浅析电气设备绝缘状态检测技术（模版）

网络教育学院 本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目 ： 浅析电气设备绝缘状态检测技术 学习中心： 层 次： 专科 起点 本 科 专 业： 年 级： 年 春 /秋 季 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 年 月 日 浅析电气设备绝缘状态检测技术 I 内容 摘要 电气设备绝缘损坏占设备故障的很大比重，在电力系统中常常由于某一部分或某一电气设备的绝缘遭到损坏而引起事故，破坏了电力系统工作的可靠性，给国民经 济带来了巨大损失。发电厂作为电力系统的电能生产基地，其主要电气设备的运行安全性至关重要。为了保证电气设备绝缘的正常工作，必须对绝缘材料和绝缘结构的耐电性能进行理论和实验的充分研究。 然而绝缘状态在线检测结果超标并不能表示设备故障，必须与常规检测试验及设备历史运行状况结合，才能准确判断出设备的绝缘状况，从而制定合理的设备检修或维护方案，保证电气设备的安全稳定运行。 本文通过对绝缘材料的电气特性及绝缘特性的检验方法作了全面详细的介绍。 通过分析提出我国状态在线检测技术发展的问题所在，并提出利用在线检测技术对电气设备 绝缘状况进行跟踪检测的重要性和必要性。 关键 词 ： 电气设备 ； 绝缘状态 ； 检测技术 目 录 内容摘要 . I 浅析电气设备绝缘状态检测技术 绪论 . 1 设备绝缘状态检测的意义 . 1 绝缘状态检测技术现状 . 1 国外检测技术发展现状 . 1 国内检测技术发展现状 . 2 本文的主要内容 . 3 2 绝缘检测方法概述 . 4 绝缘材料及性能 . 4 绝缘材料 . 4 绝缘材料的电气性能 . 4 常规绝缘检测方法 . 6 绝缘电阻和吸收比 . 6 泄露电流测量与直流耐压试验 . 6 介质损耗角正切值测量 . 8 耐压试验 . 8 绝缘状态在线检测技术 . 9 3 _绝缘检测及应用 . 12 _绝缘检测原理 . 12 _绝缘检测实例分析 . 12 4 结 论 . 15 参考文献 . 17 附 录 . 错误 !未定义书签。 浅析电气设备绝缘状态检测技术 1 1 绪论 设备绝缘状态检测的 意义 电气设备是电力系统中最重要的控制和保护设备。电气设备状态检测是对电气设备经济安全运行评估的基础，是融合传统电气设备、传感器技术、自动控制、信号处理等多学科知识的前沿研究方向之一。状态检测是以先进的监测设备和诊断技术为基础，应用系统工程的方法进行综合分析判断和评估，从而查明设备内部状况，掌握缺陷性质，预测隐患的发展趋势和设备寿命。 目前，发电厂主要电气设备的检修仍采用定期检修，定期检修存在两方面的不足 :一是设备存在着潜在的不安全因素时，因未到检修期限而不能及时排除隐患 ； 二是设备状态良好，但已 到检修时间，就必须检修。检修时又缺少以往设备运行的状态记录，要检修的内容不明确，存在很大的盲目性，造成人力、物力和时间的浪费，检修效果也不好。状态检修是根据设备的运行状况进行检修，因此状态检修的前提是必须要作好电气设备状态在线 检测。状态检测有两个主要的优点 :一是能够及时发现设备缺陷， 做 到防患于未然 ； 二是为电气主设备的运行管理提供方便，为检修提供可靠的依据，减少人力、物力和时间的浪费，从而提高检修效率 1。 长 期以来，运用绝缘预防性试验来诊断设备的绝缘状况起到了很好的效果，但由于预防性试验周期的时间间隔可能较长，以及预防性试验施加的电压有的较低，试验条件与运行状态相差较大，因此就不易诊断出被测设备在运行情况下的绝缘状况，也难以发现在两次预防性试验时间间隔之间发展的缺陷，这些都容易造成绝缘不良事故。