第三章电气设备绝缘实验

1、第三章 电气设备绝缘试验3.1 概述缺陷： 整体性或分布性缺陷：整体老化，变质，绝缘性能下降 局部性或集中性缺陷：例开裂，局部机械损伤非破坏性试验：绝缘电阻和吸收比耐压试验：工频、直流冲击3.2 绝缘电阻和吸收比测量电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构在直流下均有明显的吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流一、 多层介质的吸收现象当C大时，衰减慢图中用斜线表示的面积为绝缘在充电过程中逐渐“吸收”的电荷Qa。这种逐渐“吸收”电荷的现象叫做吸收现象图3-1 双层介质的等值电路 图3-2绝缘的吸收现象在S刚合闸瞬间（t=0+时刻），双层介质上的电压按电容反比分配当到达稳态时（t）双层介质上

2、的电压按电阻正比分配吸收现象，U10U1，U20U2。从S合闸到稳态的过渡过程的时间常数流过电流表的电流：，ia为吸收电流；若吸收电流比，吸收现象不明显。绝缘电阻：指吸收电流按指数规律衰减完毕后所测得的稳态电阻值。t时，可得即等于两层介质电阻的串联值。能发现的缺陷：绝缘或整体受潮；局部严重受潮；贯穿性缺陷。例如下定子绝缘局部发生裂纹形成贯穿性导电通道时。局限性：大型设备（大型发电机、变压器等）的吸收电流很大，吸收过程可达数分钟，测稳态电阻，耗费时间长。有些设备如电机，由那部分所反映的绝缘电阻有很大的范围，这与该设备的几何尺寸（或其容量）有密切关系。因而难以给出绝缘值作为判断标准，只能与历史值比

3、较。吸收比，同一试品在不同时刻的绝缘电阻的比值 ，（3-2）排出了绝缘结构体积尺寸的影响一般以k11.3作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适。例如油浸变压器有时会出现下述情况。有些变压器的k1虽大于1.3 但k值较低；有些变压器的k11.3 但k值高。极化指数，按国际惯例，将和时的绝缘电阻比值定义为。Notice：仅凭R,测量结果来判断绝缘状态仍是不够可靠的。兆欧表的原理接线图g：手摇（或电动）直流发电机，或交流发电机经晶体二极管整流；M：流比计的测量机构，处在永磁磁场中的可动部分电压线圈1和电流线圈2直流电压加到两个并联支路上两线圈中的电流产生的力矩方向相反在力矩差的作用下使可动部分旋转平衡

4、时指针偏转的角度正比于并联支路内的电流分配是与电阻成反比的，偏转角的大小可以反映出被试电阻的大小。G端子：消除被试物表面泄露电流的影响。若不接G，测得的绝缘电阻=R表面/R体积。常用量程：500kV,1000kV,2500kV对ue1kV，应使用2500V摇表 注意保持转速的恒定 当试品电容较大时，测量后须先把兆欧表从测量回路断开，再停转发电机，试品电容电流反充损害仪表。原因都是：被试品一般具有一定的电容量，电压的变动将引起电容电流的变化；使指针摇摆不定。数字式兆欧表： 用整流电源，用户可根据需要选择电压量程。当在试品绝缘上施加电压时，取试品电压电流信号经A/D转换，简单数值计算，用液晶数显方

5、式给出结果。3.3 介质损耗角正切的测量能发现：受潮、老化等分布性缺陷，反映整体的损耗情况。不能发现集中性缺陷。当绝缘由两部分并联组成时，其整体的介质损耗为这二部分之和。 ，则得，因很小，当时并不能使总的明显增加。例：一台110kV大型变压器上测得总的为0.4%是合格的，但把套管分开单独测得达3.4%不合格。一、用高压西林电桥测1、被试品2、无损标准电容器CN：常用空气或其他压缩气体作为介质，其3、R3可调4、C4可调/R4外加交流高压电源（一般可达10kV）接到电桥的对角线上另一对角线接平衡指数仪表，一般使用振动式检流计Z1Z4=Z2Z3 (3-3) （3-4）通常则 (3-5)取 （3-6

