电气设备绝缘检测与诊断2008-1汇编

1、目 录 第一节 电力设备绝缘老化及其特征量 第二节 电力设备绝缘预防性试验 第三节 电力设备在线绝缘检测与诊断 第一章 概述电气设备的特征电气设备的特征 v电气设备发电机、变压器、高压电机、电压与电流互感器、高压断路器、电力电缆等。v主要针对高电压等级设备进行研究和探讨。 处于高电压（强电场）高电压（强电场）作用下，电气绝缘是主要问题； 对于旋转旋转电气设备，振动、磨损、疲劳等都是必须严格注意的； 由于实现着能量的转换或传递作用，发热发热的因素在电气设备中起着关键的破坏性作用；电气设备的可靠性是多种因素多种因素共同作用共同作用的结果，必须综合进行考虑。 故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类

2、按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的速度和发展进程分类 磨损性故障磨损性故障-机器或系统正常运行时磨损引起的故障，实际上反映了机器的寿命。 错用性故障错用性故障-运行中操作不当或以外情况引起机器中某些零件应力超过设计允许值而产生的故障。 薄弱性故障薄弱性故障机器运行中应力没有超过设计规定值，但由于设计和制造不恰当造成机器中存在某些薄弱环节形成的故障。 故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按工程技术的安全性按工程技术的安全性分类分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的速度和发展进程分类 危险性故障危险性故障故障发生后会对人身、生产和环境产生危

3、险 安全性故障安全性故障 故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程按系统功能丧失的程度分类度分类 v按发生的速度和发展进程分类 永久性故障永久性故障必须更换某些零件后，机器才能恢复其功能。永久性故障又包括：全部丧失功能的完全性故障和丧失局部功能的部分性故障。 非永久性故障非永久性故障或称间断性故障，故障使部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以排除故障使机器恢复其全部功能。 故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的速度和发展按发生的速度和发展进程分类进程分类 发生速度：发生速度：突发性故

4、障突发性故障 渐发性故障渐发性故障 发生进程：发生进程：初期故障初期故障 偶发故障偶发故障 磨损故障磨损故障 设备的故障模式设备的故障模式 v故障模式是按故障状态进行的分类，是故故障现象的综合表征障现象的综合表征，与设备本身的特性和运行环境都有一定的关系。 v设备常见故障模式 运动设备部件运动设备部件的磨损、声音异常、振动异常、晃动、温升异常、泄漏等； 静止设备部件静止设备部件的松动、变形、断裂、龟裂、腐蚀、材质变化等； 电气设备电气设备的绝缘击穿、温度异常、绝缘裂化或烧损、短路、断线等。 设备故障模式设备故障模式 据日本统计据日本统计 现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于现代电气

5、设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于设备的绝缘结构。设备的绝缘结构。电力设备电力设备金属材料金属材料绝缘材料绝缘材料 绝缘介质绝缘介质 紧固支撑紧固支撑 冷却媒介冷却媒介 绝缘结构的作用绝缘结构的作用 绝缘材料绝缘材料液体绝缘液体绝缘: : 绝缘油绝缘油固体绝缘：绝缘纸、电瓷固体绝缘：绝缘纸、电瓷 、云母、云母交联聚乙烯等交联聚乙烯等气体绝缘气体绝缘: 空气、空气、SF6 真空绝缘真空绝缘 在实际运行中，绝缘结构的电气和机械性在实际运行中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘材料能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘材料品质的下降品质的下降(即通常所说的绝缘劣化即通常所

6、说的绝缘劣化)将导致电将导致电力设备的损坏。统计表明，电力设备运行中力设备的损坏。统计表明，电力设备运行中60一一80的事故是由绝缘故障导致的，所以研的事故是由绝缘故障导致的，所以研究电力设备绝缘检测与诊断技术对提高电力究电力设备绝缘检测与诊断技术对提高电力设备运行可靠性具有极其重要的意义。设备运行可靠性具有极其重要的意义。第一节第一节 电力设备绝缘老化及其特征量电力设备绝缘老化及其特征量 电气因素电气因素机械因素机械因素温度和热稳定性温度和热稳定性受潮受潮环境条件环境条件 为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电气设备相对于以往的设计采

