絕緣的非破壞性試驗(一)

第四章絕緣的非破壞性試驗

一、絕緣監(jiān)測和診斷的基本概念

進行絕緣監(jiān)測和診斷的原因電力設(shè)備絕緣在運行中受到電、熱、機械、不良環(huán)境等各種因素的作用，其性能將逐漸劣化，以致出現(xiàn)缺陷，造成故障，引起供電中斷。通過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估絕緣在運行過程中的狀態(tài)，從而能早期發(fā)現(xiàn)故障的技術(shù)稱為絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)。

絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)分類：

1.按對設(shè)備造成的影響程度分類（兩類）

（1）非破壞性試驗，亦稱絕緣特性試驗：在較低電壓下或用其它不會損傷絕緣的方法來測量絕緣的各種情況，從而判斷絕緣內(nèi)部的缺陷——揭示絕緣缺陷的不同性質(zhì)和發(fā)展程度。

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

（2）破壞性試驗，即耐壓試驗：以高于設(shè)備的正常運行電壓來考核設(shè)備的電壓耐受能力和絕緣水平。耐壓試驗對絕緣的考驗嚴格，能保證絕緣具有一定的絕緣水平或裕度；缺點可能在試驗時給絕緣造成一定的損傷——不能揭示絕緣缺陷的性質(zhì)。

包含的種類：交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、雷電沖擊耐壓試驗及操作沖擊耐壓試驗

按照設(shè)備是否帶電的方式分類（兩類）

（1）離線：在監(jiān)測和診斷時，要求被試設(shè)備退出運行狀態(tài)，通常是周期性間斷地施行，試驗周期由電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程（DL/T596）規(guī)定

特點：可采用破壞性試驗和非破壞性試驗兩種方式，兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗往往是在非破壞性試驗之后才進行。缺點是對絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其對于周期性的離線試驗更不易判斷準確。

（2）在線：在被試設(shè)備處于帶電運行狀態(tài)，對設(shè)備的絕緣狀況進行連續(xù)或定時的監(jiān)測，通常是自動進行的。

特點：只能采用非破壞性試驗方式。由于可連續(xù)監(jiān)測，除測定絕緣特性的數(shù)值外，還可分析特性隨時間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷的準確性2.絕緣預(yù)防性試驗概念：

為了對絕緣狀態(tài)作出判斷，需對絕緣進行各種試驗和監(jiān)測，通稱為絕緣預(yù)防性試驗。絕緣的監(jiān)測和診斷技術(shù)的三個基本環(huán)節(jié)

(1).傳感器與測量方法：正確選用各種傳感器及測量手段，檢測或監(jiān)測被試對象的種種特性，采集各種特性參數(shù)；

(2).數(shù)據(jù)處理：對原始的雜亂信息加以分析處理(數(shù)據(jù)處理)，去除干擾，提取反映被試對象運行狀態(tài)最敏感、有效的特征參數(shù)；

(3).絕緣診斷：根據(jù)提取的特征參數(shù)和對絕緣老化過程的知識以及運行經(jīng)驗，參照有關(guān)規(guī)程對絕緣運行狀態(tài)進行識別、判斷，即完成診斷過程。并對絕緣的發(fā)展趨勢進行預(yù)測，從而對故障提供預(yù)警，并能為下一步的維修決策提供技術(shù)根據(jù)。3.絕緣診斷規(guī)則：

規(guī)則分類：邏輯診斷，模糊診斷，統(tǒng)計診斷

（1）邏輯診斷邏輯診斷中將特征只歸結(jié)為“有”和“無”兩種(或特征參數(shù)大于某給定的閾值則為“有”該特征，否則為“無”)，診斷對象的狀態(tài)同樣只歸結(jié)為“有”和“無”，或“好”和“壞”兩種，即特征和狀態(tài)均采用二值邏輯量來描述。

