电气设备绝缘检测与诊断

《电气设备绝缘检测与诊断》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电气设备绝缘检测与诊断（37页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第四章第四章 避雷器检测与诊断避雷器检测与诊断第四章第四章 避雷器检测与诊断避雷器检测与诊断 第一节第一节 避雷器的结构特征避雷器的结构特征 目前使用的避雷器有以下四种类型：保护间隙避雷器、管目前使用的避雷器有以下四种类型：保护间隙避雷器、管型避雷器、阀型避雷器（普通阀型避雷器型避雷器、阀型避雷器（普通阀型避雷器FS型和型和FZ型，磁型，磁吹阀型避雷器吹阀型避雷器FCZ型和型和FCD型型)、氧化锌避雷器。、氧化锌避雷器。一、阀型避雷器一、阀型避雷器 普通阀型避雷器由火花间隙和非线性电阻普通阀型避雷器由火花间隙和非线性电阻(简称阀片简称阀片)串串联组成。火花间隙决定了避雷器的放电电压，串联的阀片

2、决联组成。火花间隙决定了避雷器的放电电压，串联的阀片决定了避雷器的残压和续流。定了避雷器的残压和续流。伏秒特性伏秒特性:避雷器的放电电压与时间的关系特性避雷器的放电电压与时间的关系特性 伏安持性伏安持性:通过阀片的电流与其压降的关系特性通过阀片的电流与其压降的关系特性二、氧化锌避雷器二、氧化锌避雷器 氧化锌避雷器的基本结构是阀片。阀片是氧化锌避雷器的基本结构是阀片。阀片是以氧化锌为主要成分，并添加少量的以氧化锌为主要成分，并添加少量的Bi2O3、Co2O3、MnO2、Sb2O3等金属氧化物添加剂，等金属氧化物添加剂，将它们充分混合后造粒成型，经高温焙烧而成将它们充分混合后造粒成型，经高温焙烧而

3、成的。这种阀片具有优良的非线形和较大的通流的。这种阀片具有优良的非线形和较大的通流容量。由于氧化锌避雷器的阀片是由金属氧化容量。由于氧化锌避雷器的阀片是由金属氧化物组成的，所以有时也称为金属氧化物组成的，所以有时也称为金属氧化物避雷器物避雷器,并用并用MOA表示。表示。金属氧化物阀片的电特性如图金属氧化物阀片的电特性如图4-2所示的等值电路表示。所示的等值电路表示。图图 4-2 金属氧化物阀片的等值电路金属氧化物阀片的等值电路 Rg氧化锌晶粒的固有电阻；氧化锌晶粒的固有电阻；Rs 氧化锌晶粒的表面势垒电阻；氧化锌晶粒的表面势垒电阻；Rl氧化锌晶界层的电阻；氧化锌晶界层的电阻；Cs 氧化锌晶粒的

4、表面势垒电容；氧化锌晶粒的表面势垒电容；Cl 氧化锌晶界层的电容氧化锌晶界层的电容.RgRgRgRlRsCsCsCl 氧化锌避雷器的典型伏安特性曲线。整个伏安特性曲氧化锌避雷器的典型伏安特性曲线。整个伏安特性曲线线(通常用电场强度和电流密度来描述通常用电场强度和电流密度来描述)包括三个区域：包括三个区域：是小电流区，该区域的伏安特性曲线比较陡峭，具有较好是小电流区，该区域的伏安特性曲线比较陡峭，具有较好的线性特性；的线性特性；是击穿区，该区域伏安持性非常平坦，具是击穿区，该区域伏安持性非常平坦，具有较好的非线性，服从有较好的非线性，服从 关系；关系；是翻转区，在该是翻转区，在该区域内氧化锌阀片

