秋高电压工程—绝缘诊断篇第六讲

1、1 复习、作业与预习复习、作业与预习 复习复习 第第5 5章章 绝缘诊断与绝缘试验绝缘诊断与绝缘试验 作业作业 5-15-1，5-45-4 预习预习 第第6 6章章 稳态高电压的产生稳态高电压的产生 第第7 7章章 稳态高电压的测量稳态高电压的测量 2 高电压工程 第5章 监测诊断篇 清华大学电机系 周远翔 3 第5章 绝缘诊断与绝缘试验 5.1 绝缘监测和诊断的基本概念 5.2 绝缘电阻和泄漏电流的测量 5.3 介质损耗角正切的测量 5.4 局部放电的测量 5.5 耐压试验与预防性试验方法的特点总结 5.7 绝缘的在线监测 4 5.1 5.1 绝缘监测和诊断的基本概念绝缘监测和诊断的基本概念

2、 绝缘的监测和诊断技术概念：电力设备绝缘电力设备绝缘 在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因 素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，素的作用，其性能将逐渐劣化，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，了解并评估绝缘在运行过程中各种特性的测量，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的的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的 监测和诊断技术监测和诊断技术 5绝缘的监测和诊断技术分类： 1. 按照对设备造成的影响程度分类（两类） 非破坏性试验

3、，亦称绝缘特性试验：在较低电压下在较低电压下 或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种情况，从而或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种情况，从而 判断绝缘内部的缺陷判断绝缘内部的缺陷 包含的种类：绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、 局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等 破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电以高于设备的正常运行电 压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝 缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝

4、缘水平或裕度； 缺点并可能在试验时给绝缘造成一定的损伤缺点并可能在试验时给绝缘造成一定的损伤 包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲 击耐压试验及操作冲击耐压试验击耐压试验及操作冲击耐压试验 6 2. 按照设备是否带电的方式分类（两类） 离线：在离线的监测和诊断时，要求被试设备退出运行在离线的监测和诊断时，要求被试设备退出运行 状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预 防性试验规程（防性试验规程（DL/T 596DL/T 596）规定）规定 特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，可采用

5、破坏性试验和非破坏性试验两种方式， 两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验 之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤 其对于周期性的离线试验更不易判断准确其对于周期性的离线试验更不易判断准确 在线：在线监测则是在被试设备处于带电运行的条件下，在线监测则是在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 行的行的 特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监只能采用非破坏性试验方式。由于可连

6、续监 测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变 化趋势，从而显著提高了其判断的准确性化趋势，从而显著提高了其判断的准确性 7 绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态作出判为了对绝缘状态作出判 断，需对绝缘进行各种试验和监测，通称为绝缘断，需对绝缘进行各种试验和监测，通称为绝缘 预防性试验。预防性试验。 8 绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节： 传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量正确选用各种传感器及测量 手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各 种特性参数；种特性参数； 数据处理：对原始的

7、杂乱信息加以分析处理对原始的杂乱信息加以分析处理( (数据数据 处理处理) )，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最 敏感、有效的特征参数；敏感、有效的特征参数； 绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过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。并对行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对 绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警， 并能为下一步的维修决策提供技术根据。并能为下一步的维修决策提

8、供技术根据。 9 绝缘诊断规则： 规则分类：逻辑诊断，模糊诊断，统计诊断 逻辑诊断：逻辑诊断中将特征只归结为逻辑诊断中将特征只归结为“有有” 和和“无无”两种两种( (或特征参数大于某给定的阈值则为或特征参数大于某给定的阈值则为 “有有”该特征，否则为该特征，否则为“无无”) )，诊断对象的状态，诊断对象的状态 同样只归结为同样只归结为“有有”和和“无无”，或，或“好好”和和“坏坏” 两种，即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。两种，即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。 逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简 化，诊断准确度较低化，诊断准确度较低 1

9、0 模糊诊断：考虑到被试对象的特征及状态评考虑到被试对象的特征及状态评 价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能 简单地用简单地用“有有”、“无无”和和“好好”、“坏坏”来来 评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用 二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来 描述，如某特征描述，如某特征“很强很强”、“强强”、“一般一般”、 “弱弱”、“很弱很弱”，某故障，某故障“严重严重”、“较严较严 重重”、“一般一般”、“轻微轻微”、“无无”等，然后等，然后 按特征或状态参数的取值量确

10、定归入某一类别。按特征或状态参数的取值量确定归入某一类别。 如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。 11 统计诊断：考虑到被试对象特征参数分布的不考虑到被试对象特征参数分布的不 确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设 备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律 分布。利用这些规律进行绝缘诊断分布。利用这些规律进行绝缘诊断 (a) (a) 绝缘完好和损坏时绝缘完好和损坏时 (b)(b)两者重叠图两者重叠图 概率密度曲线不重叠概率密度曲线不重叠 某特征参数的概率密度

