4电气设备绝缘预防性试验

第二篇电气设备绝缘试验电气设备进行绝缘试验的必要性：

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。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。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。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。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室本篇主要内容

本篇主要阐述电气设备绝缘试验的试验设备、试验方法和测量技术。

绝缘试验分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。

破坏性试验检验绝缘的电气强度，非破坏性试验检验其他电气性能。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

绝缘预防性试验的目的是什么？

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缺陷。

绝缘缺陷类型集中性缺陷：裂缝、局部破损、气泡等分散性缺陷：内绝缘受潮、老化、变质等第四章电气设备绝缘预防性试验高电压技术河北科技师范学院电气教研室常见试验项目：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）高电压技术河北科技师范学院电气教研室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√√√√高电压技术河北科技师范学院电气教研室什么叫绝缘的老化绝缘老化的原因有哪些电介质的热老化电介质的电老化其他影响因素第一节绝缘的老化高电压技术河北科技师范学院电气教研室什么叫绝缘的老化？

电气设备的绝缘在长期运行过程中会发生一系列物理变化和化学变化，致使其电气、机械及其他性能逐渐劣化，这种现象统称为绝缘的老化。老化的原因有哪些？

热、电、机械力、水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。高电压技术河北科技师范学院电气教研室一、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，这就是电介质的热老化。

温度越高，绝缘老化得越快，寿命越短。

IEC规定的电工绝缘材料的耐热等级（最高持续温度）：Y（O）AEBFHC90105120130155180220℃

如果材料使用温度超过上述规定，绝缘材料就将迅速老化，寿命大大缩短。实验表明，对A级绝缘，温度每增加8℃，则寿命缩短一半左右，这通常称为热老化的8℃原则。对B级和H级绝缘材料而言，当温度每升高10℃和12℃时，寿命也将缩短一半。绝缘材料的耐热等级划分耐热等级极限温度（℃）绝缘材料O90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E120酚醛树脂塑料；胶纸板；聚酯薄膜B130聚酯漆；环氧树脂F155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C>180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；聚四氟乙烯热老化规则：

热老化8℃规则：对A级绝缘介质，如果它们的工作温度超过规定值8℃时，寿命约缩短一半。

相应的对B级绝缘和H级绝缘则分别适用10℃和12℃规则。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室介质的老化过程固体介质的热老化过程

受热→带电粒子热运动加剧→载流子增多→载流子迁移→电导和极化损耗增大→介质损耗增大→介质温升→加速老化液体介质的热老化过程

油温升高→氧化加速→油裂解→分解出多种能溶于油的微量气体→绝缘破坏

高电压技术河北科技师范学院电气教研室二、电介质的电老化

什么是电老化？

电老化系指在外加高电压或强电场作用下的老化。

介质电老化的主要原因是什么？

介质中出现局部放电。高电压技术河北科技师范学院电气教研室局部放电引起固体介质腐蚀、老化、损坏的原因有：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；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，是强烈的氧化剂和腐蚀剂，能使材料发生化学破坏。高电压技术河北科技师范学院电气教研室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较差高电压技术河北科技师范学院电气教研室绝缘油的老化原因：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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室三、其他影响因素

机械应力：对绝缘老化的速度有很大的影响，产生裂缝，导致局部放电；

环境条件：紫外线，日晒雨淋，湿热等也对绝缘的老化有明显的影响。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室小结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。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，此外还有水分、氧化、各种射线、微生物等因素的作用。各种原因同时存在、彼此影响、相互加强，加速老化过程。高电压技术河北科技师范学院电气教研室绝缘电阻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的吸收现象，使外电路中有一个随时间而衰减的吸收电流。吸收比检验绝缘是否严重受潮或存在局部缺陷。泄漏电流测量原理与绝缘电阻相似，只是所加直流电压高得多。第二节绝缘电阻、吸收比、泄漏电流的测量高电压技术河北科技师范学院电气教研室一、双层介质的吸收现象

为了分析方便，改用电阻R1和R2代替上图中的电导G1和G2。（R1＝1/G1,R2=1/G2)高电压技术河北科技师范学院电气教研室

（4-1）

（4-2）讨论双层介质因吸收现象而出现的过渡过程

开关S合闸作为时间的起点，在的极短时间内，层间电压按下式分布高电压技术河北科技师范学院电气教研室达到稳态时（），层间电压按电阻分配

（4-3）

（4-4）稳态电流将为电导电流

（4-5）高电压技术河北科技师范学院电气教研室高电压技术河北科技师范学院电气教研室

（4-6）

（4-7）

(4-8)

