電氣設(shè)備絕緣故障診斷技術(shù)1-3

1、電氣設(shè)備絕緣故障診斷技術(shù)n高電壓與絕緣技術(shù)研究生課程第1章 緒論n絕緣診斷技術(shù)的含義n絕緣診斷技術(shù)的意義n絕緣診斷技術(shù)的發(fā)展概況n參考書1.1 絕緣診斷技術(shù)的含義n電氣設(shè)備絕緣診斷 在設(shè)備運(yùn)行中和停機(jī)時(shí)，通過對電氣絕緣試驗(yàn)和各種特性的測量，掌握設(shè)備絕緣參數(shù)，根據(jù)參數(shù)判定設(shè)備絕緣狀態(tài)或故障的部位、原因和嚴(yán)重程度，預(yù)測設(shè)備絕緣的可靠性和壽命，并提出治理對策。n診斷對象（按絕緣類型劃分） 電機(jī)、油浸絕緣設(shè)備、CV電纜（XLPE電纜）、氣體絕緣設(shè)備。n診斷過程 信號采集、特征提取（信號及數(shù)據(jù)處理）、狀態(tài)識別、預(yù)報(bào)決策1.2 絕緣診斷技術(shù)意義n絕緣事故比例高n大型電氣設(shè)備的重要性n定期預(yù)防性維修體制的不

2、足n狀態(tài)監(jiān)測的科學(xué)性0102030自然災(zāi)害 設(shè)備故障 人員責(zé)任其它2000年2001年2002年2003年自然災(zāi)害17%設(shè)備故障45%人員責(zé)任19%其它19%1.3 絕緣診斷的發(fā)展現(xiàn)狀n故障診斷技術(shù)最早出現(xiàn)在軍工和機(jī)械行業(yè)。n技術(shù)背景：傳感、計(jì)算機(jī)和通訊技術(shù)的發(fā)展。n電力行業(yè)對提高供電可靠性以及行業(yè)科學(xué)化管理的要求。n技術(shù)發(fā)展迅猛，但依舊困難重重。1.4 參考書n朱德恒，談克雄主編，電絕緣診斷，中國電力出版社。1999 n雷銘主編，電力設(shè)備診斷手冊，中國電力出版社，2001第2章 絕緣材料及老化n絕緣材料 電機(jī)、油浸絕緣、交聯(lián)聚乙烯電纜、氣體絕緣設(shè)備 n絕緣材料的老化 電老化、熱老化、機(jī)械老化

3、、環(huán)境老化2.1 絕緣材料n本課程涉及電機(jī)（發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)）、變壓器、電容器等電氣設(shè)備以及充油電纜、充氣管道中輸電線和交聯(lián)聚乙烯電纜等。n電氣設(shè)備絕緣材料：固體絕緣、液體絕緣和氣體絕緣。對于大型電氣設(shè)備，主要以組合絕緣方式為主。一、電機(jī)n高壓線圈主絕緣材料：云母絕緣性、耐熱性和解理性良好。n線圈是在紙、玻璃布絲、聚酯薄膜等材料中加入多層云母片，再在線槽中填充環(huán)氧樹脂等熱固性材料而構(gòu)成。 云母：54；樹脂36。二、油浸絕緣n用于變壓器、充油電纜和電容器等設(shè)備中。n絕緣構(gòu)成是以纖維紙、塑料薄膜和層壓板等絕緣繞制并浸漬低粘度絕緣油構(gòu)成。n兩類：浸泡在絕緣油中、油浸復(fù)合絕緣。三、交聯(lián)聚乙烯電纜n絕緣層

4、用塑料擠出的完整絕緣體。n主絕緣：交聯(lián)聚乙烯；外護(hù)層：PVC護(hù)套。n無油、使用方便、介損小。n結(jié)構(gòu)：主絕緣層、半導(dǎo)體層、屏蔽層及護(hù)套。四、氣體絕緣設(shè)備nSF6氣體絕緣。n金屬微粒危害重大。氣壓（氣壓（Torr）交流耐受電壓（交流耐受電壓（kV）無金屬微粒有金屬微粒2.2 絕緣材料的老化n受到多種因素的影響，共同作用，相互影響。n一種復(fù)雜的物理、化學(xué)變化，具有不可逆性。n漸進(jìn)的、長期的過程。n老化特征量：直接和間接特征量。一、電老化 在長期電場作用下絕緣中發(fā)生的老化稱為電老化。n固體絕緣1)本征擊穿場強(qiáng)非常高。2)電器設(shè)備中絕緣材料擊穿場強(qiáng)比本征擊穿場強(qiáng)低。3)原因：厚度效應(yīng)、雜質(zhì)及氣孔。4)絕

