电气设备绝缘试验方法研究.docx

郑州电力高等专科学校毕业设计（论文）题目电气设备绝缘试验方法研究学生姓名周飞学号61331023专业电气自动化班级电气2013指导教师至评阅教师李鹏完成日期2014年04月18日电气设备绝缘试验方法研究学生：周飞指导老师：李鹏（郑州电力高等专科学校）摘要对电气设备定期进行绝缘预防性试验，能及时发现设备绝缘材料遗留的或运行中产生的局部缺陷，便于掌握电气设备的运行状况及其绝缘的完好性。本文主要介绍了电气设备绝缘的试验原理，试验方法，详细论述其所用的主要仪器和设备以及试验结果的分析和判断方法。还对其在未来电力系统中开展趋势，应用前景进行阐述介绍。关键词：电气设备绝缘实验；实验原理方法；开展趋势前言判断电气设备能否继续投入运行和预防损坏，使设备始终保持较高的绝缘水平，是保证电气设备绝缘可靠工作和变电站平安运行的重要工作。通过试验,掌握设备绝缘状况,及时发现绝缘内部隐藏的缺陷,并通过检修加以消除,严重者必须予以更换,以免设备在运行中发生绝缘击穿,造成停电或设备损坏等不可挽回的损失。绝缘预防性试验可分为两大类:一类是非破坏性试验或称绝缘特性试验,是在较低的电压下或用其他不会损坏绝缘的方法来测量各种特性参数,主要包括测量绝缘电阻、泄漏电流、介质损耗角正切值等,从而判断绝缘内部有无缺陷。实验证明,这类方法是行之有效的,但目前还不能只靠它来可靠地判断绝缘的耐电强度。另一类是破坏性试验或称耐压试验,试验所加电压高于设备的工作电压,对绝缘考验非常严格,特别是揭露那些危险性较大的集中性缺陷,并能保证绝缘有一定的耐电强度,主要包括直流耐压、交流耐压等。而电气设备绝缘在线检测技术的可行性分析电气设备在线检测技术是一种采用运行电压来对高压设备绝缘状况进行试验的方法，它可以大大提高试验的真实性与灵敏度，及时发现缺陷。近年来，随着传感技术、信号采集技术、数字分析技术、红外线检测技术与计算机技术的开展和应用，电力网的在线检测技术得到了飞速开展。目录才商要错误!未定义书签。前言错误!未定义书签。1电气设备绝缘实验原理错误味定义书签。1.1 绝缘电阻和吸收比的测量错误味定义书签。1.2 泄漏电流的测量错误!未定义书签。1.3 3介质损失角正切的测量错误味定义书签。2电气设备的绝缘及试验方法错误!未定义书签。2.1电力变压器的绝缘与试验错误!未定义书签。2.2互感器的绝缘与试验错误!未定义书签。2.3 高压断路器的绝缘与试验错误!未定义书签。2.4 电力电缆的绝缘与试验错误!未定义书签。2.5 电容器的绝缘与试验错误味定义书签。2.6 发电机的绝缘与试验错误!未定义书签。2.7 避雷器的试验错误!未定义书签。3电气设备绝缘在线监测技术开展错误!未定义书签。3.1.绝缘劣化的一些根本特征错误!未定义书签。32断路器设备错误味定义书签。3.3. 在线监测指导下状态检修的特点：错误!未定义书签。34在线监测技术指导下的状态检修与定期预防性试验技术指导下方案检修的比拟与开展：错误!未定义书签。35结论-5致谢-16-参考文献111电气设备绝缘实验原理1.l绝缘电阻和吸收比的测量1 .常用兆欧表的工作原理驱动转轴，发出的电压整流后加至两个并联的电路上。当1.A和1.V中有电流时，它们受到磁场力的作用。由于两个线圈绕向不同，产生相反方向的转动力矩。在力矩差的作用下,线圈带动指针旋转，直到两个转矩相互平衡。因为转轴上没有弹簧游丝，所以线圈中没有电流时，指针可停留在任一偏转角的位置。2 .绝缘的吸收比和极化指数绝缘在加压60s与15s时所测得的绝缘电阻值之比，称为绝缘的吸收比kl；极化指数是指绝缘在加压IOmin和Imin时所测得的绝缘电阻值与之比k2。