套管和絕緣子的狀態(tài)分析與診斷.ppt

1、第十一章 套管和絕緣子的狀態(tài)分析與診斷,高壓絕緣子按用途分為線路絕緣子和電站電器絕緣子兩類。高壓線 路絕緣子包括針式絕緣子、盤形懸式絕緣子、棒形懸式絕緣子、橫擔絕 緣子、電氣化鐵道用絕緣子、蝴蝶形絕緣子和拉緊絕緣子等。高壓線路 中廣泛應用盤形懸式絕緣子，針式絕緣子常用于35kV及以下電壓等級的 線路上，瓷橫擔絕緣子用于110kV及以下電壓等級的線路。高壓電站電器 絕緣子，包括支柱絕緣子和套管絕緣子等。支柱絕緣子包括戶外用的棒 形絕緣子、針式支柱絕緣子和戶內(nèi)支柱絕緣子。戶外支柱絕緣子用于電 站支持母線或隔離開關等電器上，戶內(nèi)支柱絕緣子通常用于35kV及以下 戶內(nèi)隔離開關及母線支撐。高壓套管絕緣子

2、包括用于電站的穿墻套管以 及用于電氣設備的變壓器套管和油開關套管等。 套管和絕緣子在搬運和施工過程中，可能會因碰撞而留下傷痕；在 運行過程中，可能由于雷擊，而使其破碎或損傷；由于機械負荷和高電 壓的長期聯(lián)合作用，而導致劣化，這都將使其擊穿電壓不斷下降。當絕 緣子擊穿電壓下降至小于沿面干閃電壓時，就稱為低值絕緣子。當?shù)椭?絕緣子的內(nèi)部擊穿電壓為零時，就稱為零值絕緣子。當絕緣子串存在低 值或零值絕緣子時，在污穢環(huán)境中，在過電壓甚至在工作電壓作用下就 易發(fā)生閃絡事故。因此，及時檢出運行中存在的不良絕緣子，排除隱患 ，對減少電力系統(tǒng)事故、提高供電可靠性是很重要的。,第一節(jié) 套管和絕緣子的絕緣試驗,一、

3、套管絕緣試驗 套管的定期預防性試驗項目主要進行主絕緣及電容型套管末屏 對地絕緣電阻、主絕緣及電容型套管末屏對地tan與電容量。在大修 后或必要時進行油中溶解氣體色譜分析交流耐壓試驗和局部放電試 驗。 1、絕緣電阻的測試 套管的絕緣電阻測量是為了初步檢查套管的絕緣情況，在交流 耐壓試驗前后均須進行。測量前要先用干燥清潔的布擦去其表面污 垢，并檢查套管有無裂紋及燒傷情況。應用2500V兆歐表進行測量， 兆歐表的兩個端鈕分別接在套管的導桿和法蘭上。,2、介質(zhì)損耗角正切和電容量的測量 測量20kV及以上非純瓷套管的介質(zhì)損耗角正切和電容值是判斷高壓 套管絕緣的一項重要指標。因為套管劣化、受潮等都會導致其

4、介質(zhì)損耗 角正切的增加，所以根據(jù)介質(zhì)損耗角正切的變化可以較靈敏地反映出絕 緣的劣化和其他局部缺陷。 測量套管的介質(zhì)損耗角正切可采用QS1型西林電橋，用西林電橋測量 單獨套管的tan值，可采用正接線方式。已安裝于電力設備上的高壓套管 ，其法蘭盤與設備金屬外殼直接連接并接地。測量這些套管的tan值時， 首先應將與套管連接的引線或繞組斷開。除接地屏經(jīng)小套管引出時可用 上述正接線法測量外，一般用反接線法測量。 在采用西林電橋測量套管的介質(zhì)損耗角正切時，有時往往只測電容 芯子的介質(zhì)損耗角正切，或只測量油紙?zhí)坠軐щ娦緦Τ閴夯驕y量端子間 的tan，而不測量端子或抽壓端子的介質(zhì)損耗角正切。由于套管內(nèi)部初期 進

