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第三章预防性试验

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第三章预防性试验
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第4章 电气设备绝缘预防性试验 电气设备绝缘预防性试验已成为保证现代电 力系统安全可靠运行的重要措施之一。这种试验 除了在新设备投入运行前在交接、安装、调试等 环节中进行外,更多的是对运行中的各种电气设 备的绝缘定期进行检查,以便及早发现绝缘缺陷 ,及时更换或修复,防患于未然。 绝缘故障大多因内部存在缺陷而引起,有些 绝缘缺陷是在设备制造过程中产生和潜存下来的 ,还有一些绝缘缺陷则是在设备运行过程中由外 界影响因素的作用下逐渐发展和形成的。就其存 在的形态而言,绝缘缺陷可分为两大类:①集中 性缺陷 ;②分散性缺陷 由于缺陷种类很多、影响各异,所以绝缘预 防性试验的项目也就多种多样。每个项目所反映 的绝缘状态和缺陷性质亦各不相同,故同一设备 往往要接受多项试验,才能作出比较准确的判断 和结论。 u 4.1 绝缘电阻、吸收比的测量 u 4.2 介质损耗角正切的测量 u 4.3 局部放电的测量 u 4.4 绝缘油性能检测 u 习题与思考题 本章内容 返回 4.1 绝缘电阻、吸收比的测量 绝缘电阻是一切电介质和绝缘结构的绝缘状态 最基本的综合性特性参数。由于电气设备中大多采 用组合绝缘和层式结构,故在直流电压下均会有明 显的吸收现象,使外电路中出现一个随时间而衰减 的吸收电流。 Ø 4.1.1 绝缘电阻与吸收比的测量 Ø 4.1.2 目前常用的绝缘电阻测试 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。 返回 绝缘电阻是反映绝缘性能的最基本的指标之一, 通常都用兆欧表来测量绝缘电阻。用兆欧表来测量 电气设备的绝缘电阻被广泛的运用在常规绝缘试验 中。 4.1.1 绝缘电阻与吸收比的测量 图4-1 兆欧表的原理接线图 图中G为手摇(或电动) 直流发电机,也可能是交 流发电机经晶体二极管整 流。M为流比计式的测量机 构,包括处在永磁磁场内 的可动部分电压线圈LV和 电流线圈LA。在把被试物 接到两个测量端子L和E之 间时,摇动发电机手柄, 直流电压就加到两个并联 的支路上。 图4-1 兆欧表的原理接线图 第一个支路电流 通 过电阻RV 和电压线圈LV 。第二个支路电流 通过 被试电阻 RA 和电流线圈 LA。两个线圈中电流产生 的力矩方向相反。在力矩 差的作用下,使可动部分 旋转,两个线圈所受的力 也随之改变。当到达平衡 时,指针偏转的角度α正 比于 / 。 图4-1 兆欧表的原理接线图 绝缘电阻和吸收比测量 一、绝缘电阻的 测量 1、作用:能发现 绝缘受潮或有集 中性的导电通道 2、测量工具:兆 欧表 3、接线方式: 4.方法 规定以加电压后60秒测得的数值为该试品的绝缘电 阻值. 5.注意事项 (1)先拆除被试品的电源和对外一切连线,将其接地 并放电 (2)待手摇发电机稳定以后,再将两端子接在试品上 (3)60秒后再读数 (4)对大容量试品,测好以后先断两端子接线, 后停 手摇发电机 (5)注意温度和湿度的较正 二.吸收比的测量 1.吸收比k 吸收比大小可反映绝缘干燥或受潮k值 大(大于或等于1.3)绝缘良好,吸收现象 明显;反之,绝缘受潮,吸收现象不明显 2.方法 按测绝缘电阻的方法测15秒和60秒时 的电阻 再按公式 可求得k 测量绝缘电阻能有效地发现下列缺陷: 总体绝缘质量欠佳;绝缘受潮;两极间有贯穿性的 导电通道;绝缘表面情况不良。测量绝缘电阻不能 发现下列缺陷:绝缘中的局部缺陷:如非贯穿性的 局部损伤、含有气泡、分层脱开等;绝缘的老化。 不论是绝缘电阻的绝对值或是吸收比都只是参 考性的。如不满足最低合格值,则绝缘中肯定存在 某种缺陷;但是,如已满足最低合格值,也还不能 肯定绝缘是良好的。有些绝缘,特别是油浸的或电 压等级较高的绝缘,即使有严重缺陷,用兆欧表测 得的绝缘电阻值、吸收比,仍可能满足规定要求, 这主要是因为兆欧表的电压较低的缘故。 (1)试验前应将试品接地放电一定时间。对容量较 大的试品,一般要求5-10min. (2)高压测试连接线应尽量保持架空,确需使用支 撑时,要确认支撑物的绝缘对被试品绝缘测量结果 的影响极小。 (3)测量吸收比时,应待电源电压达稳定后再接入 试品,并开始计时。 测量绝缘电阻时应注意下列几点: (4)对带有绕组的被试品,应先将被测绕组首尾短 接,再接到L端子:其他非被测绕组也应先首尾短 接后再接到应接端子。 (5)绝缘电阻与试品温度有十分显著的关系。 (6)每次测试结束时,应在保持兆欧表电源电压的 条件下,先断开L端子与被试品的连线,以免试品 对兆欧表反向放电,损坏仪表。 返回 目前数字兆欧表已经基本上取代了手摇式的兆 欧表。数字兆欧表由高压发生器、测量桥路和自动 量程切换显示电路等三大部分组成。 