电气诊断概论电力设备在线监测与故障诊断

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1、李燕青电气设备故障监测与诊断电气诊断概论ElectricalFaultDiagnosis电气故障的主要原因制造工艺存在缺陷恶劣的环境和苛刻的运行条件材料的劣化缺乏良好的管理及维护现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于设备的绝缘结构。电力设备金属材料绝缘材料绝缘介质紧固支撑冷却媒介绝缘结构的作用绝缘材料液体绝缘:绝缘油固体绝缘：绝缘纸、电瓷、云母交联聚乙烯等气体绝缘:空气、SF6真空绝缘实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组合绝缘。固-液绝缘固-气绝缘绝缘劣化及其影响因素电气因素机械因素温度和热稳定性受潮化学稳定性和抗生物

2、特性为了使设备的外形尺寸保持在可以接受的水平，现代变压器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显著提高。图1有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强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.电气影响长期工作电压短时的过电压2.机械影响机械负荷长时间振动短路应力图2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3.温度影响季节变化长期过负荷热老化表1电介质的耐热等级耐热等级工作温度(℃)电介质O90木材、纸、纸板、棉纤维、天然

3、丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶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C>180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯热老化规律——6度规则试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温度每超过6℃，则寿命约缩短一半。而对于B、H级绝缘则分别约

4、为10℃及12℃。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“汽桥”而使击穿电压显著降低。4.受潮局部电弧水带绝缘介质5.化学稳定性及抗生物特性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。在含有化学腐蚀气体等环境中工作时，选用的材料应具有更强的化学稳定性，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、昆虫）特性，如有的在电缆护层材料中加入合适的防霉剂和除

5、虫涂料等。绝缘介质的电气特性可以将不同电场强度下，电介质中所呈现的电气现象分为两类：1.在强电场下（当外施场强大于该介质的击穿强度时），将出现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为明显。2.在弱电场下（当外施场强比该介质的击穿场强小得多时），主要是介质中的极化、电导、介质损耗等。以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。气体放电的基本过程放电（Discharge)击穿(Breakdown)闪络(Flashover)火花放电(Sparkover)电弧(Arc)汤逊放电理论外界电离因子阴极表面电离气体空间电离气体中的自由电子电场中加

6、速碰撞电离电子崩（α过程）正离子阳极表面二次发射（γ过程）巴申曲线图3棒-棒及棒-板空气间隙的工频击穿电压Ub与间距d的关系的试验曲线（1,2,4为棒-棒；3,5为棒-板）气隙击穿的三个必要条件足够高的电压。在气隙中存在能引起电子崩并导致击穿的有效电子。需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。冲击电压下的击穿电压与直流或工频电压下的击穿电压不同。当外施电压快速升高，于时t1虽已达在持续作用电压下的击穿电压Us，但击穿过程并不立即开始，要过ts（统计时延）才出现第一个有效电子；再经过碰撞电离、电子崩到完成击穿，还须tf（放电形成时延）

7、。图4放电时间的组成冲击击穿电压及过电压保护ut0s1s2图550%伏秒特性1.0%伏秒特性；2.100%伏秒特性；3.50%伏秒特性；图6伏秒特性间的配合因为ts和tf都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间的关系——伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用50%伏秒特性来表征。以避雷器保护变压器为例，就必须根据伏秒特性进行绝缘（强度）配合，如在图2中S2就能较好地保护S1。气体中的沿面放电(cm)图7不同材料的工频下沿面闪络电压（峰值）1—纯气隙；2—石蜡；3—胶纸筒；4—电瓷沿着固体介质表面的闪络电压不但远低于固体介质的击穿电压，

8、而且也比相同极间距离的纯气隙的击穿电压低。如果表面潮湿、脏污时，沿面闪络电压更低。这是选择输电线路和变电所外绝缘时的关键因素。输电线和变电站所用的绝缘子大多在户外运行，因此还要考虑湿闪及污闪的情况，这时的放电电压远低于乾