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1、高电压技术,高电压工程系 何正浩 ,自我介绍,学历： 1974，高中毕业 19781982，华中工学院 高电压技术与设备专业本科毕业，获学士学位； 19881991，华中理工大学 高电压工程硕士研究生毕业，获硕士学位； 19972001，华中科技大学 电气工程 博士研究生毕业，获博士学位。 工作简历： 19821991，武汉高压研究所计量室、线路室、高压计量大厅工程师 19912001，广东省顺德市市发电厂、德胜电厂高级工程师 2001现在，华中科技大学 环境工程系教授、博士生导师,科研工作概况,参加完成武汉高压研究所科研课题多项，其中两项获水电部优秀科技成果二等奖，三项获水电部优秀科技成果三
2、等奖。 完成广东顺德德胜电厂技改项目多个，并获二三等奖多项。,近期完成的主要科研项目,脉冲电晕等离子体烟气脱硫技术中解决氨泄漏问题的研究 _国家九五科技攻关项目子项目 500kV组合式光学电流电压传感器 _国电华中公司委托项目 混沌两相体放电现象研究 _国家自然科学基金项目 用等离子体技术实现钢铁厂以废制废脱硫新技术研究 _武汉钢铁（集团）公司合作项目 脉冲放电等离子体还原脱硫技术研究 _武汉市科技局重大项目,近几年发表第一作者论文：,Effect of Background Ions on the Selection of the Discharge Path Chinese Physics
3、 Letters, Vol.18 No.2,2001， SCI 收录号：-402FX 脉冲电晕加氨脱硫氨活化实验研究 高电压技术，Vol.26 No.3,2000， EI 收录号：00115399402 脉冲电晕放电处理焦化废水的研究 高电压技术，Vol.29 No.4,2003， EI 收录号：03267523161 脉冲电晕波过程的SIMULINK模拟计算 高电压技术，Vol.29 No.4,2003 EI 收录号：03427682788,Electrical Field Adjustment For 500kv Optical Metering Unit Proceedings PES
4、2002 Summer Meeting, Chicago USA, 2002. 7 ISTP 收录号：BW77J 电晕线串并联的脉冲电晕放电特性 高电压技术，Vol.27 No.1,2001 纳秒脉冲电晕放电衰减研究 电工电能新技术，第21卷，第1期，2002.1 纳秒脉冲电晕放电的衰减及电晕线电阻率对其的影响 高压电器，Vol.39 No.5,2003 500kV光学电压传感系统实验研究 高电压技术，Vol.25 No.4,1999,燃煤发电SO2污染控制技术及其在我国的应用与展望 电力环境保护，第18卷，第1期，20023 燃气轮机发电机的失稳及保护 热力发电，第31卷，2002年第4期，
5、2002.7 Gas turbine generator protection against out of step Proceedings IEEE POWERCON98,1998 ISTP 收录号：BM06H,主要研究方向：,1. 高电压与新技术及应用； 2. 脉冲功率技术及应用； 3. 气体放电等离子体技术及应用； 4. 环境污染治理新技术：有害气体液体处理新技术； 5. 无公害果蔬与粮食贮存新技术。,近年科研项目： 1.中国农业科学研究院项目,“果蔬保鲜空气放电技术设备的研制与开发”，项目负责人。 2.国家自然科学基金重点项目“多相体放电规律及应用研究”， 子项目负责人 3.军口86
6、3项目，子项目负责人 4.神光，子项目负责人 5.中加国际合作项目”脉冲电弧液电放电船舶压载水处理技术研究”，项目负责人,第9讲 绝缘的非破坏性试验,一、绝缘监测和诊断的基本概念 电力设备绝缘在运行中受到电、热、机械、不良环境等各种因素的作用，其性能将逐渐劣化，以致出现缺陷，造成故障，引起供电中断。 通过对绝缘有关特性的试验和测量，了解并评估绝缘在运行过程中的状态，从而能早期发现故障的技术称为绝缘的监测和诊断技术,绝缘的监测和诊断技术分类： 1. 按照对设备造成的影响程度分类（两类） 非破坏性试验，亦称绝缘特性试验：在较低电压下或用其它不会损伤绝缘的方法测量绝缘的各种情况，从而判断绝缘内部的缺