5、水受潮時，潮氣和水分只進入末屏附近的絕緣層，故占總體積的比例 甚小，往往反映不出來，這給電氣設備安全運行留下隱患。,3、交流耐壓實驗 套管在交接時或大修后需要進行交流耐壓試驗，試驗時應先將 被試套管表面擦干凈。對于變壓器或油斷路器等充油設備上的套管 ，應將下部浸于絕緣油內(nèi)，法蘭與油箱外殼連接并接地，接地屏同 時接地，在導桿上施加試驗電壓。 4、局部放電測量 對66kV及以上的電容型套管在大修后可測量局部放電作為輔助 試驗，關于局部放電試驗請參閱本書相關章節(jié)，這里不再介紹。,二、絕緣子絕緣試驗 支柱絕緣子和懸式絕緣子的預防性試驗項目主要包括：零值絕 緣子檢測、絕緣電阻測量、交流耐壓試驗、絕緣子表

6、面污穢物的等 值鹽密測定等。 1、絕緣電阻的測試 清潔干燥的良好絕緣子，其絕緣電阻是很高的。電瓷有裂紋時 ，絕緣電阻一般也沒有明顯的降低。當電瓷龜裂處有濕氣及灰塵、 臟污入侵后，絕緣電阻將顯著下降，僅為數(shù)百甚至數(shù)十兆歐，用兆 歐表可以明顯地檢出。測量多元件支柱絕緣子每一元件的絕緣電阻 時，應在分層膠合處繞銅線，然后接到兆歐表上，以免在不同位置 測得的絕緣電阻數(shù)值相差太大，造成誤判斷。規(guī)程規(guī)定，用 2500V兆歐表測量絕緣電阻時，多元件支柱絕緣子和每片懸式絕緣子 的絕緣電阻不應低于300M。500kV懸式絕緣子的絕緣電阻不低于 500M。,2、交流耐壓試驗 對于單元件的支柱絕緣子，交流耐壓目前是

7、最有效、最簡易的 試驗方法。預防性試驗時，可用交流耐壓試驗代替測量電壓分布和 絕緣電阻，或用它來最后判斷用上述方法檢出的絕緣子。對于絕緣 子的交流耐壓實驗，各級電壓的支柱絕緣子和懸式絕緣子的交流耐 壓試驗電壓標準見表11-1和表11-2。按試驗電壓標準耐壓1min，在 升壓和耐壓過程中不發(fā)生跳弧為合格。對運行中的35kV變電所內(nèi)的 支柱絕緣子，可以連同母線進行整體耐壓，試驗電壓為100kV，時間 為1min，耐壓完畢后，必須測量各膠合元件的絕緣電阻，以檢出不 合格的元件。對于穿墻套管絕緣子，應根據(jù)實際狀態(tài)進行加壓。對 變壓器出線套管，如系35kV電壓等級，試驗時套管內(nèi)應充滿油，下 半部應浸入絕

8、緣油中再加壓。,表11-1 支柱絕緣子的交流耐壓試驗標準（kV）,表11-2 懸式絕緣子的交流耐壓試驗標準,3、表面污穢物等值鹽密測定 此試驗為新增項目。目的確良是累積每個電站污染狀況定量數(shù) 據(jù)，為準確調(diào)正污絕緣水平提供數(shù)據(jù)。鹽密值超過規(guī)定時，應根據(jù) 情況采取調(diào)爬、清掃、涂料等措施。含鹽量可用測鹽溶液電導率或 密度的方法來確定。等值鹽密法的最大優(yōu)點是直觀易懂，對人員和 設備要求較高，便于推廣。其缺點是不反映污穢成分，不反映非電 物質(zhì)的含量，不反映污穢在絕緣子上的分布。而污穢又分為4個階段 ：污穢的沉積、受潮、干區(qū)的形成和局部電弧的發(fā)展，所以等值鹽 密法的測量結(jié)果只反映積累污穢的結(jié)果，不反映過程

