电力设备电气绝缘在线监测试验报告 精品.docx

1、电力设备电气绝缘在线监测试验报告 精品目录第一章 套管与变压器的绝缘预防性试验 30 引言 31术语及其定义 31.1绝缘电阻 31.2吸收比 31.3介质损耗角正切值（tan） 32试验目的 33套管的预防性试验 33.1主绝缘及末屏对地绝缘电阻 43.2主绝缘介损 43.3结论 44变压器的预防性试验 44.1绕组直流电阻 44.2绕组绝缘电阻和吸收比 54.3高压绕组对地介损 54.3结论 5第二章 金属氧化物避雷器预防性试验 50引言 51术语及其定义5 61.1无间隙金属氧化物避雷器 61.2 避雷器额定电压（Ur） 61.3 避雷器持续运行电压（Uc） 61.3 避雷器的参考电压（

2、Uref） 61.3 避雷器的参考电流 62试验用避雷器型号及参数 63试验项目及数据 73.1 绝缘电阻 73.2 直流1mA电压 (U1mA) 及0.75U1mA 下的泄漏电流 73.3 运行电压下的交流泄漏电流阻性分量 73.4 工频参考电流下的工频参考电压 10第三章 局部放电测量演示 120引言 121 GIS局部放电产生原因 122局部放电常用检测方法 132.1 传统方法 132.1.1耐压试验 132.1.2传统的局部放电测量法 142.2 在线检测手段 142.2.1非电测法 142.2.2电测法 153试验内容 163.1 试验回路介绍 163.1.1超高频法 163.1.

3、2超声法 173.2模式识别 173.2.1 PRPT谱图分析 173.2.2 识别网络 183.2.1 识别结果 18第四章 电力设备红外测量 180引言 181沙坡变电站主接线 182沙坡变电站电气设备红外成像图及分析 19参考文献： 22第一章 套管与变压器的绝缘预防性试验0 引言预防性试验是电力设备运行和维护工作中的一个重要环节， 是保证电力系统安全运行的有效手段之一。预防性试验规程是电力系统绝缘监督工作的主要依据，在我国已有 40 年的使用经验1。作为现行的国家标准，参考文献1 规定了各种电力设备预防性试验的项目、周期和要求，用以判断设备是否符合运行条件，预防设备损坏，保证安全运行。

4、因此，参考文献1将作为本试验的唯一标准。预防性试验，是指为了发现运行中设备的隐患，预防发生事故或设备损坏，对设备进行的检查、试验或监测，也包括取油样或气样进行的试验。本次试验的大气条件为干温：18.8C，湿温：14.2C。1术语及其定义1.1绝缘电阻 在绝缘结构的两个电极之间施加的直流电压值与流经该对电极的泄流电流值之比。常用兆欧表直接测得绝缘电阻值1，且电压应采用负极性。1.2吸收比在同一次试验中，1min 时的绝缘电阻值与 15s 时的绝缘电阻值之比1。1.3介质损耗角正切值（tan） 介质损耗角正切值是介质的串联RC等效回路中等效电阻上的压降与等效电容上压降之比，其值等于tan = *R

5、*C.它反映了介质总体绝缘状况，可以有效的体现出介质的集中性缺陷。但是对于局部缺陷或小型集中型缺陷却无法通过介损明显表示2。2试验目的1. 加深对电力设备绝缘预防性试验的认识与理解。2. 掌握进行绝缘预防性试验的方法与规程。3. 对绝缘诊断有一定理解。4. 会熟练进行套管与变压器的绝缘预防性试验。3套管的预防性试验本试验所用套管的参数如下:套管型号：BRW-126/630-4额定电压：126kV 额定电流：230A电容：175pF3.1主绝缘及末屏对地绝缘电阻按照规程，使用2500V摇表测得高压引出端对地绝缘电阻远大于10000M.（因其阻值过大，摇表无法读数准确），末屏对地绝缘电阻远大于10

6、00M.这符合国标规定。由于本试品末屏对地绝缘电阻大于 1000M，故不用测量末屏对地tan。3.2主绝缘介损采用M-8000型介损测试仪，测得不同测试方法时的介损及电容值如表1所示。表1 套管主绝缘介损测试表（U=10kV）试验序号tan / %C / pF测量方法10.613176.03工频正接20.482176.49工频正接30.559176.16变频正接40.504176.37变频正接50.493176.40变频正接60.484176.42变频正接70.484176.51变频正接均值0.517176.34标准差0.05020.1783 注：第二组数据实际应在第6组和第7组之间，但由于其

