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1、目 录 第一节 电力设备绝缘老化及其特征量 第二节 电力设备绝缘预防性试验 第三节 电力设备在线绝缘检测与诊断 第一章 概述2021/9/151电气设备的特征电气设备的特征 v电气设备发电机、变压器、高压电机、电压与电流互感器、高压断路器、电力电缆等。v主要针对高电压等级设备进行研究和探讨。处于高高电电压压（强强电电场场）作用下，电气绝缘是主要问题；对于旋旋转转电气设备，振动、磨损、疲劳等都是必须严格注意的；由于实现着能量的转换或传递作用，发发热热的因素在电气设备中起着关键的破坏性作用；电气设备的可靠性是多种因素多种因素共同作用共同作用的结果，必须综合进行考虑。2021/9/152故障的分类故
2、障的分类 v按产生的原因分类按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的速度和发展进程分类 磨磨损损性性故故障障-机器或系统正常运行时磨损引起的故障，实际上反映了机器的寿命。错错用用性性故故障障-运行中操作不当或以外情况引起机器中某些零件应力超过设计允许值而产生的故障。薄弱性故障薄弱性故障机器运行中应力没有超过设计规定值，但由于设计和制造不恰当造成机器中存在某些薄弱环节形成的故障。2021/9/153故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按按工工程程技技术术的的安安全全性性分类分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的速度和发展进程分类 危危险险性性故
3、故障障故障发生后会对人身、生产和环境产生危险安全性故障安全性故障2021/9/154故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程按系统功能丧失的程度分类度分类 v按发生的速度和发展进程分类 永永久久性性故故障障必须更换某些零件后，机器才能恢复其功能。永久性故障又包括：全部丧失功能的完全性故障和丧失局部功能的部分性故障。非非永永久久性性故故障障或称间断性故障，故障使部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以排除故障使机器恢复其全部功能。2021/9/155故障的分类故障的分类 v按产生的原因分类v按工程技术的安全性分类 v按系统功能丧失的程度分类 v按发生的
4、速度和发展按发生的速度和发展进程分类进程分类 发生速度：发生速度：突发性故障突发性故障渐发性故障渐发性故障发生进程：发生进程：初期故障初期故障偶发故障偶发故障磨损故障磨损故障2021/9/156设备的故障模式设备的故障模式 v故障模式是按故障状态进行的分类，是故故障现象的综合表征障现象的综合表征，与设备本身的特性和运行环境都有一定的关系。v设备常见故障模式 运动设备部件运动设备部件的磨损、声音异常、振动异常、晃动、温升异常、泄漏等；静静止止设设备备部部件件的松动、变形、断裂、龟裂、腐蚀、材质变化等；电气设备电气设备的绝缘击穿、温度异常、绝缘裂化或烧损、短路、断线等。2021/9/157设备故障
5、模式设备故障模式据日本统计据日本统计2021/9/158 现现代代电电气气设设备备的的造造价价及及运运行行可可靠靠性性在在很很大大程程度度上上取取决决于于设备的绝缘结构。设备的绝缘结构。电力设备电力设备金属材料金属材料绝缘材料绝缘材料2021/9/159 绝缘介质绝缘介质 紧固支撑紧固支撑 冷却媒介冷却媒介 绝缘结构的作用绝缘结构的作用 2021/9/1510绝缘材料绝缘材料液体绝缘液体绝缘:绝缘油绝缘油固体绝缘：绝缘纸、电瓷固体绝缘：绝缘纸、电瓷 、云母、云母交联聚乙烯等交联聚乙烯等气体绝缘气体绝缘:空气、空气、SF6真空绝缘真空绝缘2021/9/1511 在实际运行中，绝缘结构的电气和机械
6、性在实际运行中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘材料能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘材料品质的下降品质的下降(即通常所说的绝缘劣化即通常所说的绝缘劣化)将导致电力将导致电力设备的损坏。统计表明，电力设备运行中设备的损坏。统计表明，电力设备运行中60一一80的事故是由绝缘故障导致的，所以研究的事故是由绝缘故障导致的，所以研究电力设备绝缘检测与诊断技术对提高电力设电力设备绝缘检测与诊断技术对提高电力设备运行可靠性具有极其重要的意义。备运行可靠性具有极其重要的意义。2021/9/1512第一节第一节 电力设备绝缘老化及其特征量电力设备绝缘老化及其特征量 电气因素电气因素