工作原理为:经电子线路构成的高压发生器将 低压转换成高压试验电源,供给测量桥路;测量桥 路实现比例式测量,将测量结果送自动量程切换显 示电路进行量程转换和数字显示。 目前比较常用的是BY2671数字兆欧表。 4.1.2 目前常用的绝缘电阻测试 BY2671数字兆欧表 (本节完) 小 结 Ø 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。 Ø 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。 返回 4.2 介质损耗角正切的测量 tanδ能反映绝缘的整体性缺陷(例如全面老化) 和小电容试品中的严重局部性缺陷。由于tanδ随电 压而变化的曲线,可判断绝缘是否受潮、含有气泡 及老化的程度。但是,测量tanδ不能灵敏地反映大 容量发电机、变压器和电力电缆(它们的电容量都 很大)绝缘中的局部性缺陷,这时应尽可能将这些 设备分解成几个部分,然后分别测量它们的tanδ。 u 4.2.1 西林电桥测量法的基本原理 u 4.2.2 西林电桥测量法的电磁干扰 u 4.2.3 西林电桥测量法的其他影响因素 本节内容 返回 4-6 西林电桥原理接线图 图中Cx,Rx为被测试样的等效并联电容与电阻 ,R3、R4表示电阻比例臂,Cn为平衡试样电容Cx的标 准,C4为平衡损耗角正切的可变电容。 4.2.1 西林电桥测量法的基本原理 根据电容平衡原理,当: 式中Zx、Zn、Z3、Z4分别是电桥的试样阻抗,标 准电容器阻抗以及桥臂Z3和Z4的阻抗 解所得方程式,得 (4-6) (4-7) (4-8) (4-9) 当 时,试样电容可近似地按下式计算: (4-10) 因此,当桥臂电阻R3,R4和电容CN,C4已知时 就可以求得试样电容和损耗角正切,计算出Cx后, 根据试样与电极的尺寸在计算其相对介电常数。 通常桥臂阻抗要比Z3和Z4大得多,所以工作电 压主要作用在桥臂阻抗上,因此它们被称为高压 臂,而Z3和Z4为低压臂,其作用电压往往只有数伏 。为了确保人身和设备安全,在低压臂上并联有 放电管(A、B两点对地),以防止在R3、C4等需要 调节的元件上出现高压。 电桥达到平衡 时的相量图见图4-7,其 中电桥的平衡是通过R3 和C4来改变桥臀电压的 大小和相位来实现的。 在实际操作中,由于R3 和Z4相互之间也有影响 ,故需反复调节R3和C4 ,才能达到电桥的平衡 。 图4-7 西林电桥 平衡时的相量图 由于绝大多数电气设备的金属外壳是直接放 在接地底座上的,换言之,被试品的一极往往是 固定接地的。这时就不能用上述正接线来测量它 们的tanδ,而应改用图4-8所示的反接线法进行测 量。 图4-8 西林电桥反接线原理图 返回 在现场进行测量时,试品和桥体往往处 在周围带电部分的电场作用范围之内,虽然电桥 本体及连接线都如前所述采取了屏蔽,但对试品 通常无法做到全部屏蔽。这时等值干扰电源电压 就会通过对试品高压电极的杂散电容产生干扰电 流,影响测量。 图4-9 外接电源引起的电磁干扰 4.2.2 西林电桥测量法的电磁干扰 消除或减小由于电场干扰引起的误差,可 以采取下列措施 : (1)加设屏蔽,用金属屏蔽罩或网把试品与 干扰源隔开。 (2)采用移相电源 (3)倒相法 图4-10移相电源消除干扰的接线图 返回 4.2.3 西林电桥测量法的其他影响因素 1.温度的影响 温度对tanδ值的影响很大,具体的影响程度随 绝缘材料和结构的不同而异。一般来说,tanδ随温 度的增高而增大。现场试验时的绝缘温度是不一定 的,所以为了便于比较,应将在各种温度下测得的 tanδ值换算到20℃时的值。 图4-11 与试验电压的典型关系曲线 1良好的绝缘 2绝缘中存在气隙 3受潮绝缘 2. 试验电压的影响 3. 试品电容量的影响 对于电容量较小的试品(例如套管、互感器 等),测量tanδ能有效地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(例如大 中型发电机、变压器、电力电缆、电力电容器等 )测量tanδ只能发现整体分布性缺陷 4. 试品表面泄漏的影响 试品表面泄漏电阻总是与试品等值电阻Rx并 联,显然会影响所测得的tanδ值,这在试品的Cx较 小时尤需注意。 返回 (本节完) 小 结 Ø测量 值是判断电气设备绝缘状态地一项灵 敏有效的方法。 Ø 值的测量,最常用的是西林电桥。 Ø 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 。 4.3 局部放电的测量 当电气设备内部绝缘发生局部放电时,将伴随 着出现许多现象。有些属于电的,例如电脉冲、介 质损耗的增大和电磁波辐射,有些属于非电的,如 光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化。这些 现象都可以用来判断局部放电是否存在,因此检测 的方法也可以分为电的和非电的两类。 目前得到广泛应用而且比较成功的方法是电的 方法,即测量绝缘中的气隙发生放电时的电脉冲。 它不仅可以判断局部放电的有无,还可以判定放电 的强弱。 