5、晶体的固有电阻开始起作用，特性曲线区域内氧化锌阀片晶体的固有电阻开始起作用，特性曲线开始上翘。开始上翘。cIU 氧化锌避雷器具有优氧化锌避雷器具有优良的非线性特性，可良的非线性特性，可以做成无间隙避雷器，以做成无间隙避雷器，在工作电压作用下，在工作电压作用下，氧化锌阀片实际相当氧化锌阀片实际相当于一个绝缘体，不会于一个绝缘体，不会使其烧坏。使其烧坏。第二节第二节 避雷器的预防性试验技术避雷器的预防性试验技术 一、绝缘电阻的测量一、绝缘电阻的测量 测量阀型避雷器绝缘电阻的目的是检查由于密测量阀型避雷器绝缘电阻的目的是检查由于密封破坏而使其内部受潮或瓷套裂纹等缺陷封破坏而使其内部受潮或瓷套裂纹等缺

6、陷;测量氧化测量氧化锌避雷器绝缘电阻的目的是为了了解其内部是否受锌避雷器绝缘电阻的目的是为了了解其内部是否受潮。研究表明，测量绝缘电阻有时比测量工频放电潮。研究表明，测量绝缘电阻有时比测量工频放电电压更为灵敏。为了更有效地发现避雷器内部的受电压更为灵敏。为了更有效地发现避雷器内部的受潮缺陷等，应采用潮缺陷等，应采用2500V兆欧表测量，并加屏蔽环，兆欧表测量，并加屏蔽环，以消除表面泄漏电流的影响。以消除表面泄漏电流的影响。避雷器绝缘电阻测量一般安排在发电厂、变避雷器绝缘电阻测量一般安排在发电厂、变电所每年雷雨季节前进行，并在必要时增加测量电所每年雷雨季节前进行，并在必要时增加测量次数。当天气潮

7、湿时，表面泄漏电流影响很大，次数。当天气潮湿时，表面泄漏电流影响很大，更应引起注意。更应引起注意。影响绝缘电阻测量结果主要有三个因素：影响绝缘电阻测量结果主要有三个因素：一一是瓷套表面的清洁度是瓷套表面的清洁度，测量前应将瓷套表面擦干，测量前应将瓷套表面擦干净；净；二是瓷套表面干燥度二是瓷套表面干燥度，当空气湿度较大时，当空气湿度较大时，可以用金属丝在瓷套表面绕一圈作为屏蔽环，并可以用金属丝在瓷套表面绕一圈作为屏蔽环，并接到兆欧表的接到兆欧表的“屏蔽屏蔽”接线柱上，使瓷套表面的接线柱上，使瓷套表面的泄漏电流直接流入地；泄漏电流直接流入地；三是环境温度三是环境温度，正常测量，正常测量温度范围应控

8、制在温度范围应控制在535之间。之间。二、工频放电电压测量二、工频放电电压测量 对阀型避雷器测量工频放电电压是一个重要试验对阀型避雷器测量工频放电电压是一个重要试验项目。其主要目的是检查火花间隙的结构及特性是否项目。其主要目的是检查火花间隙的结构及特性是否正常，检验它在过电压下是否有动作的可能性。测量正常，检验它在过电压下是否有动作的可能性。测量工频放电电压的接线如图工频放电电压的接线如图4-4所示。所示。FS型避雷器工频放电电压应在表型避雷器工频放电电压应在表4-2所示的范围所示的范围内内。在进行工频放电电压测量时应该注意以下几方面在进行工频放电电压测量时应该注意以下几方面问题。问题。(1)

9、电压测量：先做一下变压器高低压侧电压测量：先做一下变压器高低压侧(或对测量或对测量线圈线圈)电压的校正曲线，低压侧电压表的精确度一电压的校正曲线，低压侧电压表的精确度一 般应为般应为05级，否则容易造成误判断。级，否则容易造成误判断。(2)保护电阻选择：选择保护电阻选择：选择R时可依据下式时可依据下式:式中：式中：I为流过避雷器的放电电流为流过避雷器的放电电流(A)；U为估计的避雷器为估计的避雷器放电电压放电电压(V)；XB试验变压器的短路阻抗（试验变压器的短路阻抗（），折算到），折算到高压侧；高压侧；R为加入的限制电阻为加入的限制电阻()。(3)升压速度升压速度：对于带有并联电阻的避雷器，在

