绝缘监测与诊断

5.3介质损耗角正切的测量
1、 tanδ测量的意义及原理 测量tanδ可以发现出缺陷： 绝缘受潮，油或浸渍剂脏污或劣化变质，绝缘油中气隙放电。此时， 流过绝缘的电流中有功分量增大，tanδ也加大。tanδ 是反映绝缘功率 损耗大小的特性参数，与绝缘的体积大小无关。
若绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性，则tanδ有时反映就不灵敏。 当被试品绝缘由不同的介质组成。
此时：
U1
U
R1 R1 R2
,U 2
U
R2 R1 R2
如果U1∞比U10小，则过渡过程中C1放 电，C2进一步充电；反之则C2放电， C1充电。
过渡过程中，电压u按下式由起始压 U0逐渐过渡到稳态电压U ∞，即
u1
U
R1 R1 R2
U( C2 C1 C2

R1 R1 R2
Um2 UC CqCk /{Cq Cx CkCm /(Ck Cm )] (Ck Cm )} UC CqCk /(CxCk CxCm CkCm )
q UCCq
5.4.5实施PD测量的其他技术问题
5.5耐压试验
• 施加电压类别分：交流耐压试验，直流耐压试验，雷电冲击耐压试验， 操作耐压试验。
q qr Cb /(Cb Cm )
5.4.3脉冲电流法测量PD的基本回路和检测阻抗
5.4.4脉冲电流法的测量及其校正
脉冲电流法的测量及其校正回路
q U{Cm [CbCg /(Cb Cg )]}
Um1 q Ck /{Cx CkCm /(Ck Cm )] (Ck Cm )}
1 存在外界电场干扰时的测量
方法：采用两次测量的方法消除或减少干扰
1）先将电桥调制平衡，得出 Cx`和 tan 1
2）将电源极性调整180度再将电桥调制平衡，得出
Cx``和 tan 2
tan (Cx` tan 1+Cx`` tan 2) /(Cx` Cx``)
Cx (Cx` Cx``) / 2
3、tanδ测量的影响因素 • （1）外界电磁场的干扰 • （2）温度的影响 • （3）试验电压的影响 • （4）试验电容量的影响 • （5）试品表面泄漏的影响
5.4局部放电的测量
5.4.1局部放电的几种方法 局部放电是指电气设备内部绝缘存在弱点，在一定的外施电压下发生局
部重复击穿和熄灭现象。 1、局部放电的定义
et /
由上式可知，加上试验电压后，流过 试品的电流由两部分组成： （1）传导电流Ig，大小与试品总的绝 缘电阻成反比； （2）吸收电流ia，其大小与试品绝缘 的均匀程度密切相关。
如果被试品绝缘严重受潮或是绝缘内部有集中性导电通道，则绝缘电阻
值显著降低， Ig将大大增加， ia将迅速衰减。பைடு நூலகம்通常用吸收比K1来反映绝缘情况，有 K1 R60" / R15" 对被试品电容较大和不均匀的试品绝缘。若绝缘良好，则吸收现象甚明
5.3.3存在外界电磁场干扰时的测量
2 存在外界磁场干扰时的测量
方法：采用两次测量的方法消除或减少干扰
1）先将检流计正接，得出
Cx1和tan 1
2）再将检流计正接，得出
Cx
和
2
tan

2
tan (tan 1+ tan 2) / 2
Cx 2Cx1Cx2 /(Cx1 Cx2 )
tan C4 R4 100C4 R4
取R4

10000

3184
106 C（4 F） C（4 F）
同时
Cx

R 4C0
R
3
(1


2C42R
2 4
)