邏輯診斷簡單明了，應(yīng)用較廣，但把問題過于簡化，診斷準確度較低。（2）模糊診斷

考慮到被試對象的特征及狀態(tài)評價的主觀不確定性，即模糊性，許多情況不能簡單地用“有”、“無”和“好”、“壞”來評定。模糊診斷中被試對象的特征和狀態(tài)不用二值邏輯量描述，而用多值邏輯的特征函數(shù)來描述，如某特征“很強”、“強”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“嚴重”、“較嚴重”、“一般”、“輕微”、“無”等，然后按特征或狀態(tài)參數(shù)的取值量確定歸入某一類別。如采用連續(xù)變化的特征函數(shù)，判斷可更加準確。 （3）統(tǒng)計診斷

考慮到被試對象特征參數(shù)分布的不確定性，即統(tǒng)計性。對于處于同樣狀態(tài)的同類設(shè)備，其特征參數(shù)并不相同，而按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布。利用這些規(guī)律進行絕緣診斷(a)絕緣完好和損壞時(b)兩者重疊圖概率密度曲線不重疊

某特征參數(shù)的概率密度N-

統(tǒng)計圖線路絕緣子嚴重電暈放電波形

線路絕緣子三相中其中一相存在電暈的N-

圖

三相中其中兩相存在電暈的N-

圖

4.1絕緣電阻試驗電氣設(shè)備的絕緣，其等值電路往往是電阻電容的混合電路。吸收電流：由空間電荷極化造成的位移電流一、主要參數(shù)及技術(shù)指標電流變化規(guī)律泄漏電流Ig吸收電流ia當絕緣嚴重受潮或出現(xiàn)導電性缺陷時，R1、R2或兩者之和顯著減小，Ig大大增加，而Ia迅速衰減絕緣電阻所測絕緣電阻是隨測量時間變化而變化的，只有當t＝∞時，其測量值為R=R∞，但在絕緣電阻試驗中，特別是電容量較大時，很難短時測量到R∞的值，因此，在實際試驗中，規(guī)程規(guī)定，只需測量60s時的絕緣電阻值，即R60S的值，當電容量特別大時，吸收現(xiàn)象特別明顯，如大型發(fā)電機，可以采用10min時的絕緣電阻值。

吸收比K：定義：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時絕緣電阻的比值．

對大電容量試品（也稱極化指數(shù)P）：

為加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時絕緣電阻的比值。電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程等規(guī)定：

電力變壓器及大型發(fā)電機凡采用瀝青浸膠及烘卷云母絕緣者：K值應(yīng)不小于1.3，P值應(yīng)不小于1.5；大型發(fā)電機采用環(huán)氧粉云母者：K值應(yīng)不小于1.6，P應(yīng)不小于2.0；發(fā)電機容量在200MW及以上，推薦測量K2值（加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時電阻之比值）。

絕緣狀態(tài)的判定

若絕緣內(nèi)部有集中性導電通道，或絕緣嚴重受潮，則電阻R1

、R2會顯著降低，泄漏電流大大增加，時間常數(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中的一個數(shù)值降低，τ值也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，仍可造成吸收比K（及極化指數(shù)P，下同）的下降。當K＝1或接近于1，則設(shè)備基本喪失絕緣能力。

K<1.3時，就可判斷絕緣可能受潮。不同絕緣狀態(tài)下的絕緣電阻的變化曲線二、試驗設(shè)備與試驗方法采用兆歐表圖４-３絕緣電阻實驗原理接線示意圖消除表面泄漏電流的影響兆歐表工作原理I1流過線圈1，產(chǎn)生力矩M1，I2流過Rx＋R2，產(chǎn)生力矩M2，角度α反映力矩差Rx——絕緣電阻實物接線圖原理等效圖兆歐工作表電源兆歐表發(fā)電機產(chǎn)生的直流電壓有500、1000、2500、5000、10000V等規(guī)格儀表的讀數(shù)與手搖式發(fā)電機的端電壓或轉(zhuǎn)速絕對值的關(guān)系不大，一般只要使得手柄的轉(zhuǎn)速達到額定轉(zhuǎn)速（通常為120r/min）的80％以上就行，重要的是必須保持轉(zhuǎn)速的恒定。(Why?…….)詳細解釋見下一頁。

