高电压技术-第三、四章

1、第三章第三章电气设备绝缘预防性试验电气设备绝缘预防性试验中国石油大学信控学院 薛永端电气安全距离电气安全距离各种不同电压等级的安全距离各种不同电压等级的安全距离工作人员与带电设备间的安全距离工作人员与带电设备间的安全距离 绝缘缺陷和绝缘试验绝缘缺陷和绝缘试验绝缘缺陷分类：绝缘缺陷分类：集中性缺陷：如悬式绝缘子的瓷件开裂，发电机绝缘局部磨损、挤集中性缺陷：如悬式绝缘子的瓷件开裂，发电机绝缘局部磨损、挤压开裂，等压开裂，等分布性缺陷：指整体绝缘性能下降分布性缺陷：指整体绝缘性能下降,如大面积受潮、老化等如大面积受潮、老化等绝缘维修技术包括：绝缘维修技术包括：预防性维修（定期维修）：以预防性试验为基

2、础预防性维修（定期维修）：以预防性试验为基础状态维修（预知维修）：以在线检测试验为基础状态维修（预知维修）：以在线检测试验为基础 按试验目的，绝缘试验分类：按试验目的，绝缘试验分类：出厂试验、预防性试验、交接试验，等出厂试验、预防性试验、交接试验，等按电压高低，绝缘试验分类：按电压高低，绝缘试验分类：非破坏性试验（检查性试验）：在较低电压下测定绝缘的某些方面非破坏性试验（检查性试验）：在较低电压下测定绝缘的某些方面的特性及其变化情况，从而间接判断绝缘的状况。的特性及其变化情况，从而间接判断绝缘的状况。破坏性试验（耐压试验）：模拟设备绝缘在运行中可能受到的危险破坏性试验（耐压试验）：模拟设备绝缘

3、在运行中可能受到的危险的过电压状况，对绝缘施加与之等价的高电压来进行试验，从而考的过电压状况，对绝缘施加与之等价的高电压来进行试验，从而考验绝缘耐受这类电压的能力。验绝缘耐受这类电压的能力。两类试验均必不可少，各有特点，不能相互代替，只能互为补充。两类试验均必不可少，各有特点，不能相互代替，只能互为补充。3.1 绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量 绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象多层介质的吸收现象(1)绝缘电阻：一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合绝缘电阻：一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合性参数性参数多层介质的多层介质的吸收现象吸收现象：根据等值电路，电流开始时很大、

4、逐步减小、最：根据等值电路，电流开始时很大、逐步减小、最后稳定于常数后稳定于常数Ig，绝缘等效电容在充电过程中逐渐，绝缘等效电容在充电过程中逐渐“吸收吸收”电荷的现象电荷的现象电容电流对应的电荷并没有传递，而是在两端积累电容电流对应的电荷并没有传递，而是在两端积累双层介质的等值电路双层介质的等值电路 加入直流电压后电流加入直流电压后电流吸收现象吸收的电荷对应电流图中的阴影部分吸收现象吸收的电荷对应电流图中的阴影部分吸收电流吸收电流传导电流传导电流绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象多层介质的吸收现象(2)t=0，电压按电容反比分配，电压按电容反比分配t=时，电压按电阻正比分配时，电

5、压按电阻正比分配 动态充电电流为，动态充电电流为， 时间常数时间常数 21210CCCUU21120CCCUU2111RRRUU2122RRRUUtmageIRRUiIi21212122121122)()()(RRRRCCCRCRUIm212121RRRRCC）（传导电流传导电流吸收电流吸收电流R1C1=R2C2时，无吸收电流时，无吸收电流绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象多层介质的吸收现象(3)绝缘电阻：直流电压与充电电流之比，其绝缘电阻：直流电压与充电电流之比，其值随时间不断变化值随时间不断变化通常指：吸收电流衰减完毕后的稳态电阻通常指：吸收电流衰减完毕后的稳态电阻评价方法评

6、价方法1：绝缘电阻绝缘电阻。可能时间长，或变化范围大（和结构有关）可能时间长，或变化范围大（和结构有关）和历史值相比，根据变化趋势确定损害程度和历史值相比，根据变化趋势确定损害程度评价方法评价方法2：吸收比吸收比：15S和和60S两个时刻两个时刻电流值的比值。电流值的比值。绝缘良好：绝缘良好：k1=1.3Ig比例小；时间常数大，吸收电流明显。比例小；时间常数大，吸收电流明显。绝缘损坏：反之绝缘损坏：反之Ig比例大；时间常数小，比例大；时间常数小，15S时吸收电流衰减完时吸收电流衰减完可以排除绝缘结构、体积尺寸的影响。可以排除绝缘结构、体积尺寸的影响。也有例外：也有例外： 如如 R1C1=R2C

