高电压技术-45章

1、第二篇第二篇 电气设备绝缘试验电气设备绝缘试验第二篇第二篇第二篇第二篇 电气设备绝缘试验篇电气设备绝缘试验篇第四章第四章 电气设备绝缘预防性试验电气设备绝缘预防性试验 第一节第一节 绝缘的老化绝缘的老化 第二节第二节 绝缘电阻、吸收比和泄漏电流的测量绝缘电阻、吸收比和泄漏电流的测量 第三节第三节 介质损耗角正切的测量介质损耗角正切的测量 第四节第四节 局部放电的测量局部放电的测量 第五节第五节 电压分布的测量电压分布的测量 第六节第六节 绝缘状态的综合判断绝缘状态的综合判断第五章第五章 绝缘的高电压试验绝缘的高电压试验 第一节第一节 工频高电压试验工频高电压试验 第二节第二节 直流高电压试验直

2、流高电压试验 第三节第三节 冲击高电压试验冲击高电压试验 第四节第四节 高电压测量技术高电压测量技术电气设备进行绝缘试验的电气设备进行绝缘试验的必要性必要性： 电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的电力系统的规模、容量不断地扩大，停电造成的损失越来越严重。损失越来越严重。 我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，我国电力短缺，这就需要提高发电设备可靠性，使其满负荷运转，增加发电量。使其满负荷运转，增加发电量。 绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通绝缘往往是电力系统中的薄弱环节，绝缘故障通常是引发电力系统事故的首要原因。常是引发电力系统事故的首要原因。 电介质理论仍远未完善，须借助于

3、各种绝缘试验电介质理论仍远未完善，须借助于各种绝缘试验来检验和掌握绝缘的状态和性能。来检验和掌握绝缘的状态和性能。 本篇主要内容本篇主要内容 本篇本篇主要阐述电气设备绝缘主要阐述电气设备绝缘试验的试验试验的试验设备、试验方法和测量技术。设备、试验方法和测量技术。 绝缘试验分为绝缘试验分为非破坏性试验非破坏性试验和和破坏性破坏性试验试验两大类。两大类。 破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。破坏性试验检验其他电气性能。第四章第四章 电气设备绝缘预防性试验电气设备绝缘预防性试验 绝缘预防性试验的目的是什么？绝缘预防性试验的目的是什么？ 绝缘故障

4、大多因内部存在缺陷而引起，绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起，我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的我们通过测量电气特性的变化来发现隐藏着的缺陷。缺陷。 绝缘缺陷类型绝缘缺陷类型集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等 分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等常见试验项目：测量绝缘电阻，吸收比，泄漏电流，介质损耗角正切，局部放电，电压分布等。 TE571（测量局部放电）（测量局部放电）绝缘电阻测试仪主要电气设备的绝缘预防性试验项目序号 电气设备试 验 项 目测量绝缘电阻测量绝缘电阻和吸 收比测量泄漏电流直流耐压试验并测泄漏电流测量介质

5、损耗角正切测量局部放电油的介质损耗角正切油中含水量分析油中溶解气体分析油的电气强度测量电压分布交流耐压试验1同步发电机和调相机2交流电动机3油浸变压器4电磁式电压互感器5电流互感器6油断路器7悬式和支柱式绝缘子8电力电缆什么叫绝缘的老化什么叫绝缘的老化绝缘老化的原因有哪些绝缘老化的原因有哪些电介质的热老化电介质的热老化电介质的电老化电介质的电老化其他影响因素其他影响因素第一节第一节 绝缘的老化绝缘的老化什么叫绝缘的老化？什么叫绝缘的老化？ 电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其系列物理变化和化学变化，致使其电气、

6、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。 老化的原因有哪些？老化的原因有哪些？ 热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。微生物等因素的作用。一、电介质的热老化一、电介质的热老化什么是电介质的热老化？什么是电介质的热老化？ 在高温的作用下，电介质在短时间内就会发在高温的作用下，电介质在短时间内就会发生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很生明显的劣化；即使温度不太高，但如作用时间很长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介长，绝缘性能也会发生不可逆的劣化，这就是电介质的热老化。质的热

7、老化。 温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。 绝缘材料的耐热等级划分绝缘材料的耐热等级划分耐热等级耐热等级极限温度（极限温度（）绝缘材料绝缘材料O90木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶木材、纸；聚乙烯、聚氯乙稀；天然橡胶A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油油性树脂漆及其漆包线；矿物油E120酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜B130聚酯漆；环氧树脂聚酯漆；环氧树脂F155聚酯亚胺漆及其漆包线聚酯亚胺漆及其漆包线H180聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶聚酰胺亚胺漆及其漆包线；硅橡胶C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯聚酰亚胺

8、漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯热老化规则：热老化规则： 热老化热老化88规则：规则：对对A A级绝缘介质，如果它们的工作级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值温度超过规定值88时，寿命约缩短一半。时，寿命约缩短一半。 相应的对相应的对B B级绝缘和级绝缘和H H级绝缘则分别适用级绝缘则分别适用1010和和1212规则。规则。 介质的老化过程介质的老化过程固体介质的热老化过程固体介质的热老化过程 受热受热带电粒子热运动加剧带电粒子热运动加剧载流子增多载流子增多载载流子迁移流子迁移电导和极化损耗增大电导和极化损耗增大介质损耗增介质损耗增大大介质温升介质温升加速老化加速老化 液体介质的热老化过程