7、用了更为紧凑的绝缘方式，因此气设备相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平在运行中其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高。显著提高。 图图1 1 有机绝缘的伏秒特性及运行中有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强各种电压下的场强 1 油纸电气强度； 2 胶纸电气强度； 3 运行中各种电压下的场强； E0 长期工作场强1. 电气影响电气影响 长期工作电压长期工作电压 短时的过电压短时的过电压 2. .机械影响机械影响 机械负荷机械负荷 长时间振动长时间振动 短路应力短路应力 图图2 2 不同耐热等级的绝缘材料在不同耐热等级

8、的绝缘材料在各种运行温度下长期运行的寿命各种运行温度下长期运行的寿命3. 温度影响温度影响 季节变化季节变化 长期过负荷长期过负荷 热老化热老化电介质的耐热等级电介质的耐热等级耐热等级耐热等级工作温度工作温度()电介质电介质O90木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料E120酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆B130沥青油漆制成的云母带、

9、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂F155聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯热老化规律热老化规律 6 度规则度规则 试验表明，对于常用的试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝级绝缘，如油纸绝缘，则温度每超过缘，则温

10、度每超过6，则寿命约缩短一半。而，则寿命约缩短一半。而对于对于 B、H级绝缘则分别约为级绝缘则分别约为10及及12。 水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重影响介它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构成通路，或者在高温下汽化形成构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压而使击穿电压显著降低。显著降低。 4. 受潮受潮局部电弧局部电弧水带水带绝缘介质绝缘介质5. 环境条件

11、环境条件 在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气体等环境中工作时，选用的材料应具有更强的化体等环境中工作时，选用的材料应具有更强的化学稳定性，如耐油性等。工作在湿热带和亚湿热学稳定性，如耐油性等。工作在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物（霉菌、昆带地区的绝缘还要注意材料的抗生物（霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的防霉剂和除虫涂料等。防霉剂和除虫涂料等。 可逆的可逆的对于绝缘系统在运行中出现的诸如对于绝

12、缘系统在运行中出现的诸如受潮等情况而导致绝缘性能下降，经过处理可以受潮等情况而导致绝缘性能下降，经过处理可以恢复原有特性的，就是一种可逆的劣化。恢复原有特性的，就是一种可逆的劣化。 不可逆的不可逆的绝缘系统在各种因素的长期作用绝缘系统在各种因素的长期作用下发生一系列的化学、物理变化，导致绝缘性能下发生一系列的化学、物理变化，导致绝缘性能和机械性能等不断下降，则产生了一种不可逆的和机械性能等不断下降，则产生了一种不可逆的变化，将最终导致电力设备绝缘击穿，这种变化变化，将最终导致电力设备绝缘击穿，这种变化过程即为老化。过程即为老化。绝缘劣化特性绝缘劣化特性v直接表征绝缘剩余寿命的特征量，如耐电强度

13、、直接表征绝缘剩余寿命的特征量，如耐电强度、机械强度机械强度v 间接表征绝缘剩余寿命的持征量，如绝缘电阻、间接表征绝缘剩余寿命的持征量，如绝缘电阻、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电量、油介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电量、油中气体含量、油中微水含量等中气体含量、油中微水含量等v 随着对不同老化因子作用规律研究的深入，提随着对不同老化因子作用规律研究的深入，提出一些新的表征绝缘品质的特征量如直流分出一些新的表征绝缘品质的特征量如直流分量、超高频放电频谱，超声振动特性等等。量、超高频放电频谱，超声振动特性等等。 绝缘老化的特征量绝缘老化的特征量第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预

14、防性试验 电力设备在运行中进行预防性试验，可及时电力设备在运行中进行预防性试验，可及时发现缺陷，减少事故的发生，它已成为我国电发现缺陷，减少事故的发生，它已成为我国电力生产中的一项重要制度。预防性试验可分为力生产中的一项重要制度。预防性试验可分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。非破坏性试验和破坏性试验两大类。 第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验 非破坏性试验又称绝缘特性试验，是指在较非破坏性试验又称绝缘特性试验，是指在较低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。量绝缘的各种特性，从而判

15、断绝缘内部有无缺陷。常见的试验项目有绝缘电阻测量、泄漏电流测量、常见的试验项目有绝缘电阻测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切测量、油中气体含量检测等项目。介质损耗角正切测量、油中气体含量检测等项目。 破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于工作电压下所进行的试验。试验时在设备绝缘上工作电压下所进行的试验。试验时在设备绝缘上施加规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受施加规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于能力。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于这类试验所加电压较高，考验比较直接和严格，这类试验所加电压较高，考验比较直

