绝缘检测

2024-09-15

绝缘检测（共10篇）

绝缘检测篇1

摘要：针对电力电子器件的发展,分析了绝缘电阻在线检测的设计原理,提出了绝缘电阻测量的电路设计方案,深入阐述了绝缘电阻在线检测的硬件设计方法和关键技术,指出了该装置对现代化大型电力电子设备具有较大的使用潜力和推广价值。

关键词：绝缘电阻,在线检测,测量,电路设计,信号

引言

随着电力电子器件的发展,伴随着大量的电力电子设备应用范围越来越广泛,衡量电力电子设备绝缘性能好坏的重要参数是它的绝缘电阻值的大小。在线检测大量电力电子设备的绝缘性的好坏不能采用常用的测量仪器,如数字多用表、兆欧表、绝缘多用表、耐压测试仪等。原因是采用常用的手段在测量时存在很大的弊端:1)一部分设备使用专用的测量仪器来测;2)测量时一些仪器操作很不方便,测量精度很低,主要用在非在线测量中。常用的兆欧表就是一种常用的绝缘电阻测量仪器,它是通过在高压条件下测量电阻来衡量绝缘退化状况的高电阻兆欧表。由于电力电子器件耐压的敏感度很强,在高压情况下很容易造成器件因高压而损坏。因此针对以上存在的问题,在原有的检测基础上进行新的功能改进,除了能在线进行绝缘电阻检测外,还能非在线

进行检测,测量速度快,系统稳定、可靠。

1 总体设计方案

绝缘电阻在线检测系统采用模拟电路与数字电路相结合,对电力电子设备在交流和直流两种情况都可以进行测量,要求在启动开机3 s～5 s后测量仪器处于稳定状态,该系统由电源转换电路、信号发生电路、测量电路、采样保持电路、信号转换电路、显示器电路以及报警电路构成,如图1所示。

测量电路是采用恒流电流供电原理,将被测绝缘电阻转换成相应的电流值,再通过转换电路将电流转换成与被测绝缘电阻值相等的电压值,从而得到所需测量的绝缘电阻参数。

采样保持电路在信号发生器产生脉冲信号控制下,根据实际被测对象的电压值进行快速采样与保持。分别去显示电路和报警电路,显示电路由A/D转换器、微处理器和显示器构成。A/D转换器可以接受0 V～10 V电压,通过A/D转换电路将采样值转换成数字信号送到微处理器进行滤波与计算后再送到显示器显示出所测量的绝缘电阻参数。如果被测参数低于预设标准参数值,则通过报警电路进行故障报警和低绝缘电阻预报警。

电源电路产生直流5 V和±12 V电压为整个设备提供工作电源。为了增大该仪器的适用范围,电源电路采用交、直流两用电源,既可使用交流供电,又可使用直流供电。直流供电采用逆变技术产生AC 220 V经过降压、整流、滤波形成所需工作电源;交流供电首先采用变压器隔离降压,再整流、滤波形成直流电源。

2 绝缘电阻测量电路设计

如图2所示,本电路由测试电路和I/U电路两部分组成,对不同量程采用了不同的恒流电流供电,其测试量程分为四档,测量满度值为0.1 K,1 K,10 K,100 K,1 000 K,2 M。量程转换通过开关S选择R3～R8来实现,用来改变恒流源的内阻。恒流源由-6 V电源提供电源,串上阻值远大于实际被测电阻Rx的R3～R8中的一个,具备了恒流源特性要求。三极管VT组成射极跟随器,目的在于用以扩大IC1输出电流,从而满足低电阻测量时输出大电流的需要。R12～R23,IC2构成I/U转换电路,将电流转换成与电阻值相等的电压值。

3 信号发生电路设计

如图3所示,该电路在IC3产生方波信号,经IC4-1比较放大后所产生的信号一路加在与门D1的一个输入端,另一路在经过由IC4-2够成的移项放大器进行移项放大加在与门D1的另一输入端。每当D1产生了一个高电平脉冲信号时开关管Q1导通,采样保持电路就进行一次信号采样保持。

4 结语

用该方案设计研制成的绝缘电阻在线检测装置在实验室进行了某大型电力电子设备系统绝缘电阻检测中,能够快速、准确地完成整个测量过程。证明了用此方案设计的绝缘电阻测量装置的实用性,所以该装置对现代化大型电力电子设备具有较强的使用潜力和较大的推广价值。

参考文献

[1]刘表万.高压兆欧表组成方式的研讨[J].电测与仪表,1996(9):44-45.

[2]臧广才.特殊应用电路[M].北京:中国计量出版社,2001.

[3]史保壮,史铁华.高压设备在线监测系统技术条件的原则框架[J].高压技术,2005(6):23-24.

[4]蔡丽虹,徐义.简单易用的绝缘测试仪[J].新自动化,2006(9):88-89.

[5]娄会超,戴新生,万少松.多路绝缘电阻检测仪设计[J].计算机测量与控制,2003,11(8):77-78.

[6]张金波,李政金,权小平,等.数字式绝缘电阻测试仪高压发生器电路设计[J].工矿自动化,2002,5(2):23-24.