9、液体介质的热老化过程 油温升高油温升高氧化加速氧化加速油裂解油裂解分解出多种能分解出多种能溶于油的微量气体溶于油的微量气体绝缘破坏绝缘破坏 二二、电介质的电老化、电介质的电老化 什么是电老化？什么是电老化？ 电老化系指在外电老化系指在外加高电压加高电压或或强电场强电场作用下的老化。作用下的老化。 介质电老化的主要原因是什么？介质电老化的主要原因是什么？ 介质中出现介质中出现局部放电。局部放电。 局部放电引起固体介质局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏腐蚀、老化、损坏的原因有：的原因有： 破坏高分子的结构，造成裂解；破坏高分子的结构，造成裂解； 转化为热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀；转化为

10、热能，不易散出，引起热裂解，气隙膨胀； 在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解；在局部放电区，产生高能辐射线，引起材料分解； 气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是气隙中如含有氧和氮，放电可产生臭氧和硝酸，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别：各种绝缘材料耐局部放电的性能有很大差别： 云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力云母、玻璃纤维等无机材料有很好的耐局部放电能力 旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料旋转电机采用云母、树脂作为绝缘材料 有机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比有

11、机高分子聚合物等绝缘材料的耐局部放电的性能比较差较差 绝缘油的老化原因：绝缘油的老化原因： 油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体；油温升高而导致油的裂解，产生出一系列微量气体； 油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，油中的局部放电还可能产生聚合蜡状物，影响散热，加速固体介质的热老化。加速固体介质的热老化。三、其他影响因素三、其他影响因素 机械应力机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；裂缝，导致局部放电； 环境条件环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的等也对绝缘的老化有明显的影响。老化有明

12、显的影响。 小小 结结电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，电气设备的使用寿命一般取决其绝缘的寿命，后者与老化过程密切相关。后者与老化过程密切相关。 通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。通过绝缘试验判别其老化程度是十分重要的。 绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用绝缘老化的原因主要有热、电和机械力的作用 ，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。作用。 各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。老化过程。 第二节第二节 绝缘电阻、吸收比、泄漏电绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量流的

13、测量 绝缘电阻绝缘电阻 最基本的综合性特性参数。最基本的综合性特性参数。 组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得组合绝缘和层式结构，在直流电压下均有明显得吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。电流。 吸收比吸收比 检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。泄漏电流泄漏电流 所加直流电压高得多。所加直流电压高得多。 一、双层介质的吸收现象一、双层介质的吸收现象 为了分析方便，改用电阻为了分析方便，改用电阻R1和和R2代替上图中的电代替上图中的电导导G1和和G2。（。（R11/G1, R2=1/G2) （4-

14、1） （4-2）讨论因吸收现象而出现的过渡过程讨论因吸收现象而出现的过渡过程 开关开关S S合闸作为时间合闸作为时间t t的起点，在的起点，在t=0t=0+ +的极的极短时间内，层间电压按下式分布短时间内，层间电压按下式分布 21210CCCUU21120CCCUU（4-3）（4-4）稳态电流将为电导电流稳态电流将为电导电流 （4-5）达到稳态时（达到稳态时（ ），层间电压按电阻分配），层间电压按电阻分配 t2111RRRUU2122RRRUU21RRUIg (4-6）（4-7）(4-8) 由于存在吸收象，由于存在吸收象， ， ，在这个过程，在这个过程中的层间电压按下式变化中的层间电压按下式变

15、化 110UU220UUteRRRCCCRRRUu2122112122teRRRCCCRRRUu2112122111212121RRRRCC流过双层介质的电流为流过双层介质的电流为 i如选用第一个方程式，则如选用第一个方程式，则 （4-94-9）11CRiii22CRiiiteRRRRCCCRCRURRUi21212212112221)(（410）teRRRRCCCRCRURRUi21212212112221)( 上式中第一个分量为电导电流上式中第一个分量为电导电流 ，第二个，第二个分量为吸收电流分量为吸收电流 。 gIaiu当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷

16、时，阻值R R1 1、R R2 2 或两者之和显著减小，或两者之和显著减小， 大大增加，而大大增加，而 迅速衰迅速衰减。减。 gIai二、绝缘电阻和吸收比的测量二、绝缘电阻和吸收比的测量 绝缘电阻的表达式绝缘电阻的表达式 在绝缘上施加一直流电在绝缘上施加一直流电压压U U时时, ,此电压与出现的电流此电压与出现的电流 i 之比之比teCRCRRRCCRRRRCCtR21122212212121221)()(22211212121212( )()tUUR tiU R CRCUeRRCCRR RR测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t t无穷时刻，无穷时刻，即令即令

