1、电气诊断概论电气诊断概论Electrical Fault Diagnosis 电气故障的主要原因电气故障的主要原因制造工艺存在缺陷制造工艺存在缺陷恶劣的环境和苛刻的运行条件恶劣的环境和苛刻的运行条件材料的劣化材料的劣化 缺乏良好的管理及维护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。设备的绝缘结构。电力设备电力设备金属材料金属材料绝缘材料绝缘材料 绝缘介质绝缘介质 紧固支撑紧固支撑 冷却媒介冷却媒介 绝缘结构的作用绝缘结构的作用 绝缘材料绝缘材料液体绝缘液体绝缘:绝缘油绝缘油固体绝缘：绝缘纸、电瓷固体绝缘
2、：绝缘纸、电瓷 、云母、云母交联聚乙烯等交联聚乙烯等气体绝缘气体绝缘:空气、空气、SF6 真空绝缘真空绝缘 实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组合绝缘。组合绝缘。固固-液绝缘液绝缘固固-气绝缘气绝缘绝缘劣化及其影响因素绝缘劣化及其影响因素 电气因素电气因素机械因素机械因素温度和热稳定性温度和热稳定性受潮受潮化学稳定性和抗生物特性化学稳定性和抗生物特性 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
3、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。著提高。图图1 1 有机绝缘的伏秒特性及运行中有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强各种电压下的场强 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.电气影响电气影响 长期工作电压长期工作电压 短时的过电压短时的过电压 2.机械影响机械影响 机械负荷机械负荷 长时间振动长时间振动 短路应力短路应力 图图2 2 不同耐热等级的绝缘材料在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各种运行温度下长期运行的寿命3.温度影响温度影响 季节变化
4、季节变化 长期过负荷长期过负荷 热老化热老化表表1 电介质的耐热等级电介质的耐热等级耐热等级耐热等级工作温度工作温度()电介质电介质O90木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；聚乙烯；聚氯乙烯；天然橡胶胶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
5、脂树脂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C180聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯聚酰亚胺漆及薄膜；云母；陶瓷；玻璃及其纤维；聚四氟乙烯热老化规律热老化规律 6 度规则度规则 试验表明，对于常用的试验表明，对于常用的A级绝缘，如油纸绝缘，则温级绝缘，如油纸绝缘，则温度每超过度每超过6，则寿命约缩短一半。而对于，则寿命约缩短一半。而对于 B、H级绝缘级绝缘则分别约为
6、则分别约为10及及12。水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，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构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压而使击穿电压显著降低。显著降低。4.受潮受潮局部电弧局部电弧水带水带绝缘介质绝缘介质5.化学稳定性及抗生物特性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、雨雾冰在户外工作的绝缘
7、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。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虫涂料等。适的防霉剂和除虫涂料等。绝缘介质的电气特性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可以将不同电场强度下，电介质中所呈现的
8、电气现象分为两类：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），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将出现放电、闪络、击穿等现象，这在气体中表现最为明显。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。），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。以下将分析气体放电及液、固体介质的电气性能。图1 有机绝缘的伏秒特性及运行中各种电压下的场强气隙击穿的三个必要条件式中即为介质损耗角。图