7、陷揭示绝缘缺陷的不同性质和发展程度 包含的种类：绝缘电阻试验、介质损耗角正切试验、局部放电试验、绝缘油的气相色谱分析等 破坏性试验，即耐压试验：以高于设备的正常运行电压来考核设备的电压耐受能力和绝缘水平。耐压试验对绝缘的考验严格，能保证绝缘具有一定的绝缘水平或裕度；缺点可能在试验时给绝缘造成一定的损伤不能揭示绝缘缺陷的性质 包含的种类：交流耐压试验、直流耐压试验、雷电冲击耐压试验及操作冲击耐压试验,2. 按照设备是否带电的方式分类（两类） 离线：在离线的监测和诊断时，要求被试设备退出运行状态，通常是周期性间断地施行，试验周期由电力设备预防性试验规程（DL/T 596）规定 特点：可采用破坏性试
8、验和非破坏性试验两种方式，两种方式是相辅相成的。耐压试验往往是在非破坏性试验之后才进行。缺点是对绝缘耐压水平的判断比较间接，尤其对于周期性的离线试验更不易判断准确 在线：在线监测则是在被试设备处于带电运行的条件下，对设备的绝缘状况进行连续或定时的监测，通常是自动进行的 特点：只能采用非破坏性试验方式。由于可连续监测，除测定绝缘特性的数值外，还可分析特性随时间的变化趋势，从而显著提高了其判断的准确性,绝缘预防性试验概念：为了对绝缘状态作出判断，需对绝缘进行各种试验和监测，通称为绝缘预防性试验。,绝缘的监测和诊断技术的三个基本环节： 传感器与测量方法：正确选用各种传感器及测量手段，检测或监测被试对
9、象的种种特性，采集各种特性参数； 数据处理：对原始的杂乱信息加以分析处理(数据处理)，去除干扰，提取反映被试对象运行状态最敏感、有效的特征参数； 绝缘诊断：根据提取的特征参数和对绝缘老化过程的知识以及运行经验，参照有关规程对绝缘运行状态进行识别、判断，即完成诊断过程。并对绝缘的发展趋势进行预测，从而对故障提供预警，并能为下一步的维修决策提供技术根据。,绝缘诊断规则： 规则分类：逻辑诊断，模糊诊断，统计诊断 逻辑诊断：逻辑诊断中将特征只归结为“有”和“无”两种(或特征参数大于某给定的阈值则为“有”该特征，否则为“无”)，诊断对象的状态同样只归结为“有”和“无”，或“好”和“坏”两种，即特征和状态
10、均采用二值逻辑量来描述。 逻辑诊断简单明了，应用较广，但把问题过于简化，诊断准确度较低,模糊诊断：考虑到被试对象的特征及状态评价的主观不确定性，即模糊性，许多情况不能简单地用“有”、“无”和“好”、“坏”来评定。模糊诊断中被试对象的特征和状态不用二值逻辑量描述，而用多值逻辑的特征函数来描述，如某特征“很强”、“强”、“一般”、“弱”、“很弱”，某故障“严重”、“较严重”、“一般”、“轻微”、“无”等，然后按特征或状态参数的取值量确定归入某一类别。如采用连续变化的特征函数，判断可更加准确。,统计诊断：考虑到被试对象特征参数分布的不确定性，即统计性。对于处于同样状态的同类设备，其特征参数并不相同，
11、而按一定的统计规律分布。利用这些规律进行绝缘诊断,(a) 绝缘完好和损坏时 (b)两者重叠图 概率密度曲线不重叠 某特征参数的概率密度,4.1 绝缘电阻试验,电气设备的绝缘，其等值电路往往是电阻电容的混合电路。,吸收电流：由空间电荷极化造成的位移电流,一、主要参数及技术指标,泄漏电流Ig,吸收电流ia,当绝缘严重受潮或出现导电性缺陷时，R1、R2或两者之和显著减小，Ig大大增加，而Ia迅速衰减,所测绝缘电阻是随测量时间变化而变化的，只有当t时，其测量值为R=R，但在绝缘电阻试验中，特别是电容量较大时，很难测量R的值，因此，在实际试验中，规程规定，只需测量60s时的绝缘电阻值，即R60S的值，当