7、机械因素机械因素温度和热稳定性温度和热稳定性受潮受潮环境条件环境条件 为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代电气设备相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此气设备相对于以往的设计采用了更为紧凑的绝缘方式，因此在运行中其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平在运行中其内部各组件间的绝缘所需承受的热和电应力水平显著提高。显著提高。2021/9/1513图图1 1 有机绝缘的伏秒特性及运行中有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强各种电压下的场强1 油纸电气强度；2 胶纸电气强度；3 运行中各种电压下的场强；E0 长期工作场强1.电
8、气影响电气影响 长期工作电压长期工作电压 短时的过电压短时的过电压 2021/9/15142.机械影响机械影响 机械负荷机械负荷 长时间振动长时间振动 短路应力短路应力2021/9/1515 图图2 2 不同耐热等级的绝缘材料在不同耐热等级的绝缘材料在各种运行温度下长期运行的寿命各种运行温度下长期运行的寿命3.温度影响温度影响 季节变化季节变化 长期过负荷长期过负荷 热老化热老化2021/9/1516电介质的耐热等级电介质的耐热等级耐热等级耐热等级工作温度工作温度()电介质电介质O90木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天
9、然橡胶A105油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料油性树脂漆及其漆包线；矿物油及浸入其中的纤维材料E120酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆酚醛树脂塑料；胶纸板、胶布板；聚酯薄膜；聚乙烯醇缩甲醛漆B130沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；聚酯漆；环氧树脂F155聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布聚酰亚胺漆及其漆包线；改性硅有机漆及其云母制品及玻璃漆布H180聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻璃漆布聚酰胺聚酰亚胺漆及其漆包线；硅有机漆及制品；硅橡胶及玻
10、璃漆布C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯2021/9/1517热老化规律热老化规律6度规则度规则试验表明，对于常用的试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝级绝缘，如油纸绝缘，则温度每超过缘，则温度每超过6，则寿命约缩短一半。而，则寿命约缩短一半。而对于对于B、H级绝缘则分别约为级绝缘则分别约为10及及12。2021/9/1518 水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，严重影响介它能溶解离子类杂质或使强极性的物质解离，
11、严重影响介质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间质内部或沿面的电气性能：在外施电压下，或者在电极间构成通路，或者在高温下汽化形成构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压而使击穿电压显著降低。显著降低。4.受潮受潮局部电弧局部电弧水带水带绝缘介质绝缘介质2021/9/15192021/9/15205.环境条件环境条件 在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、在户外工作的绝缘应能长期耐受日照、风沙、雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。在含有化学腐蚀气体等环境中工作时，选用的材料应具有更强的化体等环境中工作时，选用的材料应具有更强的化学稳定性
