一。在熱和電的作用下，變壓器絕緣發(fā)生如下變化：正接法中，試品高、低壓端對(duì)地絕緣。eg：高壓靜電電壓表的電極布置絕緣油的氣相色譜分析（1906年、俄植物學(xué)家Tsweet）包含的種類：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)各污穢等級(jí)下的爬電比距分級(jí)數(shù)值

種種非破壞性試驗(yàn)各具功能，也各有局限性。必須將各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行綜合分析。

當(dāng)有個(gè)別試驗(yàn)項(xiàng)目不合格時(shí)，宜用“三比較”辦法來(lái)處理：與同類型設(shè)備比較在同一設(shè)備的三相試驗(yàn)結(jié)果之間進(jìn)行比較與該設(shè)備技術(shù)檔案中的歷年試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)作比較。第61頁(yè)/共68頁(yè)壽命預(yù)測(cè)技術(shù)─對(duì)已識(shí)別的故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，指出故障的發(fā)展趨勢(shì)75

絕緣介質(zhì)緊固支撐冷卻媒介

絕緣作用

絕緣材料液體:絕緣油固體：絕緣紙、電瓷、云母、玻璃、交聯(lián)聚乙烯等氣體:空氣、SF6

真空絕緣實(shí)際絕緣結(jié)構(gòu)通常是由幾種電介質(zhì)聯(lián)合構(gòu)成的組合絕緣固-液絕緣固-氣絕緣第2頁(yè)/共68頁(yè)絕緣介質(zhì)絕緣作用絕緣材料液體:絕緣油固體：絕緣紙、762.2絕緣老化及其影響因素設(shè)備絕緣故障的主要原因材料的老化。電氣設(shè)備絕緣在運(yùn)行中受到各種因素的長(zhǎng)期作用，會(huì)發(fā)生一系列不可逆的變化，導(dǎo)致其物理、化學(xué)、電和機(jī)械等性能的劣化，如機(jī)械強(qiáng)度降低、介質(zhì)損耗及電導(dǎo)增大。將這種現(xiàn)象稱為絕緣老化。電氣因素機(jī)械因素溫度和熱穩(wěn)定性環(huán)境（水分、氧化、射線及微生物）絕緣老化影響因素第3頁(yè)/共68頁(yè)2.2絕緣老化及其影響因素設(shè)備絕緣故障的主要原因材料的老77（1）電氣影響長(zhǎng)期工作電壓

短時(shí)的過(guò)電壓

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。高場(chǎng)強(qiáng)下的電老化由介質(zhì)中的局部放電引起。各種絕緣材料局部放電的性能有很大的差別：云母（電機(jī)絕緣）、玻璃纖維等無(wú)機(jī)材料有很好耐局部放電能力。有機(jī)高分子聚合物等絕緣材料耐局部放電能力較差，其長(zhǎng)時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)要比短時(shí)間擊穿場(chǎng)強(qiáng)低很多。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將其工作場(chǎng)強(qiáng)(XLPE的為10kV/mm)選的比局部放電場(chǎng)強(qiáng)低，以保證其壽命。絕緣油發(fā)生局部放電，引起油溫升高而導(dǎo)致油的解裂，并伴有微量氣體產(chǎn)生。另外油放電生成物可能是聚合蠟狀物，可能附著于固體介質(zhì)表面影響散熱，加速固體絕緣的老化。第4頁(yè)/共68頁(yè)（1）電氣影響長(zhǎng)期工作電壓為了使設(shè)備的外形尺寸保78（2）機(jī)械影響機(jī)械負(fù)荷長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)短路應(yīng)力機(jī)械應(yīng)力對(duì)絕緣的老化速度有很大的影響。如：機(jī)械應(yīng)力過(guò)大會(huì)使固體介質(zhì)內(nèi)產(chǎn)生裂紋或氣隙，導(dǎo)致局放，運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明：瓷絕緣子的老化常常是由于機(jī)械應(yīng)力造成（懸式絕緣子最易損壞的地方是靠近鐵塔懸掛點(diǎn)處）。對(duì)絕緣子來(lái)說(shuō)，溫度突變也會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力。如：運(yùn)行中受日照，溫升為20～30℃，突然降雨，瓷表面驟冷，則會(huì)在瓷件內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，可能造成開裂。因此，絕緣子瓷件在工廠要經(jīng)過(guò)冷熱實(shí)驗(yàn)，要求在70℃的溫差劇變時(shí)不發(fā)生開裂。第5頁(yè)/共68頁(yè)（2）機(jī)械影響機(jī)械負(fù)荷機(jī)械應(yīng)力對(duì)絕緣的老化速度有很大的影響。79（3）溫度影響