12、电容量特别大时，吸收现象特别明显，如大型发电机，可以采用10min时的绝缘电阻值。,定义吸收比K： 加压60秒时的绝缘电阻与15秒时电阻之比值 对大电容量试品（也称极化指数P）： 为加压10分钟时的绝缘电阻与1分钟时电阻之比值 电力设备预防性试验规程等规定： 电力变压器及大型发电机凡采用沥青浸胶及烘卷云母绝缘者：K值应不小于1.3，P值应不小于1.5；大型发电机采用环氧粉云母者：K值应不小于1.6，P应不小于2.0；发电机容量在200MW及以上，推荐测量K2值。,绝缘状态的判定 若绝缘内部有集中性导电通道，或绝缘严重受潮，则电阻R1 、R2会显著降低，泄漏电流大大增加，时间常数大为减小，吸收电
13、流迅速衰减。即使绝缘部分受潮，只要R1与R2中的一个数值降低，值也会大为减小，吸收电流仍会迅速衰减，仍可造成吸收比K（及极化指数P，下同）的下降。当K1或接近于1，则设备基本丧失绝缘能力。 K1.3时，就可判断绝缘可能受潮,不同绝缘状态下的绝缘电阻的变化曲线,二、试验设备与试验方法,采用兆欧表,消除表面泄漏电流的影响,兆欧表原理,I1流过线圈1，产生力矩M1， I2流过R1R2，产生力矩M2，角度反映力矩差,R2绝缘电阻,兆欧表发电机产生的直流电压有500、1000、2500、5000、10000V 等规格 仪表的读数与手摇式发电机的端电压或转速绝对值的关系不大，一般只要使得手柄的转速达到额定
14、转速（通常为120r/min）的80以上就行，重要的是必须保持转速的恒定。 注意：当试品电容较大时，测量后须先将兆欧表从测量回路中断开，然后才能停止转动发电机，以免试品电容电流反充损坏仪器。,绝缘电阻试验的用途,可发现 两极间有穿透性的导电通道 受潮 表面污垢（比较有无屏蔽极时的值即可） 不可发现 绝缘中的局部缺陷（裂缝、气泡、开裂等） 绝缘的老化（仍保持高阻值）,三、泄漏电流的测量,（1）试验电压高，能发现兆欧表所不能发现的某些缺陷 （2）施加的直流电压逐渐升高，可观察泄漏电流的变化，以判断绝缘,屏蔽： 电晕电流 表面泄漏电流,1绝缘良好 2绝缘受潮 3绝缘中有集中性缺陷 4绝缘中有危险的集
15、中性缺陷,4.2 介质损耗角正切的测量,与绝缘电阻的测量相比，介质损耗因数是表征绝缘功率损耗大小的特征参数，与绝缘的体积大小无关。 tg在反映集中缺陷时不灵敏，测tg法适合检测分布性的绝缘缺陷。,4.2.1 可检测的缺陷种类,4.2.2测量原理,一、西林电桥 高压臂： 代表试品的Zx； 无损耗的标准电容CN 低压臂： 处在桥箱体内的可调无感电阻R3（Z3）； 无感电阻R4和可调电容C4的并联（Z4） 电桥平衡：检流计G检零 保护：放电管,西林电桥的基本回路,电桥的平衡条件：,=2f=100 tg=R4C4=KC4106 式中C4的单位是F，若C4以F计则可得到 tg=KC4 式中 K的单位为F
16、-1。,二、影响测量准确度的因素,1、外界电磁场的干扰 （1）杂散电容：高压引线与低压臂之间有电场的影响，可以看作其间有杂散电容Cs。由于低压臂的电位很低，Cx和CN的电容量很小，如CN一般只有50100pF，杂散电容Cs的引入，会产生测量误差。若附近另有高压源，其间的杂散电容Cs会引入干扰电流iS，也会造成测量误差。 还有外界高压电源的干扰 （2）电场干扰：杂散电容导致的干扰电流 （3）磁场干扰：电桥接线内感应干扰电势，影响平衡,抗干扰措施 （1）屏蔽,（2）采用移相电源 由于干扰源的相位一般是无法改变的，因此，可以通过改变电源的相位，使得电源的相位和干扰的相位同相或反相，来达到消除或减少同
17、频率干扰的目的。 （3）倒相法 测量时将电源正接和倒相各测量一次，测得两组结果tg1、C1和tg2、C2, 然后计算求得tg和C：,现场的试品：难以实现屏蔽，故干扰较严重 两次测量法（倒相法）：第一次测得tg1和C1，然后倒换试验变压器原边电源线的两头(试验电压U的相位转180)，测得第二次的数值tg2和C2，可用下式计算得准确的tg和Cx值：,西林电桥的基本回路,倒相法原理,影响准确度的因素（2）,2、温度 一般随温度的升高而增大。故应换算到同一温度值（20） 3、试验电压所加电压能引起气泡电离或局放时，tg增大 4、试品电容量 对小容量试品，能有效发现局部集中性缺陷和整体分布性缺陷 对大容