12、，如耐油性等。工作在湿热带和亚湿热学稳定性，如耐油性等。工作在湿热带和亚湿热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物（霉菌、昆带地区的绝缘还要注意材料的抗生物（霉菌、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的防霉剂和除虫涂料等。防霉剂和除虫涂料等。2021/9/1521 可逆的可逆的对于绝缘系统在运行中出现的诸如对于绝缘系统在运行中出现的诸如受潮等情况而导致绝缘性能下降，经过处理可以受潮等情况而导致绝缘性能下降，经过处理可以恢复原有特性的，就是一种可逆的劣化。恢复原有特性的，就是一种可逆的劣化。不可逆的不可逆的绝缘系统在各种因素的长期作用绝缘系统在各种因素的
13、长期作用下发生一系列的化学、物理变化，导致绝缘性能下发生一系列的化学、物理变化，导致绝缘性能和机械性能等不断下降，则产生了一种不可逆的和机械性能等不断下降，则产生了一种不可逆的变化，将最终导致电力设备绝缘击穿，这种变化变化，将最终导致电力设备绝缘击穿，这种变化过程即为老化。过程即为老化。绝缘劣化特性绝缘劣化特性2021/9/1522v直接表征绝缘剩余寿命的特征量，如耐电强度、直接表征绝缘剩余寿命的特征量，如耐电强度、机械强度机械强度v 间接表征绝缘剩余寿命的持征量，如绝缘电阻、间接表征绝缘剩余寿命的持征量，如绝缘电阻、介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电量、油中介质损耗角正切、泄漏电流、局部放电
14、量、油中气体含量、油中微水含量等气体含量、油中微水含量等v 随着对不同老化因子作用规律研究的深入，提随着对不同老化因子作用规律研究的深入，提出一些新的表征绝缘品质的特征量如直流分量、出一些新的表征绝缘品质的特征量如直流分量、超高频放电频谱，超声振动特性等等。超高频放电频谱，超声振动特性等等。绝缘老化的特征量绝缘老化的特征量2021/9/1523第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验 电力设备在运行中进行预防性试验，可及时电力设备在运行中进行预防性试验，可及时发现缺陷，减少事故的发生，它已成为我国电发现缺陷，减少事故的发生，它已成为我国电力生产中的一项重要制度。预防性试验可分
15、为力生产中的一项重要制度。预防性试验可分为非破坏性试验和破坏性试验两大类。非破坏性试验和破坏性试验两大类。2021/9/1524第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验 非破坏性试验又称绝缘特性试验，是指在较非破坏性试验又称绝缘特性试验，是指在较低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测低的电压下或是用其他不会损伤绝缘的办法来测量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。量绝缘的各种特性，从而判断绝缘内部有无缺陷。常见的试验项目有绝缘电阻测量、泄漏电流测量、常见的试验项目有绝缘电阻测量、泄漏电流测量、介质损耗角正切测量、油中气体含量检测等项目。介质损耗角正切测量、油中气体含量
16、检测等项目。2021/9/1525 破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于破坏性试验又称绝缘耐压试验，是指在高于工作电压下所进行的试验。试验时在设备绝缘上工作电压下所进行的试验。试验时在设备绝缘上施加规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受施加规定的试验电压，考验绝缘对此电压的耐受能力。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于能力。它主要指交流耐压和直流耐压试验。由于这类试验所加电压较高，考验比较直接和严格，这类试验所加电压较高，考验比较直接和严格，特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，因特别是能揭露那些危险性较大的集中性缺陷，因此能保证绝缘有一定的水平或裕度，缺点是可能此能保证绝缘有一定的水平或
17、裕度，缺点是可能会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。会在耐压试验时给绝缘造成一定的损伤。第二节第二节 电力设备绝缘预防性试验电力设备绝缘预防性试验2021/9/1526绝缘绝缘试验试验绝缘特性试验绝缘特性试验绝缘电阻试验绝缘电阻试验介质损失角正切值试验介质损失角正切值试验局部放电试验局部放电试验绝缘耐压试验绝缘耐压试验交流电压试验交流电压试验直流电压试验直流电压试验雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验操作冲击电压试验操作冲击电压试验绝缘试验的分类绝缘试验的分类 如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验合格后才进行。性试验合格后才进行。2021/9/