9、5 50%伏秒特性Electrical Fault Diagnosisr 相对介电常数可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。根据电源容量大小，放电转变为火花放电或电弧放电。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异常与缺陷的原因、程度离线试验及在线监测4 常用液、固体介质tg值（20，工频）同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故障隐患被挖掘出来，所以一劳永逸的方法是不存在的，故障诊断技术的研究将是一个永无止境的探索过程。恶劣的环境和苛刻的运行条件离
10、线试验及在线监测A 电极面积（cm2）图9 盘形绝缘子串在雨下的可能闪络路径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。放电（Discharge)图12 介质在交流电压下的等值电路分析气体放电的基本过程气体放电的基本过程放电放电（Discharge)击穿击穿(Breakdown)闪络闪络 (Flashover)火花放电火花放电(Sparkover)电弧电弧(Arc)汤逊放电理论汤逊放电理论外界电离因子外界电离因子阴极表面电离阴极表面电离气体空间电离气体空间电离气体中的自由电子气体
11、中的自由电子电场中加速电场中加速碰撞电离碰撞电离电子崩（电子崩（过程）过程）正离子正离子阳极表面二次发射阳极表面二次发射（过程）过程）巴申曲线巴申曲线图图3 棒棒-棒及棒棒及棒-板空气间隙的工频击穿电压板空气间隙的工频击穿电压Ub与间距与间距d的关系的试验曲线的关系的试验曲线（1,2,4为棒为棒-棒；棒；3,5为棒为棒-板）板）气隙击穿的三个必要条件气隙击穿的三个必要条件 足够高的电压。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。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。需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。uUUs0t1tst
12、fttftlag 冲击电压下的击穿电压与直流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。当或工频电压下的击穿电压不同。当外施电压快速升高，于时外施电压快速升高，于时t1虽已达虽已达在持续作用电压下的击穿电压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（统计时延）才出现第一个有效电子；再经过碰撞电离、电子崩到完子；再经过碰撞电离、电子崩到完成击穿，还须成击穿，还须tf（放电形成时延）。（放电形成时延）。图图4 放电时间的组成放电时间的组成冲击击穿电压及过电压保护冲击击穿电压及过电压保护ut43215ut0s1
13、s2 图图5 50%伏秒特性伏秒特性 1.0%伏秒特性；伏秒特性；2.100%伏秒特性；伏秒特性；3.50%伏秒特性；伏秒特性；图图6 伏秒特性间的配合伏秒特性间的配合 因为因为ts和和tf都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间都带有统计性，所以冲击下击穿电压与放电时间的关系的关系伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用伏秒特性具有较大的分散性，工程上常用50%伏秒伏秒特性来表征。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，如在图进行绝缘（强度）配合，如在图2中中S2就能较好地保护就能较好地保护S1。气体中的沿面放电气体
14、中的沿面放电(cm)图图7 不同材料的工频下沿面闪络不同材料的工频下沿面闪络电压（峰值）电压（峰值）1纯气隙；纯气隙；2石蜡；石蜡；3胶纸筒；胶纸筒；4电瓷电瓷 沿着固体介质表面的闪络电压不但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，而且也比远低于固体介质的击穿电压，而且也比相同极间距离的纯气隙的击穿电压低。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。外绝缘时的关键因素。输电线和变电站所用的绝缘子大多输电线和变电站所用的绝缘子大多在户外运行，因
15、此还要考虑湿闪及污闪在户外运行，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闪。的情况，这时的放电电压远低于乾闪。（a）（d）（c）（b）图图8 沿套管表面放电示意图沿套管表面放电示意图(a)电晕；电晕；(b)辉光；辉光；(c)滑闪；滑闪；(d)套管表面等值电容套管表面等值电容1导杆；导杆；2法兰法兰 当电压不太高时，接地法兰边缘先出现电晕而形成光圈，当电压不太高时，接地法兰边缘先出现电晕而形成光圈，随着电压的升高，电晕延伸成火花细线，电流密度仍很小；随着电压的升高，电晕延伸成火花细线，电流密度仍很小；当外施电压超过某临界值时，很当外施电压超过某临界值时，很亮、带紫色的火花紧贴介质表面