17、t,t,得得R R=R1+R2 =R1+R2 等于两层介质绝缘电阻的串等于两层介质绝缘电阻的串联值。联值。 通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后通常所说的绝缘电阻均指吸收电流衰减完毕后的稳态电阻值。的稳态电阻值。 受潮时，绝缘电阻显著降低，受潮时，绝缘电阻显著降低， 显著增大，显著增大， 迅速迅速衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、衰减。因此，能揭示绝缘整体受潮、局部严重受潮、存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。存在贯穿性缺陷等情况。但有局限性。 gIai(1)(1)大型设备大型设备( (如大型发电机、变压器如大型发电机、变压器) )的吸的吸收电流很大收电流很大, ,延续时间较长因

18、此要测稳态电延续时间较长因此要测稳态电阻要花很长时间阻要花很长时间; ;(2)(2)有些设备有些设备( (如电机如电机) )由由IgIg 反映的绝缘电阻反映的绝缘电阻往往有很大的变化范围往往有很大的变化范围, ,应而很难给出一定应而很难给出一定的绝缘电阻判断标准因此对大型试品一般用的绝缘电阻判断标准因此对大型试品一般用测吸收比来代替单一稳态电阻的测量测吸收比来代替单一稳态电阻的测量. . 对于某些大型被试品，用测对于某些大型被试品，用测“吸收比吸收比”的方法来替代的方法来替代 （4 41212）601515601IIRRK 原理：令原理：令 和和 瞬间的两个电瞬间的两个电流值的流值的 和和 比

19、值。比值。 st15st6015I60I 已经接近于稳态绝缘电阻值已经接近于稳态绝缘电阻值 ， 恒大于恒大于1,1,越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。 60RR1K吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的吸收比是同一试品在两个不同时刻的绝缘电阻的比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。比值，所以排除了绝缘结构和体积尺寸的影响。 所以应将所以应将 值和值和 值结合起来考虑，方能作出比值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。较准确的判断。1KR一般以一般以 作为设备绝缘状态良好的标准亦不作为设备绝缘状态良好的标准亦不尽合适，有些变压器的尽合适，有些变压

20、器的 虽大于虽大于1.3，但，但 值却很值却很低；有些低；有些 ，但，但 值却很高。值却很高。 3 . 11KR3 . 11KR1K大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸大容量电气设备中，吸收现象延续很长时间，吸收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数收比不能很好地反映绝缘的真实状态，用极化指数再判断。再判断。 极化指数极化指数 （4 41313） 某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击某些集中性缺陷已相当严重，以致在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判不低

21、，因为缺陷未贯穿绝缘。可见仅凭上述试验结果判断绝缘状态是不够的。断绝缘状态是不够的。p测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表min1min102RRK 图图4-14-1是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆是利用手摇式兆欧表测量三芯电力电缆绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理。绝缘电阻的接线图，也表示了它的测量原理。 兆欧表有三个接线端子：线路端子（兆欧表有三个接线端子：线路端子（L L）、接）、接地端子（地端子（E E）和保护（屏蔽）端子（）和保护（屏蔽）端子（G G）。）。 被试绝缘接在端子被试绝缘接在端子L L和和E E之间，而保护端子之间，而保护端子G G的作的作用是使绝缘表面泄漏电流不

22、要流过线圈用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈 测得的测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。AL三、泄漏电流的测量三、泄漏电流的测量 反映绝缘电阻值，但有一些反映绝缘电阻值，但有一些特点特点： 加在试品上的直流电压比加在试品上的直流电压比兆欧表的工作电压高得多。兆欧表的工作电压高得多。 故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。故能发现兆欧表所不能发现的缺陷。 施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样施加在试品上的直流电压是逐渐增大的，这样就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。就可以在升压过程中监视泄漏电流的增长动向。 在电压升到规定的试验电压值后，要保持在电压

23、升到规定的试验电压值后，要保持1min1min再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏再读出最后的泄漏电流值。当绝缘良好时，泄漏电流应保持稳定，且其值很小。电流应保持稳定，且其值很小。 图图4 42 2是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。 泄漏电流试验接线图如图泄漏电流试验接线图如图4-34-3所示所示 其中其中V V为高压整流元件，为高压整流元件，C C为稳压电容，为稳压电容，PV2PV2为高压静为高压静电电压表，电电压表，TOTO为被试品。为被试品。 注意注意 ：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管：测量泄漏电流用的微安表需用并联放电管V V进行保

24、护。进行保护。 当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻 上的压降上的压降将引起将引起V V的放电而达到保护微安表的目的。的放电而达到保护微安表的目的。 1R小 结绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态最基本的综合特性参数。本的综合特性参数。 电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直电气设备中大多采用组合绝缘和层式结构，故在直流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝流电压下均有明显的吸收现象，测量吸收比可检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。缘是否严重受潮或存在局部缺陷。 测量泄漏电流从原理上来说，与测量

25、绝缘电阻是相测量泄漏电流从原理上来说，与测量绝缘电阻是相似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧似的，但它所加的直流电压要高得多，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。第三节 介质损耗角正切的测量 介质的功率损耗介质的功率损耗 P P与介质损耗角正切与介质损耗角正切 成正比成正比, ,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量所以后者是绝缘品质的重要指标，测量 值是判断值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。 能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和能反映绝缘的整体性缺陷（如全面老化）和小电容

