高電技術(shù)系列電氣設(shè)備絕緣試驗課件

1、第五章 電氣設(shè)備絕緣試驗為了保證電氣設(shè)備乃至整個電力系統(tǒng)的安全可靠運行，必須恰當(dāng)?shù)倪x擇各種電氣設(shè)備的絕緣(包括絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu))，使之具有一定的電氣強度，并且使絕緣在運行過程中保持良好的狀態(tài)。電氣設(shè)備絕緣試驗的意義時至今日，電介質(zhì)理論仍遠(yuǎn)未完善，各種絕緣材料和絕緣結(jié)構(gòu)的電氣性能還不能僅依靠理論分析計算來解決問題，而必須同時借助于各種絕緣試驗來檢驗和掌握絕緣的狀態(tài)和性能，各種試驗結(jié)果也往往成為絕緣設(shè)計的依據(jù)和基礎(chǔ)。但是由于種種原因，絕緣仍然是電力系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，絕緣故障通常是引發(fā)電力系統(tǒng)事故的首要原因。第五章 電氣設(shè)備絕緣試驗為了保證電氣設(shè)備乃至整個電力系統(tǒng)電氣設(shè)備絕緣試驗的分類耐壓試驗:模

2、仿設(shè)備絕緣在運行中可能受到的各種電壓(包括電壓波形、幅值、持續(xù)時間等)，對絕緣施加與之等價的或更為嚴(yán)峻的電壓，從而考驗絕緣耐受這類電壓的能力，稱為耐壓試驗。這類試驗顯然是最有效和最可信的，但也有其不足的一面：有可能導(dǎo)致絕緣的破壞。故也稱破壞性試驗。檢查性試驗:測定絕緣某些方面的特性，并據(jù)此間接地判斷絕緣的狀況，稱為檢查性試驗。這類試驗一般是在較低電壓下進行的，通常不會導(dǎo)致絕緣的擊穿損壞，故也稱非破壞性試驗。 為了準(zhǔn)確全面的掌握電氣設(shè)備絕緣的狀態(tài)和性能，這兩類試驗都是不可缺少的，為了避免不必要的損失，一般將破壞性耐壓試驗放到非破壞性試驗合格通過之后再進行。電氣設(shè)備絕緣試驗的分類耐壓試驗:模仿設(shè)備

3、絕緣在運行中可能 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗主要是對各種電氣設(shè)備的絕緣定期進行檢查和監(jiān)督，以便及早發(fā)現(xiàn)絕緣缺陷，及時更換或修復(fù)，防患于未然。 絕緣故障大多因內(nèi)部存在缺陷而引起，有些絕緣缺陷是在設(shè)備制造過程中產(chǎn)生潛存下來的，還有一些絕緣缺陷則是在設(shè)備運行過程中在外界影響因素的作用下逐漸發(fā)展和形成的。 電氣設(shè)備絕緣預(yù)防性試驗主要是對各種電氣設(shè)備的絕緣定期進 絕緣缺陷 按絕緣缺陷存在的形態(tài)而言，絕緣缺陷可分為兩大類：集中性缺陷：如絕緣子瓷體內(nèi)的裂縫，發(fā)電機定子絕緣因擠壓磨損而出現(xiàn)的局部破損，電纜絕緣層內(nèi)存在的氣泡等; 分散性缺陷：如電機變壓器等設(shè)備的內(nèi)絕緣受潮，老化，變質(zhì)。絕緣缺陷 按絕緣缺陷存在的形態(tài)

4、而言，絕 當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，就會在設(shè)備的電氣特性上反映出來，通過測量這些特性的變化發(fā)現(xiàn)隱藏的缺陷，然后采取措施消除隱患。 絕緣預(yù)防性試驗的目的 當(dāng)絕緣內(nèi)部出現(xiàn)缺陷后，就會在設(shè)備的5-1 測定絕緣電阻一、兆歐表工作原理手搖式兆歐表數(shù)字式兆歐表5-1 測定絕緣電阻一、兆歐表工作原理手搖式兆歐表數(shù)字式兆歐表指針偏轉(zhuǎn)角 是被測絕緣電阻RX 的函數(shù)，因此就可以把偏轉(zhuǎn)角的讀書直接標(biāo)定為被測絕緣電阻的值，且不受電源電壓波動的影響。 兆歐表指針偏轉(zhuǎn)角 是被測絕緣電阻RX 的函數(shù)，因此就兆歐表的接線端子：線路端子（L）接被試品的高壓導(dǎo)體；接地端子（E）接被試品外殼或地；屏蔽端子（G）接被試品的屏蔽環(huán)或別的屏