而且绝缘预防性试验一般要求在温度 50以上和相对湿度 65%以下进行，同时还要对系统进行停电作业，工作量大 ，而且 繁锁。同时，试验电压大多在 1下，不能反映出电力设备在运行状态下的绝缘状态。因此，电力系统多次发生预防性试验合格的电气设备在运行中烧坏和爆炸。通过带电试验，可以对电力设备在运行电压下的绝缘状况进行掌握，同时也比低电压下测试绝缘状态更为有效地发现各类绝缘缺陷。 绝缘状态检测技术 现状 国外 检测技术 发展现状 状态检测在美国、加拿大等国家发展较快，可能有两方面的原因 :其一是设备制造厂家生产的产品质量一致性较好 ，材质好，设备出现故障的概率很小 ； 第二浅析电气设备绝缘状态检测技术 2 是西欧国家劳动力造价高，如 果 投入大量的试验人员进行预试，试验费用等开支很大，相对来讲，投入设备的经费要低 一些 ，因此发展在线测量就具有更大意义。随着计算机技术及电子技术的飞速发展，实现电气设备运行的自动监控及绝缘状况在线监测，并对电气设备实施状态监测和检修已成为可能。 实施状态检测应具备三个方面的基本内容，第一是运行高压电气设备应具有较高的质量水平，也就是设备本身的故障率应很低 ； 第二是应具有对监测运行设备状况的特征量的在线监测手段 ； 第三是具有较高水平的技术监督管理和相应的智能综合分析系统软件。其中在线监测绝缘参数是状态监测的基本必备条件。 通过将实时监测和现场采集的各种参数、数据录入计算机数据库，同时建立标准判据，形成每个设备的状态参数的历史曲线，自动绘制参数品质变化趋势，并与标准数据进行比较，发现问题及时提出处理建议，指导运行调整各种参数，为观察和分析设备的健康状况提供依据，逐步实现了从机组异常事后分析到异常现象事先分析的飞跃。根据这些数据制定相应的检修对策，其他使用人员可以通过网页看到由专业人员提供的趋势、警告、诊断和分析结论。这一技术的运用可以杜绝检修决策的主观性和随 意性，减少决策失误和重复劳动，规范状态检修工作程序。系统可对全厂所选定的状态检修设备进行基本数据的记录、分类，所有参数经自动或人工进入微机后会自动生成过程曲线，各参数及设备健康状况一目了然。 国内检测技术发展现状 目前我国电气设备绝缘检测仍以定期预防性试验为主，主要有绝缘电阻测试、泄漏电流、介质损耗角正切值测试、耐压试验等。常规检验方法可以从某种程度上预防电气设备因绝缘损坏造成的事故发生，但是绝缘损坏是循序渐进的过程，常规检测方法不能及时发现和正确掌握设备绝缘状况及变化发展规律，因此电力系统经 常发生预防性试验合格的电气设备在运行中烧坏和爆炸。虽然我国电气设备绝缘在线监测技术的发展己有十多年的历史，技术上日臻完善 ， 然而由于种种原因使得某此技术问题未能得到彻底解决，它们或者影响测量精度，或者影响对测量结果的分析判断，在一 定 程度上影响 了 在线监测技术的推广应用。这些技术问题有的属于理论性的，例如在线监测和停电试验的等效性、测量方法的有效性、大气环境变化对监测结果的影响等，问题的解决需 要 加强基础研究，积累在线检测系统的运行经验，并制定相应的判断标准。另一类则属于测量方法和系统设计浅析电气设备绝缘状态检测技术 3 方面的问题，例如通过传感器 设计及数字信号处理技术来提高监测结果的可信度，采用现场总线控制等技术提高监测系统的抗干扰能力，简化安装调试及维修工作等。妥善解决这些问题将有助于提高在线监测系统的质量和技术水平。状态检测的问题己经讨论了好几年，很多科研单位都投入了极大的热情，攻克了许多技术难题，电力系统也投入了许多资金进行尝试，但成效并不显著。