26、试品中的严重局部性缺陷。小电容试品中的严重局部性缺陷。 测量测量 不能灵敏地反映大容量发电机、变压器不能灵敏地反映大容量发电机、变压器和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设和电力电缆绝缘中的局部性缺陷，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的备分解成几个部分，然后分别测量它们的 。 tgtgtgtgtgtgCUtgUIUIUIPpCR2cos 一、西林电桥基本原理 其中被试品的其中被试品的等值电容和电等值电容和电阻分别为阻分别为C Cx x和和R Rx x;R;R3 3为可调的为可调的无感电阻；无感电阻；C CN N为高压标准电为高压标准电容器的电容；容器的电容；C C4

27、4 为可调电容；为可调电容；R R4 4为定值无感为定值无感电阻；电阻；P P为交为交流检流计。流检流计。 在交流电压在交流电压U U的作用下，调节的作用下，调节R3R3和和C4C4，使电桥达，使电桥达到平衡，即通过检流计到平衡，即通过检流计P P的电流为零，因而的电流为零，因而 可得 （4-15）CBCAUUBDADUUBDCBADCAUUUU由式（由式（4-15）可写出）可写出 （4-16）式中 4-174231ZZZZxxCjRZ111NCjZ1233RZ44411CjRZ 可求得试品电容可求得试品电容 和等值电阻和等值电阻 （4-18) （4-19） 介质并联等值电路的介质损耗角正切介

28、质并联等值电路的介质损耗角正切 （4-20） xCxR)1 (2424234RCRCRCNxNxCRCRCRR2442242423)1 (441RCRCtgxx 并取并取C4C4的单位为的单位为 ，则简化为，则简化为 4-21) 试品电容试品电容 (4-22） 4CtgNNxCRRtgRCRC34234)1 ( 因为因为 ，如取，如取 ， 1002f100004RF西林电桥反接线原理西林电桥反接线原理 A P BCNCxRxR3R4C4CDU图图4-7 西林电桥反接线原理图西林电桥反接线原理图 在反接线的情况下在反接线的情况下, ,电电桥调平衡的过程以及所桥调平衡的过程以及所得的得的tgtg

29、和和CxCx的关系的关系式均与正接线无异，不式均与正接线无异，不同的是接地点移到同的是接地点移到C C点，点，原来的两个调节臂直接原来的两个调节臂直接接到高电压下，此时接到高电压下，此时R3,C4,R3,C4,检流计检流计P P和屏蔽和屏蔽网均处于高电位，故必网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。和采取可靠的保护措施。 二、二、 测量的影响因素测量的影响因素 （一）外界电磁场的干扰影响（一）外界电磁场的干扰影响一种是由于存在杂散电容，另一种是由于交变磁场感一种是由于存在杂散电容，另一种是由于交变磁场感应出干扰磁场。应出干扰磁场。干扰包括高压电源和试验

30、现场高压带电体引起的电干扰包括高压电源和试验现场高压带电体引起的电场干扰。场干扰。 在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的在现场测试条件下，电桥往往处于一个相当显著的交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰交变磁场中，这时电桥接线内也会感应出一个干扰电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。电势，对电桥的平衡产生影响，也将导致测量误差。 消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆消除干扰的方法：金属屏蔽网和屏蔽电缆tg（二）温度的影响（二）温度的影响 （三（三) )试验电压的影响试验电压的影响 一般来说，一般来说， 随温度的增高而增大。随温度的增高而增大。 tg 为了便于比较，应将在各

31、种温度下测得的为了便于比较，应将在各种温度下测得的 值值换算到换算到2020时的值。时的值。tg试验电压的影响：试验电压的影响：1 1、良好绝缘在额定电压下，、良好绝缘在额定电压下， tgtg值几乎不变（曲线值几乎不变（曲线1 1）；）；2 2、若绝缘存在空隙或气泡时，、若绝缘存在空隙或气泡时，当所加电压尚不足以使气泡电当所加电压尚不足以使气泡电离时，其离时，其tgtg与良好绝缘时无与良好绝缘时无差别，但若所加电压能引起气差别，但若所加电压能引起气泡电离或发生局部放电时，泡电离或发生局部放电时， tgtg随随U U的升高而迅速增大，的升高而迅速增大，电压回落时电离要比电压上升电压回落时电离要比

32、电压上升时更强一些，因而会出现闭环时更强一些，因而会出现闭环曲线（曲线曲线（曲线2 2）；）；tg321U图4-8 tg与试验电压的典型 关系曲线tg321U图4-8 tg与试验电压的典型 关系曲线 3 3、如果绝缘受潮，则电压较、如果绝缘受潮，则电压较低时低时tgtg就已经相当大，电就已经相当大，电压升高时，压升高时，tgtg更将急剧增更将急剧增大；电压回落时，大；电压回落时， tgtg也要也要比电压上升时更大一些，比电压上升时更大一些， 因因而形成了不闭合的分叉曲线，而形成了不闭合的分叉曲线， 如图如图4-84-8中的曲线中的曲线3 3所示，主所示，主要原因是介质的温度因发热要原因是介质的

