絕緣試驗基礎(chǔ)培訓(xùn)教學(xué)文稿

絕緣試驗基礎(chǔ)培訓(xùn)華北電力科學(xué)研究院有限責(zé)任公司高壓所呂明2010年8月主要內(nèi)容一、電氣設(shè)備絕緣基本知識二、電介質(zhì)基本知識

一、電氣設(shè)備絕緣基本知識1.絕緣的作用？絕緣是電氣設(shè)備結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其作用是將不同電位的導(dǎo)體分開，使各自保持應(yīng)有的電位。3.運行中起絕緣作用的電介質(zhì)

需要承受以下幾方面的作用：（1）電壓的作用。（2）溫度的作用。（3）機械力的作用。（4）化學(xué)的作用。（5）大自然的作用。4.絕緣缺陷來源及分類來源：

制造過程遺留。運行中外界作用。絕緣缺陷一般分兩大類：集中性缺陷。分布性缺陷。5.幾個電氣設(shè)備故障實例介紹（1）陡河電廠7號發(fā)電機定子繞組相間短路（1）陡河電廠7號發(fā)電機定子繞組相間短路機組型號：QFSN-200-2發(fā)生時間：1987年故障原因：定子繞組手包絕緣缺陷，機組漏油嚴(yán)重，發(fā)電機內(nèi)氫氣濕度大（2）大港電廠2號發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地（2）大港電廠2號發(fā)電機轉(zhuǎn)子接地機組型號：THAR-2-376470-3000-20000型，意大利產(chǎn)發(fā)生時間：2006年8月故障原因：護環(huán)下，六包、七包線圈間短路，絕緣塊炭化。制造質(zhì)量問題。（3）張家口電廠2號高廠變繞組變形（3）張家口電廠2號高廠變繞組變形發(fā)現(xiàn)時間：2007年11月故障原因：變壓器抗短路能力差，運行中曾發(fā)生出口短路（4）北京超高壓公司城北站220kV避雷器運行中折斷（4）北京超高壓公司城北站220kV避雷器運行中折斷發(fā)生時間：2006年7月故障原因：避雷器結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，導(dǎo)致避雷器進水受潮，造成避雷器內(nèi)部絕緣擊穿。(5)大同超高壓供電公司渾源開閉站500kV斷路器內(nèi)部放電故障(5)大同超高壓供電公司渾源開閉站500kV斷路器內(nèi)部放電故障型號：LW56-550發(fā)生時間：2007年6月故障原因：拉桿連接件缺損；密封環(huán)部分碎片掉到絕緣筒里，使絕緣筒內(nèi)部電場分布發(fā)生畸變，也影響其絕緣性能。（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

（6）北京超高壓公司姜家營站2號主變跳閘故障

型號：ODFPSZ-250000/500，重慶ABB變壓器廠發(fā)生時間：2007年11月故障原因：導(dǎo)線質(zhì)量較差

，變壓器長期滿載運行6.絕緣試驗的分類

試驗可分為兩類；

非破壞性試驗破壞性試驗非破壞性試驗：

即絕緣特性試驗，特點是電壓較低方法簡單。如絕緣電阻、直流泄漏、介質(zhì)損耗、色譜分析、水分含量等。

破壞性試驗：

模擬絕緣在運行中承受的過電壓而施加與之等價的高電壓來考核絕緣的電氣強度。二、電介質(zhì)基本知識1.電介質(zhì)的極化1.1電介質(zhì)極化的物理特征電介質(zhì)的極化----電介質(zhì)中的荷電質(zhì)點在電場作用下相應(yīng)于電場方向產(chǎn)生有限位移的現(xiàn)象。1.2介質(zhì)極化現(xiàn)象介質(zhì)極化現(xiàn)象示意圖a）極間為真空b）極間為介質(zhì)1.3介電常數(shù)極化的強弱可以用相對介電常數(shù)來表示，物理上通常用εr表示。相對介電常數(shù)：由電介質(zhì)材料所決定，是綜合反映電介質(zhì)極化行為的物理量。其物理意義是金屬極板間放入電介質(zhì)后的極間電容（或極板間電荷）與真空時金屬極板的極間電容（或極板間電荷）之比。1.4常用介質(zhì)相對介電常數(shù)空氣1.00059中性變壓器油2.2～2.5弱極性蓖麻油4.5極性純水81強極性聚乙烯2.25～2.35弱極性油浸紙3.3～3.8極性電瓷5.5～6.5離子性云母5～7離子性1.2幾種主要的極化形式

電介質(zhì)的極化是電介質(zhì)在電場中的固有現(xiàn)象，不同電介質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)不同，荷電質(zhì)點也不同，因此電介質(zhì)的極化可以分為以下4類：1.2.1電子式極化電子式極化----對原子或離子外施電場。電子式極化存在于一切氣體、液體和固體介質(zhì)中。特點1：完成極化的時間極短（因電子質(zhì)量極?。?，約10-15—10-13S，在各種頻率下均能產(chǎn)生。特點2：極化具有彈性，即當(dāng)外界電場消失后，電子有返回原來軌道。特點3：不消耗能量，不發(fā)熱。