16、亮、带紫色的火花紧贴介质表面此起彼伏，这时电流密度已较大，此起彼伏，这时电流密度已较大，电压再增不多常就形成表面闪络。电压再增不多常就形成表面闪络。根据电源容量大小，放电转变为根据电源容量大小，放电转变为火花放电或电弧放电。火花放电或电弧放电。图图9 盘形绝缘子串在雨下盘形绝缘子串在雨下的可能闪络路径的可能闪络路径 在有污秽的地区，污闪所造成的损在有污秽的地区，污闪所造成的损失很大，因它可在工作电压下发生，且失很大，因它可在工作电压下发生，且引起大面积停电。常用的防污措施：引起大面积停电。常用的防污措施：增大泄漏距离。增大泄漏距离。定期或不定期的清扫。定期或不定期的清扫。使用憎水性涂料。使用憎
17、水性涂料。改用防污性能好的绝缘子。改用防污性能好的绝缘子。防污措施防污措施A 电极面积（cm2）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；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：因此仅仅依靠单一的检测项目，对故障的分析是不全面的，需要对各种试验结果进行综合推理。绝缘试验及检测的特点固体绝缘：绝缘纸、电瓷、云母交联聚乙烯等在高压电气设备中常以几种绝缘材料组成，这时应注意到串联介质在交变电压下场强分布与介电常数成反比，即图9 盘形绝缘子串在雨下的可能闪络路径图7 不同材料的工频下沿面闪络电压（峰值
18、）需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。冲击试验：考核设备在雷电及操作过电压下的特性。同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故障隐患被挖掘出来，所以一劳永逸的方法是不存在的，故障诊断技术的研究将是一个永无止境的探索过程。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。介电常数（或电容C）电介质的电气特性，主要表现为它们在电场下的导电性能、介电性能和电气强度。离线试验及在线监测寿命预测技术 对已识别的故障进行预测，指出故障的发展趋势及其后果，估算设备的剩余寿命，确定检修周期，提出控制故障发展和消除故障的维修策略。但交流设备用直流试验不够
19、真实，例如油纸串联时，交流下电场分布取决于介电常数，而直流却取决于电阻率。定期或不定期的清扫。相对介电常数（工频，20）液体及固体介质的电气特性液体及固体介质的电气特性 电介质的电气特性，主要表现为它们在电场下的电介质的电气特性，主要表现为它们在电场下的导电性能、介电性能和电气强度。常以以下四个特征导电性能、介电性能和电气强度。常以以下四个特征参数来表示：参数来表示：电导率电导率（或绝缘电阻率（或绝缘电阻率）介电常数介电常数（或电容（或电容C）介质损耗角正切（介质损耗因子）介质损耗角正切（介质损耗因子）tg 击穿电场强度击穿电场强度Eb。电介质极化电介质极化ab图图10 极化现象示意图极化现象
20、示意图(a)极间为真空；(b)极间为介质 dAUQC000dAUQQCr00A 电极面积（cm2）d 电极间距（cm）r 相对介电常数 表表 2 常用电介质的常用电介质的r值值材料类型材料类型名称名称相对介电常数相对介电常数（工频，（工频，20）气体介质（标准大气条件）气体介质（标准大气条件）空气空气100058 液体介质液体介质弱极性弱极性变压器油变压器油硅有机液体硅有机液体2.22.52.22.8极性极性蓖麻油蓖麻油氯化联苯氯化联苯4.54.65.2强极性强极性丙酮丙酮酒精酒精水水223381 固体介质固体介质中性或弱极性中性或弱极性石蜡石蜡聚苯乙烯聚苯乙烯聚四氟乙烯聚四氟乙烯沥青沥青2.
21、02.52.52.62.02.22.62.7极性极性纤维素纤维素胶木胶木聚氯乙烯聚氯乙烯6.54.53.03.5离子性离子性云母云母电瓷电瓷575.56.5 如绝缘纸板中存在气泡时，气泡耐压低但分到的场强却如绝缘纸板中存在气泡时，气泡耐压低但分到的场强却比纸要高比纸要高45倍，这也是组合绝缘中局部放电问题突出的倍，这也是组合绝缘中局部放电问题突出的重要原因之一。重要原因之一。1221EE 在高压电气设备中常以几种绝缘材料组成，这时应注意到在高压电气设备中常以几种绝缘材料组成，这时应注意到串联介质在交变电压下场强分布与介电常数成反比，即串联介质在交变电压下场强分布与介电常数成反比，即(a)(b)
22、图图11 直流电压作用于双层介质直流电压作用于双层介质(a)示意图；示意图；(b)等值电路等值电路 对于多种材料组成的绝缘结构，或者采用不均匀的介质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。时，还会出现夹层极化。12021CCUUt1221tUU当当t=0时，电压与电容成反比时，电压与电容成反比到达稳态，电压与电阻成反比到达稳态，电压与电阻成反比 因此存在一电荷重新分配的过程。于是夹层的界面因此存在一电荷重新分配的过程。于是夹层的界面上有电荷积聚（即吸收电荷），表现为等值电容增大。上有电荷积聚（即吸收电荷），表现为等值电容增大。这样的吸收过程比其它的极化过程要慢得多