Ø 4.3.1 局部放电测量的基础 Ø 4.3.2 局部放电测量的脉冲电流法 Ø 4.3.3 局部放电测量的非电检测法 返回 (a)示意图 (b)等值电路 4.3.1 局部放电测量的基础 图4-12 绝缘内部气隙局部放电的等值电路 在固体或液体介质内部g处存在一个气隙或 气泡,Cg代表该气隙的电容,Cb代表与该气隙串 联的那部分介质的电容,Ca则代表其余完好部分 的介质电容 。 整个系统的总电容为: 在电源电压 的作用下, 上分到的电压 为: (4-11) (4-12) 图4-13局部放电时 电压电流变化曲线 图4-14 一次局部放电 的电流脉冲 电容上分到的电压 ,气隙放电电压 ,熄灭电压(剩余电压) 。 表征局部放电的三个基本参数 p 视在放电量 (4-17 ) Ø其中 为试品电容, 为气隙放电时,试品两 端的压降。 Ø 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) p放电重复率( ) 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 p放电能量( ) 指一次局部放电所消耗的能量。 (4 -32)其中 为视在放电量, 为局部放电起始 电压。 p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 返回 4.3.2 局部放电测量的脉冲电流法 当发生局部放电时,试品两端会出现一个几乎 是瞬时的电压变化,在检测回路中引起一高频脉冲 电流,将它变换成电压脉冲后就可以用示波器等测 量其波形或幅值,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(一般单位用pC)。 此法灵敏度高、应用广泛。 返回 4.3.3 局部放电测量的非电检测法 Ø噪声检测法 (超声波法 ) Ø光检测法 Ø化学分析法 p噪声检测法(超声波法) 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。 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( Acoustic Emission)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。 Senaco AS100 声传感器 北京亚捷隆测控技术有限公司 Ø 抗电磁干扰能力强 Ø 灵敏度不受试品电容的影响 Ø 能进行复杂设备放电源定位 Ø 在传播途径中衰减、畸变严重 Ø 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。和电测法结合起来使用。 噪声检测法的特点 p光检测法 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。 Ø光测法只能测试表面放电和电晕放电,在现场 中光测法基本上没有直接应用。 Ø将光纤技术和声测法相结合提出了声-光测法。 p化学分析法 Ø 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。 Ø 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。 在高压电气设备中,绝缘油得到了广泛的 应用。高压电气设备的主要部件均浸在绝缘油 中,绝缘油还将填充到容器的各个部分,将设 备中的空气排除,起到绝缘和散热的作用。 目前,我国使用较多的绝缘油就是变压器 油。除变压器油外,还有多种绝缘油(液体绝缘 材料),如电容器油、硅油、十二烷基苯、电缆 油、蓖麻油、二芳基乙烷(S油)等。 油中溶解气体的气相色谱分析 当电器中存在局部过热、电弧放电或某些内 部故障时绝缘油或固体绝缘材料会发生裂解,就 会产生较大量的各种烃类气体和 、 、 等气 体,因而把这类气体称为故障特征气体。 不同的绝缘物质,不同性质的故障,分解产 生的气体成分是不同的。因此,分析油中溶解气 体的成分、含量及其随时间而增长的规律,就可 以鉴别故障的性质、程度及其发展情况。具体步 骤为:先将油中溶解的气体脱出,再送入气相色 谱仪,对不同气体进行分离和定量。 绝缘油的高效液相色谱分析 高效液相色谱法是以液体作为流动相的一种 色谱分析法,它的基本概念及理论基础与气相色 谱是一致的,但又有不同之处。 与气相色谱相比较,高效液相色谱同样具有 高灵敏、高效能和高速度的特点,但它的应用范 围更加广泛。 (本节完) 返回 小 结 Ø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。 Ø试验内容包括测量视在放电量、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。 Ø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。 Ø伴随局部放电会出现多种现象:包括电、光 、噪声、气压变化、化学变化等。
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