5、蔽電極。屏蔽端子的作用：在被試品表面圈一金屬屏蔽環(huán)極，并將此環(huán)極接到兆歐表的端子G，使被試品表面的漏導(dǎo)電流直接由端子G流回發(fā)電機負(fù)極，從而排除表面漏導(dǎo)電流對被試品體積絕緣電阻測量的影響。兆歐表的接線端子：線路端子（L）接被試品的高壓導(dǎo)體；接地兆歐表的使用方法根據(jù)被測物的電壓等級，正確選用兆歐表，例如500V以下的電氣設(shè)備，應(yīng)選用500V兆歐表；1000V以上的電氣設(shè)備，應(yīng)分別選用1000V、2500V或5000V的兆歐表。 測量前，首先對兆歐表進行一次開路和短路試驗，檢查兆歐表是否完好。開路試驗是將兩根測量導(dǎo)線分開，搖動手柄，正常情況下表針應(yīng)該指到“”處。短路試驗是將兩根測量導(dǎo)線短接，緩慢搖動

6、手柄，正常情況下表針應(yīng)該指在“0”處。開路試驗時指針如不指在“處，短路試驗時指針如不指在“0”處，則該臺兆歐表屬于有故障，不能用于測量。兆歐表在使用時，應(yīng)放置平穩(wěn)，搖動手柄的速度應(yīng)控制在120rmin，且要均勻。連接兆歐表的導(dǎo)線，要選用絕緣良好的單股線，不要選用絞線；測量時兩根測量導(dǎo)線要分開，懸空。兆歐表的使用方法根據(jù)被測物的電壓等級，正確選用兆歐表，例對于高壓線路和高壓電氣設(shè)備，如電力變壓器、高壓電機等，測量前各相都要對地放電。測量時必須確認(rèn)被測物已切斷電源，也不可能受其它電源感應(yīng)帶電。禁止在雷電或鄰近設(shè)備帶有高壓電的情況下測量。在測量電纜線路、電容器、電機和變壓器等電氣設(shè)備絕緣電阻時，由于

7、兆歐表要向它們所存在的電容充電，所以測量結(jié)束后，應(yīng)對被測物短路放電。為了安全起見，測量時兩手不能同時接觸兆歐表的兩接線柱或其測量導(dǎo)線的金屬部位。測量中如指針已經(jīng)指零，則應(yīng)立即停止搖動手柄，以免燒壞表頭。對于高壓線路和高壓電氣設(shè)備，如電力變壓器、高壓電機等，測量數(shù)字式兆歐表數(shù)字式兆歐表與手搖式兆歐表的結(jié)構(gòu)不同，其主要組成部分有500V或1000V直流電壓形成電路（相當(dāng)于手搖式兆歐表中直流發(fā)電機的作用），測試電路包括AD轉(zhuǎn)換電路（相當(dāng)于手搖式兆歐表中的測量線圈的作用）以及LCD顯示器(相同于手搖式兆歐表中的指針的作用)。數(shù)字式兆歐表數(shù)字式兆歐表與手搖式兆歐表的結(jié)構(gòu)不同，其主要二、兆歐表的主要測量參

8、數(shù)絕緣電阻：一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕緣狀態(tài)最基本的綜合性特性參數(shù)。吸收比（K）：通常用時間為60s與15s時測得的絕緣電阻之比表示。絕緣良好時，最后穩(wěn)定的絕緣電阻值較高，而且要經(jīng)過較長的時間才能達到穩(wěn)定值。絕緣受潮或存在某些穿透性的導(dǎo)電通道，不僅最后穩(wěn)定的絕緣電阻值很低，而且還會很快達到穩(wěn)定值。吸收比可反映絕緣電阻隨時間而變化的關(guān)系。如絕緣良好，吸收比應(yīng)大于某一定值。二、兆歐表的主要測量參數(shù)絕緣電阻：一切電介質(zhì)和絕緣結(jié)構(gòu)的絕極化指數(shù)（P）：絕緣體在加壓后10min和1min所測得的絕緣電阻值R10與R1之比值。極化指數(shù)主要針對大中型電氣設(shè)備的絕緣；如絕緣良好，則此值應(yīng)不小于某一定值。對各類高壓

9、電氣設(shè)備絕緣所要求的絕緣電阻值、吸收比和極化指數(shù)，在電力部頒發(fā)的DL/T596-2019電力設(shè)備預(yù)防性試驗規(guī)程中有明確的規(guī)定。極化指數(shù)（P）：絕緣體在加壓后10min和1min所測得的三、測試功效可有效發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受潮兩極間有貫穿性的導(dǎo)電通道通過比較有或無屏蔽極時所測得的值獲得絕緣表面的情況不能發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷絕緣中的局部缺陷（如非貫穿性的局部損傷、含氣泡等）絕緣的老化（即使絕緣老化，其絕緣電阻還可能相當(dāng)高）三、測試功效可有效發(fā)現(xiàn)的絕緣缺陷總體絕緣質(zhì)量欠佳絕緣受注意不論是絕緣電阻的絕對值或是吸收比和極化指數(shù)的值都只是參考性的。如不滿足最低合格值，則絕緣中肯定存在某種缺陷；但