R 4C0
R3(1 tan2 )
tan 1

R4 R3
C0
5.3.3存在外界电磁场干扰时的测量
加压时间：一般1min，对于电缆为5min. 特点：无局部放电损伤对于油纸绝缘，在交直流电压作用下电压的分布 不一样。交流电压按介电常数分布，直流按电阻系数分布，因此在交流 电压作用下电压较多作用在油层上，而直流电压作用下，电压较多作用 在油纸上。纸的耐压比油的耐压高，因此交流电缆能承受更高的直流电 压。 在测耐压试验的同时，可以进行泄漏电流的测量，对于电缆而言，不如 交流试验接近实际情况。
根据是否离线可分为：
绝缘 预防 性试
验
在线式试验 离线式试验
介质损耗角正切
局部放电试验
破坏性(耐压)试验
非破坏性(绝缘特 性)试验
交流耐压试验,直流耐压试验, 雷电冲击试验,操作冲击试验
绝缘电阻试验,吸收比试验,介 质损耗角正切,局部放电试验, 绝缘油的气相色谱分析试验
1、绝缘特性试验 也称非破坏性性试验。 在较低的电压或是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，
5.2.1、绝缘电阻、吸收比的测量原理
1、概述
许多电气设备的绝缘都是多层的。
多层介质的特性可以粗略地用双层介 质模型来分析。
S刚合上瞬间，电压按电容分配：
U10
U
C2 C1 C2
,U 20
U
C1 C1 C2
• 此时介质1、2上的电压将逐渐过渡到 按电阻分配。
达到稳态，此电流 Ig U /( R1 R2 )
U
R1 R1 R2
U( C2 C1 C2

R1 R1 R2
)e -t/
u2
U
R2 R1 R2
U( C1 C1 C2

R2 R1 R2
)e -t/
同时，流过R2的电流
式中 （C1 C2）RR1 1RR2 2
iR2

u2 R2

U R1 R2
U( R2C2 R1C1 ) ( C1 C2 )( R1 R2 )R2
判别方法： （1）同《试验规程》比较； （2）横向比较； （3）纵向比较。
测量注意事项： （1）测量时，记录温度，进行换算； （2）试验前后对试品充分放电； （3）消除试品表面泄漏的影响。
5.2.3泄漏电流的测量 本质上也是测量绝缘电阻，只是 所用的直流电压较高（10kV）， 故发现一些尚未完全贯通的集中 性缺陷，比兆欧表更有效。
5.5.3雷电冲击耐压试验
目的：考验设备承受雷电过电压的能力，对于电力变压器是考验主绝缘以及纵绝缘 主要的方法。由于积累效应，只施加3此规定的试验电压。 试验范围：电压等级≥220kV,容量≥120MVA的变压器出厂时进行试验，对于绝缘 预防性试验不做此试验内容。
（2）不同的绝缘部分串联
因 tan Pi / Qi
tan
1 (
C1
tan 1

1 C2
tan 2
) /(
1 C1

1 C2
)
2、测量tanδ用的西林电桥 （1）西林电桥的工作原理
电桥平衡：
Z1Z4 Z2Z3
式中
Z1

1/ Rx
1
jCx
, Z2

1 jC0
Z3

R 3，Z4
b1 mg m
b2
Cm u
Cg
ug
g
ub
Cb
(a)具有气泡的介质剖面 局部放电的过程：
(b)等效电路
气隙放电→放电熄灭→残余电压→重复放电熄灭 伴随声、光、电信号发生，同时分解介质，产生气体。
气泡很小时，Cg比Cb大的多， Cm比Cg大的多 ug uCb /(Cb Cg )
b1 mg m
)e -t/
u2
U
R2 R1 R2
U( C1 C1 C2

R2 R1 R2
)e -t/
式中 （C1 C2）RR1 1RR2 2
过渡过程中流过C2的充电电流
iC2
C2
du2 dt
U
C (
2 ( R2C2 C1 C2
)2
R1C1 R1 R2
)
e
t
/

