绝缘的监测与诊断

声
前
电
置
转
放
换
大
电
光
光
光纤 电
转
转
换
传输 换
主
显
放
大
示
声测量系统的方框图 精选ppt
一种声测法传感器
固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和 声发射（Acoustic Emission）传感器。测震仪有 着平滑的频率特性，测试频率可达50kHz以上。声发 射传感器有多个频段（30k~1MHz），该传感器有 很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。
Ca Cb
qr(C gC b)U (sU r)－无真法实测放电量量
放电时Ca 上的电压变动为：
Ua CaC bCb(Us Ur)
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即气隙放电时，试品两端电压会下降 U a ，这相 当于试品放掉电荷q：
q (C a C b ) U a C b ( U s U r)
Ca Cb qCaUa－视在放电量
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局部放电的基本概念，表征局部放电的重要 参数。 局部放电检测发展历史及测量方法综述。 脉冲电流法的测量原理。 一些局部放电测量仪器。
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1、局部放电基本概念 局部放电：指由于电气设备内部绝缘里面存在 的弱点，在一定的外施电压下发生的局部重复 击穿和熄灭现象。 这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气 隙或气泡之中。
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➢变压器油击穿电压的影响因素
1. 油品质的影响：含水量、含纤维量、含气量 2. 电压作用时间 3. 电场均匀度 4. 温度 5. 压力
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➢提高变压器油击穿电压的方法
１．提高并保持油的品质 提高：去杂质、水分、有机酸――过滤、防潮
去气体――真空注油法 保持：装置吸附剂过滤器，可使正在运行的油不断净化 2 ．采用“油－屏障”绝缘 如覆盖 、绝缘层、加隔板 阻止贯通行杂质小桥的形成和发展 ，改善油隙中的电 场分布
绝缘监测和诊断技术有离线和在线之分
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离线监测和诊断：要求被试设备退出运行状态， 通常是周期性间断实施； 在线监测和诊断：被试设备处于带电运行的条 件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监 测，通常是自动进行；
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对绝缘的监测和诊断技术包括3个环节： （1）正确选用各种传感器及测量手段，检测或监
电性能。
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四. 组合绝缘
组合目的：同时满足电气性能、机械性能、 热性能的要求
配合原则：在外加电压的作用下，组合绝缘中 各层绝缘所承受的电场强度与其电气强度成正 比，这样整个组合绝缘的电气强度最高，各种 绝缘材料的利用最合理、最充分。
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绝缘常见形式：多种介质构成的层叠绝缘。理想 情况下，组合绝缘中各层绝缘承受的电场强度与 其电气强度成正比。
➢影响固体介质击穿电压的主要因素 ✓电压作用时间 ✓电场均匀程度 ✓温度 ✓受潮 ✓累积效应 精选ppt

在电场作用下，固体介质可能因以下过程而被击穿：
电过程（电击穿） 热过程（热击穿） 电化学过程（电化学击穿）
实际电气设备中的固体介质击穿过程是错综复杂 的，常取决于以下多种因素：
介质本身的特性； 绝缘结构形式； 电场均匀性；
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由于绝缘的特征和其状态一般不是一一对应的，因而 要根据研究结果与经验，建立一定的诊断规则。根 据诊断规则的不同可将诊断方法分为以下3类：
逻辑诊断； 被测对象的特征和状态均采用二值逻辑量来表示
模糊诊断；
被测对象的特征和状态用多值逻辑量的特征函数来表示
统计诊断；
考虑被测对象特征参数分布的不确定性 精选ppt
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绝缘内部气隙局部放电等值电路
气隙 Cg
Cb Ι Ⅱ
Ca
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Z
Cg
C a ~ Umsint
Cb
Ι Ⅱ
C
Ca
CbCg Cb Cg
ug
Cb Cb Cg
Ums
int
u
ug
Us
Ur
0
Ur
Us
i
0
i
形成时间
t
ug
Us
t
Ur
t
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气隙每次放电所释放出的电荷量为：
qr (CgCC aaCC bb)U (sUr)
瞬时值为U
i ，则有： Us
Cb Cg Cb
Ui