11、 12 5.2 绝缘电阻和泄漏电流的测量 5.2.1 测量绝缘电阻与吸收比的工作原理 5.2.2 测量绝缘电阻与吸收比的方法 5.2.3 泄漏电流的测量 13 5.2.1 测量绝缘电阻与吸收比的工作原理 双层介质模型的电流时间特性 i（t）=U/( R1+R2)+U(R1 C1R1 C2)2/ (C1+C2)2( R1+R2) R1R2 exp(-t/) R1R2(C1+C2)/ ( R1+R2) 双层介质等值电路图 吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线 14 i（t）=Kexp(-t/) R1R2(C1+C2)/ ( R1+R2) 在工程应用上的表达方便，把介质处在吸收过程在工程应用上的表达方

12、便，把介质处在吸收过程 时的时的U/iU/i也称呼为绝缘电阻也称呼为绝缘电阻R R 双层介质等值电路图 吸收和泄漏电流及绝缘电阻的变化曲线 15定义吸收比K：为加压为加压6060秒时的绝缘电阻秒时的绝缘电阻R R 60 60与 与1515秒秒 时电阻时电阻R R 15 15之比值 之比值 K = RK = R60 60/ R / R15 15 定义极化指数P：为加压为加压1010分钟时的绝缘电阻分钟时的绝缘电阻R R10 10与 与1 1分分 钟时电阻钟时电阻R R1 1之比值 之比值 P= RP= R10 10/ R / R1 1 我国电力行业标准我国电力行业标准DL/T596DL/T596

13、19961996即电力设备预防性试验即电力设备预防性试验 规程等规定：规程等规定： 电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘 者：者：K K值应不小于值应不小于1.31.3，P P值应不小于值应不小于1.51.5 大发电机当采用环氧粉云母者：大发电机当采用环氧粉云母者：K K值应不小于值应不小于1.61.6，P P应不应不 小于小于2.02.0。 发电机容量在发电机容量在200MW200MW及以上者推荐测量及以上者推荐测量 16 绝缘状态的判定 若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受

14、潮，则电阻 R1 R1 、R2R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大大 为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1R1 与与R2R2中的一个数值降低，中的一个数值降低，值也会大为减小，吸收电流仍值也会大为减小，吸收电流仍 会迅速衰减，仍可造成吸收比会迅速衰减，仍可造成吸收比K K（及极化指数（及极化指数P P，下同）的，下同）的 下降。当下降。当K K1 1或接近于或接近于1 1，则设备基本丧失绝缘能力。，则设备基本丧失绝缘能力。 不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线 17 5.2.2 测量绝缘

15、电阻与吸收比的方法 测量仪表：一般用兆欧表进行测量仪表：一般用兆欧表进行 绝缘电阻与吸收比的测量绝缘电阻与吸收比的测量 摇表：为了测准吸收比，需用摇表：为了测准吸收比，需用 灵敏度足够高的兆欧表。现场灵敏度足够高的兆欧表。现场 仍较多采用带有手摇直流发电仍较多采用带有手摇直流发电 机的兆欧表，俗称摇表机的兆欧表，俗称摇表 晶体管兆欧表：采用电池供电，晶体管兆欧表：采用电池供电， 晶体管振荡器产生交变电压，晶体管振荡器产生交变电压， 经变压器升压及倍压整流后输经变压器升压及倍压整流后输 出直流电压出直流电压 兆欧表的电压：兆欧表的电压：500500、10001000、 25002500、5000

16、V5000V等等 兆欧表选择：根据设备电压等兆欧表选择：根据设备电压等 级的不同，选用不同电压的兆级的不同，选用不同电压的兆 欧表。例：额定电压欧表。例：额定电压1kV1kV及以及以 下者使用下者使用1000V1000V兆欧表；兆欧表；1kV1kV以以 上者使用上者使用2500V2500V兆欧表兆欧表 兆欧表的原理结构图 18 例：用兆欧表测量电缆绝缘电阻用兆欧表测量电缆绝缘电阻 用兆欧表测电缆绝缘电阻的接线图 1铅铠外皮 2绝缘 3导芯 19 微安表直读法（两种接法） 测量电力变压器主绝缘泄漏电流的接线 T1调压器； T2高压试验变压器； D高压硅堆 R保护电阻； C滤波电容； T被试变压器

17、 5.2.3 泄漏电流的测量 20 光电法 光电法测泄漏电流的测量装置的原理方块图 21 5.3 介质损耗角正切的测量 5.3.1 西林电桥的基本原理 5.3.2 反接法的西林电桥 5.3.3 存在外界电磁场干扰时的测量 5.3.4 电流比较式电桥 22 测试无线电材料：常采用高频施压法，所加的常采用高频施压法，所加的 电压不高电压不高 在电工界：测量测量tgtg的仪器和方法有多种，西的仪器和方法有多种，西 林电桥测法和电流比较式电桥测法林电桥测法和电流比较式电桥测法 在线监测：采用微计算机对采用微计算机对tgtg的测量的测量 23 5.3.1 西林电桥的基本原理 西林电桥 电桥： 高压臂：一

