第10讲：绝缘性能测试

1、高电压工程系李黎回顾回顾第二篇：（1）非破坏性绝缘实验u绝缘电阻测试n绝缘电阻n吸收比n摇表的使用n泄漏电流测量微安表u介损正切的测量n设备：西林电桥n倒相法原理23现场的试品：现场的试品：难以实现屏蔽，故干扰较严重两次测量法（倒相法）：两次测量法（倒相法）：第一次测得tg1和Cx，然后倒换试验变压器原边电源线的两头(试验电压U的相位转180)，测得第二次的数值tg2和Cx，可用下式计算得准确的tg和Cx值：西林电桥的基本回路 （2)2)倒相法倒相法tg212112CCtgCtgCtg 221CCC4倒相法原理倒相法原理损耗电流矢量分别在x轴和y轴进行投影：tantancxrcxIC UIIC

2、 U倒相法原理倒相法原理utg是很小的值，因此近似有：u代入相关值：5121222rrrcccIIIIII112212112212() / 2/() / 2() / ()rcxxxxxxxxItgIC UtgC UtgC UC UC tgCtgCC1212x1x22()/ 2Cx = (C +C)/ 2cccxxxIIICC UC U又由，即故6三、角差测量法三、角差测量法原理：通过直接测量电压和电流的相位角差来测量tan 方法：同时测量流过标准电容器电流（其相角与流过试品的容性电流的相角一致）和流过试品的电流（全电流），得到二者之间的相角差，从而可以计算tg的数值。通过数字处理实现。 有逐步

3、取代平衡法测量的趋势。角差法介损测量仪（无需调节平衡）角差法介损测量仪（无需调节平衡）7本次课程本次课程u局部放电的测量n三电容模型n放电过程n视在放电量n测量电路u绝缘油的电气试验和气相色谱分析u绝缘的在线监测89局部放电的概念：局部放电的概念：简称为PD-Partial Discharge，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生的局部的重复击穿和熄灭现象局部放电是电老化的重要原因局部放电是电老化的重要原因局放测量适于显示局部缺陷，弥补介质损局放测量适于显示局部缺陷，弥补介质损耗测量和绝缘电阻测量的不足。耗测量和绝缘电阻测量的不足。4.3 4.3 局部放电测量局部放电测量

4、104.3.1 4.3.1 局部放电的基本物理过程局部放电的基本物理过程局部放电的三电容模型局部放电的三电容模型Cg：气泡的电容Cb：和Cg相串联部分的介质电容Ca：其余大部分绝缘的电容 /gbgbuuCCC11局部放电机理：1,放电过程局部放电时气隙中的电压和电流的变化，u是工频电压 tUCCCCCuCumbgbbgbgsin/ugug随外加电压随外加电压u u升高，升高，当当u u上升到上升到UsUs瞬时值，瞬时值，ugug到达到达CgCg的放电电压的放电电压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

5、电熄，然后放电熄灭。灭。UrUr叫做残余电压，叫做残余电压，它可以接近为零值，也它可以接近为零值，也可以为小于可以为小于UgUg（均绝对（均绝对值）的其它值值）的其它值 气泡电压：气泡电压：放电过程约放电过程约10-8s数量级数量级12局部放电时气隙中的电压和电流的变化 局部放电机理：局部放电机理：2 2，再放电过程，再放电过程放电火花一熄灭，放电火花一熄灭，CgCg上的上的电压将电压将再次上升再次上升，由于，由于此时此时CgCg及及CbCb已经有了一已经有了一个初始的直流电压，所个初始的直流电压，所以此后的以此后的ugug 值不能直接值不能直接用原式来表达，用原式来表达，ugug 值与值与上

6、式表达的值在绝对值上式表达的值在绝对值上要小一个（上要小一个（UgUgUrUr）值。值。若外加电压若外加电压u u仍在仍在上升半波上升半波，CgCg上的电压也顺势而上的电压也顺势而上升，当它再次升到上升，当它再次升到UgUg时，时，CgCg再次放电，电压再次放电，电压再次降到再次降到UrUr，放电再次，放电再次熄灭熄灭 bgbsgCCCuu/13局部放电机理：局部放电机理：3 3，反向充电，反向充电局部放电时气隙中的电压和电流的变化 当外部电压当外部电压u u进入下降进入下降半波，半波，CgCg上电压难以充上电压难以充到到UgUg，因此不会发生放，因此不会发生放电；电；随着随着u u进入负的半

