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1、第五章第五章 在线测量与绝在线测量与绝缘诊断缘诊断第1页，共41页，编辑于2022年，星期三在线测量在线测量是指电气设备在运行条件下不脱离电网，测量该设备的性能，是指电气设备在运行条件下不脱离电网，测量该设备的性能，即在工作电压下对电气设备进行测量。即在工作电压下对电气设备进行测量。电力设备的维修电力设备的维修从事故后维修、预防性维修，发展到状态维修，需要从事故后维修、预防性维修，发展到状态维修，需要进行状态监测，即在工作电压下经常监测电气设备的运行状态，以便进行状态监测，即在工作电压下经常监测电气设备的运行状态，以便做出设备是否需要维修的结论。做出设备是否需要维修的结论。在线测量技术的关键是
2、在线测量技术的关键是被测信息的采集和抗干扰被测信息的采集和抗干扰，测量方法与装置必，测量方法与装置必须保证在不影响被测设备安全正常运行，和人身安全的前提下，测得须保证在不影响被测设备安全正常运行，和人身安全的前提下，测得可靠的数据。可靠的数据。第2页，共41页，编辑于2022年，星期三电气设备在运行电压下，总有一定的漏电流通过绝缘体到达低电电气设备在运行电压下，总有一定的漏电流通过绝缘体到达低电位处或流入大地。位处或流入大地。漏电流可能造成火灾、触电或损坏设备等漏电事故。漏电流可能造成火灾、触电或损坏设备等漏电事故。安全技术规程规定：一定要安装漏电断路器，它可以检出电路或安全技术规程规定：一定
3、要安装漏电断路器，它可以检出电路或用电设备上发生的漏电现象而自动切断电路，同时还通过漏电流报警用电设备上发生的漏电现象而自动切断电路，同时还通过漏电流报警发出警报。发出警报。交流电压下，漏电流的检测一般都采用交流电压下，漏电流的检测一般都采用穿心电流互感器穿心电流互感器（罗哥夫（罗哥夫斯基线圈）。被测交流电流流过时，线圈两端出现感应电动势，通过斯基线圈）。被测交流电流流过时，线圈两端出现感应电动势，通过感应电动势换算出被测电流值。感应电动势换算出被测电流值。5-1 漏电流的测量漏电流的测量第3页，共41页，编辑于2022年，星期三夹钳法夹钳法把电流互感器做成夹钳形式，便于测量电流的漏电流把电流
4、互感器做成夹钳形式，便于测量电流的漏电流测量时把一对回路的两根导线同时作为穿心导线测量时把一对回路的两根导线同时作为穿心导线这种方法的特点是不用切断电路，可在带电状态下测定漏电流，用于这种方法的特点是不用切断电路，可在带电状态下测定漏电流，用于600V以下回路。以下回路。夹钳方式夹钳方式钳口是夹钳法测量的关键，当钳口闭合不好时应该修理后再用不能读出微小的漏电流，不能精确测量不能读出微小的漏电流，不能精确测量第4页，共41页，编辑于2022年，星期三计算机辅助测量法计算机辅助测量法步骤：步骤：从各种信号中选取真正代表漏电流的信号对选取的信号进行整形、峰值保持等处理进行模数转换，把模拟量变为数字量
5、再送入计算机计算机运算后显示结果，或发出报警信号，切断电源测量：穿心电流互感器，接地线为穿心导线测量：穿心电流互感器，接地线为穿心导线第5页，共41页，编辑于2022年，星期三瓦特表法瓦特表法利用瓦特表和电流表，测量绝缘系统的损耗功率和流过的电流，可得利用瓦特表和电流表，测量绝缘系统的损耗功率和流过的电流，可得到电容和损耗因数到电容和损耗因数5-2 电容和损耗因数的测量电容和损耗因数的测量选用低功率因数瓦特表R和C补偿测量中因感应引起的相位移，可用无损标准电容器作为试品检测第6页，共41页，编辑于2022年，星期三电桥法电桥法高压电桥，如高压电桥，如2.3节西林电桥和电流比电桥，可对被测物在线
6、测量节西林电桥和电流比电桥，可对被测物在线测量高压标准电容器挂接在被测试设备的高压端，不方便，也不安全。高压标准电容器挂接在被测试设备的高压端，不方便，也不安全。可行方法：用可行方法：用低压标准电容器低压标准电容器接到测量被测试高压设备电压的电压互接到测量被测试高压设备电压的电压互感器感器PT上上第7页，共41页，编辑于2022年，星期三相位比较法相位比较法在一定频率下，正弦函数的电压或电流，在幅值过零之后的时间是与在一定频率下，正弦函数的电压或电流，在幅值过零之后的时间是与相位一一对应的，只要测出施加于试品的电压和电流之间过零时的时相位一一对应的，只要测出施加于试品的电压和电流之间过零时的时
