2022/11/30第9講電氣設備的絕緣試驗絕緣監測和診斷的基本概念絕緣電阻和泄漏電流的測量介質損耗角正切的測量局部放電的測量絕緣的在線監測2022/11/30一、絕緣檢測和診斷的基本概念

通過對絕緣的試驗和各種特性的測量，了解并評估絕緣在運行過程中的狀態，從而能早期發現故障的技術稱為絕緣的檢測和診斷技術絕緣的監測和診斷技術分類：1.按照對設備造成的影響程度分類（兩類）非破壞性試驗：包含的種類：絕緣電阻試驗、介質損耗角正切試驗、局部放電試驗、絕緣油的氣相色譜分析等破壞性試驗，即耐壓試驗：包含的種類：交流耐壓試驗、直流耐壓試驗、雷電沖擊耐壓試驗及操作沖擊耐壓試驗2022/11/302.按照設備是否帶電的方式分類（兩類）離線：在離線的監測和診斷時，要求被試設備退出運行狀態，通常是周期性間斷地施行，試驗周期由電力設備預防性試驗規程（DL/T596）規定特點：可采用破壞性試驗和非破壞性試驗兩種方式，兩種方式是相輔相成的。耐壓試驗往往是在非破壞性試驗之后才進行。缺點是對絕緣耐壓水平的判斷比較間接，尤其對于周期性的離線試驗更不易判斷準確在線：在線監測則是在被試設備處于帶電運行的條件下，對設備的絕緣狀況進行連續或定時的監測，通常是自動進行的特點：只能采用非破壞性試驗方式。由于可連續監測，除測定絕緣特性的數值外，還可分析特性隨時間的變化趨勢，從而顯著提高了其判斷的準確性2022/11/30二、絕緣電阻和泄漏電流的測量

測量絕緣電阻與吸收比的工作原理測量絕緣電阻與吸收比的方法泄漏電流的測量2022/11/301.測量絕緣電阻與吸收比的工作原理雙層介質等值電路圖

吸收和泄漏電流及絕緣電阻的變化曲線吸收比K：加壓60秒時的絕緣電阻與15秒時電阻之比值

2022/11/30定義極化指數P：為加壓10分鐘時的絕緣電阻與1分鐘時電阻之比值若絕緣內部有集中性導電通道，或絕緣嚴重受潮，則電阻R1

、R2會顯著降低，泄漏電流增加；同時，時間常數τ減小，吸收電流迅速衰減。即使絕緣部分受潮，只要R1與R2中的一個數值降低，τ值也會大為減小，吸收電流仍會迅速衰減，由以上兩個原因的共同作用，造成吸收比K（或極化指數P）的下降。2022/11/30不同絕緣狀態下的絕緣電阻的變化曲線2022/11/302.測量絕緣電阻與吸收比的方法兆歐表：現場仍較多采用帶有手搖直流發電機的兆歐表，俗稱搖表晶體管兆歐表：采用電池供電，晶體管振蕩器產生交變電壓，經變壓器升壓及倍壓整流后輸出直流電壓兆歐表的電壓：500、1000、2500、5000V等兆歐表的原理結構圖2022/11/30

例：用兆歐表測量電纜絕緣電阻用兆歐表測電纜絕緣電阻的接線圖1－鉛鎧外皮2－絕緣3－導芯2022/11/30微安表直讀法（兩種接法）測量電力變壓器主絕緣泄漏電流的接線T1――調壓器；T2――高壓試驗變壓器；D――高壓硅堆R――保護電阻；C――濾波電容；T――被試變壓器

3.泄漏電流的測量2022/11/30光電法光電法測泄漏電流的測量裝置的原理方塊圖2022/11/30三、介質損耗角正切的測量

西林電橋的基本原理存在外界電磁場干擾時的測量電流比較式電橋2022/11/301.西林電橋的基本原理高壓臂：代表試品的Z1；無損耗的標準電容C0，它以阻抗Z2作為代表。低壓臂：處在橋箱體內的可調無感電阻R3，以Z3來代表；無感電阻R4和可調電容C4的并聯，以Z4來代表保護：放電管P電橋平衡：檢流計G檢零屏蔽：消除雜散電容的影響西林電橋的基本回路2022/11/30