10、接近对于带有并联电阻的避雷器，在接近放电电压时，升压速度不能太慢，否则将导致并联电阻放电电压时，升压速度不能太慢，否则将导致并联电阻烧坏。烧坏。(4)放电的时间间隔：一般时间间隔不少于放电的时间间隔：一般时间间隔不少于10s。(5)电压波形和波动：应避免试验变压器和测量仪表接电压波形和波动：应避免试验变压器和测量仪表接在同电源上，以免当回路放电时引起电源的波动，使仪在同电源上，以免当回路放电时引起电源的波动，使仪表得不到正确的读数。表得不到正确的读数。三、电导电流测量三、电导电流测量 直流电压加于带并联电阻避雷器两端所测得的电流称直流电压加于带并联电阻避雷器两端所测得的电流称为电导电流。测量的

11、目的是检查避雷器的并联电阻是否为电导电流。测量的目的是检查避雷器的并联电阻是否受潮、老化、断裂、接触不良以及非线性系数受潮、老化、断裂、接触不良以及非线性系数 是否相配。是否相配。电导电流试验可采用图电导电流试验可采用图4-5所示的试验回路，试验直所示的试验回路，试验直流电源可以采用半波整流电路或倍压整流直流发生器。流电源可以采用半波整流电路或倍压整流直流发生器。测量电导电流时的试验电压见表测量电导电流时的试验电压见表4-3。FZ、FCZ、FCD型避雷器的电导电流按制造厂标准或历年数据进型避雷器的电导电流按制造厂标准或历年数据进行比较，而不应有显著变化。行比较，而不应有显著变化。规程规程规定串

12、联元件或并联电阻的最大电导电流规定串联元件或并联电阻的最大电导电流与最小电导电流之差与最大值的比值应不大于与最小电导电流之差与最大值的比值应不大于30。四、氧化锌避雷器直流试验四、氧化锌避雷器直流试验 测量氧化锌避雷器在直流测量氧化锌避雷器在直流1mA下临界动作电压，是氧下临界动作电压，是氧化锌避雷器预防性试验的必检项目，每年在雷雨季节到化锌避雷器预防性试验的必检项目，每年在雷雨季节到来之前必须进行该项试验，通过试验可以检查其阀片是来之前必须进行该项试验，通过试验可以检查其阀片是否受潮，确定其动作性能是否符合要求。否受潮，确定其动作性能是否符合要求。进行直流进行直流1mA测量，需要注意：测量，

13、需要注意：1)因泄漏电流大于因泄漏电流大于200 A以后，随电压的升高，电流以后，随电压的升高，电流急剧增大，故应仔细地升压当电流达到急剧增大，故应仔细地升压当电流达到1mA时，准确地时，准确地读取相应的电压读取相应的电压U 1mA。2)测量前应仔细将避雷器外绝缘套管表面擦试测量前应仔细将避雷器外绝缘套管表面擦试干净，以防止表面泄漏电流的影响。干净，以防止表面泄漏电流的影响。3)测试后应对测试后应对U 1mA进行温度系数校正，温度系进行温度系数校正，温度系数一般约为数一般约为0.05一一0.17。现场试验时可以粗略。现场试验时可以粗略按温度每增高按温度每增高10，U 1mA约降低约降低1进行折

14、算。进行折算。在测量完在测量完U1mA以后，接着进行以后，接着进行0.75U1mA直流电直流电压下泄漏电流的测量。测量此电压下的泄漏电流可压下泄漏电流的测量。测量此电压下的泄漏电流可以检查长期允许工作电流是否符合规定。这一泄漏以检查长期允许工作电流是否符合规定。这一泄漏电流与氧化锌避雷器的寿命有直接关系，电流与氧化锌避雷器的寿命有直接关系，规程规程规定，规定，0.75U1mA下的泄漏电流值应不大于下的泄漏电流值应不大于50A。第三节第三节 避雷器在线检测与诊断技术避雷器在线检测与诊断技术 一、无并联电阻避雷器在线检测一、无并联电阻避雷器在线检测 1绝缘电阻在线检测绝缘电阻在线检测 在线检测无并