33、温度因发热而提高了而提高了 右图中：右图中：1-1-良好的绝缘良好的绝缘 2-2-绝缘中存在气隙绝缘中存在气隙 3-3-受潮绝缘受潮绝缘试品电容量的影响：试品电容量的影响：对于电容量较小的试品，对于电容量较小的试品，测量测量tgtg能有效的发现局部集中性缺陷和整体能有效的发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷。但对电容量较大的试品，测量分布性缺陷。但对电容量较大的试品，测量tgtg只能发现整体分布性缺陷，此时要把它分只能发现整体分布性缺陷，此时要把它分解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各解成几个彼此绝缘部分的被试品，分别测量各部分的部分的tgtg值，能有效的发现缺陷。值，能有效的发现缺陷。试品

34、表面泄漏的影响：试品表面泄漏的影响：由于试品表面泄漏电由于试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻阻总是与试品等值电阻RxRx相并联，所以会影响相并联，所以会影响tgtg值。为了排除或减小这种影响，在测试前值。为了排除或减小这种影响，在测试前应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以应清除绝缘表面的积污和水分，必要时还可以在绝缘表面上装设屏蔽极。在绝缘表面上装设屏蔽极。小 结测量测量 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。有效的方法。 值的测量，最常用的是西林电桥。值的测量，最常用的是西林电桥。 的测量受一系列外界因素的影响。试验中应的测量受一系列外界因素的影

35、响。试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。tgtgtg 绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。因之一。 测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发测定电气设备在不同电压下的局部放电强度和发展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及展趋势，就能判断绝缘内是否存在局部缺陷以及介质老化的速度和目前的状态。介质老化的速度和目前的状态。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电的基本概念，表征局部放电的重要参数。局部放电检测发展历史及测量方法综述。局部放电检测发展历史及测量方法综述。脉冲电流法的

36、测量原理。脉冲电流法的测量原理。一些局部放电测量仪器。一些局部放电测量仪器。第四节第四节 局部放电的测量局部放电的测量一、局部放电基本概念 一、局部放电基本概念 绝缘内部气隙局部放电的等值电路如图4-9所示。CbCgCa气隙CaCgCbgZ(a) 示意图(b) 等值电路图4-9 绝缘内部气隙局部放电的等值电路CaCaCaCaCaCaCaCa图图4-94-9中，中，CgCg代表气隙的电容，代表气隙的电容，CbCb代表与气隙串联的代表与气隙串联的那部分介质的电容，那部分介质的电容，CaCa代表其余完好部分的介质电代表其余完好部分的介质电容，容，Z Z代表对应于气隙放电脉冲频率的电源阻抗。代表对应于

37、气隙放电脉冲频率的电源阻抗。整个系统的总电容为：整个系统的总电容为：在电源电压在电源电压 的作用下，的作用下，CgCg上分到的上分到的电压为电压为gbgbaCCCCCCsinmuUttUCCCumgbbgsin 当当ugug达到该气隙达到该气隙的放电电压的放电电压UsUs时，时，气隙内发生火花放气隙内发生火花放电；当电；当CgCg上的电压上的电压从从UsUs迅速下降到熄迅速下降到熄灭电压灭电压( (也称剩余也称剩余电压电压)Ur)Ur时，火花时，火花熄灭，完成一次局熄灭，完成一次局部放电。在此期间部放电。在此期间出现一个对应的局出现一个对应的局部放电电流脉冲。部放电电流脉冲。这一放电过程的时这

38、一放电过程的时间很短，可认为瞬间很短，可认为瞬时完成。时完成。 电容上分到的电压电容上分到的电压 ，气隙放电电压，气隙放电电压 ，熄，熄灭电压（剩余电压）灭电压（剩余电压） ，局部放电的电流变化曲线，局部放电的电流变化曲线见图见图4-104-10。 gusUrU当当Cg放电时放电时,放电总电容放电总电容Cg:abggabC CCCCC Cg上的电压变化为上的电压变化为(Us-Ur),故一次脉冲放出的电故一次脉冲放出的电荷荷qr:rsbabagrUUCCCCCq由于由于CaCbCaCb，所以，所以q qr r为真实放电量。为真实放电量。rsbgrUUCCq(4-25) 在实际试验时，式中所表达的

39、各个量，在实际试验时，式中所表达的各个量，均无法实测得到。故要寻求其他能反应局部均无法实测得到。故要寻求其他能反应局部放电的量来进行测量。外施电压是作用在放电的量来进行测量。外施电压是作用在Ca Ca 上的，当上的，当CgCg上的电压变动上的电压变动(Ug(Ug-Ur)-Ur)时，会造成时，会造成外施电压的变化量外施电压的变化量UaUa应为：应为：basrabCUUUCC(4-26)视在放电量视在放电量q=(Ca+Cb)Ua=Cb(Us-Ur) (4-27)由于由于CaCb所以所以 qCa Ua (4-28)由式（由式（4-25）和式（）和式（4-27）相比较，得）相比较，得 rbgbqCCC