18、个是代表试高压臂：一个是代表试 品的品的Z1Z1；另一个是无损；另一个是无损 耗的标准电容耗的标准电容C0C0，它以，它以 阻抗阻抗Z2Z2作为代表。作为代表。 低压臂：一个处在桥箱低压臂：一个处在桥箱 体内，一个是可调无感体内，一个是可调无感 电阻电阻R3R3；另一个是无感；另一个是无感 电阻电阻R4R4和可调电容和可调电容C4C4的的 并联回路。前者以并联回路。前者以Z3Z3来来 代表，后者以代表，后者以Z4Z4来代表来代表 保护：放电管保护：放电管P P 电桥平衡：检流计电桥平衡：检流计G G检零检零 屏蔽：消除杂散电容的屏蔽：消除杂散电容的 影响影响 西林电桥的基本回路 24电桥的平衡

19、条件： Z1/Z3 = Z2/Z4 串联等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4C0/R3 并联等值回路 tg=R4 C4 Cx = R4C0/R3 (1+tg2) Cx：因为因为tgtg2极小，极小， 故两种等值电路的故两种等值电路的 CxCx 相等相等 西林电桥的基本回路 25 屏蔽： 杂散电容：高压引线与杂散电容：高压引线与 低压臂之间会有电场的低压臂之间会有电场的 影响，可以看作其间有影响，可以看作其间有 杂散电容杂散电容 由于低压臂的电位很低，由于低压臂的电位很低， CxCx和和C0C0的电容量很小，的电容量很小， 如如C0C0一般只有一般只有5050100pF100pF。 所以杂

20、散电容所以杂散电容CsCs的引入，的引入， 会产生测量误差会产生测量误差 若附近另有高压源，其若附近另有高压源，其 间的杂散电容间的杂散电容Cs1Cs1会引入会引入 干扰电流干扰电流iSiS，也会造成，也会造成 测量误差测量误差 所以需要屏蔽，消除杂所以需要屏蔽，消除杂 散电容的影响散电容的影响 西林电桥的基本回路 26 反接法的西林电桥 在实验室内：通常测在实验室内：通常测 试材料及小设备，被试材料及小设备，被 试品是对地绝缘的试品是对地绝缘的 现场试验中：有许多现场试验中：有许多 一端接地的试品，如一端接地的试品，如 敷设在地下的电缆及敷设在地下的电缆及 摆在地面的重大电气摆在地面的重大电

21、气 设备，要改成对地绝设备，要改成对地绝 缘是不可能的，只能缘是不可能的，只能 改变电桥回路的接地改变电桥回路的接地 点。这样就产生了一点。这样就产生了一 种反接法的西林电桥种反接法的西林电桥 反接法西林电桥的接线 27 5.3.3 存在外界电磁场干扰时的测量 外界电场干扰下的测量 现场的试品：难以实现屏蔽，现场的试品：难以实现屏蔽， 故干扰较严重故干扰较严重 两次测量法：消除或减小外界两次测量法：消除或减小外界 电场影响的测试方法，是采用电场影响的测试方法，是采用 两次测量。第一次先调电桥到两次测量。第一次先调电桥到 平衡，测得平衡，测得tgtg1 1和和CxCx，然，然 后倒换试验变压器原

22、边电源线后倒换试验变压器原边电源线 的两头，即把试验电压的两头，即把试验电压U U的相的相 位转一个位转一个180180，然后再测得，然后再测得 第二次的数值第二次的数值tgtg2 2和和CxCx， 可用下式计算得准确的可用下式计算得准确的tgtg和和 C Cx x值值。 tg=（Cx xtg1 1+Cxxtg2 2） /(Cx x+Cxx) Cx x = (Cx x+Cxx)/2 西林电桥的基本回路 28 两次测量法原理 矢量图中矢量图中 I Id d：外界电场引起的干扰电流：外界电场引起的干扰电流I IX X： 无干扰时流经试品的电流无干扰时流经试品的电流 I In n：流经：流经C C0

23、 0的电容电流的电容电流 第一次测量：第一次测量： I IX X：I IX X与与I Id d的合成电流的合成电流 第二次测量（第二次测量（U U转了转了180180） I IX X：I IX X与与I Id d的合成电流的合成电流 ：I IX X与与I In n之夹角之夹角 第二次测量时第二次测量时U U转了转了180180，相当，相当 于于U U和和I IX X的相角不变，而的相角不变，而I Id d的相角的相角 反转了反转了 存在电场干扰时 电桥的电流矢量图 tgtg=I=IX XR/ IR/ IX XC C =0.5(I=0.5(IX XR+IR+IX XR)/0.5(IR)/0.5(

24、IX XC+IC+IX XC) C) =(C=(Cx xtgtg1 1+C+Cx xtgtg2 2)/(C)/(CX X+C+CX X) CCX XU =(CU =(CX XU+CU+CX XU) /2U) /2 因此：因此：C CX X =(C =(CX X+C+CX X)/2)/2 29 因电场干扰而出现时的矢量图 西林电桥的基本回路 强电场干扰时tg的测量 当外界电场很强烈时，当外界电场很强烈时，I Id d很大，有可能在一种电源极性时合很大，有可能在一种电源极性时合 成电流在第一象限，如图中的成电流在第一象限，如图中的I Ix x和和1 1；而在另一种极性；而在另一种极性 时，合成电流