15、联电阻在线检测无并联电阻FS型避雷器绝缘电阻可用兆欧表带型避雷器绝缘电阻可用兆欧表带电检测。电检测。测试前断开避雷器下端的接地连线测试前断开避雷器下端的接地连线(或在安装时就或在安装时就考虑能方便地进行在线检测考虑能方便地进行在线检测)，而兆欧表的接地端子，而兆欧表的接地端子E E应先可靠接地。兆欧表读数实际可以认为是避雷器应先可靠接地。兆欧表读数实际可以认为是避雷器内部绝缘电阻内部绝缘电阻R R1 1与外表面下部绝缘电阻与外表面下部绝缘电阻R R2 2的并联值，的并联值，所以避雷器绝缘电阻为所以避雷器绝缘电阻为 因此，所测绝缘电阻值受外表面因此，所测绝缘电阻值受外表面(下部下部)状况的影状况

16、的影响较大。若表面脏污、潮湿或在雾雨天气下测量，响较大。若表面脏污、潮湿或在雾雨天气下测量，将可能造成误判断。将可能造成误判断。2、泄漏电流在线检测、泄漏电流在线检测 对无并联电阻的对无并联电阻的FS型型避雷器，在交流运行电压避雷器，在交流运行电压下接入全波桥式整流电路，下接入全波桥式整流电路，构成在线检测泄漏电流基构成在线检测泄漏电流基本接线，如图本接线，如图4-7所示。所示。在交流电压作用下，流过在交流电压作用下，流过避雷器的电流可分为两部避雷器的电流可分为两部分：避雷器内部电容电流分：避雷器内部电容电流和电阻电流、避雷器外表和电阻电流、避雷器外表面电流。面电流。对于安装了接地抱箍的避雷器

17、，可以屏蔽避雷器对于安装了接地抱箍的避雷器，可以屏蔽避雷器外表面电流，因此流过微安表的电流只有电容电外表面电流，因此流过微安表的电流只有电容电流和电阻电流，即流和电阻电流，即 为了准确地测量泄漏电流值，由避雷器底部为了准确地测量泄漏电流值，由避雷器底部到微安表间的引线必须使用绝缘屏蔽线，其金属到微安表间的引线必须使用绝缘屏蔽线，其金属外皮必须接地。否则，受杂散电容电流的影响，外皮必须接地。否则，受杂散电容电流的影响，可能使测量结果产生较大的误差。可能使测量结果产生较大的误差。更加简便的方法是用带有耐高压绝缘手柄的更加简便的方法是用带有耐高压绝缘手柄的钳型电流表，将它直接在避雷器高压引下线处或钳

18、型电流表，将它直接在避雷器高压引下线处或地线处钳取其泄漏电流。地线处钳取其泄漏电流。22RCIII 3、工频放电电压的在线检测、工频放电电压的在线检测 工频放电电压在线检测接线原理如图工频放电电压在线检测接线原理如图4-84-8所示。所示。试验时，试验电源必须与避雷器同相。在试验电源正、试验时，试验电源必须与避雷器同相。在试验电源正、反相位时，分别记录所测得的放电电压反相位时，分别记录所测得的放电电压U U1 1、U U2 2，这时，这时由于试验电压相量与运行电压相量的相位相同或相反，由于试验电压相量与运行电压相量的相位相同或相反，因此避雷器的真实工频放电电压因此避雷器的真实工频放电电压U U