40、q(4-29)表征局部放电的参数：表征局部放电的参数：放电重复率（放电重复率（N N）：也称脉冲重复率，是在选定的）：也称脉冲重复率，是在选定的时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数，时间间隔内测得的每秒发生放电脉冲的平均次数，表示局部放电的出现频率。与外加电压的大小有关，表示局部放电的出现频率。与外加电压的大小有关，外加电压增大时，放电次数也随之增多。外加电压增大时，放电次数也随之增多。放电能量（放电能量（W W）：通常指一次局部放电所消耗的能）：通常指一次局部放电所消耗的能量。量。 2221rsggUUgggUUCduuCidtuWrs(4-30)(4-30)(4-31)(4-31)设

41、气隙中开始出现局部放电设气隙中开始出现局部放电(Ug(Ug=Us)=Us)时的外加电压瞬时的外加电压瞬时值为时值为UiUi则则 (4-32)(4-32)bsigbCUUCCrssiUUUUqW21设Ur0，则12iWqU其它参数：平均放电电流、放电的均方率、其它参数：平均放电电流、放电的均方率、放电功率、局部放电起始电压（即放电功率、局部放电起始电压（即UiUi）和局）和局部放电熄灭电压等。部放电熄灭电压等。二、局部放电检测方法综述 局部放电检测分：电气检测和非电检测局部放电检测分：电气检测和非电检测二、局部放电检测方法综述二、局部放电检测方法综述局部放电检测分：电气检测和非电检测局部放电检测

42、分：电气检测和非电检测非电气检测非电气检测噪声检测法：目前主要用超声波探测仪检测，特点噪声检测法：目前主要用超声波探测仪检测，特点是抗干扰能力强，使用方便，可以在运行中或耐压是抗干扰能力强，使用方便，可以在运行中或耐压试验时检测局部放电，适合预防性试验的要求。试验时检测局部放电，适合预防性试验的要求。光检测法：当发生沿面放电和电晕放电时常用该法。光检测法：当发生沿面放电和电晕放电时常用该法。化学分析法：用气相色谱仪对绝缘油中溶解的气体化学分析法：用气相色谱仪对绝缘油中溶解的气体进行色谱分析。通过分析绝缘油中溶解气体的成分进行色谱分析。通过分析绝缘油中溶解气体的成分和含量，能够判断设备内部隐藏的

43、缺陷类型。优点：和含量，能够判断设备内部隐藏的缺陷类型。优点：能发现充油电气设备中一些用其他试验方法不易发能发现充油电气设备中一些用其他试验方法不易发现的局部性缺陷（包括局部放电）现的局部性缺陷（包括局部放电）p声检测法声检测法 介质中发生局部放电介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个此时放电源如同一个声源，向外发出声波。声源，向外发出声波。由于放电持续时间很由于放电持续时间很短，所发射的声波频短，所发射的声波频谱很宽，可达到数谱很宽，可达到数MHzMH

44、z。介绍一种声测法传感器固体中常用传感器为测震仪（固体中常用传感器为测震仪（accelerometeraccelerometer）和声）和声发射（发射（Acoustic EmissionAcoustic Emission）传感器。测震仪有着平）传感器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达滑的频率特性，测试频率可达50kHz50kHz以上。声发射传以上。声发射传感器有多个频段（感器有多个频段（30k1MHz30k1MHz），该传感器有很强的方），该传感器有很强的方向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。向性，一般来说只能测试某个特定方向的声信号。北京亚捷隆测控技术有限公司北京亚捷隆测控技术

45、有限公司SenacoSenaco AS100 AS100 声传感器声传感器 抗电磁干扰能力强抗电磁干扰能力强 灵敏度不受试品电容的影响灵敏度不受试品电容的影响 能进行复杂设备放电源定位能进行复杂设备放电源定位 在传播途径中衰减、畸变严重在传播途径中衰减、畸变严重 基本不能反映放电量的大小基本不能反映放电量的大小 噪声检测法的特点噪声检测法的特点p光检测法光检测法 采用光纤传感器，局部放电产生的采用光纤传感器，局部放电产生的声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改声波压迫使得光纤性质改变，导致光纤输出信号改变，从而可以测得放电变，从而可以测得放电。 光测法只能测试表面放电和电晕放电 ，在现场

46、中光测法基本上没有直接应用。 将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。 光纤传感器应用p化学分析法 电气检测法电气检测法脉冲电流法：此法测的是视在放电量。当发生局部脉冲电流法：此法测的是视在放电量。当发生局部放电时，试品两端会出现一个瞬时的电压变化，在放电时，试品两端会出现一个瞬时的电压变化，在检测回路中引起一个高频脉冲电流，将它变换成电检测回路中引起一个高频脉冲电流，将它变换成电压脉冲后可用示波器等测量其幅值，由于其大小与压脉冲后可用示波器等测量其幅值，由于其大小与视在放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量。视在放电量成正比，通过校准就能得出视在放电量。 特点：灵敏度高特点：灵敏度高脉冲