電子式極化的特點2.2離子式極化離子式極化----固體無機化合物多數(shù)屬于離子式結(jié)構(gòu)，如云母、陶瓷材料等。離子式極化示意圖a）無外電場時b）有外電場時離子式極化的特點

特點1：完成極化的時間比電子式極化長，但仍然很短，約10-13—10-11S，在各種頻率下均能產(chǎn)生。特點2：極化具有彈性，即當(dāng)外界電場消失后，電子有返回原來軌道。特點3：幾乎不消耗能量，不發(fā)熱。1.2.3偶極子極化偶極子極化----即使不施加電場，在某些電介質(zhì)中（極性電介質(zhì)）具有永久性偶極子，這種電介質(zhì)稱為極性電介質(zhì)，如橡膠、膠木、纖維素等。若外施電場，永久性偶極子將沿著電場方向排列而產(chǎn)生偶極子效應(yīng)。也稱定向極化。偶極子極化示意圖a）無外電場時b）有外電場時偶極子極化的特點特點1；完成極化的時間比電子式極化長，約10-6—10-2S，在某些頻率下，偶極子極化可能來不及完全建立，所以偶極子極化與電場頻率有關(guān)。特點2：在交變電場中偶極子反復(fù)轉(zhuǎn)向，電介質(zhì)內(nèi)部將發(fā)生摩擦損耗，消耗電場能量。1.2.4夾層介質(zhì)界面極化界面（夾層）極化----介電常數(shù)不同的絕緣材料組成的多層結(jié)構(gòu)，對它外施電場，將在結(jié)合面累積電荷而產(chǎn)生極化。夾層介質(zhì)界面極化直流電壓作用于雙層介質(zhì)(a)示意圖；(b)等值電路夾層介質(zhì)界面極化的特點吸收現(xiàn)象兩層電介質(zhì)有一個電壓再分配過程，也就是C1、C2上的電荷再分配。伴隨著電荷的積累過程形成的電流就是吸收電流，這種現(xiàn)象就是吸收現(xiàn)象。吸收現(xiàn)象與電容、電阻有關(guān)，可持續(xù)幾分之一秒、幾十秒、幾分鐘、幾十分鐘甚至更長。夾層介質(zhì)界面極化時間界面（夾層）極化在外施電場失去后，電介質(zhì)內(nèi)部吸收的電荷回緩慢釋放。1.2.5幾種介質(zhì)極化對比極化種類產(chǎn)生場合所需時間能量損耗產(chǎn)生原因電子式極化任何電介質(zhì)10-15s無束縛電子運行軌道偏移離子式極化離子式結(jié)構(gòu)電介質(zhì)10-13s幾乎沒有離子的相對偏移偶極子極化極性電介質(zhì)10-10～10-2s有偶極子的定向排列夾層極化多層介質(zhì)的交界面10-1s～數(shù)小時有自由電荷的移動1.2.6討論電介質(zhì)極化的意義

意義1：高電壓設(shè)備中常常是幾種絕緣材料組合在一起使用，要注意各種材料εr的配合，不同介質(zhì)串聯(lián)時，各層電場分布不均勻：如交流電場下，分到場強E1/E2=ε2/ε1意義2：界面極化現(xiàn)象在絕緣預(yù)防性試驗中可用來判斷絕緣受潮情況。極性介質(zhì)容易吸潮。

意義3材料的介質(zhì)損耗與極化類型有關(guān)，偶極子、夾層極化會引起tgδ增大，而介質(zhì)損耗是影響絕緣劣化和熱擊穿的一個重要因素。2.電介質(zhì)的電導(dǎo)2.1電介質(zhì)

物質(zhì)按導(dǎo)電性（電阻率）可分為導(dǎo)體、半導(dǎo)體和電介質(zhì)三類，電阻率為109—1022Ωm的物質(zhì)為電介質(zhì)。電介質(zhì)的電導(dǎo)-----任何物質(zhì)或多或少都存在一些帶電質(zhì)點（載流子），在電場作用下帶電質(zhì)點（載流子）定向移動而形成電流的現(xiàn)象。2..2固體介質(zhì)的電導(dǎo)固體電介質(zhì)的電導(dǎo)分為表面電導(dǎo)和體積電導(dǎo)。表面電導(dǎo)：易受環(huán)境濕度和表面污穢的影響。體積電導(dǎo)：溫度升高時，因解離的離子數(shù)增大，電導(dǎo)增大，因此測量絕緣電阻或泄漏電流時，必須注意溫度的影響2.3電介質(zhì)電導(dǎo)的特性特性1：電介質(zhì)電導(dǎo)的離子性