電橋的平衡條件：

Z1/Z3=Z2/Z4

串聯等值回路

tgδ=ωR4C4 Cx=R4C0/R3

并聯等值回路

tgδ=ωR4C4 Cx=R4C0/[R3(1+tg2δ)]

Cx：因為tg2極小，故兩種等值電路的Cx相等西林電橋的基本回路2022/11/30屏蔽：

雜散電容：高壓引線與低壓臂之間有電場的影響，可以看作其間有雜散電容Cs。由于低壓臂的電位很低，Cx和C0的電容量很小，如C0一般只有50100pF，雜散電容Cs的引入，會產生測量誤差。若附近另有高壓源，其間的雜散電容Cs1會引入干擾電流iS，也會造成測量誤差西林電橋的基本回路2022/11/302.存在外界電磁場干擾時的測量電場干擾兩次測量法：第一次測得tg1和Cx，然后倒換試驗變壓器原邊電源線的兩頭(試驗電壓U的相位轉180)，測得第二次的數值tg2和Cx，可用下式計算得準確的tg和Cx值：

西林電橋的基本回路2022/11/30檢流計正反接抗磁場干擾的原理：設無磁干擾時，兩個測量臂的數值分別為R3和C4；設存在磁干擾時，兩個測量臂的數值分別為(R3+R3)和(C4+C4)；把檢流計和電橋兩臂相接的兩端倒換一下，兩個測量臂的數值將分別為(R3－R3)和(C4－

C4)當檢流計正接時測得：當檢流計反接時測得：因無磁場干擾時：故可得：2022/11/30

電橋的下臂主要是兩個繞在同一環形鐵心上的線圈1和2，其匝數分別為N1和N2，兩者繞向相同，流過經試品絕緣及標準電容C0過來的電流I1及I2后，分別會產生磁勢。環形鐵心上還繞有一個匝數為N3的第3線圈，在該線圈上接有指零儀表G。調節N1、N2及R，當N1I1=N2I2時，儀表G指零。調節R是為了實現I1與I2達到同相位 電流比較式電橋原理接線3.電流比較式電橋測量介損

2022/11/30線圈1及2在電橋平衡時Cx=C0N2/N1 tgδ=ωR(C0+C)

平衡時線圈上基本無壓降，低壓臂的雜散電容基本上不起作用。電橋工作時不須多次反復平衡，一次儀表指零即可讀數，使用方便。為防止雜散磁場的影響，互感器是精心屏蔽的。總的說來，它的靈敏度和準確度均高于普通西林電橋電流比較式電橋原理接線介損值2022/11/30四、局部放電的測量測量局部放電的幾種方法局部放電的脈沖電流測量法脈沖電流法測PD的基本回路和檢測阻抗脈沖電流法的測量儀器及其校正實施PD測量的其它技術問題2022/11/30局部放電的概念：簡稱為PD-PartialDischarge，指由于電氣設備內部絕緣里面存在的弱點，在一定外施電壓下發生的局部的重復擊穿和熄滅現象局部放電的危害：局部放電發生在一個或幾個絕緣內部的氣隙或氣泡之中，因為在這個很小的空間內電場強度很大。它的放電能量很小，所以它的存在并不影響電氣設備的短時絕緣強度。但如一個電氣設備在運行電壓下長期存在局部放電現象，這些微弱的放電能量和由此產生的一些不良效應，如不良化合物的產生，就可以慢慢地損壞絕緣，日積月累，最后可導致整個絕緣被擊穿，發生電氣設備的突發性故障2022/11/30局部放電的特點：當介質內部發生局部放電時，伴隨著發生許多現象。有些屬于電的：如電脈沖的產生，介質損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變化和化學變化局部放電的檢測：這些現象都可以用來判斷局部放電是否存在，因此檢測的方法也可以分為電的和非電的兩類2022/11/301.測量局部放電的幾種方法絕緣油的氣相色譜分析法：這項試驗是通過檢查電氣設備油樣內所含的氣體組成的含量來判斷設備內部的隱藏缺陷超聲波探測法：在電氣設備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測器，用以探測局部放電所造成的超聲波，從而了解有無局部放電的發生，粗測其強度和發生的部位脈沖電流法：測PD所形成的脈沖電流大小以判斷絕緣PD的強弱程度，這種方法可以給出定量的結果，目前規程中已規定了定量的指標

