电力设备绝缘检测技术的研究

电力设备绝缘检测技术的研究

邵子文

河南豫联能源集团有限责任公司河南郑州巩义451200

摘要:在电力系统中，为了保证电力系统的安全、可靠运行，必须保证各种电气设备的绝缘具有一定的电气强度，使其在运行过程中始终保持良好状态。传统的预防性试验和新发展起来的电力设备绝缘在线检测技术就能很好地测量设备的绝缘情况。通过测量，掌握电气设备的绝缘情况，可及时发现并查找设备存在的缺陷及隐患，及时进行相应的维护和检修，以保证电气设备的安全稳定运行。

关键词:电力设备；绝缘；预防性试验；在线监测。

StudyofInsulationDetectionTechnologyofPowerEquipment

Abstract:Inthepowersystem，inordertoensurethepowerequipment’soperationsafelyandreliably，wemustensureeverypowerequipment’sinsulationhascertainelectricstrength.Makeitalwayskeepfairconditionintheprocessofoperation。Thetraditionalpreventivetestandnewtechnologyofon2linedetectiononpowerequipment’sinsulationcantestthesituationofequipment’sinsulationwell。Bytesting，masteringthesituationofequipment’sinsulation，wecanfindandsearchthedefectandhiddentroubleanddocorrespondingmaintenanceandrepairintime。Makesurepowerequipment’ssafeandstableworking。

KeyWords：powerequipment；insulation；traditionalpreventivetest；onlinedetection。

1引言

1.1电力设备绝缘检测技术概述

电力设备由导电材料、导磁材料、结构材料和绝缘材料等组成。随着国民经济的迅速发展，我国对能源的需求，特别是对电能的需求不断增加。电力系统电压等级的提高使电气设备的绝缘问题显得越来越突出，运行中的大型电气设备（如发电机、变压器）和小型设备（如电力电容器、绝缘子等）一旦发生故障就会引起局部甚至全地区的停电，给国民经济其他部门的生产和运作造成严重的不良后果。为了保证电气设备绝缘安全可靠运行，一方面要采用良好的绝缘材料，改造制造工艺来提高设备的绝缘强度和质量，更重要的一面，就是要对运行中电气设备的绝缘状况进行监督，随时掌握设备的运行情况。在电力设备实际运行过程中，绝缘结构的电气和机械性能往往决定着整个电力设备的寿命，绝缘损坏时，可能导致非常严重的后果，如火灾、设备损坏等，以致破坏整个系统的正常运行，甚至造成人员伤亡。据统计数据表明，电力设备运行中60％到80％的事故是由绝缘故障导致的，所以研究电力设备绝缘检测与诊断技术对于提高电力设备运行可靠性、安全性具有极其重要的意义。

1.2电力设备绝缘检测技术发展的三个阶段

变电站（所）高压电气设备的检修管理方式经历了三个发展阶段:20世纪50年代的事后检修，60～80年代的定期预防性试验以及90年代后不断发展的设备状态检测。随着我国电力工业的不断发展，装机容量不断增加，对供电质量的要求也不断提高。电气设备运行可靠性，在很大程度上取决于绝缘部分的良好与否。本文探讨的就是电力设备绝缘检测技术

2绝缘电阻测试介绍及相关行业标准

2.1绝缘电阻测试目的

绝缘测试的目的在于检查测试样品的绝缘状况，绝缘电阻随绝缘厚度成正比变化，而随导体表面积反比变化。

绝缘电阻测试原理

绝缘电阻是施加于测试样品的直流电压除以某一时刻全部合成电流的商。总的合成电流（IT）是4个不同电流的和：表面泄漏电流（IL）、几何电容电流（IC）、电导电流（IG）和吸收电流（IA）。

绝缘电阻测试行业标准

国家标准GB3859.1-93-T半导体变流器基本要求的规定

一般要求

（a）绝缘试验可用交流电压或用直流进行，由制造厂选择；

（b）对3.6—36kV中等电压等级的变流器，当装置不经过变流变压器而直接与交流电网相连接时，除进行交流试验外，如有必要，还应进行电压冲击试验；

（c）变流器的一个主端子与机柜连接时，绝缘试验在机柜与另外没有与之作金属连接的端子之间进行；

（d）变流装置的主端子以及所有半导体器件的阳极、阴极和门极端子应彼此相互短接；

（e）印刷电路板和多接头组件，在进行绝缘试验时可以拔下、断开，或用标准样件代替。但是，如果辅助装置（例如辅助变压器、脉冲变压器、测量设备等）绝缘破坏时，可能有电压通至未与机壳连接的人体易接近部分，或者可能有高压侧电位导至低压侧时，以及可能引起故障跳闸时，则辅助装置与主电路之间的连接不应断开，并与主电路一起承受同样的耐压试验；