要把状态检测工作搞好，作好规划工作是关键。电力系统作为用户和设备的运行管理单位应该对状态检测做出总体要求，当好指挥长。具体的工作应要求主设备制造厂来完成。这样，既可以使检测项目更加完善，又可 以 使高压电 气设备的状态检修达到更佳的效果 2。 本 文的主要 内容 本文研究的是 电气设备绝缘状态监测技术 。 全文共分为 四 章，各章内容简介如下： 第一章 ： 绪论， 简述 课题的背景和意义、 论题的 国内外发展现状，介绍论文的 主要内容； 第二章 ：绝缘检测方法概述，对常规绝缘检测试验方法及在线检测技术进行 简单论述； 第三章 ： 油浸电力变压器 绝缘 检测 及应用 ； 本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。 浅析电气设备绝缘状态检测技术 4 2 绝缘检测方法概述 绝缘材料及性能 绝缘材料 绝缘材料 (又 称电介质 )，通俗地讲，就是能够阻止电流在其中通过的材料即不导电的材料。常用绝缘材料有气体、液体、固体三大类。气体绝缘材料包括空气、六氟化硫 (，液体绝缘材料有变压器油、电缆油、电容器油等，固体绝缘材料分为无机绝缘材料、有机绝缘材料等。无机绝缘材料有云母、石棉、电瓷、玻璃，主要用于电机和电器的线圈绝缘、直流电机换向器片间绝缘、开关底板、绝缘子等，多用来制造绝缘漆或直接被覆导线、线圈。绝缘材料应用广泛，种类繁多，是电气工程中不可缺少的重要材料。例如电 机、电器、变压器中使用的绝缘材料种类， 电气设备对绝缘材 料的要求除电气性能外 ， 还对绝缘材料的以下性能提出要求。 （ 1） 机械性能。绝缘材料在使用中 ， 除受电压的作用外，还须承受机械力的作用。如架空输电线的绝缘子，就起着悬挂或支架导线的作用 ； 在施放电缆时，电缆的绝缘层要受到卷曲、拉伸的作用力。 （ 2） 热性能。电气设备在运行中会发热。因此，绝缘材料也要受到热的作用。长时间热的作用也会加速绝缘材料老化，以致丧失绝缘性能。绝缘材料，特别是脆性材料 (像玻璃、陶瓷、硬塑料等 )在剧烈变化的温度 (热冲击 )作用下，由于在材料的内、外层间形成温差和不均匀的热膨胀 (或收缩 )，可能形成裂缝 。 （ 3） 吸潮性。对于温度大的地区要尽量采用吸湿性小的材料，或对材料进行表面防潮处理。一般如 果材料具有多孔毛细管状结构，那么它的 吸水性能比结构稠密、均匀的材料要高得多。 （ 4） 化学性能及抗生物特性。这主要是材料的稳定性，如固体绝缘材料的抗腐蚀性 (氧、臭氧、酸、碱、盐类的溶液和蒸汽的作用 )和抗溶剂的稳定性 (耐油性、耐漆性等 )，液体介质的抗氧化性能 (反映为酸价的增加等 )，工作在湿热带和亚热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物特性，需采用防霉剂和除虫涂料等。 绝缘材料的电气性能 绝缘材料电气性能的好坏， 直接影响电气设备运行的可靠性和安全性。当电气设备的绝缘材料电气性能变坏时，可能导致绝缘击穿，引起设备损坏事故。所浅析电气设备绝缘状态检测技术 5 以，早期预测绝缘电气性能的变化，可以防止事故发生。 (一 )绝缘材料泄漏电流 (电介质的电导 ) 在电场作用下绝缘材料中的带电质点沿电场方向运动就形成了泄漏电流。这种泄漏电流与金属导体中的电流有本质区别，其中之一体现在导体的电阻率很小，例如，金属电阻率为 10 10m，而绝缘材料的电阻率很高，达 107 1020 m。泄漏电流的大小与绝缘材料本身有关，与外加电场大小有关，而与外电场的变化频率无关 。 固体绝缘材料的泄漏路径，一是通过材料内部，二是通过材料表面。