天大自动化学院绝缘技术课件6

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第二章 电气设备绝缘故障及诊断2.1 电气设备故障分析2.2 电气设备绝缘试验及诊断2.3 电气设备故障调查与分析2.1 电气设备故障分析 金属材料 电气 设备 绝缘材料电气设备可靠性主要取决设备绝缘 固体绝缘:绝缘纸、电瓷 、 云母、交联聚乙烯绝缘 液体绝缘: 绝缘油材料 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-气 绝缘固-液 绝缘 电气绝缘的作用 Ø 绝缘介质Ø 紧固支撑Ø 冷却媒介 电气设备故障的主要原因Ø 制造工艺存在缺陷Ø 恶劣环境和苛刻运行条件Ø 绝缘材料的劣化 Ø 缺乏良好的管理及维护 绝缘劣化及影响因素 Ø 电气因素Ø 机械因素Ø 温度和热稳定性Ø 受潮Ø 化学稳定性和抗生物性 1、电气因素u 工作电压u 短时过电压 2、机械影响u 机械负荷u 长时间振动u 短路应力 3、温度影响u 季节变化u 长期过负荷u 热老化电介质耐热等级 热老化规律 —— 6 度规则 对于常用A级绝缘,如油纸绝缘,温度每超过6℃,寿命约缩短一半 对于B级、H级绝缘分别约为10℃和12℃4、受潮影响 水带 局部电弧 绝缘介质复合绝缘材料表面憎水性 5、化学稳定性和抗生物性 u 在户外工作的绝缘材料应能长期耐受日照、雨雾冰雪等大气因素的侵蚀。u 在腐蚀气体等环境工作时,绝缘材料应具有更强的化学稳定性。u 在湿热带和亚湿热带地区,绝缘材料要注意抗生物(霉菌、昆虫)特性,如在电缆护层材料中加入防霉剂和除虫涂料等。 绝缘介质的电气特性1、强电场下(当外施场强大于介质击穿 场强时),出现放电、闪络、击穿等现 象,这在气体中表现最为明显。2、弱电场下(当外施场强比介质击穿场 强小得多时),主要是介质极化、电导 、介质损耗等现象。 气体放电 火花放电 (Spark)击穿 电弧 (Arc)闪络 液体、固体介质的电气特性 主要为在电场下的导电性能、介电性能和电气强度,常用以下特征参数表示: u 电导率γ(或电阻率ρ) u 介电常数ε(或电容C) u 介质损耗角正切(介质损耗因子) tgδ u 击穿电场强度Eb 电介质极化A—电极面积(cm2),d —电极间距(cm)εr—相对介电常数 电气设备中常以几种绝缘材料组成,这时串联介质在交变电压下场强分布与介电常数成反比,即如绝缘纸中存在气泡,气泡耐压低但分到场强却比纸要高4~5倍,这是组合绝缘中局部放电问题突出的重要原因之一。 对于多种材料组成的绝缘结构,或者采用不均匀的介质时,还会出现夹层极化。 当t=0时,电压与电容成反比稳态时,电压与电阻成反比 电介质电导固体介质电导包括:体积电导与表面电导,后者受湿度、染污的影响更大。如随着温度升高,表面解离离子数呈指数增大 因此,测量绝缘电阻或泄漏电流时必须注意温度影响。 电介质损耗交流电压下,试品电流包括有功分量及无功分量,则介质损耗为式中δ为介质损耗角,与绝缘结构形状及尺寸无关,仅取决于介质的损耗特性。因此国际上都直接用它来评估绝缘材料质量,衡量绝缘结构性能。 常用介质tgδ值(20℃,工频) 0.01~ 变压器油 0.05~0.5 聚乙烯 0.02 交联 0.02~沥青云母带 0.2~1 聚乙烯 0.05 0.01~ 油纸 2~5 聚苯乙烯 0.03 聚四氟 电瓷 ~ 0.5 8 乙烯 <0.02 环氧树脂 0.2~1 酚醛树脂 1~10 极性液体介质tgδ与温度的关系 1. 对应于频率f1的曲线2. 对应于频率 f2的曲线(频率f2> f1) 电介质的击穿n 电击穿:电场作用直接引起。 n 热击穿:仅靠增加绝缘厚度以提高击穿电压难以奏效。 n 电化学击穿:长期局部放电引起。极其纯净的液体及固体介质发生电击穿的电压很高,但实际不可避免含有杂质,如气泡、水分、炭粒等,对介质击穿过程及击穿电压有很大影响。 2.2 电气设备绝缘试验及诊断 电气设备绝缘试验 l 破坏性试验与非破坏性试验 l 直流耐压、交流耐压及冲击试验l 离线试验与在线监测 l 电气方法与非电方法 1. 破坏性试验与非破坏性试验 绝缘电阻试验 非破坏性试验 介质损失角正切值(绝缘特性试验) (tgδ) 试验 局部放电试验 交流电压试验 破坏性试验 直流电压试验(绝缘耐压试验) 雷电冲击电压试验 操作冲击电压试验 耐压试验必须在非破坏试验合格后才进行 2.