绝缘检测篇2

摘要：在电力系统中由于绝缘子闪络或者击穿造成的跳闸事故占比例较大，本文主要分析基于红外检测的高压绝缘子电气特性技术分析。在分析高压绝缘予发生故障和污闪的发展的基础上，重点探讨了红外检测的基本原理和检测依据。

关键词：高压绝缘子;闪污;红外检测

绝缘子在电力系统中担负着输电线路电气绝缘和机械支撑的重要作用，大部分绝缘子在户外运行，受不同环境影响.一旦绝缘子发生闪络，就可能会发生输电线路跳闸故障，从而影响电力系统证常运行，给电力系统带来损失。

本文对于红外检测实现高压绝缘子电气特性技术进行分析，从而为设计红外检测系统奠定基础工作。

一、高压绝缘子发生故障原因

高压绝缘子发生故障的主要原因有：

(1)零值问题，

(2)雷击闪络，

(3)污闪现象，

(4)老化问题。其中污闪是最主要的原因，也是本课题研究的重点，污闪简单的来说是因为绝缘子在某种气象条件下，其表面污秽中的电解质成分可能溶解在水中，造成在绝缘子表面形成沿面闪络，在电力工程领域里，电力工程技术人员一般将此情况称为污闪现象。

目前在电力系统中影响最大和危害最严重的事故就是绝缘子的污闪事故，污闪也是造成绝缘子故障的重要原因。污闪产生分四个步骤，如果能够采取积极有效的措施，就可以破坏其发生条件来防止。使绝缘子故障发生的原因还有很多，可是从所占的比例及危害程度来研究，绝缘子在运行中的故障，除了不可抗力的原因，污闪是发生故障最多和破坏最严重的。

二、污闪的发生、发展过程

户外绝缘子肩负着机械支撑及电气绝缘的作用，其绝缘能力的选择和设计方面，不管是额定操作冲击耐受电压、雷电冲击耐受电压和短时工频耐受电压会比其最高工作电压高出很多，所以，在一般情况下，干燥、洁净的绝缘子是不会出现空气击穿。绝缘子在运行电压下出现了污闪是因为绝缘子表面的污秽在潮湿状况下产生了导电薄膜，导致绝缘子表面绝缘电阻降低、绝缘性能下降就引发了闪络。湿润和污秽是导致绝缘子发生污闪不可缺少的条件，污闪的产生受污秽性质、气象条件、绝缘子形状等很多原因的影响。

目前主要将绝缘子污闪过程划为四个阶段：绝缘子表面积污、污层受潮湿润、局部放电的产生、局部放电发展并导致闪络。

以瓷绝缘子来看，由于易污，在运行中因雷击，污闪会引起瓷绝缘子的劣化，表现为头部隐形的。零值”和“低值”，对零值或低值瓷绝缘子，必须登杆进行逐片检测，每年需花费大量的人力和物力。由于检测零值和劣质的准确度不高，即使每年检测一次，也会有相当数量的漏检低值绝缘子仍在线路上运行，导致线路的绝缘水平降低，使线路存在着冈雷击、污秽闪络引起的隐患。

以玻璃绝缘子来看，相对瓷和复合绝缘子有机电性能优势，但同样存在着易污问题，运行中玻璃绝缘子在表面的积污层受潮后，在工频电压作用下会发生局部放电。由局部放电引起的长期发热会导致玻璃件绝缘下降或应力变化，引起零值自爆，导致线路的绝缘水平降低。

再以复合绝缘子来看，与瓷、玻璃绝缘子相比较，复合绝缘子在耐雷耐污闪方面有优势的一面，复合绝缘子不会发生瓷绝缘子难以避免的零值、低值和玻璃绝缘子的伞裙自爆，因而不致因零值或低值绝缘子降低整串绝缘子的耐雷水平。

从运行情况来看，复合绝缘子的雷击闪络大多可重合成功，这是因为复合绝缘子属不可击穿结构，当放电在空气中发生时，不会对绝缘性能产生不可逆影响，属可恢复性绝缘。复合绝缘子在输电线路的使用，被作为一种防污对策勿容置疑。.但是复合绝缘子由于有机材料本身的老化特性，其老化率及劣化率会随着时间增大，国外一般认为玻璃绝缘子和瓷绝缘子的老化寿命为50年左右，而复合绝缘予的老化寿命不超过25年。能长期使用、可靠性高、爬距有效系数大的玻璃绝缘子、瓷绝缘子则更为人们所青睐。

三、红外监测的基本原理与检测依据

(一)基本原理。为了把红外辐射变为可视图像，一定要把红外辐射变成电信号，红外探测器能把每一瞬时视场的红外辐射能量飞速地变成电脉冲信号。当前的红外热像仪，它的像素产生经过凝视型焦平面阵列探测器来实现，就能把图像分解成更多的像素，这样图像就有更好的空间分辨率及更佳的视觉效果。前置放大器的作用是把红外探测器传出的细微脉冲信号放大。信号处理器把放大后的.脉冲信号变成视频信号。最后，视频信号通过显示系统，出现用明暗程度(灰度值大小)来反映目标物温度高低的热像图，其中，温度较高部分就比较明亮，而温度较低的部分就比较暗。记录装置有各种磁卡、磁带，用来记录被测物体的热图像，同时为导入计算机进一步处理分析带来方便。

在电力行业里，红外热像仪已经广泛地应用，而且获得了明显的实效，降低了电力事故的发生率，而且不需停电检修，做到了电力设备的经济、安全检测。污秽高压绝缘子在干燥时，其表面绝缘电阻非常大，这时流过污层的泄漏电流非常小，当绝缘子污层受潮时，泄漏电流慢慢增大，电流流过污层时就产生焦耳热，致使绝缘子表面的温度升高。当湿度一定的情况时候.绝缘子的污秽等级不同，泄漏电流也同样不同，这样温度分布也随着不同，污秽越严重，泄漏电流越大，温度变化就显著。这里可以利用红外热像仪无需接触就能探测到物体辐射的红外能量的大小，获得体现物体温度的矩阵，从而得到以灰度值高低来表征温度高低的二维灰度图像，利用美国FLIR系统公司的Ti30高性能红外热像仪对污秽绝缘子进行拍摄，获得热像，得到体现污秽绝缘子表面温度高低的热像图。