7、采用工频正接，故列在第2.标准规定其介损值不应大于1%.由表1知本试品符合标准规定。且可认为试品在10kV下内部无较多气隙放电，亦无分布性缺陷。3.3结论1、本试品通过预防性试验的考核，符合国家标准要求，可认为其无重大缺陷。2、随着试验次数增加，介损变小，电容值变大。鉴于试品放置于室外且期间有雨水天气，故可判定介损和电容值的变化是加压绝缘发热从而水分蒸发所致。3、由于试验地点强电场干扰较小，因此工频与变频测得数据变化不大（去除结论2的影响）。4变压器的预防性试验4.1绕组直流电阻利用万用表测得高压绕组直流电阻为150，温度换算到20C后电阻为149。4.2绕组绝缘电阻和吸收比 采用2500V摇

8、表测得高低压绕组之间绝缘电阻大于10000M。测量吸收比试验进行了两次，数据基本一样。为：15秒时电阻R15=10000M，60秒时电阻为R60=20000M。由此得吸收比为2.4.3高压绕组对地介损采用M-8000型介损测试仪，测得不同测试方法时的介损及电容值如表1所示。表1 变压器主绝缘介损测试表（U=10kV）试验序号tan / %C / pF测量方法11.841695.37工频反接21.830695.36工频反接31.831695.40工频反接41.838695.55变频反接均值1.835695.42标准差0.00540.0883将介损均值温度折算后，得介损为1.894%，这不符合标准

9、中关于电力变压器得介损规定。4.3结论1、按照电力变压器的66220kV试验标准，本变压器不符合其要求。其原因可能是使用时间太久导致的绝缘老化或者是程度较深的受潮。2、由于试品是试验变压器，而试验变压器在很多方面都与电力变压器由不同之处3，因此用电力变压器的标准考核有不妥之处。3、在测量吸收比时，发现绝缘电阻在40秒前变化不大，而40秒到50秒之间数值突然上升到之前的2倍，这不符合文献2中关于绝缘电阻随时间变化的叙述。此现象的原因尚不清楚。第二章 金属氧化物避雷器预防性试验0引言自从20世纪60年代末，70年代初，日本首先成功研制成功氧化锌非线性电阻片和电力用氧化锌避雷器后，三十多年来经过世界

10、各国的共同努力，氧化锌电阻片的发展已经达到了成熟的阶段。由于氧化锌电阻片具有非常出色的非线性伏安特性，可以取消串联火花间隙，实现避雷器无间隙无续流，且造价低廉，因此氧化锌避雷器已经在越来越广泛的领域取代了碳化硅避雷器4。1术语及其定义51.1无间隙金属氧化物避雷器由非线性金属氧化物电阻片串联和（或）并联组成且无并联或申联放电间隙的避雷器。1.2 避雷器额定电压（Ur）施加到避雷器端子间的最大允许工频电压有效值， 按照此电压所设计的避雷器， 能在所规定的动作负载试验中确定的暂时过电压下正确地工作。 它是表明避雷器运行特性的一个重要参数， 但它不等于系统标称电压。1.3 避雷器持续运行电压（Uc）

11、允许持久地施加在避雷器端子间的工频电压有效值1.3 避雷器的参考电压（Uref）参考电压分为工频参考电压（Ua.c.ref）和直流参考电压（Ud.c.ref）.避雷器的工频参考电压是指在避雷器通过工频参考电流时测出的避雷器的工频电压最大峰值除以。多元件串联组成的避雷器的电压是每个元件工频参考电压之和。避雷器的直流参考电压是指在避雷器通过直流参考电流时测出的避雷器的直流电压平均值。1.3 避雷器的参考电流1、避雷器的工频参考电流 用于确定避雷器工频参考电压的工频电流阻性分量的峰值（如果电流是非对称的，取两个极性中较高的峰值）。工频参考电流应足够大，使杂散电容对所测避雷器或元件（包括设计的均压系统

12、）的参考电压的影响可以忽略，该值由制造厂规定。2、避雷器的直流参考电流 用于确定避雷器直流参考电压的直流电流平均值。2试验用避雷器型号及参数型号：HY5WS-17/50额定电压：17kV持续运行电压：13.6kV出厂试验数据：直流1mA参考电压：27.4kV泄漏电流：9标称放电电流下残压：50kV局部放电量：1.8pC试验大气条件：干温：19.5C, 湿温16.7C，气压72.87cmHg3试验项目及数据3.1 绝缘电阻利用2500V摇表测得试品绝缘电阻为5000M，符合文献1关于35kV及以下的金属氧化物避雷器的要求。3.2 直流1mA电压 (U1mA) 及0.75U1mA 下的泄漏电流在电

