第讲绝缘性能测试

1、高电压(diny)技术高电压(diny)工程系李黎共四十五页回顾(hug)第二篇：（1）非破坏性绝缘实验绝缘电阻测试绝缘电阻吸收比摇表的使用泄漏电流测量微安(wi n)表介损正切的测量设备：西林电桥倒相法原理2共四十五页3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）：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(shz)tg2和Cx，可用下式计算得准确的tg和Cx值：西林(x ln)电桥的基本回路 （2)倒相法 共四十五页4倒相法原理(yunl)损耗电流矢量(shling)分别在x轴和y轴进行投影：共四十五页倒相法原理(

2、yunl)tg是很小的值，因此(ync)近似有：代入相关值：5共四十五页6三、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(yzh)）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。 有逐步取代平衡法测量的趋势。共四十五页角差法介损测量仪（无需调节(tioji)平衡）7共四十五页本次(bn c)课程局部放电的测量三电容(dinrng)模型放电过程视在放电量测量电路绝缘油的电气试验和气相色谱分析绝缘的在线监测8共四十五页9局部放电的概念：简称为PD-Partial

3、Discharge，指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点(rudin)，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。4.3 局部(jb)放电测量共四十五页104.3.1 局部放电(fng din)的基本物理过程局部放电的三电容(dinrng)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 共四十五页11局部放电机理(j l)：1,放电过程局部放电时气隙中的电压和电流的变化(binhu)，u是工频电压 ug随外加电压u升高，当u上升到Us瞬时值，ug到达Cg的放电电压Ug时

4、，Cg气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug 下降到Ur，然后放电熄灭。Ur叫做残余电压，它可以接近为零值，也可以为小于Ug（均绝对值）的其它值 气泡电压：放电过程约10-8s数量级共四十五页12局部放电时气隙中的电压(diny)和电流的变化 局部(jb)放电机理：2，再放电过程放电火花一熄灭，Cg上的电压将再次上升，由于此时Cg及Cb已经有了一个初始的直流电压，所以此后的ug 值不能直接用原式来表达，ug 值与上式表达的值在绝对值上要小一个（UgUr）值。若外加电压u仍在上升半波，Cg上的电压也顺势而上升，当它再次升到Ug时，Cg再次放电，电压再次降到Ur，放电再次熄灭 共四十五页13局部(

5、jb)放电机理：3，反向充电局部放电时气隙中的电压(diny)和电流的变化 当外部电压u进入下降半波，Cg上电压难以充到Ug，因此不会发生放电；随着u进入负的半波，Cg上的电压要经历一个反向充电的过程，直到达到Ug，重新开始新一次的放电共四十五页14局部放电(fng din)机理的特征Cg上的电压(diny)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 共四十五页15电路(dinl)分析：当Cg放电(fng din)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q

6、r：当Ca Cb，Cg Cb，Ur = 0时， qr UgCg共四十五页16在实际试验时，式中所表达的各个量，都是无法(wf)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应为共四十五页17由此两式得总电容(dinrng)上的电压变化量U： 令则 共四十五页18真实放电量： qr，是无法测量的（1）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(dinrng)。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q的允许值均有所规定q比真实放电量qr小

7、（从定义可知），它以pC作为计量单位。表征局部(jb)放电的重要参数共四十五页19（2）放电重复率N：所以(suy)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 共四十五页20（3）放电(fng din)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 放电能量的大小对电介质的老化(lohu)速度有很大影响共四十五页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(yngxi

8、ng)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 共四十五页局放检测仪22共四十五页234.3.2 局部(jb)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化(binhu)，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。（IEC法）（a）串联测量回路 Ck耦合电容，为Cx与检测阻抗Zm之间提供一个低阻抗的通道（电源本身由于高频感抗而无法提供）， Ck内部必须无局放，值较大以增大Zm上的信号；Z低通滤波器，以防局放时放电脉冲被电源的杂散电容旁路，同时也可阻止电源本身的干扰脉冲进入试品和测量支路

9、共四十五页24（b）并联测量(cling)回路 （c）桥式测量回路适合于试品一端(ydun)接地的情况外部干扰在Zm和Zm上的干扰信号基本抵消测量仪器：示波器，峰值表，脉冲计数器检测结果标的量是视在放电量共四十五页25我国试验规程规定（1）固体绝缘互感器：电压(diny)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400pC共四十五页测量(cling)校准使用方波发生器串联标准电容器再与被测试(csh)品Cx并联模拟局放26共四十五页274.3.4 局放测量(cling)中的抗干扰措施 电磁干扰来源（

10、1）与局放信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(din yn)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。共四十五页28干扰(gnro)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(xingwi)、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、重复率和物理位置等。 屏蔽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

11、耦合电容Ck。滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。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Cx，使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷。必须对测量设备进行校准。共四十五页超声波方法(fngf)局放的超声波检测局放超声波频率有其特殊性压电晶体在交变超声波作用下交变的弹性(tnxng)形变交变的束缚电荷形成电信号不同的局放存在不同的超声波信号随着技术进步，已经可用于在线监测领域29共四十五页4.4 绝缘油的电气(dinq)试验和气相色谱分析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

12、作用，会发生氧化、裂解以及碳化等反应，从而使油慢慢(mn mn)老化，绝缘性能下降。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。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共四十五页绝缘油的电气(dinq)试验目前国内广泛采用定时检修方式来保证(bozhng)变压器的稳定运行（即预防性试验检修）绝缘油的电气试验包括：在标准油杯中对油做击穿试验，用专用的试验电极测量油的tan测量油的电阻率等等31共四十五页油介电强度测试仪32共四十五页各种( zhn)自动化测试设备33共四十五页油中溶解气体分析(f

13、nx)（DGA）的技术原理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(zuyng)会逐渐变质，裂解成低分子气体；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。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共四十五页油浸式电力变压器不同(b tn)故障下的产气故障类型主要气体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，C2H

14、2CH4，C2H4，C2H6油和纸中电弧H2，C2H2，CO，CO2CH4，C2H4，C2H635共四十五页因此，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。预防性试验(shyn)标准：油的气相色谱分析法（简称油色谱分析）国网公司有一系列相关标准36共四十五页气相色谱分析(s p fn x)采集油样脱气样品检测结果(ji gu)判别37共四十五页气相色谱分析(s p fn x)的发展我国相关规程基本上沿用IEC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。研究者相继提出(t ch)了应用智能信息处理技术的变压器故

15、障状态诊断算法专家系统38共四十五页4.5 绝缘(juyun)的在线监测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。由于离线试验测量(cling)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。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共四十五页绝缘的在线(zi xin)监测随着(su zhe)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

16、。40共四十五页介损的在线(zi xin)监测电桥法通过电压互感器进行降压容易有偏差角差法用标准(biozhn)电容器的介损进行比对微弱电流的取样和抗干扰不易解决41共四十五页局放的在线(zi xin)监测目前(mqin)多采用脉冲电流和超声波综合法42共四十五页43共四十五页综合性在线检测，大数据和智能电网(dinwng)的需要44办公室监测图形化的数据特性；可视化数据图表展示；综合数据展现；人性化功能设计；支持Office等办公文本(wnbn)接口；举例：在操控界面上点击地理区域图标可以进入变电站一次系统图，了解在线装置当前数据异常情况；点击这个装置的状态小图标就可以交互式的查看历史测量各种组份数据及诊断结果。44共四十五页内容摘要高电压技术。泄漏电流测量微安表。原理：通过直接测量电压和电流的相位角差来测