Ti30高性能红外热像仪，是当今第一套集红外热像图和可见光图像于一体的全自动红外检测系统，能得到所视区域内的一切红外信息，它主要具有如下优点：利用不要维护的第三代非制冷焦平面微量热型长波探测器和最先进的红外热像功能及自动聚焦技术，将增加红外热像仪功能的可靠性，图像更加清晰;温度测量性能较精确并且具有较大的测温范围，最小分辨温差达到仕2c70测量范围)，非接触测温范围达到(-40~+5000C)，使用过滤片测温范围达到2000℃;能快速及精确地存储和记录数据、图像、语音和文本注释，用户很快完成全面的检测报告;方便携带，能在恶劣环境中使用;操作简单，Ti30高性能经过简单的点击操作就可以快速出现结果，只要按一下键就能完成精确聚焦，同时能把热像图记录到可移动的PC卡上。这里可以在利用Ti30高性能获得红外热像后，经过移动PC卡将污秽绝缘子热像图传人计算机，进行图像后续分析和处理。

(二)检测依据

绝缘子红外热像是不是很清晰，图像细节是不是很完整，特征是不是很明显，是能不能对绝缘子污秽等级作出精确识别的关键。红外热像在生成过程中受到各种噪声的干扰，具有高噪声和低对比度的特点，部分图像信息和特征被噪声掩盖。

物体的图像由物体自身和背景(周围环境)组成，红外热像本质上是以灰度值大小来表征物体温度高低的，研究目标是绝缘子盘面区域，所以一定要把绝缘子盘面所处方块型区域切割出来，还要深入把方块型区域中的盘面附近背景部分分割掉，仅仅保留绝缘子盘面区域。可以在对各种图像分害l算法和分割性能进行对比的基础上，结合高压绝缘子红外热像自身的灰度统计特征，就滤波后的各种不同的污秽等级高压绝缘子图像有针对性地提出了最大类间方差法及形态学方法相融合的图像分割方法和改进的直方图波谷值法进行图像分割，其图像的分割效果很好，去除背景干净，分割出的高压绝缘子及其盘面轮廓十分清晰，可以保留完整的细节。

四、结语

本文详细地叙述了绝缘子电气特性及绝缘子闪络的发生、发展过程，对红外监测绝缘子因表面污秽闪络和过电压闪络的理论依据进行了阐述，研究工作对研究的总体方案设计奠定了相关基础。

参考文献：

[1]邱志贤，关于高压绝缘予交流人工和自然污秽闪络电压的分散性Ⅱ】.电瓷避雷器，2009，05.

[2]白泰.高压绝缘子的防污闪技术现状及四川地区防污闪对策探讨U】四川电力技术，2008，05.

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浅谈电力电缆绝缘性能的检测方法篇3

关键词：电力电缆；绝缘性能；检测方法

前言

电力电缆是电力系统中的关键组成部分，电缆本身的性能影响着电力系统的整体性能，电力电缆一旦出现绝缘性能问题，就会对电力系统的安全稳定运行产生影响，因为电力电缆漏电和接地导致的电力系统故障是电力故障的主要部分，本文将就电力电缆绝缘性能检测进行详细阐述。

1.电力电缆性能不带电检测方法

1.1电桥法及低压脉冲反射法

电桥法及低压脉冲反射法在上世纪七十年代出现，并应用于电力电缆故障的检测中，这一检测方法对电缆中的低阻故障诊断比较准确，对线路中的高阻力故障诊断效果并不明显，所以在使用这一诊断方法进行故障诊断时，如果故障反应信号不明显，就会对被检测电路使用烧穿法，既增加被检测电缆的电力供应量，造成线路中的故障点因为电流的瞬时增加，而产生大量热量将故障点烧穿，创造电桥法及低压脉冲反射法可以使用的环境，然后用电桥法和低压脉冲反射法对故障点进行检测，这样的检测方法因为其检测能力的欠缺，以及烧穿法对电力电缆的不良影响，已经很少使用。

1.2高压直流闪测法和冲击闪测法

这一检测方法是一种针对线路故障的检测体系，分别测试间歇故障及高阻故障，两者均可分为电流闪测法和电压闪测法，由于取样的参数不同而各有优缺点。电压闪测法在测试的过程中，因为线路中的电压变化比较稳定所以测试信息显示比较清楚，没有杂流扰乱，故障线型清晰能够对故障点进行明确的判断，诊断的盲区也相对较少，但是电压闪测法接线较为复杂，而且因为测试机器是直接接入高压线路进行检测，会对检测仪器和检测人员形成威胁。电流闪测法与电压闪测法相反，其在电力电缆故障检测中接线简单容易操作，但是在对故障的诊断上因为线路中电流杂波的影响，诊断线型比较杂乱对故障点的判断殊为不易，判断的盲区也比较大。这两种检测方法是我国电力电缆故障的主要检测方法，在全国各大电网都有大量应用，但是在检测过程中还是存在盲区和检测波形不够明显的问题，需要人为判断[1]。

1.3二次脉冲法

二次脉冲法是上世纪末出现的一种电力电缆故障检测方法，这一检测方法借助了电缆检测工作中经常使用的低压脉冲，特点是在检测机器中利用了低压脉冲的反射原理，在具体操作中检测设备结合高压发生器发射高压脉冲，一次脉冲在故障点遇到高阻力产生短路反射，检测设备对短路反射的波形进行记忆，并对比上一次脉冲发射一组相对低压的脉冲，这一脉冲在故障点遭遇高阻力，并由于自身的脉冲能量较小没能击穿电阻，在故障处形成反射，检测设备对这一反射脉冲进行记录，并将两次脉冲的反射记录进行对比，就能够清楚的判断故障点的位置，二次脉冲法的出现，使电缆高阻故障的检测变得十分简单，成为最先进的检测方法。