（f）主电路的开关装置和控制设备应闭合或旁路。不与主电路金属连接的辅助设备，在进行装在同一机柜内的绝缘试验时应与机壳连接。在进行绝缘试验时，如果部件的外壳时用绝缘材料制造，则应以金属箔将其包封，但若因部件的绝缘外壳太大而不能完全包封时，可以只把与保护有关的关键部位用金属箔复盖，在进行试验时即把金属箔当作外壳；

（g）在进行交流电压试验时，可以使用额定频率或15—100Hz的任何频率作为试验电压的频率。在进行部件分开安装及装在同一机柜内的绝缘试验时，试验电压应以不小于10S的时间上升至全值，或以规定值的0.5标幺值位起点，用最大以全值的0.05标幺值分级上升到全值。受试部分应能承受规定电压1min。在出厂试验时，若在1S内足以施加规定的试验电压值，则可不必采用逐级增加试验电压的方法；

2.2装在同一机柜内的绝缘试验

（a）变流器各电路应承受对机壳和其他任何电路的绝缘试验，这些电路与所试的电路彼此是独*立的。试验电压按所试电路的UM值依据试验电压确定；试验电压加在受试电路与外壳之间，在此试验过程中，其他所有电路的端子应连接在一起并与外壳相接；

（b）与项a相比，制造厂对某些电路可以规定较低的绝缘电平，这些电路在进行项a的试验时，可以看作时一个相同的电路，使用上述电路最高的UM作为试验依据。此外，在这些电路进行试验时应与原规定的试验电压相互对照。

2.3试验电压

（a）低压变流器的试验电压值

按低压设备的试验电压表规定，UM是任意一对端子之间预期的最高峰值电压，如果对地电压高于两端子间的电压（例如变流器串联连接和任何主端子有意接地或因偶发性事件而可能接地时），则使用较高的UM值；

UM/2试验电压（方均根值）UM/2试验电压（方均根值）

≦60500≦2501500

≦1251000≦5002000

低压设备的试验电压表

（b）中等电压的试验电压

电网电压Kv冲击电压（1.2us/50us）峰值交流电压

（工频、方均根值）

0.5﹤ULN≦1.1不作1+2UM/2??????1/2

1.1﹤ULN≦3.6不作3UM/2??????1/2

3.6﹤ULN≦3815+3UM/2??????1/24+1.8UM/2??????1/2

中等电压试验电压表

2.4GB12668-90交流电动机半导体变频调速装置总技术条件

设备中带电回路之间，以及带电回路与裸露导点部件之间，应用相应绝缘电压等级（至少500V）的绝缘测量仪器进行绝缘测量。测得的绝缘电阻按标称电压至少为1000Ω/V。带电电路与地（外壳）之间的绝缘电阻，在环境温度为20℃和相对湿度为90%时，不小于1MΩ。绝缘电阻数据仅供介电强度试验前后作为辅助性判别。

额定绝缘电压U1试验电压

≤60500

>60~1251000

>125~2501500

>250~5002000

>5002U1+1000

3绝缘电阻(IR)测试简述

3.1何谓绝缘电阻(IR)测试

绝缘电阻是反应绝缘材料性能的一项重要电气参数，绝缘电阻测试的基本理论与耐压测试非常类似，耐压测试的判定是以漏电流量为基准，而绝缘电阻测试则以电阻值的形态作为判定依据，通常其测试值必须为MΩ以上，一般测试要求绝缘电阻值越高表示产品的绝缘越好，绝缘电阻测试有时被指定为追加测试，用以确保耐压测试中绝缘体不被损坏。

绝缘电阻测试与耐压测试其接线方式大致相同，主要是量测两个端点之间及其外围连接在一起的各项关联网络所形成的等效电阻值，绝缘电阻是指用绝缘材料隔开两部分导体之间的电阻，为确保电气设备运行的安全，对其不同极性（不同相）的导电体之间，或导电体与外壳之间的绝缘电阻提出一个最低要求。