对于大容量设备，其绝缘的极化和吸收过程很长，吸收比Kl缺乏以充分反映绝缘介质吸收电流的全过程，此时改用极化指数K2作为和绝缘电阻判断绝缘状况的共同标准。3 .测量时注意的几个问题（1）应选用适宜电压等级的兆欧表；（2）测量前要断开被试品的电源及与其他设备的一切连线，测量前后都要充分放电；（3）读取绝缘电阻值后，先断开接至被试品的火线,然后再将兆欧表停止运转；（4）测量时应记录当时的温度.4 .测量结果的分析判断（1）所测得的绝缘电阻值应大于或等于一般规程规定的允许值。（2）将所测的绝缘电阻值，换算至同一温度下，与出厂、交接、历年、大修前后和耐压前后的数值进行比拟；与同型设备、同一设备相间比拟。比拟的结果均不应有明显的差异，否那么应引起注意，对重要的设备必须查明原因。（3）对电容量比拟大的高压电气设备如电缆、变压器发电机、电容等的绝缘状况，主要以吸收比和极化指数的大小作为判断依据。如果吸收比和极化指数有明显下降者，说明绝缘受潮，或油质严重劣化。1.2泄漏电流的测量1 .试验接线（1） .微安表接在高压侧（2）微安表接在低压侧2 .微安表的保护3 .试验结果的分析判断测量泄漏电流时，要注意温度、湿度和外表泄漏电流等对测量结果的影响，比拟测试值时，应将测试值换算至同一环境条件下进行比拟。对某些设备，其泄漏电流值试验规程中有明确规定，这时应根据测量值是否小于规定值来判断绝缘的状况。对试验规程中没有明确规定泄漏电流的设备，可与历年试验结果比拟；与同型设备比拟；同一设备各项相互比拟，根据泄漏电流的变化情况作出绝缘状况判断。1.3介质损失角正切的测量西林电桥处于低压侧，带低电位，这种接线称为正接法，此要求被试品两极均对地绝缘。电桥置于高压侧，而将被试品和标准电容器置于低压侧，此种接线称为反接法。反接法不影qF响测量结果,但必须保证电桥有足够的绝缘水平和采取可靠Q的保护措施，以确保电桥和测试人员的平安。2电气设备的绝缘及试验方法2.1 电力变压器的绝缘与试验1 .变压器的绝缘结构我国生产的油浸式电力变压器中主绝缘几乎均采用油屏障绝缘结构，35kV及以下的采用胶纸筒和油间隙所构成的油屏障绝缘结构，35kV及以上的采用不含胶的绝缘纸和纸板构成的绝缘层和油间隙结构。IlokV及以上的油浸式采用小油隙(油隙小于12mm)结构，60kV以下电压等级的常采用大油隙20mm左右)结构。变压器绝缘分为外绝缘和内绝缘。而内绝缘又分为绕组绝缘，引线及分接开关绝缘，套管内绝缘，套管下部油中的沿面绝缘。2 .变压器的绝缘材料和绝缘性能绝缘材料又称电介质，是电阻率高导电能力低的物资绝缘材料可用于隔离带电或不同电位的导体，使电流按一定方向流通在变压器产品中，绝缘材料还起着散热冷却支撑固定灭弧改善电位梯度防潮防霉和保护导体等作用。变压器绝缘材料电气性能的四个根本参数包括绝缘电阻、介电系数、介质损耗因数和绝缘强度(1)绝缘材料的电阻是指绝缘材料在直流电压的作用下，加压时间较长，且使线路上的充电电流和吸收电流消失，只有漏电电流通过时的电阻值，一般规定为电压加上一分钟后，所测得的电阻值即绝缘电阻值。绝缘电阻与湿度，杂质，电场强度等因素有关。(2)在交流电压作用下，电介质中局部电能将转变为热能，这局部能量叫做介质损耗，它主要是由导电和缓慢松弛极化引起的，它又是导致电介质发生电击穿的根源通常把单位时间内消耗的能量叫做介质损耗功率。电介质损耗的形式分为：游离损耗偶极损耗电导损耗不均匀介质损耗。(3)在电气设备运行过程中由于长期受各种因素作用，绝缘材料发生一系列不可逆的化学物理变化，从而导致了电气性能和机械性能的劣化，这种不可逆的变化通常称为老化。