5、緣擊穿機(jī)理：電擊穿、熱擊穿、電機(jī)械擊穿。n油浸絕緣 很少的水分及纖維雜質(zhì)的混入，將是擊穿電壓下降。1、電壓壽命特性n關(guān)系1：n關(guān)系2：k為常數(shù)，n 為壽命指數(shù)，U0為局部放電起始放電電壓。nkUtnUUkt)(0lgtlgUlgtlgUlgU02、局部放電老化n巴申定律：n固體絕緣中氣泡或氣隙發(fā)生局部放電遵循巴申定律。n油浸絕緣與交聯(lián)聚乙烯相比，后者內(nèi)部發(fā)生局部放電時(shí)危害更大。n局部放電使高分子材料老化的機(jī)理：1）帶電質(zhì)點(diǎn)的轟擊；2）熱效應(yīng)；3）活性生成物 ；4）輻射效應(yīng)；5）機(jī)械力作用。 )(dPfUs（1）電樹枝n氣隙表面材料受局部放電的腐蝕 2、局部放電老化 （a） 空氣中 （b） 氮?dú)?/p>

6、中 人工氣隙中材料受放電腐蝕的圖形 n樹枝狀放電的發(fā)展 2、局部放電老化 (a) (b) 1-導(dǎo)體 2-屏蔽層 3-絕緣層 4-針尖 5-空隙 圖 3.2 聚乙烯電纜樹枝壯放電試驗(yàn)的電極裝置 2、局部放電老化n樹枝狀放電的發(fā)展 (a) (b) 圖 3.3 兩種樹枝的放電模型， （a）刷狀樹枝， （b）叢林狀樹枝 2、局部放電老化（2）水樹枝2、局部放電老化（2）水樹枝2、局部放電老化（3）油浸絕緣的老化n采用油紙絕緣結(jié)構(gòu)的電氣設(shè)備，在制造過程中可能混入氣泡；n在運(yùn)行中因濕度的影響、熱脹冷縮及電動(dòng)力和機(jī)械力作用的結(jié)果使紙層間存在氣隙或油隙。 油紙絕緣結(jié)構(gòu)中局部放電的發(fā)展2、局部放電老化二、熱老化

7、n有機(jī)絕緣材料若老化的主要過程是熱降解。熱降解是一系列復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，特別是指氧化反應(yīng)。n絕緣的熱老化遵循Arrhenius方程：n聚乙烯類材料若老化特征：材料的伸長率、拉伸強(qiáng)度等機(jī)械性能下降；電氣性能下降。)exp(0kTWvvan油浸紙材料1）固體絕緣材料老化特征：反應(yīng)纖維機(jī)械強(qiáng)度的性能指標(biāo)下降，如反應(yīng)抗拉強(qiáng)度的指標(biāo)聚合度；生成CO、CO2、H2O以及丙酮和糠醛等產(chǎn)物。2）絕緣油老化過程中產(chǎn)生氣體（低分子烴類氣體、 CO、CO2 等）、有機(jī)酸和X-臘等。二、熱老化第3章 常用的絕緣診斷方法n旋轉(zhuǎn)電機(jī)n變壓器n電纜3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)n旋轉(zhuǎn)電機(jī)的絕緣老化過程是典型的在機(jī)械力、熱和電效應(yīng)下的多種因

8、素作用下的老化過程。n電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的不平衡會造成機(jī)械系統(tǒng)的異常噪聲，是造成絕緣材料機(jī)械負(fù)荷加劇的主要原因。n測量電機(jī)的振動(dòng)情況，并根據(jù)振動(dòng)傳感器的信號頻譜分析是判斷異常噪聲的重要手段。n絕緣系統(tǒng)的運(yùn)行溫度也是影響絕緣老化的重要因素。3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)1、絕緣電阻試驗(yàn)n目的：確認(rèn)絕緣層 表面或內(nèi)部受潮、污損程度。n測量參數(shù)：定子繞組的絕緣電阻、吸收比或極化指數(shù)，轉(zhuǎn)子繞組的絕緣電阻。1min10minIRI1I10R1R102、泄漏電流試驗(yàn)n目的：絕緣內(nèi)部老化判斷。n測量參數(shù)：泄漏電流。n判斷方法：1）泄漏電流不隨時(shí)間增長而增大；2）相間泄漏電流比較及差值與歷史數(shù)據(jù)比較；3）電流增加率；4) 電流增

9、加傾向倍數(shù) m2=tg2/tg03.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)n結(jié)果分析：1)整相繞組(或分支)Pi2在額定電壓Un以內(nèi)明顯出現(xiàn)者(電流增加傾向倍數(shù)m21.6)，屬于有老化特征。絕緣良好者，Pi2不出現(xiàn)或在Un以上不明顯出現(xiàn)2)單根線棒實(shí)測或由Pi2預(yù)測的平均擊穿電壓，不小于(2.53)Un3)整相繞組電流增加率不大于下列值： 6kV：8.5；10kV：12 3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)3、介損試驗(yàn)n目的：絕緣的受潮和老化判定。n測量參數(shù)：定子整相繞組(或分支)及單根線棒的tg增量(tg)。 tg電壓電壓U0Un3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)n結(jié)果分析1）6kV及10kV電壓等級， tg值：6.5 %。 tg指額定電