季節(jié)變化長(zhǎng)期過(guò)負(fù)荷熱老化高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明顯的損壞；即使溫度比短時(shí)允許溫度低，但作用時(shí)間很長(zhǎng)時(shí)，絕緣性能也會(huì)發(fā)生不可逆的變化。絕緣的溫度越高，老化越快，壽命越短。液體介質(zhì)的熱老化主要表現(xiàn)在油的氧化，油溫越高，則氧化速度越快。油局部過(guò)熱會(huì)分解出一些能溶于油的微量氣體，這是變壓器油劣化的主要原因。不同介質(zhì)材料的耐熱性能不同。GB11021劃分幾個(gè)耐熱等級(jí)，規(guī)定相應(yīng)的最高允許溫度。超過(guò)該允許值，介質(zhì)迅速老化，壽命大大縮短。第6頁(yè)/共68頁(yè)（3）溫度影響季節(jié)變化高溫下，電介質(zhì)短時(shí)間內(nèi)就能發(fā)生明80電介質(zhì)的耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)工作溫度(℃)電介質(zhì)O90木材、紙板、棉纖維；聚乙烯；聚氯乙烯；交聯(lián)聚乙烯；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C>180聚酰亞胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纖維；聚四氟乙烯第7頁(yè)/共68頁(yè)電介質(zhì)的耐熱等級(jí)耐熱等級(jí)工作溫度(℃)電介質(zhì)O90木材、紙板81不同耐熱等級(jí)絕緣材料在各種運(yùn)行溫度下長(zhǎng)期運(yùn)行的壽命熱老化規(guī)律——6度規(guī)則

試驗(yàn)表明，對(duì)于常用的A級(jí)絕緣，如油紙絕緣，則溫度每超過(guò)6℃，則壽命約縮短一半。

而對(duì)于

B、H級(jí)絕緣則分別約為10℃及12℃規(guī)則。第8頁(yè)/共68頁(yè)不同耐熱等級(jí)絕緣材料熱老化規(guī)律——6度規(guī)則第8頁(yè)/共682

水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）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)第9頁(yè)/共68頁(yè)水（強(qiáng)極性介質(zhì)、類似于半導(dǎo)體）被吸收到電介質(zhì)內(nèi)部或吸83（5）環(huán)境的影響環(huán)境條件對(duì)絕緣的老化也有很大的影響。絕緣油的老化，主要是油的氧化。戶外工作的絕緣應(yīng)能使耐受日曬雨淋的環(huán)境。并不是所有的固體絕緣都具備這一能力，環(huán)氧澆注的絕緣子只能用于戶內(nèi)。在含有化學(xué)腐蝕氣體等環(huán)境中工作時(shí)，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。第10頁(yè)/共68頁(yè)（5）環(huán)境的影響環(huán)境條件對(duì)絕緣的老化也有很大的影響。第10頁(yè)842.3絕緣介質(zhì)的電氣特性不同電場(chǎng)強(qiáng)度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電氣現(xiàn)象分為兩類：（1）在強(qiáng)電場(chǎng)（外施場(chǎng)強(qiáng)大于該介質(zhì)的擊穿強(qiáng)度）下，將出現(xiàn)放電、閃絡(luò)、擊穿等現(xiàn)象，這在氣體中表現(xiàn)最為明顯。（2）在弱電場(chǎng)（外施場(chǎng)強(qiáng)比該介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)小得多）下主要是介質(zhì)中的極化、電導(dǎo)、介質(zhì)損耗等。以下將分析氣體放電及液、固體介質(zhì)的電氣性能。第11頁(yè)/共68頁(yè)2.3絕緣介質(zhì)的電氣特性不同電場(chǎng)強(qiáng)度下電介質(zhì)中所呈現(xiàn)的電85

氣體放電放電（Discharge)擊穿(Breakdown)閃絡(luò)(Flashover)火花放電

Sparkover

電弧(Arc)空氣間隙的放電外施電壓的形式電場(chǎng)的情況電極形狀大氣環(huán)境與有