7、波，进入负的半波，CgCg上的电压要经历一个上的电压要经历一个反向充电的过程，直到反向充电的过程，直到达到达到UgUg，重新开始新，重新开始新一次的放电一次的放电14局部放电机理的特征局部放电机理的特征Cg上的电压从Ug突变为Ur（均绝对值）的一瞬间，就是局部放电脉冲的时刻，此时通过Cg总有一脉冲电流，从而形成一种锯齿电流波。局部放电时气隙中的电压和电流的变化 15电路分析：电路分析：当Cg放电时，放电总电容Cg： Cg上的电压变化为(UgUr)，故一次脉冲放出的电荷qr：当Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0时， qr UgCgbabaggCCCCCC/babagrgrCCCCCUUq/16

8、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量来测量。外施电压是作用在Ca上的，当Cg上的电压变动(Ug-Ur)时，会造成外施电压的变化量U应为babagrgrCCCCCUUq/bargbCCUUCU/17由此两式得总电容上的电压变化量U： 令则 bargbCCUUCU/AqUCbabagrgrCCCCCUUq/AgababCCC CCC1rbababgabqUCC CCCCCCrbabqq CCC AqU C 18真实放电量：真实放电量： qr，是无法测量的（1）视在放电量：视在放电量： q，由4-23， q是可以测得的：通过测电压变化和总试品电容。它

9、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q的允许值均有所规定q比真实放电量比真实放电量qr小（从定义可知），小（从定义可知），它以pC作为计量单位。表征局部放电的重要参数表征局部放电的重要参数AqU C 19（2）放电重复率放电重复率N：所以定义一秒钟内产生的脉冲数叫做放电重复率N，可以通过实验求得如果每半周内的放电次数为n，则N=2fn=100n 20（3）放电能量放电能量一次脉冲放电能量W当外施电压由零上升到Us时，Cg上的电压为Ug，即可得如Ur0，则 brgbgrgrCUUCCqUUqW2/2/bgbsgCCCUU/grgsUUUUqW2/ 2sWq

10、U 放电能量的大小对电介质的老化速度有很大影响放电能量的大小对电介质的老化速度有很大影响21局部放电的其它表示参数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，放电功率等。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：主要有电压的幅值 、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 局放检测仪局放检测仪22234.3.2 4.3.2 局部放电测量的脉冲电流检测法局部放电测量的脉冲电流检测法 发生局放时，试品两端会出现一个瞬时的电压变瞬时的电压变化化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它转化成电脉冲后就可以进行测量。（IE

11、C法）（a）串联测量回路 Ck耦合电容，为耦合电容，为Cx与检测与检测阻抗阻抗Zm之间提供一个低阻之间提供一个低阻抗的通道（电源本身由于高抗的通道（电源本身由于高频感抗而无法提供），频感抗而无法提供）， Ck内内部必须无局放，值较大以增部必须无局放，值较大以增大大Zm上的信号；上的信号；Z低通滤波器，以防局放低通滤波器，以防局放时放电脉冲被电源的杂散电时放电脉冲被电源的杂散电容旁路，同时也可阻止电源容旁路，同时也可阻止电源本身的干扰脉冲进入试品和本身的干扰脉冲进入试品和测量支路测量支路24（b）并联测量回路）并联测量回路 （c）桥式测量回路）桥式测量回路适合于试品一端接地的情况适合于试品一端接

12、地的情况外部干扰在外部干扰在Zm和和Zm上的干上的干扰信号基本抵消扰信号基本抵消测量仪器：示波器，峰值表，脉冲计数器测量仪器：示波器，峰值表，脉冲计数器检测结果标的量是检测结果标的量是视在放电量视在放电量25u我国试验规程规定（1）固体绝缘互感器：电压为 时，放电量不大于100pC 充油互感器：放电量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油纸电容式：不大于20pC胶纸电容式：不大于400pC3/1 . 1mU测量校准测量校准u使用方波发生器串联标准电容器u再与被测试品Cx并联u模拟局放26274.3.4 4.3.4 局放测量中的抗干扰措施局放测量中的抗干扰措施 电磁干扰来源（1）与局放信

13、号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰（2）监测系统本身的干扰 干扰类别（1）周期型干扰：系统高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等（2）脉冲型干扰：电力电子器件产生的高频涌流、脉冲型干扰和高压线路上的电晕放电、电弧放电等（3）白噪声：线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。28干扰的抑制干扰的抑制 从干扰源、干扰途径、信号后处理入手 可从以下几方面区分局放信号和干扰信号；工频相位、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、重复率和物理位置等。 1.屏蔽屏蔽2.试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备，特别是试验变压器和耦试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备，特别