2022/11/302.局部放電的脈沖電流測量法

局部放電的三電容模型 以三個電容來表征介質內部存在缺陷時的局部放電的機理

Cg：氣泡的電容

Cb：和Cg相串聯部分的介質電容

Cm：其余大部分絕緣的電容介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路2022/11/30

氣泡很小，Cg比Cb大，Cm比Cg大很多 電極間加上交流電壓u，則Cg上的電壓為ug，

介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路2022/11/30局部放電機理

ug隨外加電壓u升高，當u上升到Us瞬時值，ug到達Cg的放電電壓Ug時，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug下降到Ur，然后放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，它可以接近為零值，也可以為小于Ug（均絕對值）的其它值

局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化2022/11/30局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化放電火花一熄滅，Cg上的電壓將再次上升，由于此時Cg及Cb已經有了一個初始的直流電壓，所以此后的ug值不能直接用上式來表達，ug值與上式表達的值在絕對值上要小一個（Ug－Ur）值。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當它再次升到Ug時，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅2022/11/30Cg上的電壓從Ug突變為Ur（均絕對值）的一瞬間，就是局部放電脈沖的形成的時刻，此時通過Cg有一脈沖電流，局部放電時氣泡中的電壓和電流的變化如圖所示局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化2022/11/30介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路當Cg放電時，放電總電容Cg：

Cg上的電壓變化為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr：當Cm>>Cb，Cg>Cb，Ur=0時，qr

≈UgCg2022/11/30在實際試驗時，式中所表達的各個量，都是無法實測得到的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Cm上的，當Cg上的電壓變動(Ug-Ur)時，會造成外施電壓的變化量U應為介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路2022/11/30由此兩式得總電容上的電壓變化量U：

相應的電荷變化量q：

把U式代入上式q，可得

介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路2022/11/30

真實放電量：qr，是無法測量的

視在放電量：q，其表達式中的量都是可以測得的。它是局部放電試驗中的重要參量，國際和國家標準中，對于各類高壓設備的視在放電量△q的允許值均有所規定

q比真實放電量qr小得多，它以pC作為計量單位。其中C代表電荷量庫侖介質內部氣隙放電的三電容模型

(a)具有氣泡的介質剖面(b)等值電路2022/11/30

放電能量

表征局部放電的基本參數，除了視在放電量q外，還有一次脈沖放電能量W

當外施電壓由零上升到Us時，Cg上的電壓為Ug，即

可得

如Ur≈0，則

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放電重復率

放電重復率N是表征PD的另一個基本參數。因為在加壓半周期內能發生好幾個脈沖。所以定義一秒鐘內產生的脈沖數叫做放電重復率N，可以通過實驗求得

如果每半周內的放電次數為n，則N=2fn=100n

局部放電時氣隙中的電壓和電流的變化2022/11/30局部放電的其它表示方法為了表征局部放電在一定期間內的平均綜合效應，還提出了各種累積參數，如平均放電電流，放電功率等。有時還測量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓影響局部放電特性的多種因素：主要有電壓的幅值、電壓的波形和頻率、電壓的作用時間、環境的溫度及濕度和氣壓等2022/11/303.脈沖電流法測PD的基本回路和檢測阻抗

三種基本測量回路電橋平衡回路試品通過Ck后與檢測阻抗并聯的回路試品與檢測阻抗相串聯的回路2022/11/30在測量儀器上所測得的局部放電脈沖