2.电力电缆绝缘性能带电检测方法

2.1直流电流法

电缆在交流电压作用下，若发生水树枝劣化，则电流中含有直流成分，且树枝劣化长度与直流分量电流存在一定的数值关系，所以在电力电缆绝缘性能检测中，会采用直流电流分量检测法进行检测，通过对线路中的直流电流运行状态进行检测，就可以实现对电缆中故障的诊断。但是因为直流分量電流极小容易受到杂质电流波动的干扰，所以这一电力电缆检测方法需要在线路运行状态良好，且天气状况良好的状态下使用，检测应用受到很大限制[2]。

2.2直流电压跌加法

直流电压跌加法是在直流电流法基础上的改进，也是针对电缆中水树枝长度与绝缘电阻的关系，进行电缆故障点的检测，因为直流电压跌加法在测试过程中对电流进行了加压处理，所以让直流分量加大，客观上减小了电缆中杂质电流对诊断线型的影响，让电缆线路中的故障波形更加明显。但是这一检测方法存在着固有的缺陷，因为电力线缆都是通过中性点接地的高压线缆，通过加压电流的方式对电缆进行检测，会导致线路中的中性点位置发生变化，导致接地点与线路中性点位置出现偏差，可能会导致变电系统中的继电器误操作[3]。

2.3低频交流跌加法

低频交流跌加法是对直流电压跌加法的改进，在这一检测方法中对线路中性点有影响的电压检测被取消，改为用低频率的交流电进行线路故障的检测，这样就可以避免在检测的过程中对线路造成二次伤害，在具体的检测活动中所检测的交流损失电流在理论上随着劣化的发展而变大，这一检测原理是对线路故障的根源的检测，所以检测结果是对线路中真实情况的反映，但是这样的检测方法在使用过程中有一个问题，那就是对线路自身造成的电流损失和故障造成的电流损失无法区分，在正常的电力线路中即使线路绝缘性能良好，交流电损失电量也很大，所以在该方法使用时，要对线路的固有损失电量有一个估计，从而在诊断过程中做出正确的判断[4]。

3.结论

电力系统的安全稳定运行关系到社会经济的快速稳定发展，所在在电力系统的安全维护上一丝也马虎不得，电力电缆的绝缘问题是威胁电力系统安全，影响电力系统运行效率的重要问题，在这一问题的诊断和处置上要坚持科学诊断理念的指导，在具体问题的诊断和处理上要坚持使用科学的方法进行诊断、处置，保证电缆绝缘性能检测工作的安全性，保证电力系统的安全高效运行。

参考文献：

[1]魏春明.基于GPS、GPRS技术的长距离电力电缆绝缘监测技术研究[D].哈尔滨理工大学，2013.

[2]黄晓峰.交联聚乙烯电力电缆绝缘老化评估及修复方法研究[D].西南交通大学，2014.

[3]霍振星.基于10kV XLPE电缆的绝缘老化分析研究[D].天津大学，2009.

低压电器设备绝缘检测问题探讨篇4

1 低压电器设备概述

1.1 低压电器设备的分类

根据低压电器设备的电气特征及其在电气线路中的用途, 可将低压电器设备分为以下几类: (1) 低压电器设备在线路中的地位:根据低压电器设备在线路中的地位又可将低压电器设备细分为配电设备与控制设备。控制设备位于电力传动系统中, 有变阻器、接触器、起动器、控制继电器、控制器、电阻器、电磁铁等。而配电设备位于电器线路中, 主要包含断路器、转换开关、熔断器等; (2) 低压电器设备的动作控制:根据低压电器的动作控制可将其划分为手控设备和自控设备。手控设备由人为直接进行操作, 如转换开关、刀开关等。而自控设备主要包含继电器及各类接触器; (3) 低压电器设备的触点:根据低压电器所具备的触点可划分为有触点和无触点两类。有触点低压电器设备也叫继电设备, 主要是以接触来实现对电路的控制, 而无触点低压设备普遍使用晶体管或晶闸管制成无触点开关、无触点元部件。

1.2 低压电器设备的实际特征

基本上所有的低压电器设备在运行过程中均存在着光、热、电、磁、机械能量的转换, 且转换的过程大多无规律可循, 大多数的变化过程均在极短的时间内完成, 使得低压电器设备的故障分析变得复杂。除了要对一些低压电器设备理论进行必要的分析与推理外, 还具备完善的经验数据作为支撑, 低压电器设备开发与维护的时间越长, 投入也随着增大。为了使低压电器设备适应于企业生产不断升高的电网容量, 因而低压配电与控制系统也演变的愈发复杂, 低压电器设备的性能和结构需要不断得到提升以满足生产发展不断变化的需求。

