高电压技术--3电气设备绝缘试验

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第三章 电气设备的绝缘试验
主要内容:
电气设备的故障及检测概述 绝缘电阻和吸收比的测量 介质损耗角正切的测量 局部放电的测量 电压分布的检测 绝缘的高电压试验
第1节 电气设备的故障及检测概述
一、电气设备的绝缘缺陷分类 1.局部性或集中性缺陷
绝缘开裂、绝缘局部磨损、绝缘局部受潮 2.整体性和分布性缺陷
电压分布的测量、局部放电的测量、绝缘油气相色谱分 析。 (2)破坏性试验
检测绝缘的电气强度,即耐压试验。通过对绝缘施 加很高的电压,检测其耐受电压的能力,可发现比较隐 蔽的缺陷。是保证电气设备安全运行最直接可靠的检验 手段。
工频高压试验、直流高压试验、冲击高压试验。
第2节 绝缘电阻和吸收比的测量
一、绝缘电阻的测量
因此,测量绝缘表面的电压分布可以发现某些绝 缘的缺陷
1.线路绝缘子串的电压分布
等值电路 500kV绝缘子串电压分布 C:每片绝缘子的本体电容,30~50pF CE:每片的对地电容,4~5pF CL:每片对高压线电容,0.5~1pF
2.改善电压分布措施 可以使用在导线处安装均压环的方法改善电压分
布。
绝缘电阻是一切电介质和绝缘机构的绝缘状态最
基本的综合性特性参数。
1.兆欧表的工作原理
电流通路:
RV—WV Rx—RA—WA
f ( IV ) f ( RA Rx )
IA
RV
f (Rx )
2.兆欧表的使用方法 (1)兆欧表的接线
芯柱 屏蔽环
(2)屏蔽端子G的作用 瓷体 在套管装设金属屏蔽环
或者几匝裸铜丝。只测体积 法兰
1.K1参数(吸收比)
K1
Rt 2 Rt1
It1 It2
i ig ia
t1 15s K1 1
t2 60s
Ig
Ig
o
吸收曲线
t
如果绝缘状态良好,吸收现象显著,K1值将远大
于1,反之,当绝缘受潮严重或者有重大缺陷时,K1
值较小,接近1。
一般以K1≥1.3作为设备绝缘状态良好的标准。 应当将K1值与R值结合起来考虑,才能做出比较 准确的判断。
三、影响因素 1.温度的影响
一般温度每下降10度,绝缘电阻增加约1.5~2倍, 应将测量结果换算到统一温度下的数值。 2.湿度的影响
绝缘表面上受潮(特别是表面污秽)时,使绝缘表 面的泄漏电流增大,应将屏蔽环连接到屏蔽端子G,以 消除表面泄漏电流的影响。
第2节 介质损耗角正切的测量
tgδ(功率因数角的余角)能够反映绝缘的整体性 缺陷和小容量试品中的严重局部性缺陷,并确定故障 类型。
对电容量较小的设备(套管、互感器等) ,测量 tgδ可有效发现局部集中性和整体分布性的缺陷,但对电 容量较大的设备(大中型变压器、电容器、发电机等)测 tgδ只能发现整体分布性缺陷。
对于可以分解为几个彼此绝缘部分的被试品,应当分 别测量各部分的tgδ,以便更有效的发现缺陷。
第3节 局部放电的测量
绝缘中的局部放电是引起介质老化的重要原因之一。 ➢局部放电的的原因:高电压设备绝缘内部不可避免地存 在某些缺陷和电场分布的不均匀,当场强达到一定值以上 时,就会发生局部放电。 ➢局部放电的的后果:长期的局部放电使绝缘的劣化损伤 逐渐扩大,达到一定程度后,就会导致绝缘的击穿和损坏。 ➢局部放电测量的目的:测定电气设备在不同电压下的局 部放电强度和变化趋势,便可以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。 ➢局部放电的现象:电流脉冲、电磁波辐射、损耗增大; 光、热、噪声、化学变化等。
q (Ca Cb )U CaU CU
视在放电量是测量局部放电强度的最重要参数, 并以此作为判断局部放电强弱的依据。
(2)放电重复率(N)
在选定时间间隔内测得的每秒钟发生脉冲的平均
次数,表示局部放电的出现频率。
N与外加电压有关,外加电压增大,N增大。
(3)放电能量(W)
一次局部放电所消耗的能量。
外界磁场干扰电流是邻近母线负载电流的磁场在 桥路内感应出的一个干扰电势而产生的电流。 (3)消除的方法
电桥本体用金属网屏蔽,全部引线用屏蔽电缆线; 当测试物有一端接地时,应采用反接线;屏蔽对地应 有足够的绝缘;采用自动平衡测量仪器。
(二)谐波波形分析法 采集电压、电流波形→离散化处理→FFT→电流、