由于存在吸收象，，，在这个过程中的层间电压按下式变化高电压技术河北科技师范学院电气教研室Τ为电路过渡过程的时间常数

流过双层介质的电流为如选用第一个方程式，则

（4-9）高电压技术河北科技师范学院电气教研室

（4－10）当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，阻值R1、R2或两者之和显著减小，大大增加，而迅速衰减。

上式中第一个分量为电导电流，第二个分量为吸收电流。高电压技术河北科技师范学院电气教研室二、绝缘电阻和吸收比的测量

绝缘电阻的表达式p75

(4-11)高电压技术河北科技师范学院电气教研室测量绝缘电阻时，其值是不断变化的；t无穷时刻，等于两层介质绝缘电阻的串联值。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。受潮时，绝缘电阻显著降低，显著增大，迅速衰减。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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室1）大型设备吸收电流很大，延续时间较长，要测得绝缘电阻，需很长时间。2）有些设备，绝缘电阻变化范围太大，且与设备的体积尺寸大小有密切关系，难以给出一定的绝缘电阻判断标准，只能用前后两次绝缘电阻相比较的方法。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

对于某些大型被试品，用测“吸收比”的方法来代替单一稳态绝缘电阻的测量。

（4－12）原理：令和瞬间的两个电流值的和比值。

已经接近于稳态绝缘电阻值，恒大于1,越大表示吸收现象越显著，绝缘性能越好。高电压技术河北科技师范学院电气教研室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。所以应将值和值结合起来考虑，方能作出比较准确的判断。一般以作为设备绝缘状态良好的标准，但亦不全合适，因为有些变压器的虽大于1.3，但值却很低；有些，但值却很高。高电压技术河北科技师范学院电气教研室大容量电气设备中，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，可用极化指数来判断。测量绝缘电阻最常用的仪表为手摇式兆欧表

极化指数

（4－13）高电压技术河北科技师范学院电气教研室

图4-1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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

兆欧表有三个接线端子：线路端子（L）、接地端子（E）和保护（屏蔽）端子（G）。被试绝缘接在端子L和E之间，而保护端子G的作用是使绝缘表面泄漏电流不要流过线圈，从而使测得的绝缘体积电阻不受绝缘表面状态的影响。高电压技术河北科技师范学院电气教研室在现场某些情况下设备绝缘材料集中性缺陷已相当严重，以致于在耐压试验时被击穿，但在此前测得的绝缘电阻、吸收比、极化指数却并不低，就是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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室判断绝缘状态的其他方法三、泄漏电流的测量反映绝缘电阻值，但有一些特点：加在试品上的直流电压比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。

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。在电压升到规定的试验电压值后，要保持1min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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

图4－2是发电机的几种不同的泄漏电流变化曲线。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室绝缘良好的发电机，其泄露电流值较小。且随电压呈线性上升。对于曲线3应尽可能找出原因加以消除。如果在电压还未达到U/2时泄露电流就已急剧上升，如曲线4那么这台发电机甚至在运行状态下，（不必出现过电压）就可能发生击穿。泄漏电流试验接线图如图4-3所示

其中V为高压整流元件，C为稳压电容，PV2为高压静电电压表，TO为被试品。高电压技术河北科技师范学院电气教研室高压整流元件稳压电容高压静电电压表泄漏电流试验接线图如图4-3所示

微安表接在高压侧时，微安表及其接往Cx的高压连线均应加等电位屏蔽，使对地杂散电流不流过微安表，以减小测量误差。高电压技术河北科技师范学院电气教研室注意：测量泄漏电流用的微安表是很灵敏和脆弱的仪表，需并联放电管V进行保护。

当流过微安表的电流超过某一定值时，电阻上的压降将引起V的放电而达到保护微安表的目的。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室小结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。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，能发现用兆欧表所不能显示的某些缺陷，具有自己的某些特点。高电压技术河北科技师范学院电气教研室第三节介质损耗角正切的测量高电压技术河北科技师范学院电气教研室