6、）屏蔽：电桥本体，连线用屏蔽导线正接线：被试品在高压端，大部分电压在上桥壁，在,上电压只有几伏，无危险。特点：准确度较高，要求试品对地绝缘。反接线：被试品低压端，操作部分在高压端。安全措施：电桥本体与操作者一起放在绝缘台上或放在法拉第笼对地绝缘，与操作者,等电位；人手通过绝缘连杆去调,。例国产QS-1里电桥在10kV一下时二、 外界电磁场对电厂的干扰 等值干扰电源电压通过对试品高压电极的杂散电容产生干扰电流经地，阻抗大；试验变压器的漏抗地图3-5 有电场干扰时的向量图可能出现负的，这时在电桥的正常接线下已无法达到平衡，只有把从臂IV换接到臂与并联才能平衡，并按新的平衡条件计算出tg值措施1、

7、加设屏蔽2、 采用移相电源：改变电源电压，从而改变Ix的相位，使与同相或反相，则不变。若在电源电压正反向测得的值相等，说明移相效果良好。3、倒相法：将电源正接和反接各测一次，得到二组结果，, ，（3-7）又（3-8）若和相差不大，和相差不大时磁场干扰，当靠近电抗器等漏磁通较大的设备时磁场作用于电桥检流计那内的电流线圈回路引起的把检流计的极性转换开关放在断开位置若光带变宽则有此干扰消除方法： 电桥移到磁场干扰以外 改变检流计极性开关，两次测量取平均值3.4 局部放电绝缘中的局部放电是引起介质老化的重要原因之一。测量电气设备在不同电压下的局部放电强度和变化趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介

8、质老化的进度和目前的状态。一、局部基本知识场强与介质常数成反比，气隙中的场强比固体介质中的场强提高的多。而气隙中的电场强度固体的电场强度，当外加电压远低于固体介质的击穿电压时，就可能在气隙内开始。图3-12 介质中气隙局部放电的示意图和等值电路当（气隙放电电压）时气隙放电，上电压下降至电压时，火花熄灭，完成一次局部放电气隙应放电一次，其电压瞬时时下降一个=外加电压充电直到又达到值时，第二次放电。放电时，每次的放点电荷量为真实放电量。 ()() (3-21)因、等无法测，也无法确定。气隙放电引起的电压波动，按电容反比分配在、上（从气隙两端看、串联）上的电压波动相当于试品放掉电荷，视在放电量和q可

9、测 可见在其他条件相同下，直流电压下单位时间内的放电次数一般需要交流下低得多。直流下局放的作用远比交流下小，这也是绝缘在直流下的工作电场强度。可以大于交流工作电场强度的原因之一。1、放电重复率（N）在选定的时间隔闪测得的每秒发生脉冲的平均次数，它表示局部放电的出现频度。2、放点能量。一次局放所消耗的能量。二、局部放电检测方法局部现象：电气方面：电流脉冲、介损、电磁辐射 非电方面：光热、噪声、气压变化、化学变化几种常用电气检测法1、脉冲电流法：在一定电压作用下，中产生的局放电流脉冲流过检测阻抗上电压放大送至仪器P测量。2、无线干扰测量法;用干扰仪来测量由于局部放电而产生的无线电信号，已列入IEC

10、标准中，其灵敏度也很高。3、介质损耗法：测量试品的随外施电压的变化，其灵敏度比脉冲电流法低得多。非电检测法1、 超声波法评价：灵敏度不高，但抗干扰性能好，使用方便。在设备表面设多个超声波传感器：建立超声定位的数学模型，利用超声源传递各超声传感器传播的时间差，再运用模式识别原理去逼进放电点的位置。2、光学分析法 评价：直观，但灵敏度不高 夜视仪（微光发大器） 一种利用光纤将局放所发生的光量经光电传感器从设备内部引出来的重要仪器正在研发之中。实践证明：光检测法用于有沿面放电和电晕放电的测量效果尤佳。3、化学分析法绝缘材料在油中的局放及弱电流放电主要生成物是，；强电流放电主要生成物：C2H2，H2，

11、使油局部热的“热斑”将引起H2， CH4， C2H4 C3H4，以纤维素为主的绝缘材料发生热裂解时会释放出CO、CO2。方法：气象色谱仪简易色谱仪（用气敏半导体传感器）3.5 工频交流耐压试验有效：导致绝缘电气强度降低的各种缺陷，尤其对局部性缺陷的发现更为有效。考虑到运行中绝缘的老化及积累效应，耐压试验电压值总要定的比出厂试验电压低。1、 变压器全部更换纯组后，按出厂试验电压其他情况 85%出厂试验电压2、高压电气 90%出厂试验电压3、纯瓷及充油的套管和支柱绝缘子：出厂试验电压（几乎无累计反应）4、发电机大修前及局部更换绕组后，定子绕组工频试验电压=1.5（出厂试验电压为kV）。运行20年以