19、d d与试验电压与试验电压U U1 1、U U2 2及运行电压及运行电压U U0 0间有如下关系间有如下关系 即即 相相别别停电试停电试验验带电测量带电测量按式（按式（3-4）取平）取平均值均值同同相相反反向向ABC23.826.832.228.332.337.716.921.026.322.626.732.0 研究表明，停电条件下的试验结果与在线测试研究表明，停电条件下的试验结果与在线测试结果结果基本基本一致的。因此一致的。因此10kV及以下的高压配电系统中大量使及以下的高压配电系统中大量使用的用的FS型避雷器，可以用在线测试代替停电试验。型避雷器，可以用在线测试代替停电试验。二、有并联电阻

20、避雷器的在线检测二、有并联电阻避雷器的在线检测 1、电导电流在线检测、电导电流在线检测 图图4-9给出了给出了35220kv的的FZ型避雷器进行电导型避雷器进行电导电流的带电检测原理图。当三相电导电流的最大和电流的带电检测原理图。当三相电导电流的最大和最小者分别为最小者分别为Imax和和Imin则其不平衡系数为则其不平衡系数为 当三相电导电流不平衡系数当三相电导电流不平衡系数vi25时，该避时，该避雷器宜退出运行，送回实验室进行进一步的试验。雷器宜退出运行，送回实验室进行进一步的试验。minminmaxIIIviFZFZ型避雷器电导电流带电检测的实例型避雷器电导电流带电检测的实例 型号型号交流

21、电导电流（交流电导电流（A）不平衡系数（不平衡系数（%）i停电试验停电试验ABCFZ-110J1161069719.6合格合格FZ-110J70654459C相不合格相不合格PBC-11012019016058.3B相一节相一节400M，其余，其余1300MFZ-110J12512520564C相放出相放出300CC水水FZ-110J847616425C相第三节元件损坏相第三节元件损坏FZ-110J87726729.9A相非线性系数不配合相非线性系数不配合FZ-3596928018.8合格合格FZ-3569654360C相下节损坏相下节损坏 进行电导电流现场测试时应注意消除外界电场进行电导电流

22、现场测试时应注意消除外界电场干扰，选取好测量位置，保证测量导线接触良好，干扰，选取好测量位置，保证测量导线接触良好，否则将会产生较大的测量误差。否则将会产生较大的测量误差。2、交流分布电压的在线检测、交流分布电压的在线检测 避雷器非线性并联电阻变质、老化、断裂、受避雷器非线性并联电阻变质、老化、断裂、受潮时，其阻值发生变化，从而使每个元件上分布电潮时，其阻值发生变化，从而使每个元件上分布电压发生变化、因此，测量最下一节避雷器在运行电压发生变化、因此，测量最下一节避雷器在运行电压下的分布电压，能够分析判断避雷器是否存在缺压下的分布电压，能够分析判断避雷器是否存在缺陷，即测量图陷，即测量图4-9中

23、的中的D点对地电压，这时需要分别点对地电压，这时需要分别测量三相的最下节分布电压。测量三相的最下节分布电压。当三相分布电压的最大和最小者分别为当三相分布电压的最大和最小者分别为Umax和和Umin则其不平衡系数为则其不平衡系数为 当当vu15%时，认为合格；当时，认为合格；当vu15时，时，该避雷器宜退出运行，送回实验室进行进一该避雷器宜退出运行，送回实验室进行进一步的试验。步的试验。minminmaxUUUvu 三、氧化锌避雷器在线检测三、氧化锌避雷器在线检测 1、全电流在线检测、全电流在线检测 原理如图原理如图4-10所示。所示。测量时，可采用交流毫测量时，可采用交流毫安表，也可用经桥式整