23、。这样的吸收过程比其它的极化过程要慢得多。电介质的电导电介质的电导 固体介质的电导包括两方面：体积电导及表面电导，后者固体介质的电导包括两方面：体积电导及表面电导，后者受湿度、染污的影响更大。因此在测量固体绝缘结构的绝缘受湿度、染污的影响更大。因此在测量固体绝缘结构的绝缘电阻时，如不采取相应措施，就难以将内部的及表面的绝缘电阻时，如不采取相应措施，就难以将内部的及表面的绝缘电阻分开，特别在天气潮湿时表面电阻往往显著降低。电阻分开，特别在天气潮湿时表面电阻往往显著降低。随着温度的升高，解离的离子数往往呈指数增大，如随着温度的升高，解离的离子数往往呈指数增大，如 TBAe/所以在测量绝缘电阻或泄漏
24、电流时，必须注意温度的影所以在测量绝缘电阻或泄漏电流时，必须注意温度的影响。同一物体在相近温度下的绝缘电阻的比较才能说明是否响。同一物体在相近温度下的绝缘电阻的比较才能说明是否真有显著变化。真有显著变化。电介质的损耗电介质的损耗(a)(c)(b)图图12 介质在交流电压下的等值电路分析介质在交流电压下的等值电路分析(a)示意图；示意图；(b)等值电路；等值电路；(c)相量图相量图在交流电压下，试品电流在交流电压下，试品电流 包括有功分量包括有功分量 及无功分量及无功分量 IRICI介质损耗介质损耗 tgUIUIUIPCRcos衡量绝缘结构的性能。衡量绝缘结构的性能。式中式中即为介质损耗角。与绝
25、缘结构的形状及尺寸无关，即为介质损耗角。与绝缘结构的形状及尺寸无关，仅取决于该介质的损耗特性。因此国际上都直接用它来仅取决于该介质的损耗特性。因此国际上都直接用它来评估绝缘材料的质量，评估绝缘材料的质量，表表2.4 常用液、固体介质常用液、固体介质tg值（值（20，工频），工频）电介质电介质tg(%)电介质电介质tg(%)变压器油变压器油0.050.5聚乙烯聚乙烯0.010.02蓖麻油蓖麻油13交联聚乙烯交联聚乙烯0.020.05沥青云母带沥青云母带0.21聚苯乙烯聚苯乙烯0.010.03电瓷电瓷25聚四氟乙烯聚四氟乙烯 f1)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
26、在图2中S2就能较好地保护S1。击穿(Breakdown)火花放电(Sparkover)气隙击穿的三个必要条件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。图4 放电时间的组成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；随着温度的升高，解离的离子数往往呈指数增大，如油中气体分析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；冲击试验：考核设备在雷电及操作过电压下的特性。相对介电常数（工频，
27、20）电化学击穿：因长期局部放电而引起。图10 极化现象示意图寿命预测技术 对已识别的故障进行预测，指出故障的发展趋势及其后果，估算设备的剩余寿命，确定检修周期，提出控制故障发展和消除故障的维修策略。实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组合绝缘。同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故障隐患被挖掘出来，所以一劳永逸的方法是不存在的，故障诊断技术的研究将是一个永无止境的探索过程。电介质的电气特性，主要表现为它们在电场下的导电性能、介电性能和电气强度。根据电源容量大小，放电转变为火花放电或电弧放电。需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。交流耐压试验：一般仅在交接试验及大修后进行，因为
28、它虽然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的“副作用”。电介质的击穿电介质的击穿 如是极其纯净的液体及固体介质，发生电击穿的电压将如是极其纯净的液体及固体介质，发生电击穿的电压将很高。很高。但工程电介质材料中不可避免地会含有一些杂质，如气但工程电介质材料中不可避免地会含有一些杂质，如气泡、水分、纤维、炭粒等，它们对介质的击穿过程及击穿电泡、水分、纤维、炭粒等，它们对介质的击穿过程及击穿电压有很大影响。压有很大影响。电击穿：由于电场作用所直接引起。电击穿：由于电场作用所直接引起。热击穿：仅靠增加绝缘厚度以提高击穿电压已难以奏效。热击穿：仅靠增加绝缘厚度以提高击穿电压已难以奏效。电化学击
29、穿：因长期局部放电而引起。电化学击穿：因长期局部放电而引起。绝缘试验及检测的特点绝缘试验及检测的特点 破坏性试验及非破坏性试验破坏性试验及非破坏性试验 直流耐压及交流耐压直流耐压及交流耐压 离线试验及在线监测离线试验及在线监测 电气方法与非电方法电气方法与非电方法 1.1.破坏性试验及非破坏性试验破坏性试验及非破坏性试验绝缘试验绝缘试验绝缘特性试验绝缘特性试验绝缘电阻试验绝缘电阻试验介质损失角正切值介质损失角正切值(tg)试验试验局部放电试验局部放电试验绝缘耐压试验绝缘耐压试验交流电压试验交流电压试验直流电压试验直流电压试验雷电冲击电压试验雷电冲击电压试验操作冲击电压试验操作冲击电压试验绝缘试