2 低压电器设备绝缘质量的评估

低压电器设备的绝缘质量主要是通过耐压测试与绝缘电阻两方面来进行评价的。绝缘电阻通常是指低压电器设备2个电极间绝缘结构及材料的电阻。若将2个电极连接直流电压后, 绝缘体或绝缘表面发生电流泄露的现象, 就说明设备存有绝缘电阻。许多外界因素均可影响到其性能, 例如绝缘材料受潮造成绝缘电阻下降;由于电弧烧损累及绝缘结构后造成的绝缘电阻下降;由于低压电器设备工作时间过长导致温度上升而致绝缘电阻下降。考虑到上述原因, 笔者赞成将绝缘电阻的阻值进行一定的限定, 一般情况下要求低压电器设备的绝缘结构的阻值>1.5MΩ, 这样可在一定程度上使绝缘结构更好地保护低压电器设备使用中的安全性。绝缘电阻阻值的大小不但可以反映出导致绝缘电阻阻值降低的因素, 也决定着绝缘电阻初始质量的发挥, 在不同温度与湿度的环境下所测试出来的绝缘电阻值也是具有较大差异的, 为了保障绝缘电阻值测试的精准度, 必须要在合适的温度与湿度环境下进行测验工作, 值得注意的是, 绝缘材料的电气强度、绝缘电阻系数等性能具有先天性, 仅与材质有关, 所以, 所以, 绝缘材料的选用应根据低压电器设备所适用的场合及绝缘要求来作为挑选标准, 这样才能确保低压电器设备的使用安全。

3 低压电器设备绝缘检测的方法

低压电器设备的绝缘电阻检测是绝缘测试技术的常见形式, 其适用范围较为广泛, 为了避免低压电器设备受外界因素的影响后导致自身绝缘性能下降, 一旦绝缘性能受到破坏, 将导致设备出现漏电或短路的问题, 为了规避此类问题的发生, 我们首先要对低压电气设备的绝缘性有所了解, 绝缘电阻检测也可帮助我们了解绝缘材料的绝缘性能, 目前常用的绝缘检测包括绝缘电阻直接测验法及泄漏电流测验法两种, 经过绝缘电阻的求得我们了解到, 影响绝缘电阻的两个关键性因素是体积电阻与表面电阻, 以下是作者对于低压电器设备两种绝缘检测方法所做的分析。

3.1 绝缘电阻的直接测量法

用于测量低压电器产品绝缘电阻的仪表有很多, 使用功能最为普遍的是万用表。万用表一般用于测量小电阻, 若实行电气安全绝缘性能测试则需要选用500V兆欧的测试仪, 仪表上标志着电路 (L) 、屏蔽 (G) 及接地 (E) 三个接线端, 但在实际测量中往往只需要用到L、E两个端口, 值得注意的是, 在测量前必须检查被测设备的电源是否已经切断, 对地实施短路放电, 禁止设备带电的情况下接受测量, 否则将会对人身及设备带来不利的影响。对于可以感应出高电压的设备要预先消除这种可能性才可进行测量。为了保证测量结果的精确性, 首先要确保被测设备表面的清洁, 降低接触电阻, 此外在检测前还要确保兆欧测试仪的工作状态是否正常, 自兆欧测试仪的E端口及L端口分别引出单股线, 再分别连接至低压电器设备的受测部位, “0”与“∞”为重点监测部位, 将电机调试到额定转速, 以120次/min—150次/min的速度摇动手柄, 持续1分钟, 待指针保持稳定且无摇动时, 读出绝缘电阻值, 在测试电机两相间的绝缘电阻时, 需将L端与E端分别连接到两相绕组上, 若指针指向“0”位则表示绝缘失败, 此刻要立刻停止摇动手柄, 以免损坏兆欧测试仪。

3.2 泄露电流的测量方法

低压电器设备在外界电压的影响下, 作用于绝缘材料时, 绝缘材料部分会产生接通电流, 经过绝缘材料的电流即为低压电器设备的泄露电流, 我们对该部分的泄露电流进行精确的测试后便可了解到低压电器设备的绝缘材料的绝缘性能, 泄漏电流测试法配备有专业的泄漏电流测试仪, 该测试仪可检测出受测低压电器设备的泄漏电流, 对其绝缘电阻的性能进行判断, 我国大致上针对每种低压电器设备的泄漏电流的安全值均进行了相关规定, 我们可以利用耐压测试仪将额定电压的数倍测试电压施加在受测低压电器设备的2个导体之间, 以此测量出泄漏电流, 进而对绝缘电阻进行判断。

对低压电器设备进行绝缘性能的检测可为低压电器设备的使用提供安全与稳定的保障, 而且, 通过对低压电器的绝缘检测也可反映出低压电气设备的运行是否正常。由于绝缘性能关乎低压电器设备的能否实现正常运行及安全运行, 因此, 我们必须加强对此的检测力度, 保证监测方法的科学性。

摘要：绝缘检测技术是判别低压电器设备安全系数高低重要指征, 对低压电器设备的绝缘性能进行检测是保障低压电器设备正常运行, 电气系统安全运转的重要手段。本文以低压电器设备本身的特征为切入点, 分析了低压电器设备的绝缘评价标准, 重点探讨了低压电器设备绝缘检测中的相关问题。

关键词：低压电器设备,绝缘检测,问题

参考文献

[1]李枚.电线电缆绝缘电阻检测及需要注意的问题[J].机械工业标准化与质量, 2012 (01) :255-256.