9、。因此不能反 映局部電弧的發(fā)展狀況。,第二節(jié) 絕緣子的電位分布實驗,一、絕緣子串電壓分布規(guī)律 每一個絕緣子就相當于一個電容器，因此一個絕緣子串就相當于由 許多電容器組成的鏈形回路。因為絕緣子的體積電阻和表面電阻較正常 情況下（50Hz）的容抗大得多，所以一般將它看成串聯(lián)的電容回路。如 果不考慮其他因素影響，由于每個絕緣子的電容量相等，因而在絕緣子 串中，每一片絕緣子分擔的電壓是相同的。但由于每個絕緣子的金屬部 分與桿塔（地）間、導線間均存在雜散電容（寄生電容），絕緣子串中 每個絕緣子實際所分擔的電壓并不相同。,圖1 絕緣子串的等值電路圖 （a）僅考慮金屬部分對桿塔的電容（b）僅考慮金屬部分對導

10、線的電容,在圖（a）中，C為絕緣子本身的電容，Cz為其金屬部分對桿塔的電容。由于存在這種電容，當有電位差時，就有一個電流經(jīng)Cz流入接地支路。流經(jīng)Cz的電流都分別要流經(jīng)電容C，因此，愈靠近導線的電容C所流經(jīng)的電流就愈大。由于各絕緣子電容大致相等，則它們的容抗也大致相等，又由于靠近導線的絕緣子的電容電流較大，所以此處每片絕緣子上的電壓降也就較大。絕緣子串的電壓分布如下圖中的曲線1,在圖（b）中，C為絕緣子本身的電容，Cd為其金屬部分對導線的電容。由于每個電容Cd兩端均有電位差，因此就有電容電流流過，而且都必須經(jīng)電容C到地構(gòu)成回路，這樣就使離導線愈遠的絕緣子所流過的電流愈多，電壓降也愈大。絕緣子串的

11、電壓分布如圖11-2的曲線2,絕緣子串的電壓分布曲線圖 1僅考慮Cz作用；2僅考慮Cd作用；3考慮Cz、Cd兩者同時作用,由于絕緣子金屬部分對導線的電容Cd比其對地電容Cz小，因而流過的電流也小，所以產(chǎn)生的壓降就相對地較小。實際的絕緣子串各個絕緣子上的電壓分布應考慮兩種電容的同時作用，即沿絕緣子串的電壓分布應該由分別考慮Cz與Cd所得到的電壓分布相疊加，如圖中的曲線3所示。由圖可見，沿絕緣子串的電壓分布是極不均勻的，靠近導線的絕緣子電壓降最大，離導線愈遠的絕緣子兩端壓降愈小，當絕緣子靠近桿塔橫擔時，絕緣子電壓降又升高。絕緣子串愈長，電壓分布愈不均勻，愈容易導致某些部位的絕緣損壞。,二、絕緣子串

12、電壓分布測量方法 測量電壓分布的工具有短路叉、電阻分壓桿、電容分壓桿、火 花間隙檢驗桿等。短路叉這是檢測損壞絕緣子（又稱零值絕緣子） 最簡便的工具，其檢測方法如圖所示。,短路叉檢測法圖,檢測桿端部裝上一個金屬絲做成的叉子，把短路叉的一端2和下面絕緣子的鋼帽接觸，當另一端1靠近被測絕緣子的鋼帽時，1和鋼帽間的空氣隙會產(chǎn)生火花。被測絕緣子承受的分布電壓愈高，出現(xiàn)火花愈早，而且火花的聲音也愈大，因此根據(jù)放電情況可以判斷被測絕緣子承受電壓的情況。如果被測絕緣子是零值的，就不承受電壓，因而就沒有火花。這種測桿不能測出電壓分布的具體數(shù)值，但可以檢查出零值絕緣子。在使用時應注意，當電壓等級較低時（35kV及