18、1527电电 力力变变 压压器器电电力力电缆电缆高高压压套管套管断路器断路器发发电电机机充充SF6充油充油1测定绝缘电阻测定绝缘电阻2测量直流泄漏电流测量直流泄漏电流3直流耐压试验直流耐压试验4测量介损正切测量介损正切tan5绝缘油试验绝缘油试验6微量水分测定微量水分测定7油中溶解气体色谱油中溶解气体色谱8局部放电试验局部放电试验9交流耐压试验交流耐压试验2021/9/1528 预防性试验是一种简便且较有效地评估电预防性试验是一种简便且较有效地评估电力设备绝缘状况的方法。根据过去长期的运力设备绝缘状况的方法。根据过去长期的运行经验及试验研究中已逐步确立起来的这些行经验及试验研究中已逐步确立起来
19、的这些预防性试验项目，为确保电气设备的安全运预防性试验项目，为确保电气设备的安全运行发挥着很大作用。行发挥着很大作用。2021/9/1529现行预防性试验项目的回顾现行预防性试验项目的回顾当当绝绝缘缘总总体体受受潮潮或或严严重重损损坏坏时时，往往往往引引起起绝绝缘电阻缘电阻Ri的下降或直流泄漏电流的下降或直流泄漏电流I1的上升。的上升。如如果果感感到到兆兆欧欧表表的的直直流流电电压压太太低低（一一般般为为1KV或或2、5KV）,还还可可采采用用加加以以直直流流高高压压来来测测量量泄泄漏漏电电流流I1。这这时时还还便便于于观观察察随随着着外外施施电电压压的的上上升升，I1是是否否也也基基本本上上
20、按按比比例例上上升升。因因为为当当存存在在有有某某些些缺缺陷陷时时，高高压压直直流流下下的的绝绝缘缘电电阻阻（由由泄泄漏漏电电流流换换算算而而得）往往比低压下用兆欧表测得的小得多。得）往往比低压下用兆欧表测得的小得多。2021/9/1530绝缘电阻绝缘电阻Ri或泄漏电流或泄漏电流I1与被试品绝缘与被试品绝缘尺寸（电极间的绝缘距离、截面等）相关，在绝尺寸（电极间的绝缘距离、截面等）相关，在绝缘试验时对数据进行缘试验时对数据进行“纵比纵比”与同一设备过去与同一设备过去测量数据作比较，或测量数据作比较，或“横比横比”与同类被试品互与同类被试品互相对比（如求三相不平衡系数等），作出比较准相对比（如求三
21、相不平衡系数等），作出比较准确的分析。在预防性试验时，对绝缘电阻测量时确的分析。在预防性试验时，对绝缘电阻测量时要求测其吸收比（要求测其吸收比（R60“/R15”）或极化比）或极化比（R10/R1），也为了消除因绝缘尺寸不同带来），也为了消除因绝缘尺寸不同带来的影响，而改以观察同一被试品在吸收过程中的的影响，而改以观察同一被试品在吸收过程中的相对变化。相对变化。2021/9/1531西西林林电电桥桥测测量量交交流流下下的的介介质质损损耗耗tan，真真正正是是反反映映交交流流下下损损耗耗大大小小的的特特征征参参数数，它它与与绝绝缘缘的的几几何何尺尺寸寸无无关关，直直接接由由此此判判断断绝绝缘缘的
22、的介介质质损损耗耗，高高压压电电气气设设备备总总的的介介质质损损耗耗功功率率相相对对于于此此绝绝缘缘的的无功功率总是只占一个很小的比例。无功功率总是只占一个很小的比例。当前大量使用交流电气设备，而测绝缘电当前大量使用交流电气设备，而测绝缘电阻阻Ri或泄漏电流或泄漏电流I1时所加的直流电压，介质绝缘时所加的直流电压，介质绝缘结构加交流时，电位按电容大小反比分布；直流结构加交流时，电位按电容大小反比分布；直流时，按电阻正比分布。施加同样幅值的直流或交时，按电阻正比分布。施加同样幅值的直流或交流高压，绝缘中的损耗、局部放电过程交流下比流高压，绝缘中的损耗、局部放电过程交流下比在直流下严重。在直流下严
23、重。2021/9/1532气气相相色色谱谱分分析析方方法法，在在发发现现油油浸浸设设备备潜潜伏伏性性故故障障的的灵灵敏敏度度方方面面往往往往比比测测量量绝绝缘缘电电阻阻及及tan等等高高的的多多。当当运运行行的的高高压压电电气气设设备备采采用用油油-纸纸（塑塑料料）组组合合绝绝缘缘，有有机机绝绝缘缘材材料料的的寿寿命命曲曲线线相相当当陡陡峭峭：它它在在短短暂暂的的高高场场强强下下绝绝缘缘强强度度极极高高；在在交交流流电电压压的的长长期期作作用用下下，材材料料逐逐渐渐劣劣化化，其其长时击穿场强仅为其短时的百分之几。长时击穿场强仅为其短时的百分之几。2021/9/1533第三节第三节 电力设备绝缘