注意：當試品電容較大時，測量后須先將兆歐表從測量回路中斷開，然后才能停止轉(zhuǎn)動發(fā)電機，以免試品電容電流反充損壞儀器。雙動線圈流比計兆歐表主要由作為電源的手搖發(fā)電機(或其他直流電源)和作為測量機構(gòu)的磁電式流比計(雙動線圈流比計)組成。測量時，實際上是給被測物加上直流電壓，測量其通過的泄漏電流，在表的盤面上讀到的是經(jīng)過換算的絕緣電阻值。磁電式流比汁的工作原理如圖2-3所示。在同一轉(zhuǎn)軸上裝有兩個交叉的線圈，當兩線圈通有電流時，兩個線圈分別產(chǎn)生互為相反方向的轉(zhuǎn)矩。其大小分別為

M1=K1f1（α）I1

M2=K2f2（α）I2

式中

:K1K2

——比例常數(shù)；I1,I2

——通過兩個線圈的電流；α一一線圈帶動指針偏轉(zhuǎn)的偏轉(zhuǎn)角。當

M1≠M2時，線圈轉(zhuǎn)動，指針偏轉(zhuǎn)。當

M1=M2時，線圈停止轉(zhuǎn)動，指針停止偏轉(zhuǎn)，且兩電流之比與偏轉(zhuǎn)角滿足如下的函數(shù)關(guān)系，即兆歐表的測量原理如圖2-4所示。在接入被測電阻

Rx后，構(gòu)成了兩條相互并聯(lián)的支路，當搖動手搖發(fā)電機時，兩個支路分別通過電流

I1

和

I2?？梢钥闯隹紤]到兩電流之比與偏轉(zhuǎn)角滿足的函數(shù)關(guān)系，不難得出α=f(Rx)

可見，指針的偏轉(zhuǎn)角α僅僅是被測絕緣電阻

Rx的函數(shù)，而與電源電壓沒有直接關(guān)系。絕緣電阻試驗的用途可發(fā)現(xiàn)兩極間有穿透性的導電通道受潮表面污垢（比較有無屏蔽極時的值即可）不可發(fā)現(xiàn)絕緣中的局部缺陷（裂縫、氣泡、開裂等）絕緣的老化（仍保持高阻值）兆歐表的使用維護

如果用萬用表來測量設(shè)備的絕緣電阻，那么測得的只是在低壓下的絕緣電阻值，不能真正反映在高壓條件下工作時的絕緣性能。

兆歐表與萬用表不同之處是本身帶有電壓較高的電源，一般由手搖直流發(fā)電機或晶體管變換器產(chǎn)生，電壓為500～5000V。因此，用兆歐表測量絕緣電阻，能得到符合實際工作條件的絕緣電阻值。

1兆歐表的使用維護

(1)測量前要先切斷被測設(shè)備的電源，并將設(shè)備的導電部分與大地接通，進行充分放電，以保證安全。用兆歐表測量過的電氣設(shè)備，也要及時接地放電，方可進行再次測量。

(2)測量前要先檢查兆歐表是否完好，即在兆歐表未接上被測物之前，搖動手柄使發(fā)電機達到額定轉(zhuǎn)速（120r／min），觀察指針是否指在標尺的“∞”位置。將接線柱“線（L）和地（E）”短接，緩慢搖動手柄，觀察指針是否指在標尺的“0”位。如指針不能指到該指的位置，表明兆歐表有故障，應(yīng)檢修后再用。

(3)必須正確接線。兆歐表上一般有三個接線柱，分別標有L（線路）、E（接地）和G（屏蔽）。其中L接在被測物和大地絕緣的導體部分，E接被測物的外殼或大地，G接在被測物的屏蔽上或不需要測量的部分。

(4)接線柱與被測設(shè)備間連接的導線不能用雙股絕緣線或絞線，應(yīng)該用單股線分開單獨連接，避免因絞線絕緣不良而引起誤差。為獲得正確的測量結(jié)果，被測設(shè)備的表面應(yīng)用干凈的布或棉紗擦試干凈。