13、以下）不能因火花間隙放電而引起相對地閃絡。,2.電阻分壓桿、電容分壓桿 電阻分壓桿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和接線如圖11-4所示，其中圖 (a) 、 (b)是表示測量兩點之間電位差的外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部連接圖，適用于 110kV及以上的變電所和線路絕緣子串測量；圖11-4 (c) 、(d)是表 示測量某點對地電位的外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部連接圖，適用于35kV變電所 內(nèi)支柱絕緣子的測量。這種檢驗桿應預先在室內(nèi)求出端部電壓和微 安表讀數(shù)的關系，并應經(jīng)常校準。通常盤形懸式絕緣子C50pF， =64M。當采用電阻為220M的絕緣桿與之并聯(lián)時，阻抗值降為50M，將 會導致約20%的誤差，這需要在測量中注意。在強電場附近測量時， 要

14、注意外界電場對表讀數(shù)的影響，必要時需采用適當?shù)目垢蓴_措施 。,電阻分壓桿測量法圖 (a)測量兩點電位差的外部連接; (b)測量兩點電位差的內(nèi)部連接; (c)測量某點電位的外部連接; (d)測量某點電位的內(nèi)部連接,當采用圖(a)方法測量時，若某片絕緣子片的電位差為0，則該 片絕緣子即為零值絕緣子。當采用圖 (b)方法測量時，應先從母線 端開始讀取微安表的讀數(shù)，依次往下進行，所測得的微安數(shù)應該是 遞減的，如出現(xiàn)某片絕緣子與上一片絕緣子電流值相同，則該片絕 緣子就是零值絕緣子。 電容分壓桿與電阻分壓桿類似，只是將電阻串和帶有橋式整流 的微安表，換成一個或幾個串聯(lián)且能承受被測電壓的高壓電容器與 一個小

15、量限指針式的靜電電壓表相串聯(lián)。當電容器的電容量取的足 夠小的時候，被測量的電壓都分布在電容器上，因此小量限的電壓 表就可測量幾千到幾萬伏的電壓。,2.火花間隙檢測桿 圖所示為一種可調(diào)火花間隙的檢測桿，其測量部分是一個可調(diào) 的放電間隙和一個小容量的高壓電容器相串聯(lián)，預先在室內(nèi)校好放 電間隙的放電電壓值，并標在刻度板上，測桿在機械上可以旋轉(zhuǎn)。 這樣，在現(xiàn)場當接到被測的絕緣子上后，轉(zhuǎn)動操作桿，改變放電間 隙，直至開始放電，即可讀出相應于間隙距離在刻度板上所標出的 放電電壓值。如果某一元件上的分布電壓低于規(guī)定標準值，而相鄰 其他元件的分布電壓又高于標準值時，則該元件可能有缺陷。為了 防止因火花間隙放電

16、短接了良好的絕緣元件而引起相對地閃絡，可 以用電容與火花間隙串聯(lián)后再接到探針上去。電容值約為30pF,與一 片良好的懸式絕緣子的電容值接近。因為和電容串聯(lián)的火花間隙的 電容量只有幾皮法（pF），所以電容的存在基本上不會降低作用于 間隙上的被測電壓。,這種檢測工具的缺點是 ，動電極容易損傷而變形， 放電電壓受溫度影響，檢測 結(jié)果分散性大，這些都使其 檢測的準確性較差，而且測 量時勞動強度較大，時間也 較長，因此，它僅用于檢驗 性測量，對于零值絕緣子的 檢測還是有效的。,可調(diào)火花間隙檢測桿測量法圖,第三節(jié) 套管和絕緣子故障診斷,一、絕緣子運行狀態(tài)分析 在運行中，絕緣子承受著工作電壓和各種過電壓的作