12、上的发电机，定子绕组工频试验电压=（1.31.5）直配电机，定子绕组工频试验电压=1.5加压时间：1分钟一、 试验变压器特点：变比大，容量小（被试品相当于小容量）工作时间短，无散热管及其他散热装置电压高较厚的绝缘及较宽的间隙距离漏磁通较大，短路电抗大绝缘裕度小，绝缘的出厂试验电压之比高（1020）%分类 金属壳：单套管、双套管 绝缘壳高压侧额定电流在0.11A变化，电压在250kV及以上时一般为1A。串级式结构二、 工频高压的的测量1、 球隙测量交流电压的峰值，直流电压和冲击电压的峰值；球直径在25cm及一下的球隙一般用水平式装置，直径更大时用垂直式；用球隙测量电压时，可以固定球隙距离，逐渐升

13、高电压直至放电；也可在加上一定电压下将球隙距离由大逐渐减小，直到放电为止。 先进行几次预放电，最后取三次连续读数的平均值作为测量值。各次放电时间间隔不小于1min,每次放电电压与平均值之间的偏差不得大于3%，当空气湿度达到90%附近时，不要用球隙测量电压。2、 静电电压表（8.V.）:电压的方均根值根据电极间电场力的平均值指示电压，而电场力的瞬间值又与电压瞬间值的平方成比例3、 分压器配低压仪表分压器有电阻型、电容型和阻容混合型；测工频高压多用电容器型分压器4、 峰值电压表3.6 直流耐压试验和泄漏电流测量 泄漏电流能反映其他试验项目所不能反映的变压器的局部缺陷，能反映变压器套管的开裂，内部受

14、潮，绝缘油变劣，绝缘纸沿面炭化等缺陷。目前一般用10kV的直流电压。 直流耐压适用于：发电机、电动机、电缆、电容器一、 特点1、直流下无电容电流，要求电源容量很小，可用串级方法产生高压直流，设备可做得比较轻巧，适合于现场。2、根据泄漏电流的变化及时发现缺陷1 良好；2 受潮；3 局部缺陷；4 有击穿危险3、更能发现绝缘端部的缺陷（无电容电流流经线棒绝缘，无电容电流在半导体防晕层上造成的电压降）二、缺点交、直流下绝缘内部的电压分布不同，直流不接近实际选择试验电压发电机定子绕组，按不同情况分别取（23）油纸绝缘电力电缆： 210kV，取51530 kV，取4 35 kV以上，取（2.62）选择试验

15、时间：F试验以每级0.5分阶级升高，每阶段停1min，读取泄露电流值。电缆试验时，每阶段停5min，读取泄露电流值。二、 高压直流装置1、 半波整流2、 倍压电路四、直流高压的测量1、高压电阻串联微安表或高阻分压器 使用分压器时，应选用内阻极高的电压表，如静电电压表，高输入阻抗的电子管电压表或数字电压表等。2、高压静电电压表，被测电压的有效值对有脉动电压的直流电压，其有效值与平均值极为接近。3、球隙3.7 冲击电压试验和冲击电压的产生发生器的利用系数多级冲击电压发生器：1、冲击电压发生器（单级）（a）冲击电压波及波形，T2为波前时间常数可获得图（a）波形的回路图4-18 可获得冲击电压波长波形的回路图4-19 可获得冲击电压波形的合成回路低效率回路=0.70.8（是在令R2=10R1,C1=10C2得到的）波长时间T1=3R1C1波长时间内，u(t)=-t/1 u(t)=-t/1波长 T2=1/n2=0.7R2C2图中，R2R1，C1C2，开关S合上后，电容C1经电阻R1向电容C2充电，形成波前。同时，C1，C2向电阻R2放电，形成波长。R1波前电阻；R2波长电阻；C1主电容；C2波前电容。图4-20 高效率回路图4-20中，C2能充到的最大电压U2m等于C1上的电压。开关合