绝缘老化分为热老化环境老化和电老化造成老化的因素有热电光氧辐射线及微生物等。3 .电力变压器的绝缘试验(1)绕组绝缘电阻、吸收比或极化指数的测量(2)泄漏电流的测量特点：比测量绝缘电阻具有更高的灵敏度，能较灵敏地发现变压器套管密封不严进水、高压套管裂纹等其他试验工程不易发现的缺陷。试验接线与测量次数及部位：与测量绝缘电阻的相同，测量时将直流高电压试验装置的高压输出端接至被测绕组，非被测绕组接外壳及地。判断标准：一般与同类型设备数据比拟或与同一设备历年数据比拟，不应有显著变化，并结合其他绝缘试验结果综合分析做出判断。(3)介质损失角正切的测量加一个电压Ul时，在铁心中就产生一个磁通,根据电磁感应定律，那么在二次绕组中就产生一个二次电压U2。改变一次或二次绕组的匝数，可以产生不同的一次电压与二次电压比，这就可组成不同比的电压互感器。电压互感器将高电压按比例转换成低电压，即100V,电压互感器一次侧接在一次系统，二次侧接测量仪表、继电保护等；主要是电磁式的(电容式电压互感器应用广泛)，另有非电磁式的，如电子式、光电式。2 .电流互感器的绝缘特性按绝缘可以分为干式使用于低压用户，浇注式是利用环氧树脂作绝缘，浇注成型，适用于35kV及以下室内变电站；电容型多为户外式，用于IIOkV及以上的电压等级电流互感器。3 .互感器的绝缘试验(1) .绝缘电阻的测量；(2)tan6值的测量；(3)交流耐压试验。2.3 高压断路器的绝缘与试验1 .高压断路器的绝缘特性高压断路器的绝缘主要有三局部：一是导电部件对地之间的绝缘，通常由支持绝缘子或瓷套、绝缘拉杆和提升杆以及绝缘油或绝缘气体组成；二是同相断口间的绝缘；三是相间绝缘，各相独立的断路器的相间绝缘就是空气间隙。断路器各局部绝缘应能承受规程所规定的试验电压的作用。2 .高压断路器的绝缘试验(1)绝缘电阻和泄漏电流试验对空气断路器，实际是测量其支持瓷套的绝缘电阻，最低不得小于5000MQ。对于少油断路器还应测量绝缘提升杆的绝缘阻(测量提升杆的绝缘电阻应在断路器调整完毕与油箱注油之前进行)。(2)介质损失角正切的测量(3)交流耐压试验交流耐压的试验电压一般由试验变压器或串联谐振回路产生。试验应在分、合闸状态下进行。合闸状态下的试验是为了考验用作绝缘支柱的瓷套管的绝缘；分闸状态下的试验是为了考验断路器的断口、灭弧室的绝缘，分闸试验时应在同相断路器动触头和静触头之间施加试验电压。2.4 电力电缆的绝缘与试验1 .电力电缆绝缘结构特性电力电缆是由导电线芯、绝缘、护套、屏蔽层、铠装等几局部组成。电力电缆按导电线芯的数量和形状可分为：单芯结构、三相圆芯电缆、三相扇形电缆、四芯扇形电缆等。电力电缆按绝缘材料分为：油纸绝缘电缆、橡塑绝缘电缆、充油电缆、充气电缆等。交联聚乙烯电力电缆：有优良的电气性能和耐热性能，具有传输容量较大、附件接头简单、不受高度落差的限制、没有漏油和引起火灾的危险等优点。交联聚乙烯电缆和油浸纸包电缆在结构上的区别除了相间主绝缘采用交联聚乙烯塑料以及线芯形状是圆形之外，还有两层半导体屏蔽层。(芯线外面的半导体屏蔽层;相间绝缘外面的半导体屏蔽层和薄铜带组成了良好的相间屏蔽层。)2 .电力电缆绝缘试验(1)测量绝缘电阻电力电缆的绝缘电阻，是指电缆芯线对地或电缆某芯线对其他芯线及外皮间的绝缘电阻。测量时除被测相芯线外，非被测相芯线应短路并接地。电力电缆的绝缘电阻与电缆的长度、测量时的温度以及电缆终端头或套管外表脏污、潮湿等有较大的关系。测量时应将电缆的终端头外表擦拭干净，并在缆芯端部绝缘上或套管端加装屏蔽环消除外表电流的影响。