7、2 时无吸收电流，无法应用时无吸收电流，无法应用 R值和值和K1值判断结果矛盾值判断结果矛盾绝缘电阻的测量绝缘电阻的测量-多层介质的吸收现象多层介质的吸收现象(4)评价方法评价方法3：结合结合R值和值和k1 评价方法评价方法4：吸收比和极化指数结合。：吸收比和极化指数结合。极化指数：极化指数：1分钟和分钟和10分钟的电流比值分钟的电流比值可解决时间常数很长的情况可解决时间常数很长的情况仍需进一步探索新方法仍需进一步探索新方法绝缘劣化过程的非线性。绝缘劣化过程的非线性。某些集中缺陷已相当严重但还未贯通时，耐压某些集中缺陷已相当严重但还未贯通时，耐压试验时可被击穿，但试验时可被击穿，但R，K1，K

8、2却不低却不低其它测量方法：其它测量方法：手摇式兆欧表，数字式兆欧表手摇式兆欧表，数字式兆欧表记录环境温度、湿度，进行补偿、换算记录环境温度、湿度，进行补偿、换算3.2 介质损耗角正切的测量介质损耗角正切的测量 介质损耗角正切的意义和测量方法介质损耗角正切的意义和测量方法 tg是绝缘品质的重要指标：是绝缘品质的重要指标：超过相关标准，则意味着电介质严重发热，有爆炸的危险；或绝缘超过相关标准，则意味着电介质严重发热，有爆炸的危险；或绝缘有严重缺陷。有严重缺陷。标准见标准见P68表表3-1能反映绝缘的整体性缺陷，小容量试品中的严重局部缺陷能反映绝缘的整体性缺陷，小容量试品中的严重局部缺陷随电压的变

9、化曲线可判断绝缘是否受潮，含有气泡及老化程度随电压的变化曲线可判断绝缘是否受潮，含有气泡及老化程度 西林电桥西林电桥 tg测量方法测量方法 谐波波形分析法（基波）谐波波形分析法（基波） 过零相位比较法过零相位比较法 异频电源法异频电源法 影响影响 tg 的测量的因素：的测量的因素：T、湿度、湿度、U、试品表面泄漏、试试品表面泄漏、试品电容量。品电容量。西林电桥测量方法西林电桥测量方法 原理图原理图 调节可调电阻和电容，调节可调电阻和电容，使检流计电流为使检流计电流为0调节过程略。调节过程略。手动方法复杂、慢，手动方法复杂、慢，自动调节快、稳定，但自动调节快、稳定，但硬件复杂，价格贵硬件复杂，价

10、格贵则则外界电磁场干扰外界电磁场干扰介质中电流（特别是有功分量）非常微弱，极易受电磁干扰介质中电流（特别是有功分量）非常微弱，极易受电磁干扰干扰路径：电场通过杂散电容流入，磁场通过感应电流流入干扰路径：电场通过杂散电容流入，磁场通过感应电流流入消除方法：电桥本体用金属网屏蔽，引线用屏蔽电缆消除方法：电桥本体用金属网屏蔽，引线用屏蔽电缆44CRtg谐波波形分析法（谐波波形分析法（1） 将电压、电流信号离散后进行将电压、电流信号离散后进行FFT，求出基波分量相位，求出基波分量相位则则 优点：优点：FFT算法，抗谐波、零漂、温漂；算法，抗谐波、零漂、温漂；不需要对波形进行前期加工（如滤波）不需要对波

11、形进行前期加工（如滤波）缺点：缺点：易受工频干扰，易受工频干扰，PT、CT、调理电路等易引入误差，电流幅值小、调理电路等易引入误差，电流幅值小）（ui2)(2)2sin()(2)2cos()(211uiuNkNkUjUxUrUNkkuNUxNkkuNUriNkNkIjIxIrINkkiNIxNkkiNIr11)2sin()(2)2cos()(2tg通过强弱电转换和通过强弱电转换和A/D可以将电压和电流信号采集为可以将电压和电流信号采集为u(k)、i(k)（k=1,2,N）,则则谐波波形分析法（谐波波形分析法（2）过零相位比较法过零相位比较法 实现过程：实现过程：对电压、电流信号，进行滤波、放大

