第9讲绝缘的非破坏性试验(一)

第四章绝缘性能试验

一、绝缘监测和诊断的基本概念

进行绝缘监测和诊断的原因电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。通过对绝缘的试验和各种特性的测量，了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的监测和诊断技术。1

绝缘的监测和诊断技术分类：

1.按对设备造成的影响程度分类（两类）

（1）非破坏性试验，亦称绝缘特性试验：在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法来测量绝缘的各种情况，从而判断绝缘内部的缺陷——揭示绝缘缺陷的不同性质和发展程度。

包含的种类：绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等

（2）破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点可能在试验时给绝缘造成一定的损伤——不能揭示绝缘缺陷的性质。

包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验 2

按照设备是否带电的方式分类（两类）

（1）离线：在监测和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预防性试验规程（DL/T596）规定

特点：可采用破坏性试验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确。

（2）在线：在被试设备处于带电运行状态，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的。

特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性32.绝缘预防性试验概念：

为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和监测，通称为绝缘预防性试验。4绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节

(1).传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量手段，检测或监测被试对象的种种特性，采集各种特性参数；

(2).数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最敏感、有效的特征参数；

(3).绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，并能为下一步的维修决策提供技术根据。53.绝缘诊断规则：

规则分类：逻辑诊断，模糊诊断，统计诊断

（1）逻辑诊断逻辑诊断中将特征只归结为“有”和“无”两种(或特征参数大于某给定的阈值则为“有”该特征，否则为“无”)，诊断对象的状态同样只归结为“有”和“无”，或“好”和“坏”两种，即特征和状态均采用二值逻辑量来描述。 逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简化，诊断准确度较低。6（2）模糊诊断

考虑到被试对象的特征及状态评价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能简单地用“有”、“无”和“好”、“坏”来评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来描述，如某特征“很强”、“强”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“严重”、“较严重”、“一般”、“轻微”、“无”等，然后按特征或状态参数的取值量确定归入某一类别。如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。7 （3）统计诊断

考虑到被试对象特征参数分布的不确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设备，其特征参数并不相同，而按一定的统计规律分布。利用这些规律进行绝缘诊断(a)绝缘完好和损坏时(b)两者重叠图概率密度曲线不重叠

某特征参数的概率密度8N-统计图线路绝缘子严重电晕放电波形

线路绝缘子三相中其中一相存在电晕的N-图

三相中其中两相存在电晕的N-图

94.1绝缘电阻试验电气设备的绝缘，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。吸收电流：由空间电荷极化造成的位移电流10一、主要参数及技术指标11电流变化规律泄漏电流Ig吸收电流ia当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，R1、R2或两者之和显著减小，Ig大大增加，而Ia迅速衰减12绝缘电阻所测绝缘电阻是随测量时间变化而变化的，只有当t＝∞时，其测量值为R=R∞，但在绝缘电阻试验中，特别是电容量较大时，很难短时测量到R∞的值，反之，如绝缘受潮或出现贯穿性导电通道，则不仅稳定的电阻值较低，而且很快会达到稳定值。因此，在实际测试中，对某些容量较大或不均匀的绝缘被试品，往往用测吸收比的方法。13吸收比K：定义：加压60秒时的绝缘电阻与15秒时绝缘电阻的比值．

利用K值判断绝缘的状况：K值越大，吸收现象越显著；当绝缘状况良好时，K值远大于1；绝缘受潮时，K值变小；一般认为如K<1.3时就可以判断绝缘可能受潮。（一般是将R值与K值结合起来考虑，比较准确）对大电容量试品（也称极化指数P）：

为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时绝缘电阻的比值。电力设备预防性试验规程等规定：

电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5；大型发电机采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0；发电机容量在200MW及以上，推荐测量K2值（加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时电阻之比值）。14

绝缘状态的判定

若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1

、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数τ大为减小，吸收电流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，τ值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下降。当K＝1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。

K<1.3时，就可判断绝缘可能受潮。不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线15二、试验设备与试验方法绝缘电阻表手摇式绝缘电阻表电源电压产生方式

电子式绝缘电阻表16

手摇式绝缘电阻表

采用流比计的测量结构手摇式绝缘电阻表原理接线图流比计的电流线圈L1和L2的绕向相反，固定在同一转子上，并可带动转子旋转。由于转轴上没有装弹簧游丝，当线圈中没有电流流过时，指针可停留在任一偏转角度α位置。当摇动发电机产生一直流电压U时，I1流过线圈1，产生力矩M1I2流过Rx＋R2，产生力矩M2，角度α反映力矩差当指针转到一定角度，转矩平衡，即M1=M2,Rx——绝缘电阻17

手摇式绝缘电阻表

1-电缆金属铠装；2-电缆绝缘；3-导电芯线绝缘电阻表有线路端子L，接地端子E，屏蔽（或保护）端子G三个接线端子，被试品绝缘在L和E之间。其中G用以消除绝缘被试品表面泄漏电流的影响；从流计比的原理可看出，仪表的读数与手摇式发电机的输出电压或转速绝对值的关系不大，要保持转速的恒定。注意：当被试品电容量较大时，测量后须先将绝缘电阻表从测量回路中断开，然后才停止转动发电机，以免被试品的电容电压损坏仪表。18