(5)搖動手柄應(yīng)由慢漸快，若發(fā)現(xiàn)指針指零說明被測絕緣物可能發(fā)生了短路，這時就不能繼續(xù)搖動手柄，以防表內(nèi)線圈發(fā)熱損壞。手搖發(fā)電機要保持勻速，不可忽快忽慢而使指針不停地擺動。通常最適宜的速度是120r／min。

(6)測量具有大電容設(shè)備的絕緣電阻，讀數(shù)后不能立即停止搖動兆歐表，否則已被充電的電容器將對兆歐表放電，有可能燒壞兆歐表。應(yīng)在讀數(shù)后一方面降低手柄轉(zhuǎn)速，一方面拆去接地端線頭，在兆歐表停止轉(zhuǎn)動和被測物充分放電以前，不能用手觸及被試設(shè)備的導電部分。測量電容性設(shè)備的絕緣電阻時，測量完畢，應(yīng)對設(shè)備充分放電。

(7)測量設(shè)備的絕緣電阻時，還應(yīng)記下測量時的溫度、濕度、被試物的有關(guān)狀況等，以便于對測量結(jié)果進行分析。

2兆歐表的選擇

兆歐表的選擇，主要是選擇它的電壓及測量范圍。高壓電氣設(shè)備絕緣電阻要求高，須選用電壓高的兆歐表進行測試；低壓電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣材料所能承受的電壓不高，為保證設(shè)備安全，應(yīng)選擇電壓低的兆歐表。

選擇兆歐表的原則是不使測量范圍過多地超出被測絕緣電阻的數(shù)值，以免因刻度較粗而產(chǎn)生較大的讀數(shù)誤差。另外還要注意有些兆歐表的起始刻度不是零，而是1MΩ或2MΩ，這種兆歐表不宜測量處于潮濕環(huán)境中的低壓電氣設(shè)備的絕緣電阻，因為在這種環(huán)境中的設(shè)備絕緣電阻較小，有可能小于1MΩ，在儀表上讀不到讀數(shù)，容易誤認為絕緣電阻為1MΩ或為零值。電子兆歐表傳統(tǒng)絕緣搖表與電子兆歐表的區(qū)別

傳統(tǒng)搖表采用手搖的方式產(chǎn)生電能以及高壓，而使用過程中要將刻度校零，電子式兆歐表采用干電池供電，有電量檢測，體積小、重量輕，有模擬指針式和數(shù)字顯示兩種。

電子式絕緣兆歐表工作原理：

將干電池供電電源，采用DC/DC變換技術(shù)提升至所需的直流高壓電源100V，250V，500V，1000V，……5000V，10kV，且通過自穩(wěn)壓技術(shù)使其穩(wěn)定，由測試端鈕輸出。電子式電阻表自動產(chǎn)生一個所需的直流電壓值，在被測試品上產(chǎn)生一個泄漏電流，通過泄漏電流大小，經(jīng)過電路換算，得出一個絕緣電阻。

電子式絕緣兆歐表與手搖絕緣搖表的區(qū)別：1.電子式絕緣兆歐表：每塊表有2個或2個以上的額定電壓；

手搖表：只有一個。

2.

電子式絕緣兆歐表：穩(wěn)定自身產(chǎn)生個額定電壓，輸出電壓穩(wěn)定；

手搖式絕緣搖表：120轉(zhuǎn)/分轉(zhuǎn)速人工產(chǎn)生一個額定電壓，輸出電壓在轉(zhuǎn)速相對穩(wěn)定時穩(wěn)定。）

3.電子式絕緣兆歐表：測試方便，精度高，自動化程度高；

手搖式絕緣搖表：人為造成精度誤差大，操作極不方便

電子兆歐表

4.

電子式絕緣兆歐表：測各種絕緣參數(shù)R15s、R60s、R10min、吸收比、極化指數(shù)時很方便；

手搖式絕緣搖表：測吸收比要手搖1分鐘，測極化指數(shù)要手搖10分鐘；

5.

電子式絕緣兆歐表：不怕短路測試，不怕被測試品電流反擊，自動對被測試品放電；

手搖式絕緣搖表：不具備此功能。

6.