12、对电压、电流信号，进行滤波、放大过零比较变为方波，过零比较变为方波，测量电流电压方波的时间差，换算相位测量电流电压方波的时间差，换算相位 优点：相位测量变换为时间测量，灵敏度和精度高优点：相位测量变换为时间测量，灵敏度和精度高缺点：易受波形畸变引起的过零点偏移影响。缺点：易受波形畸变引起的过零点偏移影响。计数器f0NtTtTtfNtttui3602,360021异频电源法异频电源法 提高实验电源频率，进行测量提高实验电源频率，进行测量 不是一种独立的方法，需要结合前几种方法测试不是一种独立的方法，需要结合前几种方法测试优点：优点： tg抗现场工频干扰抗现场工频干扰缺点：缺点： tg随频率变化。

13、随频率变化。为保证测试精度，需要频率接近工频；为保证测试精度，需要频率接近工频；为了抗工频干扰，需要测试频率远离工频。为了抗工频干扰，需要测试频率远离工频。 需要折中需要折中影响介质损耗角测量精度的因素（影响介质损耗角测量精度的因素（1） 温度温度：tg与温度关系，且因材料、与温度关系，且因材料、结构而异，一般随温度上升而增大结构而异，一般随温度上升而增大湿度湿度：介质受潮后，损失增加：介质受潮后，损失增加试验电压试验电压：良好绝缘，额定电压内良好绝缘，额定电压内 tg几乎不变几乎不变介质内存在气泡、分层时，气泡未电离介质内存在气泡、分层时，气泡未电离前前tg几乎不变，局部放电后将迅速上几乎不

14、变，局部放电后将迅速上升；电压回落时，电力更强，形成闭环升；电压回落时，电力更强，形成闭环曲线曲线绝缘受潮时，低压时绝缘受潮时，低压时 tg就很大，电压就很大，电压升高时，升高时， tg急剧增大，电压回落时，急剧增大，电压回落时，比上升时更大一些，形成不闭合的分岔比上升时更大一些，形成不闭合的分岔曲线曲线可通过随电压变化趋势，判断绝缘状态可通过随电压变化趋势，判断绝缘状态或缺陷类型或缺陷类型1-良好绝缘2-绝缘中存在气隙3-受潮绝缘影响介质损耗角测量精度的因素（影响介质损耗角测量精度的因素（2） 表面泄漏表面泄漏：表面电导：表面电导体积电导体积电导试品电容量试品电容量：对小容量试品，能发现局部

15、集中性和整体分布性缺陷；对小容量试品，能发现局部集中性和整体分布性缺陷；对大容量试品，只能能反映整体性缺陷。对大容量试品，只能能反映整体性缺陷。测试手段测试手段的影响：有功电流非常小，易受测试环节引入的的影响：有功电流非常小，易受测试环节引入的误差影响。误差影响。 3.3 局部放电的测量局部放电的测量 局部放电的基础知识局部放电的基础知识局部放电是介质老化的重要原因之一。局部放电是介质老化的重要原因之一。局部放电的发生机理：局部放电的发生机理：以固体介质含气隙为例，以固体介质含气隙为例，气隙介电常数小，场强高；气隙电气强度小。气隙介电常数小，场强高；气隙电气强度小。气隙先击穿。气隙先击穿。局部

16、放电的破坏过程：局部放电的破坏过程：长期局部放电将使绝缘劣化损伤逐步扩大长期局部放电将使绝缘劣化损伤逐步扩大最终导致绝缘击穿最终导致绝缘击穿局部放电的破坏机理局部放电的破坏机理机械：带电粒子不断撞击绝缘，引起破坏机械：带电粒子不断撞击绝缘，引起破坏热能：热量不能散发，温度升高引起热崩溃，或气隙膨胀热能：热量不能散发，温度升高引起热崩溃，或气隙膨胀辐射：放电区强烈的离子复合产生高能辐射线辐射：放电区强烈的离子复合产生高能辐射线腐蚀：放电时产生强氧化剂、腐蚀剂等，使绝缘材料发生化学破坏腐蚀：放电时产生强氧化剂、腐蚀剂等，使绝缘材料发生化学破坏固体介质含小气隙的局部放电（固体介质含小气隙的局部放电（

17、1）固体介质含小气隙的局部放电示意图和等值电路固体介质含小气隙的局部放电示意图和等值电路与气隙串联的固体介质电容与气隙串联的固体介质电容Cb 气隙电容气隙电容Cg（气隙很短）（气隙很短）Cb500-750kV 单台变压器在制造、运输均有单台变压器在制造、运输均有困难，因此只能串级方式困难，因此只能串级方式高压试验变压器的结构和性能特点高压试验变压器的结构和性能特点一般为单相，原理和单相电力变压器相同。但也有特点：一般为单相，原理和单相电力变压器相同。但也有特点：电压高：高于正常额定电压。电压高：高于正常额定电压。如如110kV等级电力变压器，工频试验电压为等级电力变压器，工频试验电压为220k