交流耐压、直流耐压及冲击试验Ø 冲击试验:考核设备在雷电及操作过电压下的特性。比较真实、可靠的,特别对变压器等绕组结构而言,但难于在现场进行。Ø 交流耐压试验:一般仅在交接试验及大修后进行,因为虽然试验很严格,有利于发现某些缺陷,但可能产生严重“副作用”。Ø 直流耐压试验: 油纸电缆寿命曲线:1-粘性浸渍;2-充油电缆对于大电容试样,交流耐压试验所带来的残余破坏远大于直流耐压。但交流设备用直流试验也不够真实,例如油纸串联时,交流下电场分布取决于介电常数ε,而直流却取决于电阻率ρ。因此两者并不等效,互相替代。 3. 离线试验与在线监测 在线监测的优点l 所加的是运行电压,比停电试验电压下测 的参数更真实、灵敏;l 可以随时进行检测,能够及时发现缺陷。 在线监测的缺点p 造价高;p 可测试项目较少;p 易受环境因素影响。 4. 电气方法与非电方法 绝缘介质的劣化、击穿过程常伴有热、声、化学等参数的变化,这些参数中有些较易于测到或受外界干扰少,可以充分予以利用,用于电气设备绝缘的检测与诊断。 ü油中气体分析DGA (Dissolved Gas Analysis) 对发现油浸电力设备中的电弧放电、局部 过热等潜伏性故障相当有效;ü 红外热成像(Thermo vision)可用于发现 较小尺寸设备,如避雷器、互感器、套管 等的热点故障;ü超声法对测量振动及放电定位相当有效。 电气设备绝缘故障诊断· 运行电气设备 ? 电、热、机械、环境等因素作用 ? 绝缘性能逐渐劣化 ? 故障 ? 事故 ? 巨大损失· 故障 ? 各种前期征兆 ? 电气、物理、化学特性的少量、渐变· 特性变化的大小和趋势 ? 早期发现故障定义· 通过对电气设备的试验和各种特性的测量,了解其特征,评估设备在运行中的状态(老化程度),从而能早期发现故障的技术。作用· 提高电气设备及电力系统的运行可靠性· 明显的经济效益和社会效益功能 · 检测表征工作状态的信号 进行信号处理 提取信号特征 · 根据信号特征 ? 分析故障类型、性质及严重程度 · 对故障点进行定位 电气设备绝缘故障诊断特 点任何诊断问题都是以征兆为线索,电气设备绝缘故障诊断的困难在于:一般情况下,故障和征兆之间并不存在简单的一一对应关系,一种故障可能对应多种征兆,而一种征兆也可能对应多种故障。因此仅仅依靠单一检测项目,对故障诊断分析是不全面的,需要对各种试验结果进行综合推理。 诊断原理图 因果诊断原理图 故障诊断是故障发展因果关系的 逆问题Ø 状态监测技术─实时采集反映设备运 行情况的各种信号和参数,对设备状 态加以记录,为设备故障分析、性能 评估及合理使用提供基础信息。 故障诊断是故障发展因果关系的 逆问题Ø 故障识别技术─根据状态监测获得的 信息,对异常状态做出报警,对故障 类型进行初步分析,以便运行人员及 时了解设备工作情况。 故障诊断是故障发展因果关系的 逆问题Ø 诊断推理技术─根据各种检测方法得 出的初步结论,结合设备结构特点, 综合考虑设备运行历史(运行纪录、 故障经历及维修纪录)和环境因素, 对设备故障进行分析,确定故障性质 、程度及部位,推测诱发故障原因。 故障诊断是故障发展因果关系的 逆问题Ø 寿命预测技术─对已识别的故障进行 预测,指出故障发展趋势及后果,估 算设备剩余寿命,确定检修周期,提 出控制及消除故障的维修策略。2.3 电气设备故障调查与分析设备故障 = 设备的“病” 确定类型 诊断 推测原因 预计后果诊断最基本的功能就是对设备未知故障的分类问题。为了提高设备故障诊断的水平,需要对设备故障有一个系统的认识,这不仅有助于预防自然发生的故障,同时也有利于阻止人们可能引发故障的过失行为。 故障调查有关故障的经验数据是人们判断和识别设备故障状态的重要依据,如果缺乏具有本质意义的典型故障信息,则无法得到正确的诊断知识。所以典型故障的是研究故障诊断技术的基础。 设备故障总是由基本的部件故障引起,如何将设备的整体故障与局部的零部件故障联系起来,是故障分析的关键。 故障机理性分析 故障分析 故障统计性分析现场故障数据尤为重要,因为是在实际使用的条件下获得的,其结果远比实验室试验的结果含有更多的信息。法国电气公司以3500倍的出厂价格收购用户的失效集成芯片。
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