通过材料内部的泄漏电流的大小与温度有关，温度越高，材料中的导电离子数越多，则泄漏电流越大：同时它与材料内部是否受潮有关，受潮后泄漏电流显著增大。而表面泄漏电流大小与绝缘材料是否受潮、是否脏污有关。当天气潮湿，材料表面又脏污时，其表面泄漏显著增大 3。 (二 )绝缘材料的极化 绝缘材料是由带正电及带负电的质点构成。在外加电场的作用下，这些带电压点将沿着电场方向作有限地位移，或有规律的排列，并对外显示出极性。当外电场消失时，又恢复原状，这种现象就称 为电介质极化。而各种绝缘材料的极化特性是不一样的，其极化的强弱、快慢各不相同。 l、电子式极化 当物质原子里的电子轨道受到外电场的作用时，它将相对于原子核产生位移，这就是电子式极化。当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力而整个呈现非极性，所以这种极化没有损耗。温度对电子极化影响不大。 2、离子式极化 固体无机化合物多数属离子式结构，如云母、陶瓷材料等。无外电场作用时，不呈现极性。在外电场作用下，使整个分子呈现极性。离子式极化也属弹性极化，几乎没有损耗。形成极化所需时间也很短，约 10 温度对离子式 极化的影响，存在着相反的两种因素，即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增加，但离子的密谋随温度升高而减小，则使极化程度降低，通常前一种因素影响比较大 。 3、偶极子极化 偶极子是一种特殊的分子，好像分子的一端带正电荷，另一端带负电荷似的，因而形成一个永久性的偶极矩。具有这种永久性偶极子的电介质称为极性电介质。浅析电气设备绝缘状态检测技术 6 例如蓖麻油、橡胶、胶木、纤维素等均是常用的极性电介质绝缘材料。 4、夹层介质界面极性 上面介绍的均是单一均匀介质的情况，实际上高压电气设备的绝缘往往由几种不同的材料组成，或介质是不均匀的，这种情况下 会产生“夹层介质界面极化 ”现象。这种极化过程特别缓慢，而且伴随有介质换损。 5、空间电荷极化 介质内的正、负自由离子在电场作用下改变分布状况时，便在电极附近形成空间电荷，称为空间电荷极化。它和夹层介质界面极化现象一样都是缓慢进行的。 (三 )绝缘材料的能量损失 (电介质损耗 ) 绝缘材料在电场的作用下会产生泄漏电流和极化现象，因而也就会引起绝缘材料的发热及能量的损失。这种损失与外加电场强度、频率、绝缘的温度及绝缘材料中是否含有水份、气泡、杂质等有关。一般情况下，绝缘的温度升高，损失增大；绝缘受潮、脏污，损失显著增 大 5。 如果损耗主要是电导引起的，则常用并联等值电路。如果损耗主要是由介质极化及连接导线的电阻等引起，则常用串联等值电路。实际上电导损耗和极化损耗都是存在的，可用三个并联支路的等值回路来表示。 (四 )绝缘材料的击穿 在强电场作用下，也即外加电压很高时，绝缘材料内的电场强度超过某一极限值，就会使绝缘材料失去绝缘性能而成为导体，这种现象称为绝缘材料的击穿。发生击穿时的电压就称为击穿电压，也称为绝缘的耐电强度或绝缘强度。 常规绝缘检测方法 电气设备绝缘试验是保证电气设备可靠工作的检验手段。电气 设备的出厂试验，安装时的交接试验和运行中定期进行的绝缘预防性试验等都是为了这个目的。高压绝缘的试验方法很多，大致可分为非破坏性试验和破坏性试验两类。 绝缘电阻和吸收比 绝缘材料在电压作用下会产生泄漏电流。绝缘电阻反映绝缘在一定的直流电压作用下，通过它的泄漏电流的大小，电流越小，绝缘电阻就越大；电流越大，绝缘电阻越小。显然，在同一绝缘结构 中泄漏电流大，绝缘电阻小，表示绝缘状浅析电气设备绝缘状态检测技术 7 态不良：反之，绝缘良好。