25、在第二象限，如图中的时，合成电流在第二象限，如图中的I Ix x及及2 2。于是出现。于是出现 了了，要使电桥获得平衡，必须使，要使电桥获得平衡，必须使C C4 4与与R R4 4脱开而改为与脱开而改为与R R3 3 并联。并联。 30 磁场干扰时介损的测量 检流计正反接抗磁场干扰的原理：先设想当无磁干扰时，先设想当无磁干扰时， 调电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为调电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为R R3 3和和C C4 4。如存在磁干扰时，。如存在磁干扰时， 调节电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为（调节电桥到平衡，两个测量臂的数值分别为（R R3 3+ +R R3 3）和）和 （C C4

26、 4+ +C C4 4），此时电桥两臂实际上是有电位差的，由于它克服了磁），此时电桥两臂实际上是有电位差的，由于它克服了磁 干扰电势，才使检流计指零。假若把检流计和电桥两臂相接的两端倒干扰电势，才使检流计指零。假若把检流计和电桥两臂相接的两端倒 换一下，由于其他条件不变，此时如又调电桥到平衡，两个测量臂的换一下，由于其他条件不变，此时如又调电桥到平衡，两个测量臂的 数值将分别为数值将分别为 (R(R3 3R R3 3) )和和(C(C4 4C C4 4) ) 当检流计正接时测得：tgtg1 1=(C=(C4 4+ +C C4 4)R)R4 4 C CX1 X1=C =C0 0R R4 4/ /

27、（R R3 3+ +R R3 3） 当检流计反接时测得：tgtg2 2 = (C = (C4 4C C4 4)R)R4 4 C CX2 X2 = C= C0 0R R4 4/ /（R R3 3R R3 3) ) 因无磁场干扰时： tg= Ctg= C4 4R R4 4 C CX X = C = C0 0R R4 4/R/R3 3， 故可得：tg= (tgtg= (tg1 1+tg+tg2 2)/2)/2 C CX X = 2 = 2X1 X1C CX2X2/ /（ （C CX1 X1+C +CX2 X2 ） ） 31 电流比较式电桥测量介损 电桥的下臂主要是两个绕在电桥的下臂主要是两个绕在 同

28、一环形铁心上的线圈同一环形铁心上的线圈1 1和和2 2， 其匝数分别为其匝数分别为N N1 1和和N N2 2，两者绕，两者绕 向相同，流过经试品绝缘及向相同，流过经试品绝缘及 标准电容标准电容C C0 0过来的电流过来的电流I I1 1及及I I2 2 后，分别会产生磁势。环形后，分别会产生磁势。环形 铁心上还绕有一个匝数为铁心上还绕有一个匝数为N N3 3 的第的第3 3线圈，在该线圈上接有线圈，在该线圈上接有 指零仪表指零仪表G G。 调节调节N N1 1、N N2 2及及R R，当，当N N1 1I I1 1=N=N2 2I I2 2 时，仪表时，仪表G G指零。调节指零。调节R R是

29、为是为 了实现了实现I I1 1与与I I2 2达到同相位达到同相位 电流比较式电桥原理接线 32 介损值 线圈线圈1 1及及2 2在电桥平衡时在电桥平衡时 Cx x=C0 0N2 2/N1 1 tg=R(C0 0+C) 平衡时线圈上基本无压降，平衡时线圈上基本无压降， 低压臂的杂散电容基本上低压臂的杂散电容基本上 不起作用。电桥工作时不不起作用。电桥工作时不 须多次反复平衡，一次仪须多次反复平衡，一次仪 表指零即可读数，使用起表指零即可读数，使用起 来比较方便。来比较方便。 三个绕组的互感器为防止三个绕组的互感器为防止 杂散磁场的影响，是精心杂散磁场的影响，是精心 屏蔽的。总的说来，它的屏蔽

30、的。总的说来，它的 灵敏度和准确度均高于普灵敏度和准确度均高于普 通西林电桥通西林电桥 电流比较式电桥原理接线 33 5.4 局部放电的测量 5.4.1 测量局部放电的几种方法 5.4.2 局部放电的脉冲电流测量法 5.4.3 脉冲电流法测PD的基本回路和检测阻抗 5.4.4 脉冲电流法的测量仪器及其校正 5.4.5 实施PD测量的其它技术问题 34 局部放电的概念： 简称为简称为PD-Partial DischargePD-Partial Discharge，指由于电气设备，指由于电气设备 内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发 生的局部的重复击

31、穿和熄灭现象生的局部的重复击穿和熄灭现象 局部放电的危害： 这种局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙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，因为在这个很小的空间内电场强度或气泡之中，因为在这个很小的空间内电场强度 很大。它的放电能量很小，所以它的存在并不影很大。它的放电能量很小，所以它的存在并不影 响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备 在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱 的放电能量和由此产生的一些不良效应，如不良的放电能量和由此产生的一些不良效应，如不良 化合物的产生，就可以慢慢

32、地损坏绝缘，日积月化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝缘，日积月 累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备 的突发性故障的突发性故障 35 局部放电的特点： 当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现 象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗 的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、 热、噪音、气体压力的变化和化学变化。热、噪音、气体压力的变化和化学变化。 局部放电的检测： 这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因这些现象都