介质的功率损耗与介质损耗角正切成正比,所以后者是绝缘品质的重要指标，测量值是判断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）和小电容试品中的严重局部性缺陷。为了能可靠测量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，应尽可能将这些设备分解成几个部分，然后分别测量它们的。

一、西林电桥基本原理

其中被试品的等值电容和电阻分别为Cx和Rx;R3为可调的无感电阻；CN为高压标准电容器的电容；C4

为可调电容；R4为定值无感电阻；P为交流检流计。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室

的测量，最常用的是高压交流平衡电桥

可得（4-15）

在交流电压的作用下，调节和，使电桥达到平衡，即通过检流计P的电流为零，因而高电压技术河北科技师范学院电气教研室由式（4-15）可写出（4-16）

（4-17）高电压技术河北科技师范学院电气教研室式中

（4-18)

（4-19）

介质并联等值电路的介质损耗角正切p80

（4-20）

可求得被测对象（试品）电容和等值电阻高电压技术河北科技师范学院电气教研室

（4-21)

试品电容

(4-22）

因为，如取，

并取的单位为，则简化为高电压技术河北科技师范学院电气教研室西林电桥反接线原理

电桥平衡的过程与正接线时相同，所不同之处在于各个调节元件、检流计和屏蔽网均处于高电位，故必须保证足够的绝缘水平和采取可靠的保护措施。高电压技术河北科技师范学院电气教研室（一）外界电磁场的干扰影响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。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

二、对测量的影响因素高电压技术河北科技师范学院电气教研室（二）温度的影响（三)试验电压的影响

值换算到20℃时的值。

为了便于比较，应将在各种温度下测得的高电压技术河北科技师范学院电气教研室良好的绝缘在额定电压范围内几乎保持不变，如果绝缘内存在气泡时，当电压不足以使气泡电离时，（与良好绝缘无异）当电压增大时，急剧增大，电压回落时会出现闭环状曲线，如果绝缘受潮电压较低时就已相当大，电压增大急剧增大。电压回落时也比电压上升时更大一些。形成分叉曲线。

一般来说，随温度的增高而增大。（四）试品电容量的影响

对电容量较大的试品（例如大中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等）,测量只能发现整体分布性缺陷，因而用测量介质损耗角正切的方法来判断绝缘状态就不很灵敏了。高电压技术河北科技师范学院电气教研室（五）试品表面泄漏电流的影响

测试前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。小结

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。试验中应尽可能采用屏蔽，除污等方法消除这些影响。测量值是判断电气设备绝缘状态地一项灵敏有效的方法。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

绝缘中的局部放电是引起电介质老化的重要原因之一。

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。脉冲电流法的测量原理。一些局部放电测量仪器。第四节局部放电的测量高电压技术河北科技师范学院电气教研室一、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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室Cg——气隙电容Cb——与该气隙串联的绝缘部分电容Ca——其余完好部分电容高电压技术河北科技师范学院电气教研室系统总电容电源电压气隙电容电压

电容上分到的电压，气隙放电电压，熄灭电压（剩余电压），局部放电的电流变化曲线见图4-10。放电时间约为10-8s

高电压技术河北科技师范学院电气教研室Us—气隙放电电压Ur—剩余电压rsgUUU-=D高电压技术河北科技师范学院电气教研室气隙每次放电释放的电荷而

Cg、Cb、Us、Ur无法测得，但试品上的电压变化量可测，即Ca上的电压变动为试品放电量是反应局部放电的重要参数也就是说，当气隙放电时，试品两端的电压会下降，由于有阻抗的阻隔，在局部放电过程中，电源几乎不起作用。q既是发生局部放电时试品Ca所放掉的电荷，也是电容Cb上的电荷增量。（比真实放电量小得多）

表征局部放电的参数

（4-28）

视在放电量高电压技术河北科技师范学院电气教研室试品放电当气隙放电时，试品两端的电压会下降，这相当于试品放掉电荷qq比真实放电量qr小得多，但q值也能相对的反应qr的大小。高电压技术河北科技师范学院电气教研室除了放电量外，反映局部放电的重要参数还有：放电重复率（