24、在线检测与诊断电力设备绝缘在线检测与诊断常常规规预预防防性性试试验验存存在在试试验验时时需需停停电电、试试验验时时间间集集中中工工作作量量大大、试试验验是是否否有有效效的的问问题题。设设备备运运行行过过程程中中，最最关关心心绝绝缘缘结结构构的的剩剩余余电电气气强强度度，至至今今未未找找到到它它与与绝绝缘缘电电阻阻、泄泄漏漏电电流流、及及介介质质损损耗耗角角正正切切等等非非破破坏坏性性试试验验参参数数之之间间的的直直接接函函数数关关系系，仅仅凭凭试试验验项项目目难难以以准准确确、有有效效地地判判断断电电力力设设备备绝绝缘缘的的好好坏坏，不不能能确确保保下下一一运运行行周周期期安安全全运运行行，有
25、有的的项项目目试试验验后后会会留留有有后后遗遗症，暴露出停电预防性试验存在着缺陷。症，暴露出停电预防性试验存在着缺陷。2021/9/1534有有的的绝绝缘缘参参数数反反映映整整体体绝绝缘缘性性能能的的宏宏观观参参数数，在在多多条条并并联联通通道道中中有有一一条条贯贯穿穿通通道道的的绝绝缘缘强强度度下下降降，足足以以导导致致整整个个电电气气设设备备的的故故障障。停停电电后后非非破破坏坏性性的的预预防防性性试试验验，所所加加的的交交流流电电压压不不超超过过10KV；再再要要加加高高电电压压来来测测tan,所所用用的的标标准准电电容容器器以以及及反反接接法法测测量量用用的的电电桥桥的的绝绝缘缘必必须
26、另行加强。须另行加强。2021/9/1535利利用用运运行行电电压压对对高高压压设设备备绝绝缘缘状状况况进进行行试试验验，可可提提高高试试验验的的真真实实性性与与灵灵敏敏度度，这这是是在在线线检检测测的的主主要要着着眼眼点点。带带电电监监测测不不必必再再停停电电，给给电电力力系系统统运运行行带带来来方方便便。在在线线检检测测将将成成为为预预防防性性试试验验中中的的重重要要组组成成部部分分，它它在在多多方方面面弥弥补补靠靠定定期期停停电电预预试试的的不不足足。过过去去非非破破坏坏性性试试验验所所得得的的结结果果难难以以全全面面、真真实实地地反反映映绝绝缘缘状状况况，特特别别是是电电气气强强度度。
27、色色谱谱分分析析、局局部部放放电电等等试试验验的的引引入入，对对发发现现某某些些缺缺陷陷相相当当有有效效，但但对对另另外外一一些些缺缺陷陷仍仍难难以以在在早早期期发发现现；因因此此，继继续续研研究究新新的的预预防防性性试试验验参参数数及及方方法势在必行。法势在必行。2021/9/1536随随着着传传感感器器、计计算算机机、光光纤纤技技术术等等的的发发展展与与引引用用，一一种种电电力力设设备备的的在在线线监监测测仪仪器器或或系系统统，由由传传感感器器系系统统、信信号号采采集集系系统统、分分析析诊诊断断系系统统组组成成。传传感感器器系系统统感感知知所所需需要要的的电电气气参参量量或或非非电电气气参
28、参量量（温温度度、压压力力、振振动动、超超声声等等）；信信号号采采集集系系统统将将传传感感器器得得到到的的模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量进进行行传传输输；分分析析诊诊断断系系统统利利用用小小波波分分析析技技术术、神神经经网网络络技技术术、模模糊糊诊诊断断技技术术、专专家家分分析析技技术术对对采采集集信信号号进进行行分分析析、处处理理和和诊诊断断，得得到到所所测测设设备备绝绝缘缘的的当当前前状状况况，进进行行绝绝缘缘诊诊断和寿命估计。断和寿命估计。2021/9/1537不能认为在线检测全面替代停电预防性试不能认为在线检测全面替代停电预防性试验验，一方面在线检测理论和技术尚不完善；另，一方面
29、在线检测理论和技术尚不完善；另一方面，在线检测测量的是工频电压下设备的一方面，在线检测测量的是工频电压下设备的绝缘参数，对于电力系统内发生过电压时绝缘绝缘参数，对于电力系统内发生过电压时绝缘品质无法测量。品质无法测量。2021/9/1538在线监测的优点在线监测的优点高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，因此测得的参数更真实、灵敏；因此测得的参数更真实、灵敏；可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。在线监测的缺点在线监测的缺点 造价高；造价高；可测试项目较少；可测试项目较少；易受环境因素影响。易受环境因素影响。2021/9/1539 目前电力设备实施在线检测的难度：目前电力设备实施在线检测的难度：1）无统一的标准。）无统一的标准。2）对电力设备绝缘特征量研究不够。）对电力设备绝缘特征量研究不够。3）在线检测时干扰抑制十分困难，运行）在线检测时干扰抑制十分困难，运行环境下存在的各种干扰直接影响检测结果的环境下存在的各种干扰直接影响检测结果的正确性。正确性。2021/9/1540