若Ur 0W则 12WqU U si12(U qsUi Ur)
W的大小对电介质的老精化选p速pt 度有显著影响
3. 局部放电检测方法 伴随局部放电会出现许多现象：电气方面的如 电流脉冲、介质损耗增大、电磁波辐射等； 非电方面的如光、热、噪声、气压变化、 化学变化等，利用这些派生现象可以对局部放 电进行测量。因此检测方法也分为电的和非电的 两类。
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在电场作用下，电介质中出现的电气现象 可分为两大类: ➢ 弱电场—电场强度比击穿场强小得多
极化、电导、介质损耗等 ➢ 强电场—电场强度等于或大于放电起始场强
或击穿场强
放电、闪络、击穿等
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一. 电介质在弱电场下的电气特性 1. 极化的概念、基本形式、介电常数ε 极化：在外加电场的作用下，电介质中的正、 负电荷沿电场方向作有限位移或转向，形成电矩的现象 极化的基本类型：电子式极化、离子式极化、 偶极子极化、夹层极化、空间电荷极化
➢直流电压下：各层绝缘分担的电压与其绝缘电 阻成正比，亦即各层中的电场强度与其电导率成 反比。
➢工频交流和冲击电压下：各层所承担的电压和
各层电容成反比，亦即各层中的电场强度与其介
电常数成反比。
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小结 高压电气设备一般采用多种电介质组合的绝缘 结构；
“油-屏障”式绝缘结构中应用的固体介质有 三种不同的形式，即覆盖、绝缘层和屏障； 绝缘油和绝缘纸组成“油-纸”绝缘，击穿场强 大大提高；
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二. 介质损耗角正切 tg 的测量 1．测试功效 有效：ａ．整体受潮、全面老化
b．小电容试品的严重局部缺陷 ｄ．绕组上附积油泥 ｅ．绝缘油脏污劣化等
很少有效：大容量设备的局部缺陷
离线测量方法：目前应用比较普遍的是用西林电桥测量
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三. 局部放电及其测量（Partial Discharge,PD) 绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原 因之一。 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和 发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷 以及介质老化的速度和目前的状态。
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外加电压波形； 外加电压时间； 工作环境（周围媒质的温度及散热条件） 常用的有机绝缘材料，如纤维材料(纸、布和纤维 板)以及聚乙烯塑料等，其短时电气强度很高，但在工 作电压的长期作用下，会产生电离、老化等过程，从 而使其电气强度大幅度下降。 所以，对这类绝缘材料或绝缘结构，不仅要注意其短 时耐电特性，而且要重视它们在长期工作电压下的耐
i
Cg
dug dt
W u g id C tg U 精U s 选ru ppg tdg u 1 2 C g (U s 2 U r 2 )
qrCg (UsUr)
W 1 2q r(U s U r)＝ 1 2qC g C b C b(U s U r)
设气隙开始出现局部放电（ug Us ）时的外加电压
第二讲：绝缘的监测与诊断
第一节. 液体、固体介质基础知识回顾
内绝缘一般由固体介质和液体介质联合构成 内绝缘具有的特点： ▼不受外界大气条件变化的影响； ▼对包含固体介质的内绝缘，绝缘击穿
是非自恢复的； ▼长时间工作下逐渐老化；
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常用的液体和固体介质为： 液体介质：变压器油、电容器油、电缆油 固体介质：绝缘纸、纸板、云母、塑料、电瓷、 玻璃、硅橡胶
为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和 监测，统称为绝缘预防性试验
绝缘预防性试验分为两类：
非破坏性试验（绝缘特性试验）：指在较低的
电压下或用其他不损伤绝缘的方法测量绝缘的 各种特性，由此判断绝缘内部的缺陷。 绝缘电阻和吸收比、泄漏电流、介质损耗角正切、 电压分布、局部放电、油中溶解气体的色谱分析
介电常数来表示极化强弱
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2.电介质的电导、电导率γ
电导：在电场的作用下，由带电质点沿电场方向 移动而形成电导电流
要点： 带电质点主要是离子，也称离子式电导 指标：用电导率γ(s/ｃｍ)表示
电阻率 1/
电介质的电阻率具有负的温度系数
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3. 介质损耗，tg
任何电介质在电场作用下都有能量损耗， 包括由电导引起的损耗和由某些极化过程引 起的损耗。
分阶绝缘的原则是对越靠近缆芯的内层绝缘选 用介电常数越大的材料，以达到电场均匀化的 目的。
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第二节 绝缘监测和诊断的基本概念