实践证明，测定绝缘电阻的大小可以有效地发现设备绝缘的普遍受潮，局部严重受潮和贯穿性缺陷。在测量大电容量电力设备的绝缘电阻时，可以明显地看到绝缘电阻数值和电压的时间有关。加压时间越长，绝缘电阻数值越高，这种现象叫做绝缘的吸收现象。吸收现象产生的原因可做如下简介。 由于吸收现象的存在，必须加压一定时间后才能测得真正的泄漏电流即绝缘电阻。有的设备需加很长时间 (理论上无限长 )才能稳定。一般规定以第 60s 的读数为绝缘电阻值，而将第 60s 的读数和第 15s 的读数 之比称为吸收比。 绝缘电阻通常用兆欧表进行测量。当被试品绝缘中存在贯通的集中性缺陷时，反映绝缘电阻往往明显下降，于是用兆欧表检查时便可发现。例如，变电站中用的针式支柱绝缘子，它最常见缺陷为瓷质开裂，开裂后绝缘电阻会明显下降，用兆欧表可以检测出来。但对于许多电气设备，例如电机，反映绝缘电阻往往变动很大，它和被试品的体积尺寸有关，往往难以给出一定的绝缘电阻判断标准。通常是把处于同样运行条件下的不同相的绝缘电阻进行比较，或是把这一次测得的绝缘电阻和过去对它测出的绝缘电阻进行比较来发现问题 6。 对于电容量较大的 设备，如电机、变压器、电容器等，利用上述吸收现象来测量这些设备的绝缘电阻随时间的变化，可以更有利于判断绝缘的状态。应该注意的是，温度、湿度和被试品表面脏污对绝缘电阻的测量都会有影响，所以进行结果判断时，要排除这些因素的影响。 有时，当某些集中性缺陷虽已发展得很严重，以致在耐压试验中被击穿，但耐压试验前测出的绝缘电阻值和吸收比均很高，这是因为，这些缺陷虽然严重，但还没有贯通的缘故。因此，只凭绝缘电阻的测量来判断绝缘质量是不可靠的。但因它是一种简单而有一定效果的方法，故使用仍十分普遍。 泄露电流测 量与直流耐压试验 泄漏电流试验也是在直流电压下测量泄漏电流的大小，因而与绝缘电阻一样对于发现绝缘的普遍受潮、劣化和局部缺陷等十分有效。由于它试验电压高、表计准确，因而发现缺陷灵敏度更高。特别是对于电缆、开关等设备的试验，能发现兆欧表检测不出的尚未完全贯通的局部缺陷。 直流耐压试验与泄漏电流测量是同步进行的 ， 只不过所加电压较高，加压时间较长，是检查试品绝缘强度的破坏性试验。直流耐压与交流耐压相比，所需耐浅析电气设备绝缘状态检测技术 8 压设备的容量小，重量轻，这是它的一个优点。 测泄漏电流时所加电压较高，对 35 千伏额定电压以下的设备用 10伏，对 110 千伏额定电压及以上设备用 40 千伏。一般以 1 分钟时的微安表读数为依据，同时还可以把电流与时间的关系和电流与试验电压的关系绘制成曲线进行全面的分析。因此，测泄漏电流比用摇表测绝缘电阻检查绝缘要有效得多。 介质损耗角正切值测量 介质损失角正切值的测量，是一种使用较多而且对判断绝缘状况较为有效的方法。流过介质的电流由两部分组成： 电容电流分量， 有功电流分量， 通常 甚小。介质中的有功损耗 P 为 : P=U 介质损耗角正切值，一般较小。习惯上也称 介质损耗角。通过测量可以反映出绝缘的一系列缺陷：如绝缘受潮，油或浸物脏污或劣化变质，绝缘中有气隙发生放电等。这时，流过绝缘的电流中的有功电流分量 大了， 加大。 由于 一项表示绝缘内功率损耗大小的参数，对于均匀介质，它实际上反映着单位体积介质内的介质损耗，与绝缘的体积大小没有关系。如果绝缘内的缺陷不是分布性而是集中性的，则 时反映就不灵敏。被试绝缘的体积越大，或集中性缺陷所占体积越小，那么集中性缺陷处的介质损耗占被试绝缘全部介质损耗中的比重就越小，而 般几乎是不变的，由式可知， 加的也越少，这样，测 就越不灵敏。 在通过 判断绝缘状况时，必须着重于与该设备历年的 相比较， 以及和处于同样运行条件下的同类型设备相比较。