3.2绝缘电阻(IR)安规标准要求

一般安规要求绝缘电阻的测试为型式测试(TypeTest)，其在测试上为施加约500V直流电压1min后进行绝缘电阻值量测；例如：信息类产品(IEC60950-1)、影音和类似用途电器(IEC60065)、灯具照明(IEC60598-1)…等安规标准规范。一般要求绝缘电阻在基本绝缘(Basic)或附加绝缘(Supplementary)至少要2MΩ以上；双重绝缘(Double)或加强绝缘(Reinforced)至少要求到4MΩ以上。

3.3绝缘电阻测试仪器的应用

绝缘电阻测试仪是用来测量绝缘电阻大小的仪器，基本上绝缘电阻测试功能必须提供一个500V到1000V的直流(DC)电压，同时电阻的量测范围也必须可以由几百KΩ量测到几GΩ；例如仪迪电子的绝缘电阻测试仪MODEL9101可输出电压30V–1000V，最高可量测至50GΩ，搭配绝缘电阻下限的设定不仅可以确保产品符合安规要求，且高达50GΩ的量测范围可以准确量测出产品的实际电阻值，对要求高质量产品的厂家，可以从产品的平均量测范围由一个限值的设定，对所生产研发设计出的产品作出更加严格的把关。

4绝缘电阻测试仪器的机理

4.1介质吸收电流

两个连接点之间的绝缘体可视为构成电容的电介质。会发生一种称为电介质吸收的现象，其中电介质“吸取”电流并在电位消除时释放。这种吸收会受电介质类型的影响并被称作电介质吸收电流或IA(见图A)。电介质吸收在电容器与电机中尤为突出。为说明这一现象，取一大容量电容器并充电至额定电压，然后让其保持该电压一段时间。接下来通过短路端子短接使电容器迅速而完全地放电，直至跨接于该电容器上的电压表读数达到零后撤走电压表，并让电容器在导线断路的情况下静置一段时间。如果再次将电压表跨接于电容器上，此电压表所量到的电压则均为电介质吸收的结果，此现象在大容量电容器上其效果更为显著。

4.2充电电流

向某一特定电容充电所需的电流称为充电电流或IC（见图B）。和电介质吸收电流一样，充电电流会呈指数规律衰减至零，但速率较快。大多数情况下，一旦读数稳定，充电电流对漏电电流就已衰减至可以被忽略。

4.3漏电流

流经绝缘体的电流为漏电流或IL（见图C）。绝缘体两端的电压除以漏电流等于绝缘电阻。为准确测量绝缘电阻，应等到电介质吸收电流和充电电流衰减至漏电流可以忽略的水平。

总漏电流－某些具有微处理器控制的仪器允许用户在使用中，由于每次测试都有确切的延迟时间(DelayTime)，得出的结果也将始终如一.总电流为上述三个分量的总和，以IT表示（见图D）。总电流（IT）从初始最大值开始呈指数衰减，并接近于一个恒定值。这一恒定值代表了漏电流。绝缘电阻读数取决于绝缘体两端的电压及总电流。它从一个初始最小值开始呈指数递增并接近于一个恒定值------实际绝缘电阻。请注意，读数会低于（且永远不会高出）实际电阻，这是由于残余电介质吸收电流和充电电流的效应所致。

结论

国际安规机构针对产品的某些安规测试标准上要求必须量测绝缘电阻，一般要求的测试电压为直流500V，某些标准要求要到直流1000V。但实施操作的测试人员会发现，绝缘电阻测试的测试结果差异性很大，事实上，这也是绝缘电阻测试的一个特点。由安规测试仪器在测试的基本机理来看，在500V或1000V的测试条件下，量测出一个电流，然后将这个电流放大，通过内部运算，根据欧姆定律得出电阻值，因此测试仪器放大的误差，决定了测试值的误差，因为在500V或者1000V直流下，电流值非常小（μA级别），因此放大后会有较大的误差。

致谢

本论文是在李鹏导师的悉心指导下完成的。从论文的选题、理论研究和模型试验的整个过程中，处处渗透着导师的心血和辛劳。导师开阔的思路、严谨的治学态度、求实的作作风深深的教育和鼓舞着我，激励着我不断前进，这也将让我终生受益。在平日工作和学习中，我不仅学到了丰富、系统的理论基础，而且在导师的培养下，具有一定的独立科研能力和严谨求实的学习态度。在论文完成之际，衷心的感谢李鹏老师对我的培养、关怀和教育，并致以深深的敬意。

同时，在我的论文过程中得到了郑州电力高等专科学校其他老师的大力帮助，在此向你们表示深深的感谢!

最后我要特别向一直关心、支持我的家人表示感谢，他们对我的关爱是我人生道路上最大的动力。

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