7、间差，就可以得到两者的相位差间差，就可以得到两者的相位差，计算出计算出tan测试原理测试原理通过比较方波信号的上升沿或下降沿之间的时间差来求出两个信号的相位差第8页，共41页，编辑于2022年，星期三实际比较器电路阀值电平可能不为零，使得输出的波形不是真正在过实际比较器电路阀值电平可能不为零，使得输出的波形不是真正在过零时翻转。为零时翻转。为使方波上跳准确出现在过零时刻使方波上跳准确出现在过零时刻，采取以下措施，采取以下措施尽量将电流、电压两路信号的幅值调整相同两个信号波形，一个信号“反相”后，再与另外一个信号相“与”a)a超前b：两信号上升沿时间差b)a滞后b：两信号下降沿时间差nc：计数脉
8、冲在工频一周期内脉冲数n1：测得的脉冲数第9页，共41页，编辑于2022年，星期三纠正：纠正：电压和电流信号经过两个通道，可能存在相位差试验前，将两个通道通过同一信号，测量相位差，进行校正变电站现场测量变电站现场测量tan及局部放电及局部放电PD原理原理C2、R2匹配，经运放输出电压信号C3、R3匹配，经运放输出电流信号Ck：探测电容，与C2、R2组成分压器第10页，共41页，编辑于2022年，星期三罗哥夫斯基线圈采样罗哥夫斯基线圈采样局部放电信号由两个罗格夫斯基线圈局部放电信号由两个罗格夫斯基线圈采样，采样，B，B放电脉冲：感应电动势反相高压线上干扰脉冲：感应电动势同相探测电容器探测电容器C
9、价格较高，且操作不便价格较高，且操作不便采用一个大的罗格夫斯基线圈，套在采用一个大的罗格夫斯基线圈，套在被测设备的下端测量被测设备的下端测量5-3 局部放电的测量局部放电的测量第11页，共41页，编辑于2022年，星期三耦合电容器采样耦合电容器采样对于电压不高的发电机，用两个相同的高压耦合电容器对于电压不高的发电机，用两个相同的高压耦合电容器C1、C2作为作为传感器，安装在每相连接母线的端部。传感器，安装在每相连接母线的端部。利用脉冲沿母线环路传播时间的不同来抗干扰噪声干扰：差动放大器无输出局部放电：差动放大器有输出第12页，共41页，编辑于2022年，星期三压电传感器压电传感器声测法用于在线
10、监测局部放电的优点声测法用于在线监测局部放电的优点声电传感器采集放电信号，没有电的直接连接声测法不受电气的干扰，抗干扰能力强，但灵敏度低，不能定量。压电传感器装在磁铁内，贴在变压器上压电传感器装在磁铁内，贴在变压器上局部放电超声波(压电传感器)电信号(放大，经光电元件)光信号(光纤，电缆)控制室(光电元件，放大处理)电信号声波在变压器内传播过程中产生衰减和反射，在院里外壳的绕组内德放电难以测到，限制了这种方法测试结果的可靠性第13页，共41页，编辑于2022年，星期三“电晕枪电晕枪”和和“热棒热棒”可以检测在运行中的设备外部和引线发生的电晕，接触不良引起的放电，套管、绝缘支柱的表面放电等“电晕
11、枪”把放电源产生的超声波聚焦到压电传感器上，提高测量灵敏度，以便测量距离较远的放电点“热棒”用耳机来听放电信号第14页，共41页，编辑于2022年，星期三油中气体的分析油中气体的分析油中气体分析就是分析溶解在充油气体设备或绝缘油中德气体，根据油中气体分析就是分析溶解在充油气体设备或绝缘油中德气体，根据气体的成分、含量及变化情况来诊断设备的异常情况，常用方法：气体的成分、含量及变化情况来诊断设备的异常情况，常用方法：气相色谱分析取样过程应尽量不让油样与空气接触：手掀式取样阀要从抽取的油样中进行脱气：振荡脱气法油+惰性气体振荡气油动态平衡脱气5-4 绝缘油的试验与分析绝缘油的试验与分析第15页，共