即使 未超过标准，但和 过去比以及和同样运行条件的其他设备比， 然明显增大时，就必须进行处 理，不然常常会在运行中发生事故 8。 耐压试验 在绝缘预防性试验中应用的耐压试验方法，主要有交流耐压试验和直流耐压试验两种。在应用中，发现过大量设备的绝缘缺陷，有效地提高 了电气设备的安全性。直流耐压试验方法，对于电容量较大的设备，例如电缆、电容器、电机，具有独特的优点。因为直流下没有电容电流，要求电源容量很小，加上可以用串级的方法产生高压直流，故试验设备可以做得轻小，适合于现场预防性试验的要求。交流耐压试验因为对绝缘的考验比直流耐压试验更接近实际，而且试验简单，所以长期被沿用，但对 110以上的变电设备的交流耐压试验，由于条件限制，而一般不能进行。不少单位对于改造、大修后的变压器采用交流倍频感应耐压试验的方法进行耐压试验，不仅考验主绝缘，对纵绝缘也有一定的考验。另外，有 的单位还采用操作冲击做耐压试验，利用电器对变压器低压绕组放电，在高压侧感应出操作波形的高压来考验绝缘。和其他现有交流耐压试验方法相比，操作冲击浅析电气设备绝缘状态检测技术 9 试验所需设备比较轻小，能考验主绝缘以及能更好地检测一些严重的纵绝缘缺陷，有明显的优点，缺点是测试还较复杂，此外操作冲击作用下绕组中的匝间、层间电位差不太大，检测其中潜在缺陷的能力沿不够。 利用雷电冲击电压进行试验，由于电压变化很陡，当电压被沿绕组传播时，可以在匝间、层间产生较大的电压梯度来检查纵绝缘中的缺陷。但由于试验设备和测试比较复杂还未能在现场中应用。 工频交流耐 压试验能有效地发现较危险的集中性缺陷，但交流耐压试验时也可能使固体有机绝缘中的一些弱点更加发展。因此，恰当地选择的试验电压值是一个重点的问题。一般考虑到运行中绝缘的变化，耐压试验电压值均得经出厂试验电压低些，而且对不同情况的设备区别对待，这主要由运行经验来决定。交流耐压试验是在比运行条件更加严格的情况下，检验设备的绝缘水平。对设备来说，是一种破坏性试验。因此，在进行交流耐压之前，必须先对其他绝缘试验 (如测量绝缘电阻及吸收比，泄漏电流试验、 验、绝缘油试验等 )的结果进行综合分析，以判断该设备能否承受耐压 试验的电压。如果发现绝缘不良、受潮等，应先进行必要的处理，以免在耐压的过程中造成不应有的绝缘击穿。 试验时，在试品上加规定的试验电压，加压时间 般以试品不击穿为合格。试品击穿时都有明显的异常现象，从试验装置的表计及试品是否发热、闪络、有击穿或放电声响等现象即可进行判断。 绝缘状态在线检测技术 2 3 1 气相色谱分析 随着科学技术的发展，高压电气设备试验方面也出现了一些新测试技术和方 法。例如，油中溶解气体的色谱分析、局部放电测试、倍频感应耐压试验、操作 波试验、绝缘油含水量测量、带电 试验等。这些新技术的开展，对于检出设备缺 陷、保障电力设备的安全运行起了很大的作用。 在电力系统中，对于绝缘油中溶解气体的气相色谱分析已经普遍地开展，并有相应的试验导则。这项试验就是检查电气设备油样内所含的气体组份和含量，来判断设备内部的隐藏缺陷。油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电的现象，使油或纸或油和纸分解产生 气体。当故障不太严重，产气量较 少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体的浓度、各种气体的比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性 故障。 