绝缘检测篇5

【摘要】本文根据电晕所发生的紫外光特点，对电晕紫外检测系统进行了研究和分析，最终通过相关试验得出电晕紫外检测系统的准确性。

【关键词】高压绝缘子；电晕；紫外线；检测系统

基于检测的思想，利用日盲型光电倍增管为核心元件，研制了绝缘子紫外光脉冲检测装置；从电源的驱动到整套装置的外形设计都以实用化为目标，使用虚拟仪器来编写软件系统，具有在线数据实时采集，同时后台数据处理相应数据功能，此套装置具有能够实现非接触式测量，不影响被测系统的正常运行和灵敏度高等特点，通过分析采集的紫外光脉冲信号来研究绝缘子表面放电的特性和规律。

1.系统构成

整个检测系统可分为硬件和软件两个功能系统，系统的硬件由以下六个子功能模块构成：光-电转换模块、高压及驱动电源模块、放电定位模块、滤光系统、I/U转换及脉冲信号放大及数据采集模块。

当紫外光经过滤光系统被光电倍增管检测到，将紫外光信号转换成电流脉冲信经过I/U转换和脉冲放电，信号进入数据采集系统，系统使用基于虚拟仪器的软件对采集的数据进行分析和处理。

2.光-电转换模块

光电转换模块是检测系统的核心，主要包括光电倍增管、分压电路、高压电源模块以及电源驱动。

2.1 R2078日盲型光电倍增管

电晕放电辐射出的日盲波段紫外光信号非常微弱，必须选择高灵敏度的紫外传感器才能探测到该信号。综合考虑探测器的灵敏度和探测的光谱响应范围，本系统选择HAMAMATMU公司的R2078日盲型光电倍增管，该光电倍增管为端窗型结构，R2078外形结构图如图3.2，最大阴极有效面积直径为21ram，其光电阴极采用了极度改进型Cs.Tc阴极材料，可见光谱响应范围为160.320nm，有着更好的日盲区响应特性，该管的典型增益高达，但其阳极暗电流却低至15pA，阳极脉冲上升时间为1.5ns，因此它具有灵敏度高、低噪声、响应速度快、具有极高信噪比和阴极面积大的特点，适合于放电这类脉冲信号的检测。

R2078日盲型光电倍增管的增益和外加电压具有密切的关系，外加电压的大小不仅决定了光电倍增管的增益，也决定了探测的距离和紫外光脉冲的幅值。

2.2高压模块和驱动电源

光电倍增管需要在阴极、各个打拿极和阳极上施加直流的高压，光阴极在光子作用下发射电子，这些电子被外电场（或磁场）加速，聚焦于第一次极，这些冲击次极的电子能使次极释放更多的电子，它们再被聚焦在第二次极，这样，一般经十次以上倍增，放大倍数可达到108～1010。最后，在高电位的阳极收集到放大了的光电流。本系统采用日本滨松公司生产的小型高压电源C9619提供加速电场， C9619高压电源其特点是集成化高，体积小，结构紧凑，输入电源适应范围宽，输出电压连续可调，便携式，驱动电源可采用多种形式等，一般用于小型仪器。光电倍增管对高压供电电源的稳定性要求很高，一般要达到0.01%～0.05%，高压电源的稳定性通常要比光电倍增管所要求的稳定性高大约10倍。

2.3分压电路

光电倍增管的供电电路种类很多，可以根据应用的情况设计出各具特色的供电电路。本系统使用了最经典的电阻分压式供电电路。如图1所示为典型光电倍增管的电阻分压式供电电路。电路由11个电阻构成电阻链分压器，分别向l0级倍增极提供电压。

图1 典型光电倍增管的电阻分压式供电电路

3.滤光系统

紫外线的波长范围是40nm-400nm，高压电气设备放电产生的紫外线大部分波长在280nm-400nm的区域内，也有小部分波长小于280nm，太阳光中也含紫外线，由于波长小于300nm的紫外线被大气中的臭氧所吸收，所以可以通过大气传输的只有300nm-400nm的紫外线，而我们采用的紫外光电倍增管R2078探测波段为160nm-320nm，有超过300nm的部分，会受到日光中.-部分紫外光的干扰，由于这部分光线在日光中的辐射强度相对放电辐射光大很多，所以必须在前端加日盲紫外滤光片以去除这部分紫外辐射的干扰。这样就避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰。基于本系统的探测要求，本系统选择了沈阳汇博公司的“太阳盲打滤光片，它是一种宽带干涉滤光片，在整个光通范围内的透光百分比T%为10%-20%，中心波长为252.8nm，正好位于日盲区域，半波宽度16.9nm，峰值投射率28.4%，具有良好的波长定位精度、半波带宽精度，波形系数（矩形化程度）、峰值透射率等均达到指标。使用滤光片虽然避开了最强大的自然光源一太阳造成的复杂背景，保证了在日盲紫外波段对绝缘子放电进行探测时接收到的紫外线信号免受日光和其他因素的干扰，但也对探测系统造成一定的影响，一是紫外光透过滤光片好，信号减弱。

4.实验结论

（1）利用日盲型光电倍增管可有效探测到棒一板间隙的电晕放电，紫外光脉冲与电晕脉冲有着良好的对应关系，可将紫外光脉冲作为研究电晕现象的重要表征参数，是一种有效的探测放电的新方法。

（2）探测距离对系统的输出影响较大，因此在检测放电时需要对探测距离进行标定，以便对在不同的探测距离的所得的数据进行比对。

（3）驱动电压对光电倍增管的灵敏度起着决定性的作用，选择合适的驱动电压对系统的在检测弱信号时尤为重要。

（4）放电间隙固定时，紫外光脉冲数随这电压的增大而增大，脉冲数变化较大，紫外脉冲的最大幅值也随电压的增大而增大，但其幅值变化缓慢，并且当电压上升到接近间隙击穿电压（U50%）时，紫外脉冲幅值基本上不再随电压的改变而增大，而是保持在一定的幅值。

（5）对于不同的放电间隙，相同电压下，间隙越小，脉冲数越多，紫外光脉冲幅值越大。

【参考文献】

[1]张运洲.对我国特高压输电规划中几个问题的探讨[J].高电压技术，2005，29（19）；1-7.