24、流器连接的直流毫安表。安表，也可用经桥式整流器连接的直流毫安表。当电流增大到当电流增大到23倍时，往往认为已达到危险界倍时，往往认为已达到危险界限。现场测量经验表明，这一标准可以有效地检限。现场测量经验表明，这一标准可以有效地检测氧化锌避雷器在运行中的劣化。测氧化锌避雷器在运行中的劣化。也可用也可用MOA电流测试仪测量电流测试仪测量MOA中的三次中的三次谐波电流，来推出阻性电流。测量三相氧化锌避谐波电流，来推出阻性电流。测量三相氧化锌避雷器的零序电流，是三次谐波法的特殊形式。雷器的零序电流，是三次谐波法的特殊形式。2、阻性电流在线检测、阻性电流在线检测 检测流经检测流经MOA的阻性电流分量或由

25、此产生的功耗的阻性电流分量或由此产生的功耗能发现能发现MOA的早期老化的早期老化,基本原理如图基本原理如图4-11所示。通所示。通过分出阻性分量过分出阻性分量 ，再根据再根据 和和 即可获得即可获得MOA的功率损耗的功率损耗P。采用这种类型的阻性电流检测仪比较方便实用，采用这种类型的阻性电流检测仪比较方便实用，因为它是以钳形电流互感器取样，不必断开原有接线，因为它是以钳形电流互感器取样，不必断开原有接线，而且不需人工调节，自动补偿到能直接读取而且不需人工调节，自动补偿到能直接读取IR及及P。RI.SU.RI.3 在线检测时相间干扰的影响在线检测时相间干扰的影响 现场试验多次已发现，当三个同类的

26、现场试验多次已发现，当三个同类的MOAMOA组成三相而组成三相而呈一字形排列时，如用阻性电流在线检测仪进行试验，呈一字形排列时，如用阻性电流在线检测仪进行试验，读出这三相读出这三相MOAMOA各自的各自的IR及及P往往相差很大，如下列表中往往相差很大，如下列表中试验结果即为一例。试验结果即为一例。阻性电流在线检测仪举例阻性电流在线检测仪举例 安装地点安装地点相相序序Us（V，有，有效值）效值）I0（mA，有效值）有效值）IR（A，峰峰-峰值）峰值）P（W，平均值）平均值）浙江某浙江某500kV变电变电所所主变压主变压器侧器侧54.554.954.51.851.801.8539025011065

27、.028.013.0电抗器电抗器侧侧56.755.655.41.701.861.7444028010081.436.40.87 为什么即使是同型号、同批生产的三台为什么即使是同型号、同批生产的三台MOAMOA，在线检测，在线检测得的全电流得的全电流I0值相差很小，而阻性分量值相差很小，而阻性分量IR及功耗及功耗P却有显著却有显著的差别呢？的差别呢？这些问题主要是由于在线检测时的相间电容耦合所这些问题主要是由于在线检测时的相间电容耦合所引起的。在变电所里对高压电气设备进行在线检测时，引起的。在变电所里对高压电气设备进行在线检测时，相间的耦合是一个普遍的问题；特别当测量各设备相间的耦合是一个普遍的

28、问题；特别当测量各设备tan或阻性分量或阻性分量IR、功耗、功耗P时，影响更为突出。时，影响更为突出。因为在测量时，一般来说，与被试的电容型试品或因为在测量时，一般来说，与被试的电容型试品或MOA的外施电压的外施电压U相差相差90相角的容性电流相角的容性电流IC往往是主要往往是主要的，而阻性电流的，而阻性电流IR只占很小的部分；虽然由相间电容耦合只占很小的部分；虽然由相间电容耦合所形成的干扰电流本身也不大，但它很少可能与所形成的干扰电流本身也不大，但它很少可能与IC正好同正好同相，这样只要干扰电流影响到该相相，这样只要干扰电流影响到该相IR的测值，就会使的测值，就会使tan或或IR、P的测量准确度大受影响。的测量准确度大受影响。图图1 三相三相MOA成直线排列时，相间耦合示意图成直线排列时，相间耦合示意图图图2 定性表示由于相间耦合使定性表示由于相间耦合使IR测量值有变化测量值有变化 图图3 边相边相MOA上不同高度处电位梯度的相位上不同高度处电位梯度的相位（共分（共分10段）段）