电气设备绝缘故障诊断技术.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电气设备绝缘故障诊断技术,高电压与绝缘技术研究生课程,第1章 绪论,绝缘诊断技术的含义,绝缘诊断技术的意义,绝缘诊断技术的发展概况,参考书,1.1 绝缘诊断技术的含义,电气设备绝缘诊断,在设备运行中和停机时，通过对电气绝缘试验和各种特性的测量，掌握设备绝缘参数，根据参数判定设备绝缘状态或故障的部位、原因和严重程度，预测设备绝缘的可靠性和寿命，并提出治理对策。,诊断对象（按绝缘类型划分）,电机、油浸绝缘设备、CV电缆（XLPE电缆）、气体绝缘设备。,诊断过程,信号采集、特征提取（信号及数据处理）、状态识别、预报决策,1.3 绝缘诊断的发展现状,故障诊断技术最早出现在军工和机械行业。,技术背景：传感、计算机和通讯技术的发展。,电力行业对提高供电可靠性以及行业科学化管理的要求。,技术发展迅猛，但依旧困难重重。,1.4 参考书,朱德恒，谈克雄主编，,电绝缘诊断，,中国电力出版社。1999,雷铭主编，电力设备诊断手册，中国电力出版社，2001,第2章 绝缘材料及老化,绝缘材料,电机、油浸绝缘、交联聚乙烯电缆、气体绝缘设备,绝缘材料的老化,电老化、热老化、机械老化、环境老化,2.1 绝缘材料,本课程涉及电机（发电机、电动机）、变压器、电容器等电气设备以及充油电缆、充气管道中输电线和交联聚乙烯电缆等。,电气设备绝缘材料：固体绝缘、液体绝缘和气体绝缘。对于大型电气设备，主要以组合绝缘方式为主。,二、油浸绝缘,用于变压器、充油电缆和电容器等设备中。,绝缘构成是以纤维纸、塑料薄膜和层压板等绝缘绕制并浸渍低粘度绝缘油构成。,两类：浸泡在绝缘油中、油浸复合绝缘。,四、气体绝缘设备,SF,6,气体绝缘。,金属微粒危害重大。,气压（Torr）,交流耐受电压（kV）,无金属微粒,有金属微粒,一、电老化,在长期电场作用下绝缘中发生的老化称为电老化。,固体绝缘,本征击穿场强非常高。,电器设备中绝缘材料击穿场强比本征击穿场强低。,原因：厚度效应、杂质及气孔。,绝缘击穿机理：电击穿、热击穿、电机械击穿。,油浸绝缘,很少的水分及纤维杂质的混入，将是击穿电压下降。,1、电压寿命特性,关系1：,关系2：,k为常数，n 为寿命指数，U,0,为局部放电起始放电电压。,lg,t,lg,U,lg,t,lg,U,lg,U,0,2、局部放电老化,巴申定律：,固体绝缘中气泡或气隙发生局部放电遵循巴申定律。,油浸绝缘与交联聚乙烯相比，后者内部发生局部放电时危害更大。,局部放电使高分子材料老化的机理：,1）带电质点的轰击；2）热效应；3）活性生成物；4）辐射效应；5）机械力作用。,（1）电树枝,气隙表面材料受局部放电的腐蚀,2、局部放电老化,树枝状放电的发展,2、局部放电老化,2、局部放电老化,（2）水树枝,2、局部放电老化,（3）油浸绝缘的老化,采用油纸绝缘结构的电气设备，在制造过程中可能混入气泡；,在运行中因湿度的影响、热胀冷缩及电动力和机械力作用的结果使纸层间存在气隙或油隙。,油纸绝缘结构中局部放电的发展,2、局部放电老化,二、热老化,有机绝缘材料若老化的主要过程是热降解。热降解是一系列复杂的化学反应，特别是指氧化反应。,绝缘的热老化遵循Arrhenius方程：,聚乙烯类材料若老化特征：材料的伸长率、拉伸强度等机械性能下降；电气性能下降。,第3章 常用的绝缘诊断方法,旋转电机,变压器,电缆,3.1 旋转电机,旋转电机的绝缘老化过程是典型的在机械力、热和电效应下的多种因素作用下的老化过程。,电机转动系统的不平衡会造成机械系统的,异常噪声,，是造成绝缘材料机械负荷加剧的主要原因。,测量电机的振动情况，并根据振动传感器的信号频谱分析是判断异常噪声的重要手段。,绝缘系统的运行温度也是影响绝缘老化的重要因素。,3.1 旋转电机,1、绝缘电阻试验,目的：确认绝缘层 表面或内部受潮、污损程度。,测量参数：定子绕组的绝缘电阻、吸收比或极化指数，转子绕组的绝缘电阻。,1min,10min,I,R,I,1,I,10,R,1,R,10,3.1 旋转电机,结果分析：,1),整相绕组,(,或分支,),P,i2,在额定电压,Un,以内明显出现者,(,电流增加倾向倍数,m,2,1.6),，属于有老化特征。绝缘良好者，,P,i2,不出现或在,U,n,以上不明显出现,2),单根线棒实测或由,P,i2,预测的平均击穿电压，不小于,(2.5,3),U,n,3),整相绕组电流增加率不大于下列值：,6kV：8.5；10kV：12,3.1 旋转电机,3、介损试验,目的：绝缘的受潮和老化判定。