電介質(zhì)電導(dǎo)與導(dǎo)體電導(dǎo)不同，其載流子主要是離子。中性和弱極性電介質(zhì)的電導(dǎo)主要是由雜質(zhì)離子構(gòu)成，其電阻率很高。極性電介質(zhì)除了雜質(zhì)離子外，還有本身分子的離解形成的離子電導(dǎo)。極性越強，離解越多。所以極性電介質(zhì)電阻率較低。特性2．溫度的影響電介質(zhì)的溫度增加，定向運動的離子數(shù)和速度都會增加，所以電導(dǎo)劇增即電阻劇減。特性3：電場強度的影響電場強度較小時，電導(dǎo)率幾乎與電場強度無關(guān)。電場強度較大時，隨著電場強度增加，分子離解為離子的數(shù)量增加，電導(dǎo)率增加。特性4．濕度的影響暴露在大氣中的液體電介質(zhì)的電導(dǎo)隨大氣濕度增加而增加。多孔性材料的電導(dǎo)隨大氣濕度增加而劇烈增加。固體電介質(zhì)的表面電導(dǎo)隨大氣濕度增加而增加。2.3討論電介質(zhì)電導(dǎo)的意義通過試驗反映電導(dǎo)情況以體現(xiàn)電介質(zhì)的狀態(tài)。通過不同電導(dǎo)的介質(zhì)的合理使用，以構(gòu)造新的電介質(zhì)材料。設(shè)計絕緣結(jié)構(gòu)時要考慮到環(huán)境條件，特別是濕度的影響。并不是所有情況下都希望絕緣電阻高，有時要設(shè)法減小絕緣電阻值。3.電介質(zhì)的損耗3.1電介質(zhì)損耗的分類電介質(zhì)的損耗分以下三類:電導(dǎo)損耗極化損耗游離損耗3.2介質(zhì)的損耗的定義tgδ與幾何尺寸無關(guān)P=UIR=ωCU2tgδ氣體的tgδ極性液體介質(zhì)的tgδ頻率f2（曲線2）>f1（曲線1）3.3固體電介質(zhì)的損耗結(jié)構(gòu)上分為：分子式、離子式、不均勻結(jié)構(gòu)等。(1)分子式：中性——損耗小，如石蠟、聚乙烯極性——損耗與極性液體類似，如有機玻璃、酚醛樹脂

(2)離子式：結(jié)構(gòu)緊密——損耗小，如云母結(jié)構(gòu)不緊密——損耗與成分有關(guān)系，如玻璃、陶瓷(3)不均勻結(jié)構(gòu)：損耗取決于各成分的性能與數(shù)量間的比例。如廣泛使用的油浸紙、膠紙絕緣等3.4常用液、固體介質(zhì)的tgδ（20℃）變壓器油0.0005～0.005油浸紙0.001～0.01油浸pp膜0.0005～0.004聚乙烯0.0001～0.0002電瓷0.01～0.053.5tgδ(電介質(zhì)損耗)的

影響因素（1）濕度電介質(zhì)吸潮后，介電常數(shù)增大，同時電介質(zhì)的不均勻性增加，所以tgδ會隨電導(dǎo)損耗、極化損耗和界面極化損耗等損耗的增加而增加。（2）溫度的影響只有在某個溫度才能使極化建立時間與外施電壓變化周期相近時，損耗最大，tgδ出現(xiàn)最大值。（3）頻率的影響只有極化建立時間與外施電壓頻率相近時，損耗最大，tgδ出現(xiàn)最大值。（4）電場強度的影響良好的電介質(zhì)的tgδ在電場強度增加時幾乎不變。3.6tgδ能發(fā)現(xiàn)的缺陷tgδ可以發(fā)現(xiàn)電氣設(shè)備絕緣整體受潮、劣化變質(zhì)以及小體積被試設(shè)備貫通和未貫通的局部缺陷。當(dāng)被試設(shè)備體積較大，而缺陷所占的體積較小時，用tgδ較難發(fā)現(xiàn)。因為缺陷的損耗占整個被試設(shè)備的損耗太小了！3.7討論介質(zhì)損失角正切的意義絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須注意到絕緣材料的tgδ，如tgδ過大會引起絕緣嚴(yán)重發(fā)熱，使材料容易劣化，甚至導(dǎo)致熱不穩(wěn)定——擊穿。在絕緣預(yù)防性試驗中，tgδ是一基本測試項目，當(dāng)絕緣受潮或劣化時，tgδ急劇上升。絕緣內(nèi)部是否普遍發(fā)生局部放電，也可通過測tgδ~U的關(guān)系曲線加以判斷。4.電介質(zhì)的擊穿當(dāng)施加于電介質(zhì)上的電壓超過某臨界值時，電流劇增，電介質(zhì)發(fā)生波壞或分解，喪失固有的絕緣性能，這種現(xiàn)象稱為電介質(zhì)擊穿。擊穿電壓：電介質(zhì)發(fā)生擊穿時的臨界電壓UbEb=Ub/δEb——擊