u1
et /
流过外电路的电流
i

iC2

iR2

U R1
R2

( C1
U ( R2C2 R1C1 ) C2 )2 ( R1 R2 )R1R2
et /
令 i Ig ia
故
U I g R1 R2
ia

( C1
U ( R2C2 R1C1 ) C2 )2 ( R1 R2 )R1 R2

1/
R4
1
jC4
实部相等：
Cx

R 4C0
R
3
(1


2
C24
R
2 4
)
虚部相等：
Rx

R
3
(1


2C42R
2 4
)
2C24R 24C0
介质并联等值电路的介质损耗角正切
tan

1
C x Rx
C4 R4
介质串联等值电路的介质损耗角正切
tan CxRx C4R4
综上
b2
Cm u
Cg
ug
g
ub
Cb
(a)具有气泡的介质剖面
(b)等效电路
当Cg放电时，放电的总电容为： Cg` Cg [CbCm]/(Cb Cm) Cg` 上电压的变化为 Ug Ur ，故一次脉冲放出的电荷为
qr (Ug Ur)[Cg CbCm]/(Cb Cm) 当Cg比Cb大的多， Cm比Cg大的多时 qr (Ug Ur)Cb 当Ur=0时， qr UgCb
（1）不同的绝缘部分并联
由 P U 2C ptan U 2C xtan U 2C1tan 1 U 2C2tan 2 tan ( U 2C1tan 1 U 2C2tan 2 ) / U 2C x ( C1tan 1 C2tan 2 ) / C x
5.5.1交流耐压试验 目的：考验交流设备的基本耐压。 功能：能够有效发现集中性缺陷 加压时间：一般1min，对于SF6断路器为5min. 对于检修设备：大修更换绕组，按出厂试验进行，其他按额度电压的 85%进行试验。
变压器交流耐压试验的接线图
5.5.2直流耐压试验
目的：考验直流设备的基本耐压以及交流电网中的距离较长的电力电缆， 主要是为了减少试验电源的容量。
• 绝缘监测和诊断的基本环节 ①正确选择传感器和适当的测量手段，检测或监测被测对象的种种特性，
采集各种特性参数。 ②对原始的测量数据进行分析处理，提取最有效、最敏感的数据 ③根据特征数据和已有的运行经验，判断绝缘状态。 诊断方法的分类： 逻辑诊断 模糊诊断 统计诊断
5.2绝缘电阻和泄漏电流的测量
另外可以在升压过程中监视泄漏 电流的增长动向。
（1）微安表直读数测量泄漏电流法
（2）光电法测量泄漏电流 传统方法是将微安表放在直流高压和试品被测端子之间。由于仪表处在高电位， 远离测试人员，故读数和更换量程不便。采用光电技术是将测量的泄漏电流的电 信号转换成光信号，并将光信号由光纤传输系统传送到低压控制台上，再转换成 电信号由数字表显示出来。
从而判断绝缘内部有无缺陷。 特点：
（1）无破坏性； （2）综合分析； （3）能全面检查缺陷的性质和程度。 2、耐压试验
也称破坏性试验。 模仿设备绝缘在运行中可能出现的各种电压，对绝缘施加与之等价或 更为严峻的电压，从而考验绝缘耐受这类电压的能力。 特点： （1）最有效； （2）具有破坏性（在做耐压试验前必须先做特性试验）。
显，K1远大于1；若绝缘受潮严 重或是内部有集中性导电通道， Ig大增， ia迅速衰减，且K1接近于1。 对大型电机，还采用10min和1min时绝缘电阻之比，即
极化指数 K2 R10' / R1'
R 0 10
绝缘良好
绝缘不良
t/s 60
5.2.2测量绝缘电阻和吸收比的方法
一般采用兆欧表测量绝缘电阻和吸收比 通过测量绝缘电阻和吸收比可以判断试品 是否受潮和贯穿性缺陷。
在固体、液体介质中，由于杂质（水分、气泡、金属粒子）或毛刺的 遭遇引起电场的严重畸变，在强场作用下，使得这些部位的场强超过
该处物质的电离场强，该处物质就产生电离放电，称局部放电。
影响： 短期无影响，长期破坏绝缘 测量方法：绝缘油的气相色谱分析 超声波探测 脉冲电流测量法 5.4.2 局部放电的脉冲电流测量法
由于上述表达的各个参数无法测量，因此往往是通过测量Cm上的电压 变换来测量来表示局部放电量。
U (Ug Ur)Cb /(Cb Cm )
通过与 qr (Ug Ur)[Cg CbCm]/(Cb Cm) 比较，可以得出 U Cbqr /(CbCg CmCg CbCm ) 相应电荷的变换量 q U{Cm [CbCg /(Cb Cg )]} 通过与 U Cbqr /(CbCg CmCg CbCm )
第5章 绝缘监测与诊断
5.1绝缘监测和诊断的基本概念 定义： 电力系统在运行中受到店、热、机械、不良环境的因素影响， 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 绝缘的试验和各种性能的测量，可了解并评估绝缘在运行中的状态，从 而能早期发现故障的技术称为绝缘监测与诊断。
绝缘试验的分类：