,测量参数：定子整相绕组,(,或分支,),及单根线棒的,tg,增量,(,tg,)。,tg,电压,U,0,U,n,3.1 旋转电机,结果分析,1）6kV,及,10kV,电压等级，,tg,值：6.5,%。,tg,指额定电压下和起始游离电压下,tg,(%),之差值。起始游离电压分别取,3kV,和,4kV。,2),电压为,6kV,和,10kV,的单根线棒在两个不同电压下的,tg,(%),值不大于下列值：,1.5,U,n,和,0.5,U,n,：11；,相邻,0.2,U,n,电压间隔,：2.5；0.8,U,n,和,0.2,U,n,：3.5。,3.1 旋转电机,4、局部放电量（整相绕组或分支）,定子电压等级：6kV 10kV,最高试验电压：6kV 10kV,试验电压：4kV 6kV,局部放电量,Q,m,：15000pC 15000pC,5、,整相绕组,(,或分支,),交、直流耐压试验,考验绝缘整体电气性能。,3.1节 旋转电机,6、绝缘剩余寿命推定,IEC：剩余击穿电压下降至初始值的50时为寿命终点。,各项试验数据与绝缘寿命具有一定关系。,各项试验参数联合推定绝缘剩余寿命。,多因素绝缘老化下的绝缘剩余寿命推定。,特别注意局部放电量与剩余击穿电压具有良好的相关性。,3.2 变压器,一、判断故障的主要试验项目,1、油中溶解气体分析,当气体继电器报警,、,变压器出口短路,以及,判断绝缘老化,时。,三比值法、改良电协研法等判断方法。,运行设备的油中,H,2,与烃类气体含量,(,体积分数,),超过下列任何一项值时应引起注意：,1）总烃含量大于,15010,-6,；2）,H,2,含量大于,15010,-6,3）C,2,H,2,含量大于,510,-6,(500kV,变压器为,110,-6,),烃类气体总和的产气速率大于,0.25ml/h(,开放式,),和,0.5ml/h(,密封式,),，或相对产气速率大于,10%/,月则认为设备有异常,3.2 变压器,二、当油中气体分析判断有异常时可选择的绝缘试验项目,绝缘特性,(,绝缘电阻、吸收比、极化指数、,tg,、泄漏电流,),绝缘油的击穿电压、,tg,绝缘油含水量,绝缘油含气量,(500kV),局部放电,(,可在变压器停运或运行中测量,),绝缘油中糠醛含量,耐压试验,3.2 变压器,三、判断绝缘受潮可进行试验项目,绝缘特性,(,绝缘电阻、吸收比、极化指数、,tg,、泄漏电流,),绝缘油的击穿电压、,tg,、含水量、含气量,(500kV),绝缘纸的含水量,四、判断绝缘老化可进行试验项目,油中溶解气体分析,(,特别是,CO,、,CO,2,含量及变化,),绝缘油酸值,油中糠醛含量,油中含水量,绝缘纸或纸板的聚合度,3.2 变压器,五、绝缘纸,聚合度：,当聚合度小于,250,时，应引起注意,。,油中糠醛含量（mg/L）,1）,油中气体总烃超标或,CO,、,CO,2,过高,时注意。,2)超过以下值时，认为绝缘非正常老化：,15年、510年、1015年、1520年分别为0.1、0.2、0.4、0.75。,3）,跟踪检测时，注意增长率。,4）,测试值大于,4mg/L,时，认为绝缘老化已比较严重。,3.3 电缆,一、充油电缆,1、充油电缆的监测,普遍认为：（1,）不存在长期老化引起的故障；,（2）事故大多因为漏油引起。,因此，对充油电缆的油压和油量的监测和报警非常重要。,漏油原因：接头铅包和法兰盘结合处；,振动和热伸缩引起外壳金属开裂；,外力引起外壳损伤。,3.3 电缆,2、充油电缆绝缘老化参数和诊断标准,参数,允许值,tg(100,C,),53/66,127/220kV:0.03,190/330kV:,0.01,油中溶解气体分析（10,6,）,可燃气体总量,1500,H,2,500,C,2,H,2,痕量,CO,100,CO,2,1000,CH,4,200,C,2,H,6,200,C,2,H,4,200,3.3 电缆,二、XLPE电缆的绝缘诊断,水树枝是引起绝缘事故的重要因素。,气隙,局部电场集中,气隙中杂质,电场,热,机械力,环境（水）,局部放电老化,电树枝老化,水树枝老化,绝缘击穿,3.3 电缆,1、绝缘电阻,无统一规定，采用纵比和横比的方法判定。,测量不精密，辅助性方法。,2、直流泄漏电流,老化电缆漏电流大，有波动或有上升趋势且电流曲线有跳动。,参数：漏电流、绝缘电阻、极化比、不平衡率。,与水树枝长度具有相关性。,3.3 电缆,3、介损测量法,主要是关注tan,的增量。,4、电位衰减法,U,t,