(2)直流耐压和泄漏电流试验直流耐压试验是现场检查电缆抗电强度的常用方法，直流耐压对检查绝缘中的气泡、绝缘损伤等局部缺陷比拟有效，泄漏电流对反映绝缘老化、受潮比拟灵敏。泄漏电流的测量应采用微安表接在高压端的接线，并应设法消除试品外表及周围空间的杂散电流的影响。2.5电容器的绝缘与试验1电力电容器结构特征电力电容器主要有三局部组成：电容器极板（是导电良好的金属材料）、介质材料（起着储藏能量和绝缘的双重作用，要求单位体积或单位质量所储藏的能量尽量大，并且损耗小、寿命长、工艺性能好），和外壳（有金属外壳和绝缘外壳两种，绝缘外壳最常见的是电瓷外壳）。介质材料分为固体介质，液体介质，金属化纸和金属化薄膜。3 .电容器的绝缘试验（1）测量绝缘电阻耦合电容器，测量两极间的绝缘电阻绝缘,电阻不低于5000M。并联电容器，测量两极对外壳的绝缘电阻（测量时两极应短接），这主要是检查器身套管等对地的绝缘。一般要求绝缘电阻不低于2000Mo（2）电容值和tan6的测量可判断电容器内部接线是否正确，是否有断线或击穿现象。耦合电容的电容值和tan6的测量（采用QSl电桥正接线）（3）交流耐压试验耦合电容器只在必要时进行极间交流耐压试验。并联电容器的极间一般不做交流耐压试验。2.6 发电机的绝缘与试验1 .发电机的绝缘结构发电机的绝缘结构主要取决于其定子绕组的结构，定子绕组的结构又与电机的容量和额定电压等有关。定子绕组的绝缘包括槽绝缘、匝间绝缘和端部防晕。电机槽中的绝缘厚度包括导线绝缘、匝间绝缘和对地绝缘等）是影响槽满率（槽内导体截面与整个槽截面之比）的主要因素。发电机绕组的绝缘结构根本采用连续式绝缘结构（整个绕组均采用绝缘带半叠绕而成），绝缘带一般采用玻璃布补强的环氧粉云母带（黄绝缘）。提高内部起始电晕放电电压的措施主要有：在绝缘层外包浸过半导体漆的玻璃布带、在线棒槽内涂半导体漆、下线后压紧槽楔。绕组端部防晕措施有：在绕组绝缘外表加半导体层和在绝缘层中加内屏蔽极板。2 .发电机的绝缘试验（1）定子绕组绝缘电阻及吸收比的测量影响发电机定子、绕组绝缘电阻的因素主要有：测量电压、测量时间、温度、湿度以及绝缘材料的质量、尺寸等。(2)转子绕组绝缘电阻的测量静态测量：发电机静止状态，把滑环上的电刷提起来，用100OV兆欧表测量(水冷用500V或以下的兆欧表)火线接在滑环处，地线接在转轴上。测量前后将两花环短接放电。动态测量：量采用电压法。用内阻为20000Q/V的万用表。在测量前一定保证励磁回路绝缘状况良好。(3)定子绕组的泄漏电流及直流耐压试验可以从电流随着电压变化的情况中观察绝缘的状况。(4)定子绕组工频交流耐压试验图5-17发电机定子绕组工频交流耐压试验接线方式是发现发电机主绝缘在槽部和槽口处缺陷的有效方法。优点是试验电压和工作波形、频率一致，绝缘内部的电压分布及击穿性能符合发电机的工作状态。2.7 避雷器的试验1 .阀式避雷器的试验(D绝缘电阻的测量(2)工频放电电压试验目的是检查火花间隙的结构及特性是否正常，检验它在过电压下是否有动作的可能性。测量时应注意问题：电压的测量；保护电阻的选择；升压速度(35kVs)；放电时间间隔。(3)电导电流的测量带并联电阻的避雷器施加直流电压时，其两端所测得的电流称为电导电流。测量电导电流的目的是检查避雷器的并联电阻是否受潮、老化、断裂、接触不良以及非线性系数。(4描述着电压与电流的非线性关系，即)是否相配。2 .金属氧化物避雷器试验。(1)绝缘电阻测试；(2)直流ImA下电压及75%该电压下泄漏电流的测量；(3)在持续运行电压下的全电流、阻性电流的测量。3电气设备绝缘在线监测技术开展3.1绝缘劣化的一些根本特征1.绝缘介质损耗值会增加，由此以及其他原因产生的热量最终可能导致绝缘的热击穿。