13、压为负极性时测得U1mA-=27.2kV，0.75U1mA 下的泄漏电流为0A。在电压为正极性时测得U1mA+=27.4kV，0.75U1mA 下的泄漏电流为0A。由于出厂试验数据为U1mA=27.4kV,与实测数据相差最大为0.73%，且大于文献5对于额定电压17kVMOA规定的24kV，因此认为此项符合国标要求。泄漏电流也符合国标要求。3.3 运行电压下的交流泄漏电流阻性分量由于没有阻性电流测试仪，本试验测量阻性电流的方法为通过记录避雷器两端电压和流过的电流波形（通过2k串联电阻取得）得到其相位差及电流基波分量I0，然后由IR= cos * I0 即可得阻性电流值。此处采用电流基波分量的原

14、因是根据傅立叶级数理论，电流的高次谐波不会在基频电压上产生有功功率，而本试验中电压波形可认为是一个仅有50Hz基波的纯正弦波，其频谱如图1所示。图1、避雷器电压频谱通过MATLAB编程，可将如图2所示时域电流波形转化为频谱，取其基波幅值再乘以电压与电流相位差的正弦，即可得所求电流阻性分量。图2、避雷器电压电流波形程序计算得阻性电流分量峰值为1.5793A.并画出电压和电流时域波形以及电流的频谱如图3所示。图3、运行电压下避雷器电压电流波形及频域滤波后电压电流波形以下为Matlab程序代码function I = R_I_ifft(data, data_v)subplot(1,2,1)plot(

15、data(:, 1), data(:, 2),r,data(:, 1), data_v(:, 2);xlabel(t / s);ylabel(u / V); qq = fft(data(:, 2), 5000);rr = fft(data_v(:, 2), 5000);qqq = zeros(5000, 1);rrr = zeros(5000, 1); c = min(find(abs(qq) = max(abs(qq); qqq(c) = qq(c);qqq(5000: -1 : 2501) = conj(qqq(2 : 2501);rrr(c) = rr(c);rrr(5000: -1 :

16、 2501) = conj(rrr(2 : 2501); subplot(1,2,2)qq = ifft(qqq);rr = ifft(rrr);plot(data(:, 1), qq(1 : 2500), r);hold onplot(data(:, 1), rr(1:2500); pointer_g1 = 0;pointer_g2 = 0;pointer_I = 0;pointer_V = 0;c = 2;while pointer_g1 * pointer_g2 =1 if qq(c) 0 & qq(c) * qq(c-1) 0 & rr(c) * rr(c-1) 0 pointer_g

17、2 = 0 pointer_V = c; pointer_g2 = 1; end c = c + 1;endTs = data(2, 1) - data(1, 1);q = max(abs(qq) ;p = cos(2*pi*abs(pointer_V - pointer_I) * Ts /0.02);I = 500 * max(abs(qq) * p; 3.4 工频参考电流下的工频参考电压由于不能直接测量阻性电流分量值，故采取多电压下测量记录电流波形，数据处理得到各电压下对应的阻性电流峰值后利用多项式差值的方法近似得到此工频参考电压。本试验中已记录了14个电压下对应的电流波形，利用项目3中的

18、Matlab程序可得阻性电流峰值和对应电压的关系，如表1所示。同时示出20.5kV下的时域波形及频域滤波后的时域波形图见图4.表1、避雷器阻性电流分量与对应电压表避雷器电压/ kV电流阻性分量/A避雷器电压/ kV电流阻性分量/A50.6124162.36117.50.9626173.2724101.0888185.1527111.19091911.1818121.419719.515.7087 13.61.48502036.9641151.959420.560.2805图4、20.5kV下避雷器电压电流波形及频域滤波后电压电流波形和项目1对照可知，1mA电压高达27.2kV，而0.75倍的U

19、1mA已经小到用电流表测不出的水平。因此本试验中数据出现的最高电流只有60A可以用加压太小解释。故此取工频参考电流为波形突变处，即大约为3A.根据表1中的数据采取最优平方逼近6的方法。观察数据形式可知用指数函数逼近最为合理。由此得到逼近函数为y=21.591575*exp(-0.86878/t).画出数据点和逼近函数图像如图4. 计算3A处的工频参考电压为峰值16.163kV.图中用蓝色的五角星标处该点。图4、最优平方逼近拟合多项式图示图5、最优平方逼近拟合多项式局部图示第三章 局部放电测量演示0引言GIS是以SF6作为绝缘介质的气体绝缘金属封闭开关设备，也称为封闭式组合电器和气体绝缘变电站。