）也叫脉冲重复率。

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。它表征局部放电的出现频度。与外加电压的大小有关，

指一次局部放电所消耗的能量。

放电能量（）（4－32）

其中为视在放电量，为局部放电起始电压。高电压技术河北科技师范学院电气教研室放电能量的大小对电介质的老化速度有显著影响视在放电量、放电重复率和放电能量是表征局部放电的三个基本参数。其他参数

平均放电电流

放电的均方率

放电功率

局部放电起始电压

局部放电熄灭电压高电压技术河北科技师范学院电气教研室二、局部放电检测方法综述伴随局部放电出现多种现象：电流脉冲、介质损耗突然增大、电磁波辐射，光、热、噪声、气压变化、化学变化等。利用这些派生现象可以对局部放电进行检测。具体分为电检测（广泛应用）和非电检测（定性检测）高电压技术河北科技师范学院电气教研室声检测法介质中发生局部放电时，其瞬时释放的能量将放电源周围的介质加热使其蒸发，效果就像一个小爆炸。此时放电源如同一个声源，向外发出声波。由于放电持续时间很短，所发射的声波频谱很宽，可达到数MHz。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室声检测法：就是用人的听觉检测局部放电是最原始的方法，灵敏度低明显带有主观因素介绍一种声测法传感器固体中常用传感器为测震仪（accelerometer）和声发射（AcousticEmission）传感器。测震仪有着平滑的频率特性，测试频率可达50kHz以上。声发射传感器有多个频段（30k~1MHz），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。SenacoAS100声传感器

北京亚捷隆测控技术有限公司

高电压技术河北科技师范学院电气教研室

抗电磁干扰能力强

灵敏度不受试品电容的影响

能进行复杂设备放电源定位

在传播途径中衰减、畸变严重

基本不能反映放电量的大小

实际中一般不独立使用声测法，而将声测法和电测法结合起来使用。

噪声检测法的特点高电压技术河北科技师范学院电气教研室光检测法

局部放电时放出光子而产生光辐射，用光传感器检测局部放电所发出的光量。光测法只能测试沿面放电和电晕放电，在现场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。高电压技术河北科技师范学院电气教研室光纤传感器应用高电压技术河北科技师范学院电气教研室采用光纤传感器，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变，从而可以测得放电。化学分析法膜纸绝缘介质中，常用高性能液体色谱分析法（HPLC）判断介质老化情况。在电力变压器中，油色谱分析（DGA）方法是一种简单、经济、有效的变压器在线监测方法。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室电气检测法1、脉冲电流法测量视在放电量。局部放电发生会在试品两端出现一瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流。

高电压技术河北科技师范学院电气教研室

将脉冲电流变换成电压后用示波器测量其波形和幅值，其大小与视在电量成正比，通过校准就能得到视在放电量。灵敏度高，应用很广泛。脉冲电流法测量原理国际上推荐三种基本实验回路

高电压技术河北科技师范学院电气教研室三种回路的基本目的都是使在一定的电压作用下被试品Cx中产生的局部放电电流脉冲流过检测阻抗Zm，然后把Zm上的电压或（c）的电压差经放大送至测量仪器P（示波器、峰值电压表[视在放电量q]、脉冲计数器[对应放电重复率N]）。一般试品用一集中电容CX来代表。Z为阻塞阻抗，可以让工频高电压作用到被试品上。实际为低通滤波器，阻止电源中的高频分量对测试回路产生干扰。耦合电容Ck提供CX与Zm之间的高频低阻抗通道，对工频电源又起隔离作用。高电压技术河北科技师范学院电气教研室并联测试回路适用于被测试品一端接地的情况，优点是流过Cx的工频电流不流过Zm。串联测试回路适用于被试品两端对地绝缘的情况。桥式测试回路抗干扰性能强。2、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，损耗也就越大。本法就是基于测量附加损耗来检测局部放电的。高电压技术河北科技师范学院电气教研室

用西林电桥，测出介质的“”关系曲线，与曲线开始升高处的场强对应的电压就是局部放电起始电压。优点：仅需测介损的设备，不需添置专用的测量仪器。操作也较方便；缺点：灵敏度较低；介损随电压而增大的现象也可以是介质受潮等引起，不易排除。

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）检测法高电压技术河北科技师范学院电气教研室TE571

局部放电测试仪高电压技术河北科技师范学院电气教研室TWPD-4