测量绝缘损失角正切值（tg）可以检测介质损耗的变化。2 .绝缘中可能伴随有局部放电和树枝状电的发生。放电量很大的局放通常只是在有雷电或者操作过电压存在以及绝缘损坏的过程中才出现，通过tg测量可以反映由此产生的介质损耗。3 .绝缘特性受温度变化的影响增大。绝缘温度系数决定于绝缘本身的型式，大小和绝缘状况，对于特定的电压等级和绝缘设计，由于绝缘劣化导致温度系数的增加，tg3值的温度非线性和灵敏度都会增加。因而，影响绝缘温度的所有因数（介质损耗、环境温度、负载变化等）对于老化的绝缘tg3值的影响都更加显著。3.2 断路器设备针对真空断路器、少油断路器、SF6断路器的在线监测比拟特殊的是其电寿命监测局部与机械状态监测局部，断路器触头的电寿命以及其传动机构和储能机构的机械寿命是电气设备中两种比拟特殊的参数，其触头、传动机构和储能机构的优良直接影响到断路器设备的性能及其电网稳定，一旦出现损坏或老化将造成断路器不能正常分（合）或断路器合闸触头发热高温产生爆炸等危险。针对两种参数一般采用监测开断次数配合计算公式推倒出其优良情况。（1）电寿命监测；对电寿命监测是建立杂触头累计磨损量模型根底上的。（2）机械状态的监测；机械状态的监测主要监测其传动机构和储能机构。（3）试验电压低。定期预防性试验的试验电压一般低于设备运行电压，所以定期预防性试验无法准确地检测出设备运行电压下的缺陷。（4）降低了电网的供电可靠性。由于方案检修的定期预防性试验需要在设备停电下进行试验检测，增加了设备停电时间，必然影响电网的供电可靠性，同时供电部门也造成少供电量的损失。3.3 在线监测指导下状态检修的特点：（1）实时性。高压设备在线监测技术对设备绝缘状态实时监测，不受设备运行情况和时间的限制，可以随时检测设备的绝缘状态，一旦设备出现缺陷，能及时发现并跟踪检测、处理，对保证电网平安更具意义。（2）真实性。由于在线监测技术在设备运行电压和状态下的绝缘参数进行检测，检测结果符合实际情况，更加真实和全面。（3）针对性更强。可根据绝缘缺陷的开展和变化来确定检修工程、内容和时间，检修目的明确，针对性更强。（4）提高了设备供电可靠性。由于实行状态检修，减少了设备停电次数和时间，提高了设备供电可靠性，防止少供电损失，同时也提高了电力部门全员劳动生产率。3.4 在线监测技术指导下的状态检修与定期预防性试验技术指导下方案检修的比拟与开展：随着电力设备的大容量化、高电压化、结构多样化及密封化，对常规停电预防性试验而言，传统的简易诊断方法已显得不太适应，主要表现在：1、随着供电可靠需求不断提高，定期将电气设备停电进行预防性试验变得越来越困难，特别是重要的变电站常常出现超期试验的情况，这对保证电气设备平安稳定的运行留下了一定的隐患；2、南方电网下发的新规程和标准的实施将预防性试验的周期做了很大的调整，延长了试验周期，这对我们高压预防性试验提出了一个新的要求，是不是采用现有的试验工程和方法可以保证在只一个周期内不发生故障；3、现阶段高电压等级的电气设备和新型的电气设备在不断的投入运行，然而我们所采用的预防性试验方法是采用一个较低的电压模拟高电压下电气设备的各种运行情况，达不到一个真实性，不能正确反映出电气设备的优良情况；针对近年来投入广泛应用的干式穿墙套管在试验中所采集的数据根本上完全不能正确的反映其优良情况；另外由于近期对主变的试验中将主变套管的油化验试验取消了，然而高压试验又只能在一个较长的试验周期中对其进行试验，对主变套管这种设备的有效检测达不到一个必要的要求。高电压设备绝缘在线监测技术的应用，是实现状态检修的有效手段之一。