17、用，承 受著絕緣子自重、導線重量、覆冰重量、風力、震動力以及系統(tǒng) 運行中的電磁、機械力，其工作條件通常是非常惡劣的，所以一 個好的絕緣子應該具有熱穩(wěn)定、耐放電、耐污穢、抗拉、抗彎、 抗扭、耐振動、耐電弧、耐泄漏、耐腐蝕等性能。絕緣子在電力 系統(tǒng)中數(shù)量極大，一條近代超高壓輸電線路上所用的絕緣子可能 達上百萬個。 按擊穿類型可將絕緣子分為“不擊穿”型和“可擊穿”型。 通常將擊穿距離與閃絡距離之比小于1/2的絕緣子作為可擊穿型 ?？紤]絕緣子的滑閃放電特性，又可分為“不滑閃”型和“可滑 閃”型。絕緣子表面上的電力線基本上與表面平行或相切的屬于 “不滑閃”型，而“可滑閃”絕緣子的法線分量和切線分量同時

18、存在。,傳統(tǒng)的用于制造絕緣子的材料是高壓電瓷，它具有絕緣性能和化學 性能穩(wěn)定的特點，并具有較高的熱穩(wěn)定性和機械強度。后來發(fā)展了玻璃 、鋼化玻璃、高堿玻璃、澆注環(huán)氧樹脂作為絕緣子的絕緣材料。硅橡膠 有機絕緣子近年來得到了飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)開始用于500kV高壓輸電線 路中。 絕緣子性能主要由電氣性能、機械性能、熱性能和抗老化性能等決 定。絕緣子的電氣性能主要包括絕緣子閃絡特性、各種過電壓下的電氣 性能、絕緣子的污穢閃絡特性、油中工頻擊穿電壓特性；絕緣子的機械 性能主要包括抗彎強度；絕緣子的熱性能主要包括其冷熱性能。 規(guī)程規(guī)定，用2500V兆歐表測量絕緣電阻時，多元件支柱絕緣子 和每片懸式絕緣子的

19、絕緣電阻不應低于300M。500kV懸式絕緣子的絕緣電 阻不低于500M。 而對于絕緣子的交流耐壓實驗，各級電壓的支柱絕緣子和懸式絕緣 子的交流耐壓試驗電壓標準見表。按試驗電壓標準耐壓1min，在升壓和 耐壓過程中不發(fā)生跳弧為合格。對運行中的35kV變電所內(nèi)的支柱絕緣子 ，可以連同母線進行整體耐壓，試驗電壓為100kV，時間為1min，耐壓完 畢后，必須測量各膠合元件的絕緣電阻，以檢出不合格的元件。對于穿 墻套管絕緣子，應根據(jù)實際狀態(tài)進行加壓。對變壓器出線套管，如系 35kV電壓等級，試驗時套管內(nèi)應充滿油，下半部應浸入絕緣油中再加壓 。,支柱絕緣子的交流耐壓試驗標準（kV）表,懸式絕緣子的交流

20、耐壓試驗標準表,二、套管運行狀態(tài)分析,高壓套管主要用在高壓載流導體需要穿過與其電位不同的金屬 箱殼或墻壁處，通常按絕緣結(jié)構(gòu)和主絕緣材料的不同，將高壓套管 分為單一絕緣套管（純瓷套管、樹脂套管）、復合絕緣套管（充油 套管、充膠套管、充氣套管）、電容式套管（油紙電容式套管、膠 紙電容式套管）等；按用途不同可分為穿墻套管和電器套管，其中 電器套管又按具體配套對象分為變壓器、互感器、斷路器套管。 純瓷套管內(nèi)部采用空氣腔或被短路的空氣腔絕緣結(jié)構(gòu)，為了克 服滑閃常在法蘭附近設置大傘裙并涂覆導電層，以均勻電場；充油 套管其徑向是用變壓器油絕緣，瓷套起徑附加絕緣和外絕緣作用， ；電容式套管由電容芯子、瓷套、連