低压电器设备绝缘检测问题研究篇6

关键词：低压电器设备,绝缘检测,绝缘电阻

检测低压电器设备的绝缘情况, 主要目的是保证低压电器设备稳定运行及其安全性, 通常包括验证低压电器在正常和故障工作情况下应该具备的性能。绝缘情况是衡量低压电器设备安全性能的重要衡量指标。因此, 加强低压电器设备绝缘情况及绝缘性能检测的力度, 对保证设备的安全、稳定运行及电气系统的正常运转具有重要的现实意义。

1 低压电器设备概述

1.1 低压电器设备的分类

依据低压电器设备的电气特性及处在电气线路中的地位和作用, 可以将其按照以下几种方式进行分类:

1) 低压电器设备在电器线路中的作用

以此为依据可将低压电器设备分为控制电器设备和配电电器设备;控制电器设备处在电力传动系统之中, 有起动器、控制器、控制继电器、电阻器、变阻器、接触器以及电磁铁等。而电器线路中的配电设备, 主要包括刀开关、断路器、熔断器及转换开关等。

2) 低压电器设备的动作控制方式

以此为依据将低电器设备分为手控电器设备和自控电器设备。手控电器设备主要依靠人力直接操作, 如刀开关、负荷开关、转换开关和按钮等。而自控电器设备, 主要有继电器及各种型号的接触器等。

3) 低压电器设备的触点具备情况

以此为依据可将低压电器设备为有触点和无触点两种。有触点低压电器设备, 又称为继电, 即通过接触来控制电路。而无触点低压电器设备, 通常使用晶闸管或晶体管做成无触点的开关、无触点的逻辑元件。

1.2 低压电器设备的特点

几乎所有的低压电器设备在在运行时, 都存在电、磁、光、热及机械能量的转换过程, 这些过程性的转换大都表现为非线性的、没有规律可循的变化过程, 并且许多过程都是在瞬间完成, 使低压电器设备的故障分析变得复杂化。低压电器设备理论基础中的“电接触、电弧、电磁、热效应与电动力效应”等除了进行必要的理论推导及分析运算外, 还应该有成熟的经验数据作支持。可以说低压电器设备开发与维护的周期越长, 投入也就越大。为了适应企业生产中不断增大的电网容量, 低压配电与控制系统变得越来越复杂, 低压电器设备的性能和结构需要满足更高的生产发展需求。

2 对低压电器设备绝缘质量的评价

低压电器设备的绝缘质量如何, 主要是有绝缘电阻和耐压试验两个标准行评价。绝缘电阻通常指电器设备的两个电极之间绝缘材料或结构的电阻。如果在两个电极接上直流电压, 在绝缘表面和绝缘体中有泄漏电流产生, 则说明存在着绝缘电阻。其性能与众多外界因素有关, 如:随着电器设备工作温度的升高, 绝缘电阻大小就会变小;而当绝缘材料发生受潮, 表面有吸水或被污染的情下, 绝缘电阻也会变小;另外, 在进行开关电器的通断能力试验时, 被试电器设备的绝缘结构由于受到电弧的烧损, 电阻大小也会出现下降。为了保证电器设备运行的安全性, 对绝缘电阻的阻值也是有要求的。一般情况下, 电器设备的绝缘电阻应不低于1.5MΩ。

3 低压电器设备绝缘电阻测量的类型

低压电器设备在运行维护要求, 要对设备的绝缘电阻进行经常性的测量。使用的方法主要有两种:一是测量直接绝缘电阻的阻值, 二是测量设备的泄漏电流量大小。在绝缘系统中对泄漏电流也分为3种形式予以区别:传导性泄漏电流, 是指在两个导体间绝缘层流过的量非常小的正常泄漏电流;电容性泄漏电流, 产生的主要原因是, 由于电容效应的存在使导线绝缘层产生电流, 这时的绝缘层就成为电容器放电的介质, 持续时间一般为几秒, 而在交流电压情况下, 电容性泄漏电流则会变得有持续特性;表面泄漏电流, 其产生原因主要是导线上的绝缘层被剥掉, 在进行电气连接时产生泄漏电流, 主要集中在导线间的连接部位。

4 低压电器设备绝缘检测的方法与策略

4.1 直接对绝缘电阻进行测量

低压电器设备绝缘电阻的测量, 使用最多的是万用表, 一般选用500V兆欧标准的万用表, 在测量时主要使用到E、L两个端子。需要注意的是, 在测量前务必将切断被测设备的电源, 并对地进行短路放电。对于测量过程中可能出现的感应高压, 务必在消除其发生可能性的情况下, 才能开始测量。为了保证测量结果的正确性, 要保证被测物表面的清洁, 有效减少接触电阻。开始测量时, 首先将被测设备脱离电源, 接着从兆欧表的L端子和E端子两个端子别引出单股线, 分别连接到低压电器设备的受测部分, 并以120次/min～150次/min的速度稳摇动手柄, 时间长约1分钟, 等到指针稳定不再摇动时, 读出绝缘电阻的值。在测量电机两相之间的绝缘电阻测量时, E、L两端要分别接到两相绕组上, 指针指向0位, 表明绝缘失效, 需要立即停止摇动手柄, 以防损坏兆欧表。

4.2 测量设备泄漏电流的大小

发生在低压电器设备上的泄漏电流, 主要原因是电器设备在外电压的作用下, 使绝缘材料部分产生接通电流, 通过测量泄漏电流的大小可以判断电器设备的绝缘情况。一般使用压测试仪来完成, 其通过施加几倍于工作电压的测试电压来判定泄漏电流的大小。同时, 也可以使用专门的泄漏电流测试仪, 如:用NL454型泄漏电流测试仪来测试家用电器设备上的泄漏电流大小。对于各类家用电器设备, 都有相关国家标准, 规定泄漏电流的限值, 设备在出厂前都会进行相应的测试。而施加试验电压的部们, 也要求在带电部件和用于加强绝缘的隔离壳体之间。

参考文献

[1]王爱国, 阮于东.低压电器产品检测新技术[J].低压电器, 2008 (15) .