33、可以用来判断局部放电是否存在，因 此检测的方法也可以分为电的和非电的两类此检测的方法也可以分为电的和非电的两类 36 5.4.1 测量局部放电的几种方法 绝缘油的气相色谱分析法：这项试验是通过检查这项试验是通过检查 电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设 备内部的隐藏缺陷备内部的隐藏缺陷 超声波探测法：在电气设备外壁放上由压电元件在电气设备外壁放上由压电元件 和前置放大器组成的超声波探测器，用以探测局和前置放大器组成的超声波探测器，用以探测局 部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电 的发生，粗测其强度和

34、发生的部位的发生，粗测其强度和发生的部位 脉冲电流法：测测PDPD所形成的脉冲电流大小以判断所形成的脉冲电流大小以判断 绝缘绝缘PDPD的强弱程度，这种方法可以给出定量的结的强弱程度，这种方法可以给出定量的结 果，目前规程中已规定了定量的指标果，目前规程中已规定了定量的指标 37 5.4.2 局部放电的脉冲电流测量法 局部放电的三电容模型 以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的局部放电的机理以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的局部放电的机理 CgCg：气泡的电容；：气泡的电容； CbCb：和：和CgCg相串联部分的介质电容；相串联部分的介质电容； CmCm：其余大部分绝缘的电容：其余大部分绝缘的

35、电容 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 38 气泡很小，气泡很小，CgCg比比CbCb大，大，CmCm比比CgCg大很多大很多 电极间加上交流电压电极间加上交流电压u u，则，则CgCg上的电压为上的电压为ugug， ug = uCb/(Cg+Cb) ug = uCb/(Cg+Cb) 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 39 局部放电机理 ug = uCb/(Cg+Cb) ug = uCb/(Cg+Cb) ugug随外加电压随外加电压u u升高，当升高，当u u上升到上升到UsUs瞬时值，瞬时值，ugug到达到达CgCg

36、的放的放 电电压电电压UgUg时，时，CgCg气隙放电。于是气隙放电。于是CgCg上的电压一下子从上的电压一下子从Ug Ug 下降到下降到UrUr，然后放电熄灭。，然后放电熄灭。UrUr叫做残余电压，它可以接近叫做残余电压，它可以接近 为零值，也可以为小于为零值，也可以为小于UgUg（均绝对值）的其它值（均绝对值）的其它值 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 40 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 ug = uCb/(Cg+Cb)ug = uCb/(Cg+Cb) 放电火花一熄灭，放电火花一熄灭，CgCg上的电压将再次上升，由于此时上的电压将再次上升，由于此时CgCg及及 CbCb已经有了一个

37、初始的直流电压，所以此后的已经有了一个初始的直流电压，所以此后的ug ug 值不能值不能 直接用上式来表达，直接用上式来表达，ug ug 值与上式表达的值在绝对值上要值与上式表达的值在绝对值上要 小一个（小一个（UgUgUrUr）值。外加电压仍在上升，）值。外加电压仍在上升，CgCg上的电压也上的电压也 顺势而上升，当它再次升到顺势而上升，当它再次升到UgUg时，时，CgCg再次放电，电压再次再次放电，电压再次 降到降到UrUr，放电再次熄灭，放电再次熄灭 41 CgCg上的电压从上的电压从UgUg突变为突变为UrUr（均绝对值）的一瞬间，（均绝对值）的一瞬间， 就是局部放电脉冲的形成的时刻，

38、此时通过就是局部放电脉冲的形成的时刻，此时通过CgCg有有 一脉冲电流，局部放电时气泡中的电压和电流的一脉冲电流，局部放电时气泡中的电压和电流的 变化如图所示变化如图所示 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 42 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 当当CgCg放电时，放电总电容放电时，放电总电容CgCg应为应为 Cg= Cg+CmCb/(Cm+Cb) Cg= Cg+CmCb/(Cm+Cb) CgCg上的电压变化为上的电压变化为(Ug(UgUr)Ur)，故一次脉冲放出，故一次脉冲放出 的电荷的电荷qrqr应为应为 qr = (Ugqr = (UgUr)Cg+

39、CmCb/(Cm+Cb) Ur)Cg+CmCb/(Cm+Cb) 当当Cm CbCm Cb，Cg CbCg Cb，Ur = 0Ur = 0时，时，qrUgCgqrUgCg 43 qr = (Ugqr = (UgUr)Cg+CmCb/(Cm+Cb) Ur)Cg+CmCb/(Cm+Cb) 在实际试验时，式中所表达的各个量，都是无法在实际试验时，式中所表达的各个量，都是无法 实测得到的。所以要寻求其它能反映局部放电的实测得到的。所以要寻求其它能反映局部放电的 量来测量。外施电压是作用在量来测量。外施电压是作用在CmCm上的，当上的，当CgCg上的上的 电压变动电压变动(Ug-Ur)(Ug-Ur)时，会