电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不 良环境等各种因素的影响，其性能会逐渐劣化， 以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。通 过对绝缘的试验和各种特性的测量，可了解并 评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发 现故障的技术称为绝缘监测和诊断技术。
指吸收电流衰减完毕后测得的稳态电阻值。
吸收比：
K1R R1650U U//II1650II1650
K1>1，K1值越大，表示吸收现象越显著，绝缘的性能越好
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测试功效 : 可有效地发现：（1）两极间有贯穿性的导电通道
（2）大面积受潮 （3）表面污秽 不能发现的缺陷： (1) 绝缘中的局部缺陷
光电转换后，通过检测光电流的特性 可以实现局放类型识别。
光测法只能测试表面放电和电晕放电 ，在现场中光 测法基本上没有直接应用。 将光纤技术和声测法 相结合提出了声-光测法。
非破坏性试验可以离线进行，也可在线进行
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破坏性试验（耐压试验）：指在绝缘上施加高 于工作电压的试验电压，直接检验绝缘的耐压 水平。 交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击及操 作冲击耐压试验 耐压试验只能离线进行
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第三节 绝缘特性试验项目及其检测方法 一. 绝缘电阻和吸收比
绝缘电阻R：施加直流电压时测得的电阻，通常
q＝ Cb Cg Cb
qr
CgC b q qr
但q∝qr，∴ q能相对反映qr的大小
直流电压下的局部放电精比选pp交t 流电压下弱得多
2. 表征局部放电的重要参数 (1) 视在放电量q (2) 放电重复率N (3) 放电能量W
通常指一次放电所消耗的能量
令
Cg
Cg
CaCb Ca Cb
则脉冲电流： 放电能量：
Senaco AS100 声传感器 北京亚捷隆测控技术有限公司
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声检测法的特点
抗电磁干扰能力强 灵敏度不受试品电容的影响 能进行复杂设备放电源定位 在传播途径中衰减、畸变严重 基本不能反映放电量的大小 实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法 结合起来使用。
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光检测法 原理：通过测量局放产生的光辐射实现局放测量。
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小结
➢纯净液体介质的击穿可用以下理论来解释： ✓电子碰撞电离理论 ✓气体小桥理论
➢用气泡击穿理论来解释工程用变压器油击穿过程
➢变压器油击穿电压的影响因素 ✓水分和其他杂质 ✓油温 ✓电场均匀度 ✓电压作用时间 ✓油压的影响 精选ppt
（本节完）
三.固体介质的击穿
➢固体介质的击穿理论 ✓电击穿理论 ✓热击穿理论 ✓电化学击穿
(2) 绝缘的老化 测量方法 : 一般用兆欧表进行绝缘电阻与吸收比的离线测 量
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泄漏电流测量
试验电压比兆欧表工作电压高得多: 35kV以下设备：10～30kV 110kV及以上设备：40kV 能发现兆欧表不能发现的某些绝缘缺陷 电压可随意调节，可监测泄漏电流的变化 离线测量方法：用微安表直读法测量泄漏电流
在直流电压作用下仅有电导损耗，可用
来表征，在交流电压下包括电导损耗和极化 损耗，用介质损耗角正切 tg 表征。tg 仅 反映介质本身的性能，精选与ppt介质尺寸无关。
二. 液体电介质的击穿 击穿理论
➢纯净液体介质的击穿理论 ：电击穿理论、 气泡击穿理论（小桥击穿理论） ➢工程用变压器油的小桥击穿理论
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(一). 非电检测法
超声波检测法（声测法)
介质中发生局部放电时， 其瞬时释放的能量将放 电源周围的介质加热使 其蒸发，效果就像一个 小爆炸。此时放电源如 同一个声源，向外发出 声波。由于放电持续时 间很短，所发射的声波 频谱很宽，可达到数MHz。
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用于局部放电测量的超声检测系统，一般都包 括三个基本部分，即声电转换、电信号放大以 及信号显示。
测被检对象的种种特性，采集各种特征参数； （2）对原始的杂乱信息加以分析处理（数据处理），
去除干扰，提取反映被测对象运行状态最敏感、最 有效的特征参数；
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（3）根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以 及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识 别、判断，即完成诊断过程。同时，对绝缘性能的 发展趋势进行预测，从而对故障的发生情况作出判 断，并能为下一步的维修决策提供技术根据。