漏抗较大,可减小短路电流,减小短路电流,减 小电动力,降低机械强度要求。
(8)变压器容量与电压的关系 ✓额定电压为50kV时,容量为5kVA; ✓额定电压为100kV时,容量为10kVA或25kVA; ✓额定电压为150kV时,容量为25kVA或100kVA; ✓额定电压为250~2250kV时,高压侧额定电流均取1A。
一、tgδ的测量方法 (一)西林电桥 1.测量原理
实验时,通过调节R3和C4 使电桥平衡,通过分析可知:
tg x
1
RxCx
R4C4
将R4固定为106/ω代入上式,并取C4单位为uF,可 以得到:
tg x C4
2.外界电磁场对电桥的干扰 (1)外界电场的干扰
外界电场的干扰主要包括试验用高压电源和试验 现场高压带电体引起的干扰。 (2)外界磁场的干扰
2.K2参数(极化指数)
K2
R10 min R1min
在K1不能很好的反映绝缘真实状态时,应当用K2
来代替K1。一般极化指数不应小于1.5。
3.吸收比测量的注意问题
当某些缺陷还未贯穿整个绝缘时,不能通过绝缘
电阻、K1、K2作出准确判断。因此,仅靠绝缘电阻和 K1、K2的测量结果是不能判断绝缘是否可靠的。
三、局部放电适用范围 局部放电试验对于测量套管、电机、变压器、电
缆等绝缘的裂缝、气泡等内的局部缺陷(特别是在程 度上还比较轻微的)比较有效。
第4节 电压分布的测量
在工作电压作用下,沿着绝缘结构的表面有一定 的电压分布。 ➢表面清洁→电压分布由绝缘本身电容决定 ➢表面污染受潮→电压分布由表面电导决定 ➢绝缘中部分损坏→表面电压有明显变化
由于高压试验变压器通常用于代替雷电过电压或 系统内部高电压检测电气设备绝缘,因此其比电气设 备正常工作电压要高得多。 (3)容量小
试验变压器连续工作时间不长,主要提供容性电 流,由于被试品的电容量一般较小,流过被试品的电 流不大,对于250kV及以上试验变压器高压侧额定电 流一般为1A。
S 2fCxU 2 /1000
5.测量绝缘电阻的适用范围 测量绝缘电阻可以有效发现以下缺陷:
➢绝缘整体受潮、局部严重受潮; ➢两电极间存在贯穿性的导电通道; ➢绝缘表面污秽。 6.测量绝缘电阻的局限性
测量绝缘电阻不能有效发现的缺陷: ➢绝缘中的局部缺陷(局部损伤ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ裂缝、气泡、分层脱 离等); ➢绝缘的老化。
二、吸收比的测量
i
电气绝缘的tgδ一般随湿度的增加而上升。因此,尽可 能选择干燥天气测量。 3.试验电压的影响
通过测量tgδ与电压关系,有助于判断绝缘的状态和缺 陷的类型。
1—良好绝缘 2—绝缘中存在气隙 3—受潮绝缘
4.试品表面泄漏电流的影响 为消除表面泄漏,测试前应将试品表面擦干净,必要
时加以屏蔽。 5.试品电容量的影响
L兆 G欧 E表
电阻
(3)故障判断
➢以加压60s测得的数值为
该试品的绝缘电阻;
➢通常将同一运行条件下,不同相的绝缘电阻进行比较;
本次测量数据与以往测量数据进行比较以判断是否有异
常,若有明显区别,则应注意,并查明原因。
3.兆欧表额定电压的选择 ➢500、1000、2500、5000四种额定电压; ➢对于额定电压1000V以上设备使用2500V、5000V的兆 欧表测量;对于1000V以下的设备使用1000V兆欧表测 量。
2.串级试验变压器 一般500kV以上的变压器都采用串级式,以减小变
压器的体积。 每台变压器有三个绕组,
第三个绕组为累接绕组,向 后一级变压器供电。
容量利用率为:
2
n 1
串级连接的台数不 宜过多,一般不超过3台。
3.调压供电装置 (1)调压供电装置的要求
试验变压器的电压必须从零调节到指定值,这是 其运行方式的特点,要靠连到变压器初级绕组电路中的 调压器来进行。调压器应该满足以下基本要求: ➢电压应该平滑地调节,在有滑动触头的调压器中,不 应该发生火花。 ➢调压器应在试验变压器的输入端提供从零到额定值的 电压,电压具有正弦波形且没有畸变。 ➢调压器的容量应不小于试验变压器的容量。
N
i(k) sin( 2k
N
jIx Ii
) )
2
(i
u )
(三)过零相位比较法 采集电压、电流波形→方波信号→异或门→相位脉冲 →与门→时钟脉冲→送单片机计数
t
t1
t2
N f0
t T
iu
360