40、造成外施电压的变化量时，会造成外施电压的变化量 U U应为应为 U = CbU = Cb（Ug-Ur) /Ug-Ur) /（Cm+Cb) Cm+Cb) 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 44 qr = (Ugqr = (UgUr)Cg+CmCb/(Cm+Cb)Ur)Cg+CmCb/(Cm+Cb) U = CbU = Cb（Ug-Ur) /Ug-Ur) /（Cm+Cb) Cm+Cb) 由此两式得由此两式得 U=CbU=Cbqr/qr/（CgCm+CgCb+CmCbCgCm+CgCb+CmCb） U U是总电容上的电压变化量，与它相应的电荷变化量为是总电容上的

41、电压变化量，与它相应的电荷变化量为 q q，即，即 q qUCm+CbCg/(Cb+Cg) UCm+CbCg/(Cb+Cg) 把把U U 式代入上式式代入上式q q ，可得，可得 q qqrqrCb/Cb/（Cg+ CbCg+ Cb） 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 45 q qqrqrCb/Cb/（Cg+ CbCg+ Cb） 真实放电量：qrqr，是无法测量的；，是无法测量的； 而而q qUCm+CbCg/(Cb+Cg)UCm+CbCg/(Cb+Cg) 式中所表达的式中所表达的U U及及Cm+CbCg/(Cb+Cg)Cm+CbCg/(Cb+Cg)量都是

42、可以测得的，量都是可以测得的，q q也也 是可以测得的是可以测得的 视在放电量：q q，它是局部放电试验中的重要参量，国际和国，它是局部放电试验中的重要参量，国际和国 家标准中，对于各类高压设备的视在放电量家标准中，对于各类高压设备的视在放电量q q的允许值均有所规定的允许值均有所规定 从从q qqrqrCb/Cb/（Cg+ CbCg+ Cb）式可见，）式可见，q q比真实放电量比真实放电量qr qr 小得多，小得多， 它以它以pCpC作为计量单位。其中作为计量单位。其中C C代表电荷量库仑代表电荷量库仑 介质内部气隙放电的三电容模型 (a)具有气泡的介质剖面 (b)等值电路 46放电能量 表

43、征局部放电的基本参数，除了视在放电量表征局部放电的基本参数，除了视在放电量q q外，外， 还有一次脉冲放电能量还有一次脉冲放电能量W W W = W =qr(Ug - Ur) /2qr(Ug - Ur) /2 = =q(Cg+Cb)(Ug - Ur)/(2 Cb) q(Cg+Cb)(Ug - Ur)/(2 Cb) 当外施电压由零上升到当外施电压由零上升到UsUs时，时，CgCg上的电压为上的电压为UgUg， 即即Ug=UsCb/(Cg+Cb)Ug=UsCb/(Cg+Cb) 可得可得 W =W =q qUs(Ug - Ur) /(2 Ug ) Us(Ug - Ur) /(2 Ug ) 如如Ur0

44、Ur0，则，则 WWq qUs/2Us/2 47 放电重复率 放电重复率放电重复率N N：是表征：是表征PDPD的另一个基本参数。因为在加压的另一个基本参数。因为在加压 半周期内能发生好几个脉冲。所以定义一秒钟内产生的脉半周期内能发生好几个脉冲。所以定义一秒钟内产生的脉 冲数叫做放电重复率冲数叫做放电重复率N N，N N也是一个重要参量。可以通过实也是一个重要参量。可以通过实 验求得验求得 如果每半周内的放电次数为如果每半周内的放电次数为n n，则，则N=2fn=100nN=2fn=100n 局部放电时气隙中的电压和电流的变化 48 局部放电的其它表示方法 为了表征局部放电在一定期间内的平均综

45、合效应，为了表征局部放电在一定期间内的平均综合效应， 还提出了各种累积参数，如平均放电电流，放电还提出了各种累积参数，如平均放电电流，放电 功率等。功率等。 有时还测量局部放电的起始放电电压和熄灭电压有时还测量局部放电的起始放电电压和熄灭电压 影响局部放电特性的多种因素：主要有电压的幅影响局部放电特性的多种因素：主要有电压的幅 值值 、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境 的温度及湿度和气压等的温度及湿度和气压等 495.4.3 脉冲电流法测PD的基本回路和检测阻抗 三种基本测量回路 电桥平衡回路 试品通过Ck后与检测阻抗 并联的回路 试品与检测阻抗

46、相串联的回路 50 在测量仪器上所测得的局部放电脉冲值是与试验的局部放在测量仪器上所测得的局部放电脉冲值是与试验的局部放 电视在电荷量电视在电荷量q q成比例的，他们之间的具体比例关系与成比例的，他们之间的具体比例关系与 测量回路和放大器等都有关，要从指示值来算得视在放电测量回路和放大器等都有关，要从指示值来算得视在放电 电荷电荷q q是有困难的，只能通过试验来确定，亦即是有困难的，只能通过试验来确定，亦即PDPD的测的测 量仪器必须进行实验校正量仪器必须进行实验校正 q q Uc UcCqCq PD试验的直接校准回路 5.4.4 脉冲电流法的测量仪器及其校正 显示器的视在放显示器的视在放 电