电子式绝缘电阻表

测量原理与手摇式绝缘电阻表的测量原理一样，只是电源的产生方式不一样，是由电池供电或是220V交流电源供电。测试方法：电子式电阻表自动产生一个所需的直流电压值，在被测试品上产生一个泄漏电流，通过泄漏电流大小，经过电路换算，得出一个绝缘电阻。

特点：1、体积小、重量轻，有模拟指针式和数字显示两种。

2、不怕短路测试，不怕被测试品电流反击，自动对被测试品放电；

3、测试方便，精度高，自动化程度高；19绝缘电阻试验的用途可发现两极间有穿透性的导电通道受潮表面污垢（比较有无屏蔽极时的值即可）不可发现绝缘中的局部缺陷（裂缝、气泡、开裂等）绝缘的老化（仍保持高阻值）20三、泄漏电流的测量（1）试验电压高，能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷（2）施加的直流电压逐渐升高，可观察泄漏电流的变化，以判断绝缘状况。实际上也是为了测量绝缘电阻，只是试验电压较高，有可能发现尚未完全贯通的集中性缺陷或其他绝缘弱点，测试灵敏度较高如图，交流电源经整流输出直流高压，泄漏电流用设置于被试品的高压端或低压端的微安表进行测量。如果微安表在高压端处，此时需要将微安表及其与被试品相连的高压引线加以等电位屏蔽，可将这部分对地的杂散电流（电晕、泄漏电流）不流过微安表，以减小测量误差。21泄漏电流大小与设备绝缘状态1－绝缘良好 2－绝缘受潮3－绝缘中有集中性缺陷4－绝缘中有危险的集中性缺陷22油浸电力变压器绕组泄漏电流允许值234.2介质损耗角正切的测量与绝缘电阻的测量相比，介质损耗因数是表征绝缘功率损耗大小的特征参数，与绝缘的体积大小无关。tgδ在反映集中缺陷时不灵敏，集中缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重就小，容性电流几乎不变，测tgδ法适合检测分布性的绝缘缺陷。4.2.1可检测的缺陷种类244.2.2测量原理

一、平衡测量法（高压西林电桥）1.测量原理

高压臂：被试品（由泄漏电阻Rx与电容Cx并联）无损耗的标准电容CN

低压臂：可调无感电阻R3（Z3）无感电阻R4和可调电容C4的并联（Z4）

电桥平衡：检流计G检零

保护：放电管（当电压超过阀值才放电接地）

西林电桥的基本回路25电桥的平衡条件

电桥的平衡条件：

26公式

因为ω=2πf=100π，tgδ=ωR4C4=C4×106

式中C4的单位是F．

若C4以μF计则可得到

tgδ=C427高压西林电桥测量屏蔽线一般是用屏蔽线从其低压端连接到低压桥臂上，使人和被试品是同等电位，不对其他物体放电，则人在低压桥臂上调节R3和C4就很安全。而且测量的准确度高。但是这种方法要求被试品高低压端均对地绝缘。因为这种接线时，人和试品均是高电位，必须对地绝缘，否则相当于人体直接接地。一般采用反接线实验法28反接法适用情况：金属外壳直接放在底座上（绝大多数电气设备）当电桥电压不高时（如≤10kV），可用绝缘材料做操作把手；当电桥电压较高时，操作者与桥本体在法拉第笼内，使操作者与R3、R4、C4处于等电位。292.tgδ测量中的电磁干扰和抗干扰措施 1)测量中的电磁干扰

静电干扰：是一种电容性耦合干扰，其干扰源为周围的高压带电体，包括电桥的高压引线，附近具有高电位的设备等。高压干扰源通过杂散电容对电桥各节点注入电流，从而使各桥臂的电压发生变化，影响桥臂平衡，产生测量误差。

磁场干扰：电桥接线内感应干扰电势，影响平衡

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2）屏蔽如图所示，将电桥的低压部分（包括被试品的低压电极在内）用接地的金属网屏蔽起来，可基本消除电磁干扰导致的误差。2.tgδ测量中的电磁干扰和抗干扰措施31抗干扰措施２－３（2）采用移相电源由于干扰源的相位一般是无法改变的，因此，可以通过改变电源的相位，使得电源的相位和干扰的相位同相或反相，来达到消除或减少同频率干扰的目的。

（3）倒相法测量时将电源正接和反接各测量一次，测得两组结果tgδ1、Cx1和tgδ2、Cx2,然后计算求得tgδ和Cx：32

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Cx1，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Cx2，可用下式计算得准确的tg和Cx值：

西林电桥的基本回路两次测量法（倒相法）

33倒相法原理34二、角差测量法（谐波波形分析法）原理：通过直接测量电压和电流的角差来测量