30、验的分类绝缘试验的分类 如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验如需进行耐压试验，必须在非破坏试验即绝缘特性试验合格后才进行。合格后才进行。2.交流耐压、直流耐压及冲击试验交流耐压、直流耐压及冲击试验 冲击试验：冲击试验：考核设备在雷电及操作过电压下的特性。比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的而言。难于较真实、可靠的，特别对变压器等绕组结构的而言。难于在现场进行。在现场进行。交流耐压试验：交流耐压试验：一般仅在交接试验及大修后进行，因为一般仅在交接试验及大修后进行，因为它虽然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严它虽然考验很严格，有利
31、于发现某些缺陷，但可能产生严重的重的“副作用副作用”。直流耐压试验：直流耐压试验：1.对电容很大的试品对电容很大的试品 2.交交流耐压试验所带来的残余流耐压试验所带来的残余破坏远大于直流耐压。破坏远大于直流耐压。CUXUIC2CUIUP图15 油纸电缆的寿命曲线 1-粘性浸渍；2-充油电缆时间/min 但交流设备用直流试验不够真实，例如油纸串但交流设备用直流试验不够真实，例如油纸串联时，交流下电场分布取决于介电常数联时，交流下电场分布取决于介电常数，而直流，而直流却取决于电阻率却取决于电阻率。因此两者并不等效。因此两者并不等效。3.离线试验及在线监测离线试验及在线监测 在线监测的优点在线监测的
32、优点 高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，高压设备上所加的是运行电压，比停电试验电压高得多，因此测得的参数更真实、灵敏；因此测得的参数更真实、灵敏；可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。在线监测的缺点在线监测的缺点 造价高；造价高；可测试项目较少；可测试项目较少；易受环境因素影响。易受环境因素影响。4.电气方法与非电方法电气方法与非电方法 绝缘介质的劣化过程，常伴有热、声、化学等参数的变化。绝缘介质的劣化过程，常伴有热、声、化学等参数的变化。而有些参数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用。而有些参数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用
33、。油中气体分析油中气体分析DGA(Dissolved Gas Analysis)对发现油浸电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；力设备中的电弧放电、局部过热等潜伏性故障相当有效；红外热成象（红外热成象（Thermovision）可用于发现较小尺寸设备，）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；如避雷器、互感器、套管等的热点故障；超声法对测量振动以及放电定位相当有效。超声法对测量振动以及放电定位相当有效。电气诊断特点电气诊断特点 任何诊断问题都是以征兆为线索的，变任何诊断问题都是以征兆为线索的，变压器故障诊断的困难在于：一般说来，故障和压器故障诊断的
34、困难在于：一般说来，故障和征兆之间并不存在简单的一一对应关系，一种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故障可能对应多种征兆，而一种征兆也可能对应着多种故障。因此仅仅依靠单一的检测项目，应着多种故障。因此仅仅依靠单一的检测项目，对故障的分析是不全面的，需要对各种试验结对故障的分析是不全面的，需要对各种试验结果进行综合推理。果进行综合推理。运行电气设备运行电气设备 电、热、机械、环境等因素作用电、热、机械、环境等因素作用 性能逐渐劣化性能逐渐劣化 故障故障 事故事故 巨大损失巨大损失 故障故障 各种前期征兆各种前期征兆 电气、物理、化学特性的少量、渐变电
35、气、物理、化学特性的少量、渐变 特性变化的大小和趋势特性变化的大小和趋势 早期发现故障早期发现故障电气诊断电气诊断r 相对介电常数沥青油漆制成的云母带、玻璃漆布、玻璃胶布板；确定合理的维修时间与检修方案到达稳态，电压与电阻成反比1-粘性浸渍；气体介质（标准大气条件）相对介电常数（工频，20）随着运行经验的积累，制造工艺逐步得到改进，旧问题将不断被解决，而随着电压等级和容量的不断提高，新技术的广泛应用，新的问题也会不断产生；实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组合绝缘。破坏性试验及非破坏性试验异常与缺陷的原因、程度图3 棒-棒及棒-板空气间隙的工频击穿电压Ub与间距d的关系的试验曲线而有些参