47、电流法 测量视在放电量 介质损耗法 西林电桥 介质损耗法：局部放电要消耗能量，使介质介质损耗法：局部放电要消耗能量，使介质产生附加损耗。外加电压越高、放电频度越产生附加损耗。外加电压越高、放电频度越大、附加损耗也就越大。本方法就是基于测大、附加损耗也就越大。本方法就是基于测量这种附加损耗来检测局部放电的，一般也量这种附加损耗来检测局部放电的，一般也可利用西林电桥，测出介质的可利用西林电桥，测出介质的“tgtg-U”-U”关关系曲线，图中曲线开始突然升高处的场强相系曲线，图中曲线开始突然升高处的场强相对应的电压即为局部放电起始电压。对应的电压即为局部放电起始电压。 特点：无须添加专用的测量仪器，

48、操作特点：无须添加专用的测量仪器，操作方便。缺点是灵敏度比上法低，方便。缺点是灵敏度比上法低，tgtg-U-U关系关系曲线受影响因素多曲线受影响因素多 。 电气检测法的发展 19251925年，年，SchwaigerSchwaiger发现电晕放电的射频特性，发现电晕放电的射频特性，由此由此 发展出发展出19281928年，基于电子束示波器技术，年，基于电子束示波器技术，LioydLioyd和和StarrStarr等人设计出等人设计出19541954年，首台商用年，首台商用由由MoleMole等人研制成功；等人研制成功； 19601960年，基于平行四边形检测原理，年，基于平行四边形检测原理，D

49、akinDakin等人等人设计出设计出19751975年，年，LemkeLemke博士等人设计出博士等人设计出局局放测试仪，测试带宽达到放测试仪，测试带宽达到10MHz; 10MHz; 19781978年，年，Tanaka OkamotoTanaka Okamoto等人采用计算机等人采用计算机技术建立技术建立19811981年，年，BoggsBoggs、FujimotoFujimoto、StoneStone等人设等人设计出计出1GHz1GHz 目前局部放电电检测方法 脉冲电流法 无线电干扰电压法（RIV） 射频检测法（RF） 介质损耗分析法（DLA） 超高频（UHF）检测法TE571（测量局部

50、放电）（测量局部放电）TWPD-4多通道数字式局部放电综合分析仪 三、脉冲电流法的测量原理三、脉冲电流法的测量原理ZZUCxCkZmAPZZmCkUCxAPZmCkUCxAPZm图4-12 用脉冲电流法检测局部放电的测试回路（a）并联测试回路 （b）串联测试回路 （c）桥式测试回路用脉冲电流法测量局部放电的视在放电量，有三种基本用脉冲电流法测量局部放电的视在放电量，有三种基本试验回路，即并联、串联、桥式测量回路（如下图）试验回路，即并联、串联、桥式测量回路（如下图） 三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的三种回路的基本目的都是使在一定电压作用下的被试品被试品CxCx中产生的局部放电电流脉冲

51、流过检测阻抗中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗ZmZm，然后把然后把ZmZm上的电压或上的电压或ZmZm及及ZmZm上的电压差加以放大后上的电压差加以放大后送到检测仪器送到检测仪器P P上去，所测得的脉冲电压峰值与被试上去，所测得的脉冲电压峰值与被试品的视在放电量成正比经过校准就能直接读出视在放品的视在放电量成正比经过校准就能直接读出视在放电量的，如果电量的，如果P P为脉冲计数器，则为脉冲计数器，则 测得的是放电重复测得的是放电重复率。率。CxCx：一般试品都可以用一集中电容来表示：一般试品都可以用一集中电容来表示CkCk：为耦合电容，对工频电压来说，它起隔离作用：为耦合电容，对工频电压来

52、说，它起隔离作用Z Z：为阻塞电阻，可以让工频高电压作用到被试品上，：为阻塞电阻，可以让工频高电压作用到被试品上，但又阻止高压电源中的高频分量对测试回路产生干扰，但又阻止高压电源中的高频分量对测试回路产生干扰，也防止局部放电脉冲分流到电源中去也防止局部放电脉冲分流到电源中去 。 并联测试回路并联测试回路4-12(a)4-12(a)适用于被试品一端接地的情适用于被试品一端接地的情况，优点是流过况，优点是流过CxCx的工频电流不流过的工频电流不流过ZmZm。 串联测试回路串联测试回路4-12(b)4-12(b)适用于被试品两端均对地适用于被试品两端均对地绝缘的情况，如果试验变压器的入口电容和高压引

53、绝缘的情况，如果试验变压器的入口电容和高压引线的杂散电容足够大，还可以省去电容线的杂散电容足够大，还可以省去电容CkCk。 以上两种测试回路都属直测法，而桥式测试回路以上两种测试回路都属直测法，而桥式测试回路属于平衡法，此时属于平衡法，此时CxCx与与CkCk的低压端均对地绝缘，此的低压端均对地绝缘，此时测量仪器时测量仪器P P测得的是测得的是ZmZm和和ZmZm上的电压差。这种测上的电压差。这种测试回路的优点是抗干扰性能好。试回路的优点是抗干扰性能好。 测试回路的刻度因数测试回路的刻度因数 K = q 0 / h 0K = q 0 / h 0 q 0 q 0 ：试品两端注入的电荷量：试品两端