在线检测是在运行电压下对设备的绝缘状态进行检测，真实反响设备绝缘水平。现阶段局部供电系统均采用在线监测技术来作为常规停电预防性试验的补充，取得了很好的成效，有效的将常规停电预防性试验的周期进行了延长。在线监测技术通过自动连续检测状态下，依据大量的数据和曲线分析设备绝缘状态的变化趋势，从变化趋势中寻找危险征兆，从多项检测结果来综合判断运行设备状况，其分析结果和数据可直接传输至上级主管部门，真正做到设备“该修那么修，修必修好”，防止不必要的人力，物力浪费。在线监测技术的应用有利于从“定期维修”制（方案维修）过渡到“状态维修''制（预知维修）。利用绝缘在线监测技术实现状态维修可以实现：（1）有效防止周期性方案检修带来的弊端，合理安排生产和检修，做到该修必修，从而节约大量的设备维修资金和停电检修时间，使现有的运行设备创造更大的平安和经济效益。（2）减少设备停电试验和维修的盲目性，减少了设备因检修而引发故障的可能性,延长了设备运行寿命，使设备维护更加科学。（3）大大减少停电时间和开关操作量,提高电力系统的供电可靠性、经济性和平安性。（4）持续、准确反映设备在运行电压下的绝缘性能和健康水平,能够及时发现设备运行中的开展性绝缘缺陷，防止突发性绝缘事故发生，有效提高设备运行水平和可靠性，降低设备事故率，显著减少突发性事故。（5）在定期维修朝状态维修开展的进程中,绝缘在线监测技术可作为弥补定期预防性试验缺乏的有效手段。将在线监测和预试结合起来，根据在线监测的结果合理安排预试，延长预试大修周期，是逐渐推行状态维修的有效途径。现阶段特别是针对电容型设备的在线监测技术得到了广泛的应用，从技术手段上来说已经完全可以取代常规停电预防性试验。3.5 结论高压电气设备绝缘在线监测技术能够及时发现和检测出设备内部绝缘状态的变化，对设备绝缘故障及时处理，保证电网的平安运行。在线监测技术是供电单位实行状态检修的根底和唯一技术手段。应当进一步推广使用绝缘在线监测技术，积累运行经验，积极推行电气设备状态检修。现阶段无线通讯技术、计算机技术、传感器技术的开展为高压电气设备绝缘在线监测技术的开展提供了有力的保证，为实施超高压电力线路绝缘子等以前没有研究与开展的在线监测技术提供了条件。我局也在此良机下大力开展在线监测技术，通过逐步试点到最后的推广，最终到达全局变电站都能采用在线监测技术，解决定期停电预防性试验的种种缺点，保证电网能在最好的状态下平安、稳定的运行。.致谢时光似箭，日月如梭，学生生涯即将告一段落，所以这篇毕业论文的写作是我们对大学生活，学习的答卷，值得我们认真去思考，反省。在这篇论文完成之际，回起想写这篇论文的过程中，很多人曾给了我帮助，使我能够顺利完成这篇论文，我很感谢他们。本毕业设计的全部工作是在李鹏老师的悉心指导下完成的，论文的字里行间凝聚着老师的汗水和心血。李鹏老师渊博的学识、严谨的治学态度使我受益匪浅，将鼓励着我在今后的工作中不断进取，永不怠慢。通过本次设计实践进一步加深了我对专业知识和理论知识学习的认识和理解，并对所学的知识的应用能力以及分析解决问题的能力得到全面提高。值此论文完成之际，特向李鹏老师表示衷心的感谢！同时还感谢本专业的老师和同学,谢谢你们一直以来对我学习上的支持与帮助，共勉之。参考文献1QCSG100072004电力设备预防性试验规程中国南方电网有限责任公司发布2 .严璋电气绝缘在线监测技术北京电力出版社，1995年3 .关根志、贺景亮电气设备的绝缘在线监测与状态维护武汉水利电力大学，2002年4 .实用电气试验技术电气试验（第二版）出版社5 .姜齐荣，谢小荣，陈建业.电力系统并联补偿一一结构、原理、控制和应用闺.北京：机械工业出版社，2004.