36、数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用。在高压电气设备中常以几种绝缘材料组成，这时应注意到串联介质在交变电压下场强分布与介电常数成反比，即图9 盘形绝缘子串在雨下的可能闪络路径红外热成象（Thermovision）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；固体绝缘：绝缘纸、电瓷、云母交联聚乙烯等诊断推理技术 根据各种检测方法得出的初步结论，结合具体设备的结构特点，综合考虑设备的运行历史（包括运行纪录、故障经历及维修纪录）和各种环境因素的影响，对设备发生的故障进行分析。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：fD1(x)和 fD2(x)分离 在a，b区间中
37、 选择 阈值 x0定义定义 通过对电气设备的试验和各种特性的测量，通过对电气设备的试验和各种特性的测量，了解其特征，了解其特征，评估评估设备设备在运行中的状态在运行中的状态(老化程度老化程度)，从而能早期发现故障的技术从而能早期发现故障的技术作用作用 提高电气设备及电力系统的运行可靠性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明显的经济效益和社会效益 检测表征工作状态的信号检测表征工作状态的信号 进行信号处理进行信号处理 提取信号特征提取信号特征 根据信号特征根据信号特征 分析故障类型、性质及严重程度分析故障类型、性质及严重程度 对故障点进行定位对故障点进行定位电气诊断的功能
38、电气诊断的功能根据设备特征根据设备特征 推断设备的状态推断设备的状态 特征变量特征变量 Kj，j=1,2,n 特征函数特征函数 G(K1,K2,Kj,Kn)状态变量状态变量 Di，i=1,2,m 状态函数状态函数 F(D1,D2,Di,Dm)诊断规则诊断规则 E 特征与状态不一一对应特征与状态不一一对应 需要诊断规则需要诊断规则 E(K1,K2,Kn；D1,D2,Dm)特征特征 和和 状态状态 间的相互关系间的相互关系 工程诊断工程诊断 找到三者间关系找到三者间关系 由特征函数、诊断规则由特征函数、诊断规则 推断设备状态推断设备状态 特征变量分布的随机性特征变量分布的随机性 完好绝缘完好绝缘
39、D1 和和 故障绝缘故障绝缘 D2 特性参数特性参数 x 的的 概率密度曲线概率密度曲线 fD1(x)及及fD2(x)fD1(x)和和 fD2(x)分离分离 在在a，b区间中区间中 选择选择 阈值阈值 x0 fD1(x)和和 fD2(x)相交相交 确定确定 x0 可能错判可能错判(虚报或漏报虚报或漏报)增大增大 x0 减小虚报减小虚报 增大漏报增大漏报 减小减小 x0 减小漏报减小漏报 增大虚报增大虚报 考虑上述各种因素考虑上述各种因素 合适的诊断规则合适的诊断规则 损失最小损失最小 环境因素 劣化、故障 故障机理 M(t)性能、强度 传输机理 H(t)设备诊断原理图 综合诊断 1.异常与缺陷
40、的原因、程度.2.确定合理的维修时间与检修方案.3.可靠性、寿命的预测.4.性能、强度检测分析 1.性能、强度检测.2.性能、强度评价.劣化、故障检测分析 1.故障的位置与种类.2.故障的程度与原因.运行环境状况监测 1.环境参数检测.2.环境分析.因因果果 故障诊断相应于故障发展因果关系的逆问题故障诊断相应于故障发展因果关系的逆问题 状态监测技术状态监测技术 实时采集反映设备运行情况的各种信号和参数，并对设备的状态加以记录，为设备的故障分析、性能评估及合理使用提供基础信息。故障识别技术故障识别技术 根据状态监测获得的信息，对异常状态做出报警，并对故障类型进行初步分析，以便运行人员及时了解设备
41、的工作情况。诊断推理技术诊断推理技术 根据各种检测方法得出的初步结论，结合具体设备的结构特点，综合考虑设备的运行历史（包括运行纪录、故障经历及维修纪录）和各种环境因素的影响，对设备发生的故障进行分析。确定故障的性质、程度以及部位，推测诱发故障的直接原因。寿命预测技术寿命预测技术 对已识别的故障进行预测，指出故障的发展趋势及其后果，估算设备的剩余寿命，确定检修周期，提出控制故障发展和消除故障的维修策略。随着运行经验的积累，制造工艺逐步得到改进，随着运行经验的积累，制造工艺逐步得到改进，旧问题将不断被解决，而随着电压等级和容量的不旧问题将不断被解决，而随着电压等级和容量的不断提高，新技术的广泛应用
42、，新的问题也会不断产断提高，新技术的广泛应用，新的问题也会不断产生；同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发生；同时由于监测手段的进步，也将使过去无法发现的故障隐患被挖掘出来，所以一劳永逸的方法是现的故障隐患被挖掘出来，所以一劳永逸的方法是不存在的，故障诊断技术的研究将是一个永无止境不存在的，故障诊断技术的研究将是一个永无止境的探索过程。的探索过程。击穿(Breakdown)图12 介质在交流电压下的等值电路分析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