20、由于优点很多，自20世纪60年代开始，世界上已经有成千上万个GIS投入使用。GIS在线监测的主要内容包括绝缘特性、断路器的动作特性、接地故障、导体发热、气体参数等。由于试验条件的限制，我们在试验中通过检测局部放电来判断其绝缘特性的好坏。1 GIS局部放电产生原因局放是反映GIS绝缘性能的重要参数之一，它是GIS绝缘劣化的征兆和表现形式，又是绝缘进一步劣化的原因。随着GIS在电力系统的应用日益广泛，监测GIS局放已成为一项越来越重要的工作。GIS中发生局放的原因是多方面的，主要有一下几点：绝缘体内部存在自由移动的金属微粒；绝缘体内或高压导体上存在针尖状突出物；由于制造原因在绝缘表面上可能存在固定

21、的微粒；附件存在悬浮电位体或导体间连接点接触不好；轻微局放或制造时造成绝缘体内部或表面存在气隙、裂纹。据报道，GIS中各种缺陷导致故障的分布情况如图6所示。图6、GIS中各种缺陷导致故障的分布图2局部放电常用检测方法GIS中的局部放电会在外壳上产生微弱的电流，使接地线上有高频放电脉冲流过；还会使通道气体压力骤增，在GIS内部气体中产生纵波或超声波，并在金属外壳上出现各种声波；还会导致SF6气体分解或发光:这些物理和化学变化特征都可作为局部放电信号检测的对象。GIS局部放电的在线监测是GIS绝缘诊断技术的重要组成部分,已日益受到制造厂和用户所重视,并将此作为判断GIS绝缘长期可靠性的一种有效手段

22、。由此产生的GIS在线监测技术也迅速发展起来,可分为非电测法和电测法两大类。不论用何种方法,其关键是灵敏度,即能可靠地将缺陷检测出来,并判断出缺陷的位置。2.1 传统方法2.1.1耐压试验现场耐压试验用于检查经运输、安装后的整体GIS常用手段。按照IEC60517标准的要求，GIS设备投运前，需进行现场交流耐压试验、操作冲击和雷电冲击耐压试验，以便及早的发现内部绝缘缺陷。各种耐压试验对GIS的绝缘缺陷的相对有效性如表2所示7。由表2可知，交流耐压试验对检测自由微粒和外部异物相当灵敏。通常耐压试验一般与老练试验结合进行，第一阶段为老练净化试验，使可能存在的微粒移动到低电场区或微粒陷阱中。第二阶段

23、为耐压试验，时间为lmin，试验过程中允许发生若干次放电，只要最后通过规定的试验电压并耐受了规定时间，即认为试验通过。表2、检测GIS绝缘缺陷方法的有效性比较2.1.2传统的局部放电测量法传统的局部放电测量法，可以在工频电压下测出GIS的缺陷，使设备免受破坏性放电所带来的损伤，因此该测量法是现场试验中最常使用的方法之一。在传统的局部放电测量中，对一个试品绝缘程度的判断，可借助多种表征参数:1、起始电压和熄灭电压。当外施电压逐渐上升，达到能观察到局部放电时的最低电压，即为局部放电起始电压。当外施电压逐渐降低到观察不到局部放电时，外施电压的最高值即为局部放电熄灭电压。在实际测量中，为了避免因测试系

24、统的灵敏度不同而造成的测试结果的不可对比，一般规定一个放电量标准，当放电量达到或超过这个标准时，外施电压的有效值就作为局部放电起始电压，当放电低于这个标准时的外施电压的最高值作为局部放电熄灭电压。2、放电重复率。在测量时间内，每秒钟出现放电次数的平均值称作放电重复率。由于受到测试系统灵敏度的分辨能力限制，实际测得的放电次数，只能是视在放电电荷大于一定值、放电间隔时间足够大的放电脉冲。3、实际放电量和视在放电量。在绝缘体中发生局部放电时，绝缘体两端施加电压出现的脉动电荷，称之为视在放电量。而在绝缘体局部放电时，出现的电荷总和则称之为实际放电量。2.2 在线检测手段2.2.1非电测法非电测主要有振