浅析电气设备绝缘状态检测技术 10 色谱分析方法的发展： (1)一般采用常规气相色谱仪进行变压器油率溶解气体的定期检侧，即试验人员到变电站抽取部分脱出气体注入气相色谱仪的进样口，用气相色谱仪检测，输出结果，最后将结果与标准进行比较判断。 (2)为了克服常规油色谱分析法的繁琐而复杂的作业程序，人们研制出了油中气体自动分析装置，即将 常规色谱分析仪的脱气和气体浓度检测两部分置于变压器安装现场，在技术上实现自动化分析，显然，这种油色谱自动化分析装置的功能与常规色谱分析法相仿，结构上未发生根本变革，仅是作业程序上实现了自动，从技术经济上限制了它的推广应用前景。 (3)人们不得不研究在原理结构上有所变革创新的在线监测装置。在变压器油中溶解气体在线监测装置的研究中，人们首先想到的是在油气分离上作变革，为此采用由仅使气体分子通过的高分子透气膜组成油气分离单元，从而不仅大大简化了油中气体自动分析装置的结构，而且实现了在线监测。 (4)气体检测单元上 作出变革，不用复杂的色谱仪，而用气敏传感器对分离气体检测。由于气敏传感器的敏感度与所添加的贵重金属有关，工艺上还很难做到一种气敏传感器对多种气体都具有相同的敏感度，因此，人们最先研究成功的在线监测装置是监测变压器油中的氢气量。由于不论变压器内部故障种类如何，氢气是故障产生气体的主要成份之一，在线监测油中的氢气量就能判断变压器有无异常，然后通过常规色谱分析法来进一步判断故障种类和程度，因此，虽然这种只能判定有无异常而不能诊断故障种类的在线监测装置功能有限，但因其比常规色谱法进了一步而得到了广泛应用。 当电气设 备内部有局部过热或局部放电等缺陷时，缺陷附近的绝缘就会分解而产生气体，不断溶解于绝缘油中。例如变压器内部存在裸金属部分局部过热，如分接开关、铁芯、裸接头、箱壳等处有局部过热，引起变压器油热分解时，变压器油色谱分析的主要特征是总烃含量较高，其中甲烷 (乙烯 (较多。如果固体绝缘过热，例如引线过热，铁轭绝缘过热或穿芯螺丝绝缘过热，则由于有固体绝缘的热分解，气体中的 量将加大。如果是固体绝缘过热但温度不高，例如有的连续式绕组，由于加强绝缘膨胀堵塞油道造成纸绝缘过热，色谱分析中总烃含 量不高，而 量则较高。所以， 量高是固体绝缘 (如纸、木材等 )热分解的主要特征。当变压器内部存在局部放电时，其色谱分析的特征是气体是乙炔 (氢 (含量较大。 量较大，是区别放电浅析电气设备绝缘状态检测技术 11 或过热的主要特征。分析油中所含气体的上述各种成分、含量，即可判断电气设备中隐藏缺陷的性质。 2 3 2 局部放电的测量 由于绝缘的击穿常由局部缺陷处的放电开始，因此，对于绝缘中的局部放电强度进行测量也是检测绝缘内部缺陷的一种方法。 绝缘材料或绝缘结构中，局部放电的产生是由于绝缘材料或绝缘结构 在制造过程中常常包含一部分比固体绝缘介质容易击穿的气隙或油膜。例如浇注变压器和互感器、塑料电缆、胶纸套管，在制造过程中不可避免或多或少夹杂着气泡，在高压电器的油浸绝缘中，纸层间存在着油膜，空气与矿物油的介电常数比固体介质低，因而在电场作用下，常承受比固体介质更高的场强，而空气与油的击穿强度又低于固体介质。因此，当外施电压升高到一定值时，会造成空气或油的局部击穿而产生绝缘的局部放电。 此外，由于电极边缘，高压电机的出槽口等，容易产生放电。胶纸套管、高压电机的绕组在工作电压下常出现局部放电。高压电缆、高压电容器 ，在设计制造时，工作场强一般低于油纸绝缘的起始放电场强。但是，在电场作用下，绝缘纸因受高能量带电质点的撞击而老化。开始时，气体可以被吸收，但使用时间长了会形成气泡，发生局部放电。