43、”而使击穿电压显著降低。气体介质（标准大气条件）改用防污性能好的绝缘子。木材、纸、纸板、棉纤维、天然丝；因此存在一电荷重新分配的过程。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。红外热成象（Thermovision）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；火花放电(Sparkover)电化学击穿：因长期局部放电而引起。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。但工程电介质材料中不可避免地会含有一些杂质，如气泡、水分、纤维、炭粒等，它们对介质的击穿过程及击穿电压有很大影响。而有些参数较易于测到、或外界干扰少，更应充分予以利用。当电压不太高时，接地法兰边缘先出现电晕而形成光圈，随着电压的升高
44、，电晕延伸成火花细线，电流密度仍很小；当t=0时，电压与电容成反比对应于频率 f2的曲线(频率f2 f1)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。气体介质（标准大气条件）气隙击穿的三个必要条件谢谢 Http ee电气诊断概论电气诊断概论Electrical Fault Diagnosis 现代电气设备的造价及运行可靠性在很大程度上取决于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。设备的绝缘结构。电力设备电力设备金属材料金属材料绝缘材料绝缘材料 实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的实际绝缘结构通常是由几种电介质联合构成的组合绝缘。组
45、合绝缘。固固-液绝缘液绝缘固固-气绝缘气绝缘 水分被吸收到电介质内部或吸附到电介质的表面以后，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构成通路，或者在高温下汽化形成“汽桥汽桥”而使击穿电压而使击穿电压显著降低。显著降低。4.受潮受潮局部电弧局部电弧水带水带绝缘介质绝缘介质气隙击穿的三个必要条件气隙击穿的三个必要条件 足够高的电压。足够高的电压。在气隙中存在能引
46、起电子崩并导致击穿的有效电子。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。需要一定的时间让放电得以逐步发展直至击穿。电介质极化电介质极化ab图图10 极化现象示意图极化现象示意图(a)极间为真空；(b)极间为介质 dAUQC000dAUQQCr00A 电极面积（cm2）d 电极间距（cm）r 相对介电常数 2.交流耐压、直流耐压及冲击试验交流耐压、直流耐压及冲击试验 冲击试验：冲击试验：考核设备在雷电及操作过电压下的特性。比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的而言。难于较真实、可靠的，特别对变压器等绕组结构
47、的而言。难于在现场进行。在现场进行。交流耐压试验：交流耐压试验：一般仅在交接试验及大修后进行，因为一般仅在交接试验及大修后进行，因为它虽然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严它虽然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的重的“副作用副作用”。可以随时进行检测，能够及时发现缺陷。击穿(Breakdown)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；因此仅仅依靠单一的检测项目，对故障的分析是不全面的，需要对各种试验结果进行综合推理。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，
48、如在图2中S2就能较好地保护S1。（1,2,4为棒-棒；红外热成象（Thermovision）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；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。随着温度的升高，解离的离子数往往呈指数增大，如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：根据电源容量大小，放电转变为火花放电或电弧放电。火花放电(Sparkover)交流耐压、直流耐压及冲击试验油性树脂漆及其漆包线；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；离线试验及在线监测这样的吸收过程比其它的极化过程要慢得多。绝缘试验及检测的特点聚酰亚胺漆及其漆包线；交流耐压试验：一般仅在交接试验及大修后进行，因为它虽然考验很严格，有利于发现某些缺陷，但可能产生严重的“副作用”。检测表征工作状态的信号检测表征工作状态的信号 进行信号处理进行信号处理 提取信号特征提取信号特征 根据信号特征根据信号特征 分析故障类型、性质及严重程度分析故障类型、性质及严重程度 对故障点进行定位对故障点进行定位电气诊断的功能电气诊断的功能