25、动检测法、光电法、化学检测法。(1) 振动检测法GIS局部放电会产生声波，包括纵波、横波和表面波。在腔体外壁中传播的声波除纵波外还有横波，因此采用超声波传感器接收局部放电产生的振动信号，也能达到检测GIS内部局部放电的目的。由局部放电产生的声波和金属屑末撞击外壳引起机械振动的频率，在数千赫兹和数十千赫兹之间，为去除其他的声源的干扰，传感器的检测频率一般选为120kHz。振动检测法的优点是传感器与GIS设备的电气回路无任何联系，不受电气方面的干扰。缺点是在现场中除了局部放电以外，还存在不少其它原因可能引起外壳振动，而且有的振动还很强烈，然而不同原因引起的振动频率特性不同，因此可采用带通滤波器来减

26、小外界的影响。(2) 光电法从原理上讲,局部放电时产生光子发射,因此可用安装在GIS中的光电传感器如光电二极管或光电倍增管进行光测量来评价局部放电的强弱。由于SF6气体的光吸收能力随着气体密度的增大而提高以及局放本身比较弱,因此这种方法的灵敏度很低；另外,对实际GIS因有许多气室所以需要大量传感器,故这种方法对局放监测不实用；但它可用来检测放电的位置,因为放电火花伴随着强烈的光辐射。这种光电检测系统的优点是不存在抗电磁干扰问题。(3) 化学检测法在GIS内部电弧放电的作用下，部分SF6气体会发生分解，SOF2和S02F2为两个重要的中间分解物，在线分析出的SOF2和S02F2浓度，可以判断GI

27、S内部放电状况的严重程度。其优点是检测结果不受外界电磁干扰的影响。化学检测法存在的问题是:(a) 试验统计分析表明，对自由微粒引起的局放测量效果差。(b) GIS中的吸附剂和干燥剂可能会严重影响化学方法测量的准确性。(c) 短脉冲放电不一定能够产生足够的分解物。(d) 一次试验需要做多种分解物的气相色谱试验和红外谱图分析。(e) 断路器动作时产生的电弧亦会影响测量。2.2.2电测法电测法包括传统的耦合电容法、高频法、超高频法。(1) 耦合电容法这是IEC60270标准推荐的方法,也称耦合电容法,是测量局部放电的最常用方法,测量频率在10MHz以内。这种方法的优点是可通过校准对局部放电进行定量测

28、量,灵敏度取决于耦合电容与试品等值电容的比值,一般可优于2pC。但这种方法要求试验回路中的所有组件包括高压引线均不能产生高于试品本身局放水平的干扰。(2) 高频法高频法（100MHz）是将许多传感器分布在整个GIS中,根据频谱分析仪接收到的最大信号来确定某一缺陷的最大灵敏度。传感器可以是嵌在绝缘子中的电极或安装在绝缘法兰上；GIS通常采用多点接地使得局放的电气检测可在接地回路中进行,例如采用高灵敏度的脉冲电流互感器,其原理就像罗戈夫斯基(Rogowski)线圈，检测频率可达几十兆赫兹。这种方法的现场检测灵敏度可达100pC.(3) 超高频法超高频法(ultra-high frequency简称

29、UHF)就是利用GIS局部放电辐射出的超高频电磁波信号进行检测的一种方法。超高频在线检测技术具有以下特点:1.传感器接收UHF频段信号，避开了电网中主要电磁干扰的频率，具有良好的抗电磁干扰能力。2.根据电磁脉冲信号在Gsl内部传播具有衰减的特点，利用传感器接收信号的时差，可进行故障定位。3.根据放电脉冲的波形特征和UHF信号的频谱特征，可进行故障类型诊断。4.UHF传感器相对于振动检测法而言，其局部放电有效检测范围大，因此需要安装传感器的检测点少。3试验内容3.1 试验回路介绍3.1.1超高频法运行中的GIS内部充有高气压SF6气体，其绝缘强度和击穿场强都很高。当局部放电在很小的范围内发生时，

30、气体击穿过程很快，将产生很陡的脉冲电流8。对信号进行频谱分析之后，发现其中频率成分可达数GHz，并且脉冲向四周辐射出超高频电磁波。而同时，伴随着局部放电信号的有光、电磁波、振动(超声波)等物理现象；现场存在的大量的电磁干扰信号，主要集中在频率300MHz的频段，因此选择超高频(UHF)段的电磁信号(0.33GHz)作为检测信号，可以避开常规放电监测方法中难以识别的电力系统中的干扰。根据该要求，建立试验系统如图7所示。图7、超高频法检测GIS母线段局放电路图图中U为220V市电，T1、T2、T3分别为自耦调压器、隔离变压器、无局放高压试验变压器；Z为水电阻，CK为100kV耦合电容器，Zm为检测阻抗，Cx为局部放电模型等效电容，Rm为50无感电阻。PDCheck是脉冲电流法测量仪器，CK