16、接和严格，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，因特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，因此能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能此能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验绝缘绝缘试验试验绝缘特性试验绝缘特性试验绝缘电阻试验绝缘电阻试验介质损失角正切值试验介质损失角正切值试验局部放电试验局部放电试验绝缘耐压试验绝缘耐压试验交流电压试验交流电压试验直流电压试验直流电压试验雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验操作冲击电压试验操作冲击电压试验绝缘试验的分类绝缘试验的分类

17、 如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验合格后才进行。性试验合格后才进行。 电力电力变压变压器器电 力电 力电缆电缆高 压高 压套管套管断路器断路器发电发电机机充充SF6充油充油 1测定绝缘电阻测定绝缘电阻2测量直流泄漏电流测量直流泄漏电流3直流耐压试验直流耐压试验4测量介损正切测量介损正切tan 5绝缘油试验绝缘油试验6微量水分测定微量水分测定7油中溶解气体色谱油中溶解气体色谱8局部放电试验局部放电试验9交流耐压试验交流耐压试验 预防性试验是一种简便且较有效地评估预防性试验是一种简便且较有效地评估电力设备绝缘状况的方法。根据过去长期的电力设

18、备绝缘状况的方法。根据过去长期的运行经验及试验研究中已逐步确立起来的这运行经验及试验研究中已逐步确立起来的这些预防性试验项目，为确保电气设备的安全些预防性试验项目，为确保电气设备的安全运行发挥着很大作用。运行发挥着很大作用。现行预防性试验项目的回顾现行预防性试验项目的回顾当绝缘总体受潮或严重损坏时，往往引起绝当绝缘总体受潮或严重损坏时，往往引起绝缘电阻缘电阻Ri 的下降或直流泄漏电流的下降或直流泄漏电流I1 的上升。的上升。如果感到兆欧表的直流电压太低（一般为如果感到兆欧表的直流电压太低（一般为1KV或或2、5KV）,还可采用加以直流高压来测量泄还可采用加以直流高压来测量泄漏电流漏电流 I1

19、。这时还便于观察随着外施电压的上升，。这时还便于观察随着外施电压的上升， I1是否也基本上按比例上升。因为当存在有某些缺是否也基本上按比例上升。因为当存在有某些缺陷时，高压直流下的绝缘电阻（由泄漏电流换算而陷时，高压直流下的绝缘电阻（由泄漏电流换算而得）往往比低压下用兆欧表测得的小得多。得）往往比低压下用兆欧表测得的小得多。 绝缘电阻绝缘电阻Ri 或泄漏电流或泄漏电流 I1 与被试品绝与被试品绝缘尺寸（电极间的绝缘距离、截面等）相关，在缘尺寸（电极间的绝缘距离、截面等）相关，在绝缘试验时对数据进行绝缘试验时对数据进行“纵比纵比”与同一设备过与同一设备过去测量数据作比较，或去测量数据作比较，或“

20、横比横比”与同类被试品与同类被试品互相对比（如求三相不平衡系数等），作出比较互相对比（如求三相不平衡系数等），作出比较准确的分析。在预防性试验时，对绝缘电阻测量准确的分析。在预防性试验时，对绝缘电阻测量时要求测其吸收比（时要求测其吸收比（R 60“ / R15” ）或极化比）或极化比（R10 /R1），也为了消除因绝缘尺寸不同带来），也为了消除因绝缘尺寸不同带来的影响，而改以观察同一被试品在吸收过程中的的影响，而改以观察同一被试品在吸收过程中的相对变化。相对变化。 西林电桥测量交流下的介质损耗西林电桥测量交流下的介质损耗tan，真，真正是反映交流下损耗大小的特征参数，它与绝缘正是反映交流下损耗

21、大小的特征参数，它与绝缘的几何尺寸无关，直接由此判断绝缘的介质损耗，的几何尺寸无关，直接由此判断绝缘的介质损耗，高压电气设备总的介质损耗功率相对于此绝缘的高压电气设备总的介质损耗功率相对于此绝缘的无功功率总是只占一个很小的比例。无功功率总是只占一个很小的比例。 当前大量使用交流电气设备，而测绝缘电当前大量使用交流电气设备，而测绝缘电阻阻Ri 或泄漏电流或泄漏电流 I1时所加的直流电压，介质绝缘时所加的直流电压，介质绝缘结构加交流时，电位按电容大小反比分布；直流结构加交流时，电位按电容大小反比分布；直流时，按电阻正比分布。施加同样幅值的直流或交时，按电阻正比分布。施加同样幅值的直流或交流高压，绝