计 数N 器 t
f0
t 360
2T
二、影响tgδ测量的因素 1.温度的影响
电气绝缘的tgδ在一般情况下随温度上升而增大。因此, 尽可能在10~30℃下进行测试。 2.湿度的影响
(4)体积小 试验变压器的容量小,因而油箱体积小;由于输
出电压高,高压套管大、长;不需要很大的散热装置。 (5)绝缘裕度小
只在试验条件下工作,不受雷电过电压及系统高 电压影响,不会产生很高的过电压。 (6)连续运行时间短
一般不需长时间运行,只有在电流、电压远低于 额定值时,才可以长时间工作。 (7)漏抗较大
手摇式兆欧表
数字式兆欧表
4、测量绝缘电阻时的注意事项
➢测试前应先拆除被试品的电源及对外一切连线,将其接地, 以充分放电。 ➢测试时以额定转速(120r/min)转动摇表把手(不得低于 80%),待转速稳定后,接上被试品,待指针稳定后,开始 读数; ➢对大容量的被试品测量时,在测量结束前,应先断开两者 连线,再停止转动兆欧表,以防止被试品的残余电荷对兆 欧表反充电而损坏兆欧表; ➢兆欧表的线路端L与接地端G不要靠在一起,线路端L导线 不要放在地上; ➢记录测量时的温度和湿度,以便校正,在湿度较大的条件 下测量,必须加屏蔽。
q:视在放电量
W
1 2
qU i
Ui:出现局部放电时的外加电压值 W的大小对电介质的老化速度有显著影响。
二.局部放电的检测方法 1.电气检测法 (1)脉冲电流法
a:适用于被试品一端接地的场合(直测法) b:适用于被试品两端均对地绝缘的场合(直测法) c:桥式测试回路,抗干扰性能好(平衡法)
(2)无线电干扰测试法 用干扰仪测试由于局部放电而产生的无线电信号,
3.判断依据 测量绝缘子串的电压分布,用其正常分布曲线与
实测结果分析对比,来判断绝缘子所处状态。
1:正常分布电压 2:异常分布电压
4.检测措施 ➢短路叉
➢光电测杆 绝缘子两端电位差→光信号→绝缘杆光纤→地面
→电信号 ➢被试品位置较高
红外热像法、超声波法、激光法
第5节 工频高电压试验
目的:检验绝缘在工频交流工作电压下的性能,并在某些 场合检测操作过电压和雷电过电压的耐受能力。
电压的幅值和相位
通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采 集为u(k)、i(k)(k=1,2,…,N),则
Ur
Ux
U
2N
N k 1 2N
N k 1 Ur
u(k) cos( 2k
N
u(k) sin( 2k
N
jUx Uu
) )
Ir
Ix
2 N
N k 1
2 N
I
Nk Ir
1
i(k) cos( 2k
一.测量原理 Cg:气隙电容 Cb:与气隙串联固体介 质电容
Ca:介质其余完好部分 电容 放电间隙g:局部放电等效为该气隙中的火花放电; Z:气隙放电脉冲频率的电源阻抗
ug
Cb Cb Cg
u
Cb Cb Cg
Um
sin t
(1)视在放电量 当气隙放电时,被
试品两端电压突然下降, 相当于被试品两电极间 放掉了一部分的电荷, 该电荷量称为视在放电 量。
灵敏度很高。 (3)介质损耗法
由试品损耗确定试品状况,灵敏度较差。 2.非电检测法 (1)超声波法
抗干扰性好,使用方便,可以在运行中或耐压试 验时检测局部放电。 (2)光学分析法
用于有沿面放电和电晕放电的场合,效果最好。 (3)化学分析法(气相色谱分析)
利用绝缘油中析出的气体识别含油电气设备内部 绝缘缺陷和故障信号征兆。
➢F:保护球隙,限制试验时的过电压,保护被试品,
放电电压调整为试验电压的1.1倍;
➢R1:保护电阻,防止被试品击穿时,在试验变压器 上产生的过电压及短路电流,一般取0.1~1Ω/V;
➢R2:球隙保护电阻,限制球隙击穿产生的短路电流, 一般取0.1~0.5 Ω/V。
一、高压试验变压器
1.高压试验变压器特点 (1)单相变压器 (2)电压高
由于受潮、过热及长期运行过程中所引起的绝缘 整体老化、变质、受潮、绝缘性能下降等。 二、电气设备检测、试验的分类
绝缘的预防性试验 绝缘的在线检测
(1)非破坏性试验 在较低的电压下或者用其他不会损伤绝缘的方法测
量绝缘的各种特性,以间接测量绝缘的各种状态。 测量绝缘电阻和吸收比、泄漏电流以及tgδ的测量、
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