47、量刻度系数电量刻度系数 k = k = UcUcCq/h Cq/h 单位：（单位：（pC/mmpC/mm） 51 5.4.5 实施PD测量的其它技术问题 抗干扰措施 背景噪音决定最小可见视在放电量，亦即决定测背景噪音决定最小可见视在放电量，亦即决定测 量系统的灵敏度，严重噪音将使局部放电测量无量系统的灵敏度，严重噪音将使局部放电测量无 法进行。抗干扰措施在局部放电测量中是个严重法进行。抗干扰措施在局部放电测量中是个严重 任务。要消除干扰，必先找到干扰的来源。但干任务。要消除干扰，必先找到干扰的来源。但干 扰的来源很多，如送电线路的电晕放电，无线电扰的来源很多，如送电线路的电晕放电，无线电 广播

48、的电磁波，开关的开闭，电焊机、起重机的广播的电磁波，开关的开闭，电焊机、起重机的 操作，试区高压线放电，导体接触不良，试验回操作，试区高压线放电，导体接触不良，试验回 路接地不良，试验变压器屏蔽不好，内部有放电路接地不良，试验变压器屏蔽不好，内部有放电 等等等等 52预加电压测量 PDPD试验：国标规定对试验：国标规定对220kV220kV及以上的电力变压器及以上的电力变压器 必须做必须做 电力变压器PD测试的加压过程 图中图中U1U1为最高额定线电压为最高额定线电压UmUm U2U2为为1.3Um / 1.3Um / 或或1.5Um / 1.5Um / 要求在要求在1.3Um / 1.3Um

49、 / 的的U2U2值下，值下，q300pCq300pC 或要求在或要求在1.5Um / 1.5Um / 的的U2U2值下，值下，q500pCq500pC 3 3 3 3 53 5.5 耐压试验与预防性试验方法的特点总结 5.5.1 交流耐压 5.5.2 直流耐压 5.5.3 雷电冲击耐压 5.5.4 操作冲击耐压 5.5.5 各种预防性试验方法的特点总结 54 5.5.1 交流耐压 交流耐压：是交流设备的基本耐压方式。适用是交流设备的基本耐压方式。适用 于于220kV220kV以下的电力设备。以下的电力设备。 以变压器为例如图以变压器为例如图 所示所示 55 交流耐压试验实施办法：电力设备预防

50、性试验电力设备预防性试验 规程（规程（DL/T 596DL/T 596）已对各类设备的耐压值作出了）已对各类设备的耐压值作出了 规定。以电力变压器为例，当大修而全部更换绕规定。以电力变压器为例，当大修而全部更换绕 组后，按出厂试验电压值进行试验。在其它情况组后，按出厂试验电压值进行试验。在其它情况 下，它们的耐压值取出厂试验电压的下，它们的耐压值取出厂试验电压的8585。规程。规程 给出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示给出了电力变压器的交流工频耐压值如表所示 56 电力变压器交流试验电压值 括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统括号内数值适用于不固定接地或经小电抗接地系统 额额 定定

51、 电电 压压 kVkV 最高最高 工作工作 电压电压 kVkV 线端交流试验电压值线端交流试验电压值 kVkV 中性点交流试验电压值中性点交流试验电压值 kVkV 全部更换全部更换部分更换绕组部分更换绕组全部更换全部更换部分更换绕组部分更换绕组 353540.540.58585727285857272 666672.572.5140140120120140140120120 110110126.0126.0200200170170 （195195） 95958080 220220252.0252.0360360 395395 306306 336336 8585 （200200） 7272 （

52、170170） 330330363.0363.0460460 510510 391391 434434 8585 （230230） 7272 （195195） 500500550.0550.0630630 680680 536536 578578 8585 140140 7272 120120 575.5.2 直流耐压 直流耐压：是直流电力设备的基本耐压方是直流电力设备的基本耐压方 式。对于交流电网中的长电力电缆等，在式。对于交流电网中的长电力电缆等，在 现场进行交流耐压试验常出现困难，因为现场进行交流耐压试验常出现困难，因为 长电缆的电容量较大。为了减小试验电源长电缆的电容量较大。为了减小试

53、验电源 的试验容量，规程规定采用直流耐压来检的试验容量，规程规定采用直流耐压来检 查电缆绝缘的质量。直流耐压基本上不会查电缆绝缘的质量。直流耐压基本上不会 对绝缘造成残留性损伤对绝缘造成残留性损伤 58 直流耐压特点： 无局部放电损伤：与交流耐压不同，无局部放电损伤：与交流耐压不同， 对于电缆等油纸绝缘，在交、直流电压作用下，在油和纸对于电缆等油纸绝缘，在交、直流电压作用下，在油和纸 上的电压分布不一样上的电压分布不一样 交流时电压按介电常数交流时电压按介电常数分布：电压较多作用在油层上分布：电压较多作用在油层上 直流时电压按电阻系数直流时电压按电阻系数分布：电压较多作用在纸上分布：电压较多作