18、V我国及世界发达国家最高试验变压器为我国及世界发达国家最高试验变压器为2250kV,个别国家为个别国家为3000kV容量小：主要是获得高压，不是为了传输功率。容量小：主要是获得高压，不是为了传输功率。只提供试品电容电流、漏导电流、局部放电电流、预放电电流只提供试品电容电流、漏导电流、局部放电电流、预放电电流对于对于250kV试验变压器，高压侧电流试验变压器，高压侧电流1A可满足大多试品的需要可满足大多试品的需要对人工污秽试验等少数特殊情况，要求对人工污秽试验等少数特殊情况，要求515A体积小：容量小、体积小。电压高、套管大体积小：容量小、体积小。电压高、套管大绝缘裕度小：不考虑雷电、操作过电压

19、，绝缘裕度小绝缘裕度小：不考虑雷电、操作过电压，绝缘裕度小连续运行时间短：一般为连续运行时间短：一般为1min，发热较轻，不需要散热装置，发热较轻，不需要散热装置漏抗较大：漏抗大、短路电流小，降低对绕组机械强度要求漏抗较大：漏抗大、短路电流小，降低对绕组机械强度要求试验变压器为容性负荷，电力变压器为感性负荷。试验变压器为容性负荷，电力变压器为感性负荷。试验变压器需要经常放电。试验变压器需要经常放电。 工频高电压的测量（工频高电压的测量（1）容升效应容升效应：考虑变压器漏抗，容性负载所获得的电压高于试：考虑变压器漏抗，容性负载所获得的电压高于试验变压器的输出。验变压器的输出。工频高电压的测量：按

20、工频高电压的测量：按IEC和我国国标规定，工频高压的测和我国国标规定，工频高压的测量无论峰值还是有效值，误差不大于量无论峰值还是有效值，误差不大于3%。间接测量：低压侧测量再比例换算，由于容升效应，不准确间接测量：低压侧测量再比例换算，由于容升效应，不准确球隙测压器：击穿电压决定于球隙距离。球隙测压器：击穿电压决定于球隙距离。基本设备，是唯一能直接测量高达兆伏的测量装置基本设备，是唯一能直接测量高达兆伏的测量装置传统方法，现较少采用传统方法，现较少采用对球隙的结构、布置和连接，对球隙的结构、布置和连接，IEC和国标有严格的规定。见附录一和国标有严格的规定。见附录一精确度较高、投资小精确度较高、

21、投资小 操作复杂、不方便操作复杂、不方便 受气候条件影响，特别是湿度、污秽、球表面情况受气候条件影响，特别是湿度、污秽、球表面情况测量值为峰值，可测量直流、交流、冲击电压测量值为峰值，可测量直流、交流、冲击电压工频高电压的测量（工频高电压的测量（2）静电电压表：利用静电力的效应：可活动的平行板在电场下静电电压表：利用静电力的效应：可活动的平行板在电场下受到静电力，加外力使之平衡，则平衡力可反应电压大小受到静电力，加外力使之平衡，则平衡力可反应电压大小峰值电压表：利用整流电路，测量电容电流半波幅值，峰值电压表：利用整流电路，测量电容电流半波幅值，分压器配低压表计测量：分压器配低压表计测量：一般用

22、电容式分压器，一般用电容式分压器，工频电压不高时（工频电压不高时（220kV的设备必须做冲击高电压试验的设备必须做冲击高电压试验; R1， C1C2波前时间由波前时间由R1、C2决定决定半波时间（波长时间）由（半波时间（波长时间）由（C1+C2）和）和R2决定决定 T1视在波前时间；T2视在半峰值时间；Um冲击电压峰值多级冲击电压发生器多级冲击电压发生器 可产生数兆伏的冲击电压可产生数兆伏的冲击电压基本原理：并联充电、串联放电基本原理：并联充电、串联放电 基本测试方法基本测试方法 雷电冲击耐压试验采用：三次冲击法，雷电冲击耐压试验采用：三次冲击法，即施加三次正极性和三次负极性雷电冲击波（即施加三次正极性和三次负极性雷电冲击波（1.2/50uS）对变压器和电抗器内绝缘，还要雷电冲击截波试验对变压器和电抗器内绝缘，还要雷电冲击截波试验（1.2/25uS）加球隙保护，防止试验电压过高对试品的伤害加球隙保护，防止试验电压过高对试品的伤害对冲击电压测量的要求对冲击电压测量的要求更好的瞬变响应特征：冲击波作用时间短，变化快。既更好的瞬变响应特征：冲击波作用时间短，变化快。既要测幅值、又要记录波形要测幅值、又要记录波形国标：幅值测量