電子式絕緣兆歐表：體積小，重量輕，便于攜帶，經(jīng)久耐用，三年免費維修；

手搖式絕緣搖表：笨重，一年保修。三、泄漏電流的測量（1）試驗電壓高，能發(fā)現(xiàn)兆歐表所不能發(fā)現(xiàn)的某些缺陷（2）施加的直流電壓逐漸升高，可觀察泄漏電流的變化，以判斷絕緣狀況。屏蔽：電暈電流和表面泄漏電流單相變壓器繞組間泄漏電流的測量變壓器繞組間泄漏電流的測量屏蔽方法屏蔽方法

根據(jù)屏蔽的基本原則，常采用以下屏蔽方法。①絕緣隔離：增大絕緣電阻，減少泄漏電流。②屏蔽隔離：將被防護的電路或部件用金屬屏蔽圍護起來，并給屏蔽以一定的電位（包括地電位），用以阻止或減小泄漏電流，或使泄漏電流按一不產(chǎn)生誤差的通路流動。屏蔽接地可以切斷靜電場，形成良好的靜電屏蔽。如用金屬磁性材料制成屏蔽，還可同時旁路低頻和恒定磁通，形成直流電磁屏蔽。屏蔽和絕緣兩種方法交替使用，還可以在不增加屏蔽總厚度的前提下獲得更好的屏蔽效果。③無定向結(jié)構(gòu):用雙絞線、同軸電纜做信號往返通路;或采用兩個相同的測量機構(gòu)，使電磁感應(yīng)在其中引起的干擾感應(yīng)電動勢互相抵消；或使恒定磁場的影響自行消除。④電磁屏蔽：交變電磁場或電磁波進入金屬屏蔽時，將在屏蔽中產(chǎn)生渦流，從而消耗電磁場的能量。入射場的頻率越高，屏蔽對其所起的衰減作用也越明顯。

屏蔽泄漏電流大小與設(shè)備絕緣狀態(tài)1－絕緣良好 2－絕緣受潮3－絕緣中有集中性缺陷4－絕緣中有危險的集中性缺陷油浸電力變壓器繞組泄漏電流允許值4.2介質(zhì)損耗角正切的測量與絕緣電阻的測量相比，介質(zhì)損耗因數(shù)是表征絕緣功率損耗大小的特征參數(shù)，與絕緣的體積大小無關(guān)。tgδ在反映集中缺陷時不靈敏，測tgδ法適合檢測分布性的絕緣缺陷。4.2.1可檢測的缺陷種類4.2.2測量原理

一、西林電橋1.測量原理

高壓臂：代表試品的Zx；無損耗的標準電容CN

低壓臂：處在橋箱體內(nèi)的可調(diào)無感電阻R3（Z3）；無感電阻R4和可調(diào)電容C4的并聯(lián)（Z4）

電橋平衡：檢流計G檢零

保護：放電管

西林電橋的基本回路電橋的平衡條件

電橋的平衡條件：

公式

因為ω=2πf=100π，

tgδ=ωR4C4=C4×106

式中C4的單位是F．若C4以μF計則可得到

tgδ=C4

2.影響西林電橋測量準確度的因素

1)

外界電磁場的干擾

A.

雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場的影響，可以看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和CN的電容量很小，如CN一般只有50

100pF，雜散電容Cs的引入，會產(chǎn)生測量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs會引入干擾電流iS，也會造成測量誤差。還有外界高壓電源的干擾B.電場干擾：雜散電容導致的干擾電流

C.磁場干擾：電橋接線內(nèi)感應(yīng)干擾電勢，影響平衡

抗電磁場干擾措施１（1）屏蔽抗干擾措施２－３（2）采用移相電源由于干擾源的相位一般是無法改變的，因此，可以通過改變電源的相位，使得電源的相位和干擾的相位同相或反相，來達到消除或減少同頻率干擾的目的。

（3）倒相法測量時將電源正接和倒相各測量一次，測得兩組結(jié)果tgδ1、Cx1和tgδ2、Cx2,然后計算求得tgδ和Cx：

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）：第一次測得tg

1和Cx1，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)18