54、用在纸上 纸的耐压强度较高，所以电缆能耐受较高的直流电压纸的耐压强度较高，所以电缆能耐受较高的直流电压 为了加强绝缘的考验，电缆的直流耐压值规定得较高。尽为了加强绝缘的考验，电缆的直流耐压值规定得较高。尽 管如此，对于使用在交流电网中的电缆，进行直流耐压对管如此，对于使用在交流电网中的电缆，进行直流耐压对 绝缘的考验不如交流耐压接近实际。绝缘的考验不如交流耐压接近实际。 对电力电缆的直流耐压持续时间为对电力电缆的直流耐压持续时间为5 5分钟，可同时进行泄分钟，可同时进行泄 漏电流的测量，加压极性为负漏电流的测量，加压极性为负 对电力变压器绝缘的泄漏电流测试时所施加的直流电压不对电力变压器绝缘的

55、泄漏电流测试时所施加的直流电压不 很高，可以认为是非破坏性试验很高，可以认为是非破坏性试验 对电机绝缘进行直流耐压，也是发现绝缘缺陷的重要方法对电机绝缘进行直流耐压，也是发现绝缘缺陷的重要方法 59 5.5.3 雷电冲击耐压 雷电冲击耐压用作为考验电力设备承受雷电过电雷电冲击耐压用作为考验电力设备承受雷电过电 压的能力。对电力变压器类试品不仅考验了主绝压的能力。对电力变压器类试品不仅考验了主绝 缘，而且是考验纵绝缘的主要方法。只在制造厂缘，而且是考验纵绝缘的主要方法。只在制造厂 进行本项试验，因为本项试验会造成绝缘的积累进行本项试验，因为本项试验会造成绝缘的积累 效应，所以在规定的试验电压下只

56、施加效应，所以在规定的试验电压下只施加3 3次冲击。次冲击。 对小变压器是作为型式试验进行的。国家标准规对小变压器是作为型式试验进行的。国家标准规 定额定电压定额定电压220kV 220kV ，容量，容量120MVA120MVA的变压器出的变压器出 厂时应进行本项试验。电力系统中的绝缘预防性厂时应进行本项试验。电力系统中的绝缘预防性 试验，不进行本项试验。对主绝缘的耐受雷电过试验，不进行本项试验。对主绝缘的耐受雷电过 电压的能力，由交流耐压试验等值地承担电压的能力，由交流耐压试验等值地承担 60 5.5.4 操作冲击耐压 330kV330kV电力设备的出厂试验应进行本项试验。对电力设备的出厂试

57、验应进行本项试验。对 变压器进行出厂试验时，大多采用在高压绕组上变压器进行出厂试验时，大多采用在高压绕组上 直接加压法。在电力系统现场进行各个电压等级直接加压法。在电力系统现场进行各个电压等级 变压器的耐压试验时，可采用操作冲击感应耐压变压器的耐压试验时，可采用操作冲击感应耐压 方式来取代工频耐压试验。由于利用被试变压器方式来取代工频耐压试验。由于利用被试变压器 自身的电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源自身的电磁感应作用来升高电压，所以冲击电源 装置电压较低，整个装备比较简单。因为工频耐装置电压较低，整个装备比较简单。因为工频耐 压试验本来是等值地代表雷电和操作过电压的，压试验本来是等值地代

58、表雷电和操作过电压的， 所以从这个意义上来说，进行操作冲击耐压试验所以从这个意义上来说，进行操作冲击耐压试验 是合理的。而且试验本身不会在绝缘中产生残留是合理的。而且试验本身不会在绝缘中产生残留 性损伤性损伤 61 IEC 1980IEC 1980年年76763 3刊物对电力变压器内绝缘操作刊物对电力变压器内绝缘操作 波试验的波形，作出了下述规定，第一个半波极波试验的波形，作出了下述规定，第一个半波极 性为负，视在波前时间性为负，视在波前时间TfTf不小于不小于2020s s，通常小于，通常小于 250250s s；视在波长时间；视在波长时间TzTz不小于不小于500500s s，9090峰值

59、峰值 持续时间持续时间Td Td 不小于不小于200200s s IEC76-3和国家标准规定的操作冲击波形 62 国家标准国家标准GB7449GB74498787文件对波形的规定，基本上根据上述文件对波形的规定，基本上根据上述 IECIEC文件，但明确了文件，但明确了TfTf应为应为2020s s250250s s，反极性的峰值，反极性的峰值 U U2 2m0.5Umm0.5Um。电力工业部的行业标准。电力工业部的行业标准DL/T 596DL/T 59619961996规规 定的波形，基本上符合定的波形，基本上符合IECIEC标准，唯标准，唯TfTf规定为不小于规定为不小于2020s s，

60、未作上限值的规定。因为感应法产生的操作波，其未作上限值的规定。因为感应法产生的操作波，其TfTf常会常会 超过超过250250s s。若强行规定。若强行规定TfTf不大于不大于250250s s，波形上所迭加的，波形上所迭加的 高频振荡的幅值有可能会较高高频振荡的幅值有可能会较高 IEC76-3和国家标准规定的操作冲击波形 63不同电压等级三相变压器（不同电压等级三相变压器（Y/ Y/ 接法），采用感接法），采用感 应法产生操作波时的变压器接线图应法产生操作波时的变压器接线图 两个图中，被试相全励磁，其余两相各半励磁两个图中，被试相全励磁，其余两相各半励磁 IEC规定的对330kV及以上 对2