14、是试验变压器和耦合电容合电容Ck。3.滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。4.试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。5.测量回路的参数配合要适当，测量回路的参数配合要适当， 耦合电容要尽量不小于试品电容耦合电容要尽量不小于试品电容Cx，使得在局部放电时使得在局部放电时Cx与与Ck间能很快地转换电荷。间能很快地转换电荷。6.必须对测量设备进行校准。必须对测量设备进行校准。超声波方法超声波方法u局放的超声波检测n局放超声波频率有其特殊性n压电晶体在交变超声波作用下交变的弹性形变交变

15、的束缚电荷形成电信号n不同的局放存在不同的超声波信号u随着技术进步，已经可用于在线监测领域294.44.4 绝缘油的电气试验和气相色谱分析绝缘油的电气试验和气相色谱分析u绝缘油在运行过程中，会受到电场、温度、氧气、水分的影响，以及铜、铁等材料的催化作用，会发生氧化、裂解以及碳化等反应，从而使油慢慢老化，绝缘性能下降。u绝缘油的老化会使其闪点下降、酸值增加；油的受潮、脏污又会使其介质损耗增大和击穿电压下降。u需要对绝缘油的电气性能、油中水分、杂质、油的闪点等进行试验和长期监测，保证电气设备的正常运行。30绝缘油的电气试验绝缘油的电气试验u目前国内广泛采用定时检修方式来保证变压器的稳定运行（即预防

16、性试验检修）绝缘油的电气试验包括：u在标准油杯中对油做击穿试验，u用专用的试验电极测量油的tanu测量油的电阻率等等31u油介电强度测试仪32u各种自动化测试设备33油中溶解气体分析（油中溶解气体分析（DGADGA）的技术）的技术原理原理u变压器油与油中的固体有机绝缘材料（纸和纸板等）在运行电压下因电、热、氧化和局部电弧等多种因素作用会逐渐变质，裂解成低分子气体；u变压器内部存在的潜伏性过热或放电故障又会加快产气的速率。u随着故障的缓慢发展，裂解出来的气体形成气泡在油中经过对流、扩散作用，就会不断地溶解在油中。34油浸式电力变压器不同故障下的产气油浸式电力变压器不同故障下的产气故障类型主要气体

17、组分次要气体组分油过热CH4，C2H4H2，C2H6油和纸过热CH4，C2H4，CO，CO2H2，C2H6油纸绝缘中局部放电H2，CH4，COC2H2，C2H6，CO2油中火花放电H2，C2H2油中电弧H2，C2H2CH4，C2H4，C2H6油和纸中电弧H2，C2H2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H635u因此，检测油中气体的成分、含量和随时间增长的规律，就可以判定故障类型和发展程度。u预防性试验标准：n油的气相色谱分析法（简称油色谱分析）n国网公司有一系列相关标准36气相色谱分析气相色谱分析u采集油样u脱气u样品检测u结果判别37气相色谱分析的发展气相色谱分析的发展u我国相关规程基本上

18、沿用IEC的改良三比值法的改良三比值法，但在工程实践中存在编码不全、编码边界过于绝对、不能诊断多故障等缺点。容易发生误判。u研究者相继提出了应用智能信息处理技术的变压器故障状态诊断算法专家系统384.5 4.5 绝缘的在线监测绝缘的在线监测u传统绝缘试验方法都是在设备处于离线情况下进行的，除了绝缘油的色谱分析外，设备必须停运，因此会对用户造成一定的影响。u由于离线试验测量的数据没有考虑设备绝缘的运行条件和外界工作环境等因素，因此可能出现预防性试验结果合格，而在运行中发生事故的现象。u电力设备运行电压越来越高，而现行的部分预防性试验电压偏低，如介质损耗的测量，难以真实反映运行电压下的绝缘性能。39绝缘的在线监测绝缘的在线监测u随着传感器、计算机、光纤等技术的发展，对运行的电气设备绝缘进行不停电的在线监测的技术也得到了快速的发展。40介损的在线监测介损的在线监测u电桥法n通过电压互感器进行降压n容易有偏差u角差法n用标准电容器的介损进行比对n微弱电流的取样和抗干扰不易解决41局放的在线