54、注入的电荷量 h 0h 0：仪器显示的读数：仪器显示的读数小 结u局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预局部放电的检测已成为确定产品质量和进行绝缘预防性试验的重要项目之一。防性试验的重要项目之一。 试验内容包括测量视在放试验内容包括测量视在放电量、电量、u放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电放电重复率、局部放电起始电压和熄灭电压、放电的具体部位。的具体部位。 u表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重表征局部放电的参数主要有：视在放电量、放电重复率、放电能量等。复率、放电能量等。 u伴随局部放电会出现多种现象：包括电、光、噪声、伴随局部放电会出现多种现象：包括电、光、噪声、气

55、压变化、化学变化等。气压变化、化学变化等。 u局部放电的检测方法很多，包括非电检测和电气检局部放电的检测方法很多，包括非电检测和电气检测两大类。测两大类。 u主要介绍了脉冲电流法的测量原理，另外介绍了噪主要介绍了脉冲电流法的测量原理，另外介绍了噪声检测法、光检测法、化学分析法、超高频检测法等。声检测法、光检测法、化学分析法、超高频检测法等。 表征局部放电的参数表征局部放电的参数p 视在放电量其中其中 为试品电容，为试品电容， 为气隙放电时，试品两为气隙放电时，试品两端的压降。端的压降。 q q既是发生局部放电时试品既是发生局部放电时试品CaCa所放掉的电荷，也所放掉的电荷，也是电容是电容C C

56、b b上的电荷增量。（比真实放电量小得多）上的电荷增量。（比真实放电量小得多） aaUCqqaCaU在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一在工作电压的作用下，沿着绝缘结构的表面会有一定的电压分布。定的电压分布。 表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身表面比较清洁时，其分布规律取决于绝缘结构本身的电容和杂散电容的电容和杂散电容 表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。表面染污受潮时，分布规律取决于表面电导。 通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘通过测量绝缘表面上的电压分布亦能发现某些绝缘缺陷。缺陷。 测量电压分布最适用于那些由一系列元件串联组成测量电压分布最适用于那些由一系列

57、元件串联组成的绝缘结构。的绝缘结构。第五节 电压分布的测量 以表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布以表面比较清洁的悬式绝缘子为例，分析电压分布状况。状况。 其中其中C1C1为各元件对地电容，为各元件对地电容，C2C2为各元件与高压为各元件与高压 导线之间的电容。导线之间的电容。 C1C1的影响是造成一定的分流，使最靠近高压导线的影响是造成一定的分流，使最靠近高压导线的那片绝缘子流过的电流最大，因而分到的电压也的那片绝缘子流过的电流最大，因而分到的电压也最大。最大。 C2C2的影响使最靠近接地端的那片绝缘子流过的电的影响使最靠近接地端的那片绝缘子流过的电流最大，因而电压也最高，其余各片上的

58、电压依次流最大，因而电压也最高，其余各片上的电压依次减小。减小。 由于由于 ，所以，所以 C1C1的影响更大。的影响更大。 21CC 为使绝缘子串上的电压分布均匀一些，可为使绝缘子串上的电压分布均匀一些，可采用：在绝缘子串与导线连接处装设均压金具，采用：在绝缘子串与导线连接处装设均压金具，它能增大它能增大 C2C2值，有利于补偿值，有利于补偿C1C1的影响，所以的影响，所以能有效地改善沿串电压分布。能有效地改善沿串电压分布。 什么是劣化绝缘子或零值绝缘子？什么是劣化绝缘子或零值绝缘子？ 若某一片绝缘子的实测电压低于标准值的一若某一片绝缘子的实测电压低于标准值的一半时，可认定该片为劣化绝缘子。半

59、时，可认定该片为劣化绝缘子。 （称为（称为低值或零值绝缘子）低值或零值绝缘子）u测量工具：短路叉、可调火花间隙测杆、测量工具：短路叉、可调火花间隙测杆、自爬式检零工具等自爬式检零工具等u测量适用于：多元件支柱绝缘子柱、多测量适用于：多元件支柱绝缘子柱、多段式高压避雷器、高压瓷套表面、发电机段式高压避雷器、高压瓷套表面、发电机线棒表面，均可以进行电压分布的测量。线棒表面，均可以进行电压分布的测量。u其他测量方法：电阻分布测杆、音响式其他测量方法：电阻分布测杆、音响式测杆、静电电压表法。测杆、静电电压表法。小小 结结 本节以表面清洁的悬式绝缘子串为例，分本节以表面清洁的悬式绝缘子串为例，分析了其电

60、压分布状况，分析了对地电容和杂析了其电压分布状况，分析了对地电容和杂散电容的影响。散电容的影响。 测量线路绝缘子串电压分布或检出串中的测量线路绝缘子串电压分布或检出串中的零值绝缘子，可使用短路叉、可调火花间零值绝缘子，可使用短路叉、可调火花间隙测杆、自爬式检零工具等。隙测杆、自爬式检零工具等。第六节第六节 绝缘状态的综合判断绝缘状态的综合判断 前面介绍的绝缘预防性试验中的种种非破坏性试前面介绍的绝缘预防性试验中的种种非破坏性试项目，对揭示绝缘中的缺陷和掌握绝缘性能的变化项目，对揭示绝缘中的缺陷和掌握绝缘性能的变化趋势，各具一定的功能，也各有自己的局限性。即趋势，各具一定的功能，也各有自己的局限