10、是，如滿足最低合格值，也還不能肯定絕緣是良好的，其原因是由于兆歐表的電壓較低的緣故，有些絕緣，特別是油浸的或電壓等級較高的絕緣，即使有嚴(yán)重缺陷，用兆歐表測得的絕緣電阻值、吸收比或極化指數(shù)，仍可能滿足規(guī)定要求。根據(jù)絕緣電阻或吸收比的值來判斷絕緣狀況時，不僅應(yīng)與規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)相比較，還應(yīng)與本絕緣過去試驗的歷史資料相比較，與同類設(shè)備的數(shù)據(jù)相比較，以及將同一設(shè)備的不同部分（如不同相）的數(shù)據(jù)相比較。注意不論是絕緣電阻的絕對值或是吸收比和極化指數(shù)的值都只是5-2 測定泄漏電流泄漏電流的測量原理和絕緣電阻的測量原理一致。但與絕緣電阻的測量相比較，泄漏電流的測量也有其獨特的特點：所加直流電壓較高，能揭示兆歐表不能發(fā)

11、現(xiàn)的某些絕緣缺陷。發(fā)電機的泄漏電流變化曲線泄漏電流i（A)1234Ut1-良好絕緣 2-受潮絕緣 3-有集中性缺陷的絕緣 4-有危險的集中性缺陷的絕緣5-2 測定泄漏電流泄漏電流的測量原理和絕緣電阻的測量所加直流電壓是逐漸升高的，則在升壓過程中，從所測電流與電壓關(guān)系的線性度，即可指示絕緣情況。兆歐表刻度的非線性度很強，尤其在接近高量程段，刻度甚密，難以精確分辨。微安表的刻度則基本上是線性的，能精確讀取。對直流電源的技術(shù)要求輸出電壓：為了彌補兆歐表電壓太低的不足，本試驗所需直流電壓較高，但也不可能太高，因為直流電壓與工頻電壓在絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)的分布是有很大不同的。表5-2-1所示。輸出電壓的極性應(yīng)符合

12、所需（一般為負(fù)極性）；輸出電壓值應(yīng)為連續(xù)可調(diào)的；其脈動因數(shù)應(yīng)符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不大于3%；有相應(yīng)的測壓系統(tǒng)。所加直流電壓是逐漸升高的，則在升壓過程中，從所測電流與電壓 T V RVC PV2 PV1AaTOA b T V RVC 輸出電流：常溫下，相應(yīng)試驗電壓下的泄漏電流值很小，一般不超過100A，即使接近運行溫度，泄漏電流值一般也不超過1mA。在測試時，被試品被擊穿，電源應(yīng)有自我保護，不受損壞。試驗注意事項若被試品低壓極不直接接地，測試系統(tǒng)可處在低電位，比較安全和方便。將測試系統(tǒng)和被試品低壓極用屏蔽系統(tǒng)全部屏蔽并接地。避免由于空氣電離造成的測量誤差。若被試品一極已固定接地，測試系統(tǒng)連同屏蔽系

13、統(tǒng)改接到高壓電路中，并將屏蔽系統(tǒng)與高壓引入線相接。由于測量儀表處在高壓側(cè)，觀察時應(yīng)特別注意安全。輸出電流：常溫下，相應(yīng)試驗電壓下的泄漏電流值很小，一般不超5-3 測定介質(zhì)損耗因數(shù)（tan）由公式 介質(zhì)的功率損耗和介質(zhì)損耗角正切tan成正比， tan是絕緣品質(zhì)的重要指標(biāo)，測量tan值是判斷電氣設(shè)備絕緣狀態(tài)的一項靈敏有效的方法。 tan能反映絕緣的整體性缺陷和小電容試品中的局部性缺陷。由tan隨電壓而變化的曲線，可判斷絕緣是否受潮、含有氣泡及老化的程度。但不能靈敏的反映大容量發(fā)電機、變壓器和電力電纜絕緣中的局限性缺陷，這時應(yīng)盡可能將這些設(shè)備分解，分別測量它們的tan。測量tan常用高壓交流平衡電橋