18、量试品，则只能发现整体分布式缺陷 5、试品表面泄漏 应进行相应处理,三、反接法,适用情况：金属外壳直接放在底座上（绝大多数电气设备） 问题：桥本体处于高电位，操作困难 对策：当电桥电压不高时（如10kV），可用绝缘材料做操作把手；当电桥电压较高时，操作者与桥本体在法拉第笼内,四、角差测量法,原理：通过直接测量电压和电流的角差来测量tg 方法：同时测量流过标准电容器电流（其相角与流过试品的容性电流的相角一致）和流过试品的电流（全电流），得到二者之间的相角差，从而可以计算tg的数值。通过数字处理实现。 有逐步取代平衡法测量的趋势。,4.2.3 测试功效,可检测 （1）受潮 （2）穿透性导电通道 （
19、3）绝缘内含气泡的游离，绝缘分层、脱壳 （4）老化劣化，绕组上附积油泥 （5）绝缘油脏污，劣化等 不可检测 （1）非穿透性的局部损坏 （2）很小部分绝缘的老化劣化 （3）个别的绝缘弱点,局部放电的概念： 简称为PD-Partial Discharge，指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象 局部放电的危害： 局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之中，因为在这个很小的空间内电场强度很大。它的放电能量很小，所以它的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备在运行电压下长期存在局部放电现象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应，如
20、不良化合物的产生，就可以慢慢地损坏绝缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备的突发性故障,4.3 局部放电测量,局部放电的特点： 当介质内部发生局部放电时，伴随着发生许多现象。有些属于电的：如电脉冲的产生，介质损耗的增大和电磁波放射；有些属于非电的：如光、热、噪音、气体压力的变化和化学变化 局部放电的检测： 这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测的方法也可以分为电的和非电的两类,测量局部放电的几种方法,绝缘油的气相色谱分析法：这项试验是通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺陷 超声波探测法：在电气设备外壁放上由压电元件和前置放大器组成的超声波探测
21、器，用以探测局部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电的发生，粗测其强度和发生的部位 脉冲电流法：测PD所形成的脉冲电流大小以判断绝缘PD的强弱程度，这种方法可以给出定量的结果，目前规程中已规定了定量的指标,4.3.1 局部放电的基本物理过程,局部放电的三电容模型 Cg：气泡的电容 Cb：和Cg相串联部分的介质电容 Ca：其余大部分绝缘的电容,局部放电机理 ug随外加电压u升高，当u上升到Us瞬时值，ug到达Cg的放电电压Ug时，Cg气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug 下降到Ur，然后放电熄灭。Ur叫做残余电压，它可以接近为零值，也可以为小于Ug（均绝对值）的其它值,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,放电火花一熄灭，Cg上的电压将再次上升，由于此时Cg及Cb已经有了一个初始的直流电压，所以此后的ug 值不能直接用上式来表达，ug 值与上式表达的值在绝对值上要小一个（UgUr）值。外加电压仍在上升，Cg上的电压也顺势而上升，当它再次升到Ug时，Cg再次放电，电压再次降到Ur，放电再次熄灭,Cg上的电压从Ug突变为Ur（均绝对值）的一瞬间，就是局部放电脉冲的形成的时刻，此时通过Cg有一脉冲电流，局部放电时气泡中的电压和电流的变化如图所示,局部放电时气隙中的电压和电流的变化,