12、41页，编辑于2022年，星期三渗透性薄膜渗透膜安装在被测设备的油道中，可以把不同气体渗透出来，再通过各种传感器，分别检测不同的气体。H2渗透膜技术，渗透H2的浓度氢气的透气量随透过时间而增大一定温度下，气室中H2浓度达到饱和状态时，气室中H2和变压器油中H2达到平衡，即装置可以投入正常运行第16页，共41页，编辑于2022年，星期三分离出的气体用具有选择性的半导体氢敏传感器加以检测，或者用一对铂电极组成的燃料电池对油中的H2进行检测第17页，共41页，编辑于2022年，星期三PFA共聚薄膜共聚薄膜从油中分离出H2、CO2、CH4、C2H2、C2H4和C2H6气体进行检测用一种催化可燃气体探测
13、器来检测，含量与探测器的输出电压值在对数坐标上是一直线第18页，共41页，编辑于2022年，星期三渗透过PFA的气体，用气相色谱仪进行分离检测第19页，共41页，编辑于2022年，星期三油中其他物质的分析油中其他物质的分析油纸绝缘的老化表现在纸的聚合度的降低，获得油中糠醛含量与纸的油纸绝缘的老化表现在纸的聚合度的降低，获得油中糠醛含量与纸的聚合度关系曲线，可以通过测量油中的糠醛来分析推断油纸绝缘的老聚合度关系曲线，可以通过测量油中的糠醛来分析推断油纸绝缘的老化程度化程度用液相色谱分析法检测固体绝缘材料老化产物是行之有效的方法用液相色谱分析法检测固体绝缘材料老化产物是行之有效的方法第20页，共4
14、1页，编辑于2022年，星期三绝缘诊断是对运行中电工设备的绝缘系统状态进行评估，以求早绝缘诊断是对运行中电工设备的绝缘系统状态进行评估，以求早期发现绝缘老化。期发现绝缘老化。首先测得与老化和缺陷有关的各种性能参数的数据；其次要对数据进行统计处理和分析，去伪存真，提取有效信息；最后进行识别或推断老化程度、缺陷类型、位置，以便决定是否要停机维修5-5 绝缘诊断绝缘诊断第21页，共41页，编辑于2022年，星期三高压电力变压器的绝缘诊断高压电力变压器的绝缘诊断基本介电性能基本介电性能绝缘电阻、泄漏电流是否超过标准值介质损耗因数tan是否合格tanK绝缘纸板，tanm绝缘油，s沿面电导（绝缘存在严重表
15、面受潮或脏污或者绝缘内存在发展阶段的滑闪放电，起主要作用）耐压或击穿对整台设备做耐压试验，考验在电压可能浮动的范围内的承受能力第22页，共41页，编辑于2022年，星期三第23页，共41页，编辑于2022年，星期三第24页，共41页，编辑于2022年，星期三测量局部放电测量局部放电尚无统一标准放电量大且增长快肯定是危险的绝缘油的分析绝缘油的分析气体含量法根据各种气体的极限含量表判定结论气体比值法：三比值法：5种气体3对比值，将故障性质分为不同程度的过热、电弧放电及局部放电改进三比值法采用比值作为判断故障性质的依据，消除了油体积效应的影响，提高了准确性，并且消除了一部分分析过程中造成的误差，从而
16、使判断简单、正确。第25页，共41页，编辑于2022年，星期三作图判断法选择C2H4/C2H6为变量，三比值法中的其余两项构成直角坐标，形成TD判断图TD判断图主要用于区分变压器是过热故障还是放电故障，按比值划分局部过热、电晕放电和电弧放电区域兼有气体组分谱图法的优点和三比值法的特点，能迅速正确的判断故障性质，起到监控作用第26页，共41页，编辑于2022年，星期三第27页，共41页，编辑于2022年，星期三第28页，共41页，编辑于2022年，星期三糠醛含量分析聚合度和糠醛含量的对数之间有着很好的线性关系当进入非正常老化区，应该了解设备在运行中是否存在严重的过负荷，运行温度是否过高、冷却系统
17、和油路是否正常，以及绝缘含水量是否过高等运行情况定期检测糠醛含量，观察增长速度0.5mg/L，设备已经进入寿命中期，设备应加强安全措施变压器油更换或处理后一段时间，糠醛含量偏低，不能反映老化状况第29页，共41页，编辑于2022年，星期三高压塑料电缆的绝缘诊断高压塑料电缆的绝缘诊断基本介电性能基本介电性能绝缘电阻和泄漏电流直流高场强对XLPE有害，测量时施加的直流电压不能太高绝缘电阻下降，交流击穿电压也下降泄漏电流增大，交流击穿电压就下降第30页，共41页，编辑于2022年，星期三损耗因数tan电桥法测量Tan增大，击穿电压趋于下降第31页，共41页，编辑于2022年，星期三耐压试验长电缆电容