10、壓下和起始游離電壓下tg(%)之差值。起始游離電壓分別取3kV和4kV 。2) 電壓為6kV和10kV的單根線棒在兩個(gè)不同電壓下的tg(%)值不大于下列值： 1.5Un和0.5Un ：11；相鄰0.2Un電壓間隔 ：2.5；0.8Un和0.2Un ：3.5。3.1 旋轉(zhuǎn)電機(jī)4、局部放電量（整相繞組或分支）定子電壓等級： 6kV 10kV最高試驗(yàn)電壓： 6kV 10kV試驗(yàn)電壓： 4kV 6kV局部放電量Qm：15000pC 15000pC5、整相繞組(或分支)交、直流耐壓試驗(yàn) 考驗(yàn)絕緣整體電氣性能。3.1節(jié) 旋轉(zhuǎn)電機(jī)6、絕緣剩余壽命推定nIEC：剩余擊穿電壓下降至初始值的50時(shí)為壽命終點(diǎn)。n各

11、項(xiàng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)與絕緣壽命具有一定關(guān)系。n各項(xiàng)試驗(yàn)參數(shù)聯(lián)合推定絕緣剩余壽命。n多因素絕緣老化下的絕緣剩余壽命推定。n特別注意局部放電量與剩余擊穿電壓具有良好的相關(guān)性。3.2 變壓器一、判斷故障的主要試驗(yàn)項(xiàng)目1、油中溶解氣體分析n當(dāng)氣體繼電器報(bào)警 、變壓器出口短路以及判斷絕緣老化時(shí)。n三比值法、改良電協(xié)研法等判斷方法。n運(yùn)行設(shè)備的油中H2與烴類氣體含量(體積分?jǐn)?shù))超過下列任何一項(xiàng)值時(shí)應(yīng)引起注意：1）總烴含量大于15010-6；2）H2含量大于15010-63）C2H2含量大于510-6 (500kV變壓器為110-6)n烴類氣體總和的產(chǎn)氣速率大于0.25ml/h(開放式)和0.5ml/h(密封式)，或

12、相對產(chǎn)氣速率大于10%/月則認(rèn)為設(shè)備有異常 3.2 變壓器二、當(dāng)油中氣體分析判斷有異常時(shí)可選擇的絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目n絕緣特性(絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)、tg、泄漏電流)n絕緣油的擊穿電壓、tgn絕緣油含水量n絕緣油含氣量(500kV)n局部放電(可在變壓器停運(yùn)或運(yùn)行中測量)n絕緣油中糠醛含量n耐壓試驗(yàn)3.2 變壓器三、判斷絕緣受潮可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目n絕緣特性(絕緣電阻、吸收比、極化指數(shù)、tg、泄漏電流)n絕緣油的擊穿電壓、tg、含水量、含氣量(500kV)n絕緣紙的含水量四、判斷絕緣老化可進(jìn)行試驗(yàn)項(xiàng)目n油中溶解氣體分析(特別是CO、CO2含量及變化)n絕緣油酸值n油中糠醛含量n油中含水量n絕緣紙或紙板

13、的聚合度 3.2 變壓器五、絕緣紙n聚合度：當(dāng)聚合度小于250時(shí)，應(yīng)引起注意。n油中糠醛含量（mg/L）1）油中氣體總烴超標(biāo)或CO、CO2過高時(shí)注意。2)超過以下值時(shí)，認(rèn)為絕緣非正常老化： 15年、510年、1015年、1520年分別為0.1、0.2、0.4、0.75。3）跟蹤檢測時(shí)，注意增長率。4）測試值大于4mg/L時(shí)，認(rèn)為絕緣老化已比較嚴(yán)重。3.3 電纜一、充油電纜1、充油電纜的監(jiān)測普遍認(rèn)為：（1）不存在長期老化引起的故障；（2）事故大多因?yàn)槁┯鸵稹?因此，對充油電纜的油壓和油量的監(jiān)測和報(bào)警非常重要。漏油原因：接頭鉛包和法蘭盤結(jié)合處； 振動(dòng)和熱伸縮引起外殼金屬開裂； 外力引起外殼損傷。3.3 電纜2、充油電纜絕緣老化參數(shù)和診斷標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)允許值tg (100C)53/66127/220kV: 0.03190/330kV: 0.01 油中溶解氣體分析（106）可燃?xì)怏w總量 1500 H2 500C2H2 痕量 CO 100CO2 1000CH4 200C2H6 200C2H4 2003.3 電纜二、XLPE電纜的絕緣診斷n水樹枝是引起絕緣事故的重要因素。氣隙氣隙局部電場集中局部電場集中氣隙中雜質(zhì)氣隙