浅析电气设备绝缘状态检测技术 12 3 油浸电力变压器 绝缘 检测 及应用 油浸电力变压器 绝缘 检测原理 绝缘油中溶解气体的色谱分析技术作为检测电气设备绝缘潜伏性故障已得到了广泛的应用。根据色谱分析结果来诊断变压器及充油设备内部绝缘状况，在最近几年的实践中已取得了丰富的经验，与其他现有测试项目相比，它是发现变压器及充油设备内部早期故障最为有效的方法。油色谱分析试 验，既是定期试验项目，又是检查性试验项目。例如在运行中变压器的气体继电器动作后，作为检查性试验一般都要同时取油样及气体继电器中的气样作色谱分析。 油浸电力变压器中主要绝缘材料是变压器油和绝缘油纸。这两种材料在放电和热作用下，会分解产生各种气体。而变压器内部故障都伴随着局部过热和局部放电的现象，使油或纸或油和纸分解产生 气体。当故障不太严重，产气量较少时，所产生的气体大部分溶解于绝缘油中。此外，发热和放电的严重程度不同，所产生的气体种类、油中溶解气体 的浓度、各种气体的比例关系也不相同。因此，对油中溶解的气体进行气相色谱分析便可发现变压器内部的发热和放电性故障 9。 油浸电力变压器 绝缘 检测实例分析 3 2 1 故障案例 泰安供电公司 220变电站 #2 主变， 1978 年生产， 1980 年投运至今已运行35 年，接近设备的寿命期。从 2004 年开始的油色谱报告分析中就存在多种气体含量超标现象 。 分析结果 为 变压器差动、瓦斯继电器同时动作，甲烷、乙烯、乙炔、氢气、总烃含量均超过注意值数倍，可直接采用三比值法判断故障类型。查编码为 102，属高能放电故障，可 能会出现工频续流放电、绕组之间或绕组对地之间的绝缘油发生电弧击穿、调压开关切断电源等；结合外部电气试验测得 B 相高压绕组直流电阻不平衡率达 25，初步判断为 B 相绕组有严重电弧故障。吊罩检查发现 B 相高压绕组中性点处出现严重匝间短路，并有电弧放电痕迹，主变本体损坏严重。 3 2 2 在线检测装置应用可行性分析及应用 采用人工定期进行油样采集并进行色谱分析发现问题的机率很小且工作量太大，随着科技发展在线色谱分析系统装置应运而生且得到广泛应用。通过对 泰安浅析电气设备绝缘状态检测技术 13 供电公司 #1 主变进行在线检测系统安装改造。 l、加装变压器油在线检 测系统可行性分析 目前该厂 #1 主变变压器油的检测手段主要是靠人工定期取样进行色谱分析，无法确保及时准确地了解变压器的实时运行状况，从而危及到设备的安全运行。通过加装变压器油在线监测系统，可以得到变压器油运行情况的实时信息，从而及时准确地反映变压器内部状况，有助于变压器维护并避免突发性事故的发生，提高了设备运行的可靠性。因此可利用机组大小修机会对变压器油系统管路进行改造加装在线监测系统装置实现变压器油色谱在线分析与故障诊断。 2、调研 通过对市场上绝缘油在线监测系统装置进行调查研究最终确定采用北京科之建公司代 理的美国 变压器油中溶解气体及微水在线监测系统在我厂进行实施改造。该系统采用光声光谱技术，此技术是基于光声效应的一种红外光谱检测技术，为目前国际最先进、最准确的一种变压器油检测技术，且不需要载气标定，是新一代的油中溶解气体及微水在线监测装置，可准确提供油中八种溶解气体及水分含量，代表了变压器在线监测技术的发展趋势。此装置能有效地实时监测变压器油中气体成分的变化，确保设备安全运行。利用 2008 年 # 工，总投资 75 万元，施工工期 15 天，装置投运至今运行可靠。 分析结果：从 7 月 21 日前跟踪试验数据认为，特征气体含量属正常范围，产气速率较小， 22 日后发现乙烯、乙炔、总烃含量超过注意值，同时产气速率超过15，乙炔、氢气增长较快。结合投运时电气交接试验情况，此变压器采用