18、量很大，工频交流耐压试验，需要大容量高压试验变压器，不现实用直流高压替代，会损害XLPE用超低频高压，0.1Hz做耐压试验，但还需验证局部放电局部放电XLPE局部放电危害为油纸电缆严重XLPE允许放电量很小长电缆电容大，测量局部放电灵敏度低，现场干扰大，只能测量到比较严重的放电第32页，共41页，编辑于2022年，星期三直流分量直流分量塑料电缆常见故障为由水树枝发展而造成击穿有电场和水分同时存在时，塑料电缆的绝缘层会产生树枝状放电腐蚀树枝发展越长，击穿电压下降的越多；树枝增长，绝缘电阻也下降，泄漏电流和损耗因数都增大交流电场下会有直流电流流过绝缘层，在电缆接地线上采集直流分量I0，水树枝发展越
19、严重，I0越大，根据此直流分量来诊断水树枝的发展情况。第33页，共41页，编辑于2022年，星期三吸收电流吸收电流塑料电缆老化时，高分子材料的聚集态和分子本身的结构会发生变化，引起介质极化机理的变化，同时也反映在极化松弛时间的变化第34页，共41页，编辑于2022年，星期三根据时间常数1、2、3的变化或由它们组成的老化因子来判断电缆的绝缘老化老化因子A在以时间3内陷阱释放的空间电荷Q(3)和在时间2内释放的空间电荷Q(2)的比值来表示 老化后A值都有明显增大反吸收电流在试品上施加直流电流，经一定时间后，吸收电流下降到稳定值，这是把试品短路，试品放电的电流为反吸收电流Id，对Id积分可得放电的电
20、荷Qd。取单位电容的放电电荷Qc为判断老化的因子Qc增大说明试品老化严重，可根据累计的经验，选取Id增大到某一极限值作为老化的参考判据。第35页，共41页，编辑于2022年，星期三电机的绝缘诊断电机的绝缘诊断基本介电性能基本介电性能直流试验：包括直流电压下，测量绝缘电阻、泄漏电流、极化指数等绝缘电阻：电极受潮或污染，特别是绝缘层有开裂时，绝缘电阻会明显下降极化指数PI：以施加直流电压1min时通过试样的电流I1与10min后的电流I10之比来表示，PI1.5，判断为不正常耐压试验工频交流耐压试验：考验电机线圈对地的主绝缘承受工频电压的能力施加冲击电压：考验电机的主绝缘，考验电机匝间的绝缘承受电
21、场的能力第36页，共41页，编辑于2022年，星期三介质损耗因数tan及tan当施加于电极绝缘结构上的交流电压增加到一定值时，tan开始上升。由于绝缘结构中存在气隙，在较高电压下，气隙发生放电，引起损耗增大。tan越大，击穿电压就越低第37页，共41页，编辑于2022年，星期三局部放电局部放电现有电机的局部放电的放电量都比较大，剧烈的局部放电会对电机绝缘带来严重的损坏严重的局部放电还应作为绝缘故障来处理发电机的温度和过热发电机的温度和过热发电机额定容量是由绝缘所能承受的最高允许温度所决定温度测量方法：埋入式测温元件测量发电机内部某些部位的局部温度测量发电机内温度分布并计算平均温升测量元件埋在运
22、行的轴承中检测发热情况热电偶和电阻式检温计必须与发电机的带电部分绝缘，不能直接放在定子绕组的最热部位光纤温度传感器已开始用于发电机内部温度的测量第38页，共41页，编辑于2022年，星期三最高温度点测量定子端部绕组是放电机中的局部最热点发电机的整体热状态可以通过平均温度来反映平均温度可以通过热点偶测量冷却系统入口和出口处的温度得到过热测量过热测量当绝缘材料过热而出现冷凝核微粒时，离子流将明显减小缺点：监测装置输出地信号大小随冷却气体的压力盒温度而变化，且对油雾也有反应，它不能区别是哪种绝缘材料的过热改进：差动技术，串联两个相同的离子室，加过滤器，监测离子室的离子电流差，消除温度与压力引起的波动离子室放在120o高温环境中，消除油雾的影响微粒监测器后加装气体采集装置，气样进行色谱分析，必要时配合质谱仪进行定量分析第39页，共41页，编辑于2022年，星期三第40页，共41页，编辑于2022年，星期三气体成分的在线监测气体成分的在线监测旋转电机绝缘出现过热、局部放电等故障时，会分解出多种气体。根据冷却气体中所含的其他气体的成分和数量来诊断绝缘状况进行在线检测。对于氢冷发电机，可采用火焰电离检测器进行氢气中有机物总含量的监测放电量增大时，分解物也随之增多，因此气体组分的检测也可揭示局部放电的状态第41页，共41页，编辑于2022年，星期三