22、缘中的损耗、局部放电过程交流下比流高压，绝缘中的损耗、局部放电过程交流下比在直流下严重。在直流下严重。 气相色谱分析方法，在发现油浸设备潜伏气相色谱分析方法，在发现油浸设备潜伏性故障的灵敏度方面往往比测量绝缘电阻及性故障的灵敏度方面往往比测量绝缘电阻及tan等高的多。当运行的高压电气设备采用油等高的多。当运行的高压电气设备采用油-纸（塑料）组合绝缘，有机绝缘材料的寿命曲纸（塑料）组合绝缘，有机绝缘材料的寿命曲线相当陡峭：它在短暂的高场强下绝缘强度极线相当陡峭：它在短暂的高场强下绝缘强度极高；在交流电压的长期作用下，材料逐渐劣化，高；在交流电压的长期作用下，材料逐渐劣化，其长时击穿场强仅为其短时

23、的百分之几。其长时击穿场强仅为其短时的百分之几。第三节第三节 电力设备绝缘在线检测与诊断电力设备绝缘在线检测与诊断常规预防性试验存在试验时需停电、试常规预防性试验存在试验时需停电、试验时间集中工作量大、试验是否有效的问题。验时间集中工作量大、试验是否有效的问题。设备运行过程中，最关心绝缘结构的剩余电气设备运行过程中，最关心绝缘结构的剩余电气强度，至今未找到它与绝缘电阻、泄漏电流、强度，至今未找到它与绝缘电阻、泄漏电流、及介质损耗角正切等非破坏性试验参数之间的及介质损耗角正切等非破坏性试验参数之间的直接函数关系，仅凭试验项目难以准确、有效直接函数关系，仅凭试验项目难以准确、有效地判断电力设备绝缘

24、的好坏，不能确保下一运地判断电力设备绝缘的好坏，不能确保下一运行周期安全运行，有的项目试验后会留有后遗行周期安全运行，有的项目试验后会留有后遗症，暴露出停电预防性试验存在着缺陷。症，暴露出停电预防性试验存在着缺陷。有的绝缘参数反映整体绝缘性能的宏观参有的绝缘参数反映整体绝缘性能的宏观参数，在多条并联通道中有一条贯穿通道的绝缘数，在多条并联通道中有一条贯穿通道的绝缘强度下降，足以导致整个电气设备的故障。停强度下降，足以导致整个电气设备的故障。停电后非破坏性的预防性试验，所加的交流电压电后非破坏性的预防性试验，所加的交流电压不超过不超过10KV；再要加高电压来测；再要加高电压来测tan ,所用的所

25、用的标准电容器以及反接法测量用的电桥的绝缘必标准电容器以及反接法测量用的电桥的绝缘必须另行加强。须另行加强。 利用运行电压对高压设备绝缘状况进行试利用运行电压对高压设备绝缘状况进行试验，可提高试验的真实性与灵敏度，这是在线检验，可提高试验的真实性与灵敏度，这是在线检测的主要着眼点。带电监测不必再停电，给电力测的主要着眼点。带电监测不必再停电，给电力系统运行带来方便。在线检测将成为预防性试验系统运行带来方便。在线检测将成为预防性试验中的重要组成部分，它在多方面弥补靠定期停电中的重要组成部分，它在多方面弥补靠定期停电预试的不足。过去非破坏性试验所得的结果难以预试的不足。过去非破坏性试验所得的结果难以全面、真实地反映绝缘状况，特别是电气强度。全面、真实地反映绝缘状况，特别是电气强度。色谱分析、局部放电等试验的引入，对发现某些色谱分析、局部放电等试验的引入，对发现某些缺陷相当有效，但对另外一些缺陷仍难以在早期缺陷相当有效，但对另外一些缺陷仍难以在早期发现；因此，继续研究新的预防性试验参数及方发现；因此，继续研究新的预防性试验参数及方法势在必行。法势在必行。 随着传感器、计算机、光纤技术等的发展与随着传感器、计算机、光纤技术等的发展与引用，一种电力设备的在线监测仪器或系统，由传引用，一种电力设备的在