14、(西林電橋)，不平衡電橋(介質(zhì)試驗器)或低功率因數(shù)瓦特表來測量，主要介紹西林電橋。5-3 測定介質(zhì)損耗因數(shù)（tan）由公式 tan一、測試電路UI1 F I2V A P BCNCxGxVR3R4C4D被試品以并聯(lián)等值電路表示，其等值電容和電導(dǎo)分別為Cx和Gx；R3為可調(diào)的無感電阻；CN為高壓標(biāo)準(zhǔn)電容器的電容；C4為可調(diào)電容；R4為定值無感電阻；P為流檢流計。調(diào)節(jié)R3和C4，使電橋達到平衡，即通過檢流計P的電流為零，此時有UFA/UAD=UFB/UBDA、B兩處接有放電管V，目的是防止R3 、C4上出現(xiàn)高電壓。一、測試電路UI1 F I2V A高電技術(shù)系列電氣設(shè)備絕緣試驗課件為了計算方便，通常取

15、 。電源工頻時， 。 如C4以F計算，則在數(shù)值上， 為了計算方便，通常取 影響電橋準(zhǔn)確度的因素有：本試驗高壓電源對橋體雜散電容的影響。外界電場干擾。外界磁場干擾。消除以上幾種誤差因素，最簡單而有效的辦法是將電橋的低壓部分（最好能包括被試品和標(biāo)準(zhǔn)電容器的低壓電極在內(nèi)）全部用接地的金屬網(wǎng)屏蔽起來，這樣就能基本上消除上述三種誤差。影響電橋準(zhǔn)確度的因素有：本試驗高壓電源對橋體雜散電容的影實際中，絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接接在接地底座上的，即被試品的一極是固定接地的，這時得用反接線。 在反接線的情況下，電橋調(diào)平衡的過程以及所得的tan和Cx的關(guān)系式均與正接線無異，不同的是接地點移到F點，原來的兩個

16、調(diào)節(jié)臂直接接到高電壓下，此時R3，C4，檢流計P和屏蔽網(wǎng)均處于高電位，故必須保證足夠的絕緣水平和采取可靠的保護措施。 A P BCNCxRxR3R4C4FDU西林電橋反接線原理圖實際中，絕大多數(shù)電氣設(shè)備的金屬外殼是直接接在接地底座上的，即二、測試功效測tan能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：受潮；穿透性導(dǎo)電通道；絕緣內(nèi)含氣泡的電離，絕緣分層、脫殼；絕緣老化劣化，繞組上的附積油泥；絕緣油臟污，劣化等。測tan不能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：非穿透性的局部損壞；很小部分絕緣的老化劣化；個別的絕緣弱點。二、測試功效測tan能有效地發(fā)現(xiàn)絕緣的下列缺陷：受潮；三、測試注意事項盡可能分部測試tan與溫度的關(guān)系ta

17、n與試驗電壓的關(guān)系護環(huán)和屏蔽的影響測繞組時的注意事項三、測試注意事項盡可能分部測試tan與溫度的關(guān)系ta5-4 電壓分布的測量 在工作電壓作用下，沿著絕緣結(jié)構(gòu)的表面會有一定的電壓分布。一般在表面比較清潔時，其分布規(guī)律取決于絕緣結(jié)構(gòu)本身的電容和雜散電容；而在表面污染受潮時，則取決于表面電導(dǎo)。如果某一部分因損壞而導(dǎo)致該處的絕緣電阻急劇下降，則其表面電壓分布將有明顯的改變。因此通過測量絕緣表面上的電壓分布也能發(fā)現(xiàn)某些絕緣缺陷。 作為絕緣預(yù)防性試驗項目之一，測量電壓分最適用于那些由一系列元件串聯(lián)組成的絕緣結(jié)構(gòu)。 例如在電力系統(tǒng)中有大量的絕緣子在運行。輸電線路上的絕緣子串由若干片懸式絕緣子組成，支柱絕緣

18、子一般也由多個元件串聯(lián)構(gòu)成，高壓套管的瓷套也由許多個裙邊構(gòu)成。定期測量電壓沿著絕緣子各組成元件的分布狀況，是電力系統(tǒng)中常見的試驗項目之一。5-4 電壓分布的測量 在工作電壓作用下，沿著表面清潔的懸式絕緣子串的電壓分布不但取決于絕緣子本身的電容，而且也受到各元件與地電位物體（鐵塔、架空地線、大地等）及高壓導(dǎo)線之間的雜散電容的影響。C為每片絕緣子的本體電容，其值一般約為4055pF；C1為各元件對地電容，C2為各元件與高壓導(dǎo)線之間的電容。實際上各個元件C1值不是相等的，C2值也一樣；平均可取C145pF，C2 0.51pF表面清潔的懸式絕緣子串的電壓分布不但取決于絕緣子本身的電C1的影響是造成一定的分流，使最靠近高壓導(dǎo)線的那片絕緣子流過的電流最大，因而分到的電壓也最大，其