21、接套筒和固定附件組成，電容 芯子是套管的主絕緣，瓷套是外絕緣和保護芯子的密閉容器。油紙 電容芯子是用電纜紙和油作絕緣，膠紙電容芯子是有酚醛樹脂或環(huán) 氧樹脂涂覆紙作絕緣，電極一般用鋁箔或金屬化紙。電容芯子兩端 加工成階梯狀或錐形，并全部浸在變壓器油中。高壓電容式套管設 有介質(zhì)損耗測量端子，用小瓷套從末屏（電容芯子最外層電極）引 出，運行時接地。,套管式結(jié)構(gòu)是一種容易發(fā)生滑閃放電的絕緣結(jié)構(gòu)。為了提高套 管的閃絡電壓，必須采取防止滑閃的措施，改善電場分布。瓷套形 外絕緣套管，其放電性能要求與一般絕緣子相同；內(nèi)絕緣套管是一 個電場比較復雜的電容芯子，其熱穩(wěn)定性、耐局部放電性能至關重 要。 電容型套管絕

22、緣電阻測量結(jié)果應滿足：導電芯對抽壓端子或測 量端子間的絕緣電阻不小于10000M，抽壓端子和測量端子間的絕緣 電阻不小于1000M，測量端子對法蘭的絕緣電阻應不小于1000M。 套管的耐壓試驗標準見表11-5，試驗時間為1min。若試驗中該 套管無放電現(xiàn)象，內(nèi)部無擊穿響聲，儀表指示穩(wěn)定，則認為合格， 試驗時允許套管上部有電暈現(xiàn)象。,套管的交流耐壓試驗標準（kV）表,規(guī)程規(guī)定20時tan值（%）不應大于下表的規(guī)定值。,末屏對地絕緣電阻小于1000M時，測量末屏對地的tan值，且不 大于2%。電容型套管電容值與出廠值或上一次測量值相比超過5% 時要查明原因。在測量套管介質(zhì)損耗角正切時，可以同時測得

23、其電 容值，其允許偏差為5%。當套管受潮或電容套管中的一層或數(shù)層 電容短路時，測得的電容值將增大，此時應查明原因，作出正確分 析。,高壓套管在20時的tan規(guī)定值（%）表,三套管和絕緣子故障診斷 通常絕緣材料的老化大多是電的、機械的、熱的、環(huán)境方面等 各種主要因素復雜地交叉作用而引起的，因此呈現(xiàn)的老化也是多種 多樣的。這些異?，F(xiàn)象都是能在維護檢查時發(fā)現(xiàn)，為了事先預防事 故而應列為檢查的重要項目。 龜裂 在發(fā)現(xiàn)瓷絕緣子、絕緣套管及環(huán)氧樹脂制品上有龜裂的情況， 無論從電氣性能還是機械性能方面說，都是有危險的，必須盡快更 換。局部的裙邊缺損或凸緣缺損，雖然不一定會引起事故，但由于 會擴展成龜裂，所以

24、應及時早日更換為好。 對于瓷制的和高分子材料制的絕緣子和絕緣套管來說，發(fā)生龜 裂的原因有下列幾方面： 1)瓷絕緣子、絕緣套管龜裂的原因 （1）瓷件表面和內(nèi)部存在著制造過程中產(chǎn)生的微小缺陷，因反復承受外力等作用，使其受到機械應力，然后發(fā)展出現(xiàn)龜裂、裙邊斷裂等。 （2）過電壓或污損引起的閃絡，使瓷件受到電弧、局部過熱而引起破壞。,3）絕緣子上涂敷硅脂，一般是作為防污損的措施。當長時間不重涂 硅脂而繼續(xù)使用時，會因硅脂的老化產(chǎn)生漏電流和局部放電，以及 發(fā)生瓷絕緣子表面釉劑的剝落，裙邊缺損和裂縫。 （4）由于緊固金具過緊，使瓷件的某些部位上受到過大的應力。 （5）由于操作時的疏忽，使絕緣子受到意外的外力打擊或投石等外力破壞等原因引起損傷。 （6）使用于設備上的瓷套，如內(nèi)部設備配合不好，有時會引起瓷套間接性的破壞。 2)高分子材料的絕緣子、套管龜裂的原因 （1）制造過程中材料固化收縮時產(chǎn)生的殘留內(nèi)應力會引起龜裂。 （2）設備在反復運行、停運的過程中造成的熱循環(huán)，會因不同材料熱膨脹系數(shù)的差別，而使制品受到循環(huán)熱應力，從而引