绝缘检测篇7

高压电力设备的外绝缘放电状况恶化造成事故的危害非常严重,对其外绝缘放电状况及时做出准确的评估是预防事故的必要手段,对电力系统的稳定运行有重要意义[1]。检测设备的局部放电是对外绝缘放电状况做出评估的主要手段,目前检测局部放电的手段主要有红外成像法,紫外成像法、脉冲电流法、超声法、超高频法,以及本研究室提出的紫外脉冲法[2,3,4]。这些检测法解决了信号采集的问题,获得了绝缘子放电强度,但是并没有考虑到温湿度等环境因素对放电的影响,因此,并不能直接由放电得到绝缘子的外绝缘放电状况。

在此,采用紫外脉冲法对绝缘子放电量进行检测,提出了一种基于模糊推理的外绝缘放电状况评估方法。首先,采用非电量的检测手段检测设备放电的紫外脉冲数量,再结合环境因素影响进行模糊推理对绝缘子的外绝缘放电状况做出评估。避免了单纯根据放电强度的简单数学统计规律来判断外绝缘放电状况,采用模糊集理论对检测到的信号进行综合分析,有效解决了输入信号相互影响和影响程度的不确定性的问题。

1 紫外检测装置

设备放电时辐射出来的紫外光反映了其局部放电的强度,测量电晕放电中的紫外光脉冲可以判断局部放电的强度。太阳光中由于臭氧层的过滤不含UV-C波段紫外光,故将UV-C波段紫外光作为检测特征量。装置采用只对185~260nm范围内的紫外光响应的传感器,对设备实现全天候监测[5]。

在相同的外绝缘放电状况下,由于环境因素的影响,会产生不同的放电强度。要对外绝缘放电状况做出评估,单凭电晕放电脉冲一概而论是很武断的,应该考虑环境因素的影响。影响放电强度的因素很多,其中温度和湿度是主要因素[1,2]。另外,雨雪霜雾、鸟粪、人为破坏等某些偶然性因素也会对局部放电强度产生影响,但是这些因素存在随机性,大多是不可预测的,其对放电强度产生的影响也是不可预测的[1]。另外,海拔的影响也不予考虑。下面的研究中将不考虑上述因素的干扰,以温度和湿度作为影响放电强度的主要因素。

图1所示为紫外检测装置示意图,首先需要对单位时间内的局部放电脉冲数P、现场温度T和现场湿度H等三个量进行检测,将检测数据送给监测服务器处理,采用模糊推理方法获得设备的外绝缘放电状况[5]。检测仪器安装在壁山田家湾变电站天壁线的杆塔上,对准A相绝缘子,绝缘子为瓷质绝缘子,进行全天候放电监测,监测数据每两小时由GSM网络传输到监测服务器。

2 模糊推理模型

由于上述三个量之间关系的复杂性,要根据这三个量来对外绝缘放电状况做出评估,已经超出了经典数学所能处理的范围。在此采用了模糊集理论中的多段复合模糊蕴涵推理[6]方法进行分析。

要应用模糊推理,需要进行数据分析,然后根据数据分析的结果进行隶属度函数的求取和模糊推理规则的建立,最后对模型进行一些测试。而隶属度函数的求取和模糊推理规则应该建立在一定的经验上[6,7]。针对隶属度函数的求取和模糊推理规则的建立过程,以几个杆塔一段时间内的监测数据作为现有的经验,数据包括单位时间内的局部放电脉冲数P、现场温度T和现场湿度H。

2.1 数据分析

同一个设备在相同的外部环境下(H、T相同),测量得到的紫外脉冲数目大小P反映了设备的外绝缘放电状况J的好坏,P与J之间的关系为线性的,P-J关系为:

根据壁山变电站接收到的数据采用描点的方法绘出数据中H、T分别与P之间的关系,如图2所示。数据传输、仪器断电所产生的异常数据剔除异常数据后,从数据分布可以得到温度T对局部放电的影响是呈线性关系的;同样湿度H对局部放电的影响呈指数关系,湿度H在70%左右时会发生较大的转折,对数据进行描点后,采用曲线逼近的办法,可以得出在外绝缘放电状况J相同的情况下,T、H分别与P之间的关系为

从数据可以看出,温度和湿度对局部放电的影响与先前的相关研究结论相符,于是可以描绘出不同的外绝缘放电状况下的H-P与T-P关系图,如图3所示。

通过两图中三角形ABC中的几何关系与式(2),可以分别得出

可假定T、H分别与J的关系为

2.2 模糊集合和相应的隶属度函数

有了P、T、H与J的关系作为依据,接下来就可以建立起模糊集合和相应的隶属度函数。定义P、T、H和J的论域及其上的模糊集合分别如下所示:

P—论域:[0,4500]模糊集合:{PLL,PLM,PLH,PML,PMM,PM,PMH,PHL,PHM,PHH};

T—论域:[0,45]模糊集合:{TLL,TLM,TLH,TML,TMM,TM,TMH,THL,THM,THH};

H—论域:[0,100]模糊集合:{HLL,HLM,HLH,HML,HMM,HM,HMH,HHL,HHM,HHH};

J—论域:[0,1]模糊集合:{JLL,JLM,JLH,JML,JMM,JM,JMH,JHL,JHM,JHH};

定义隶属度函数的曲线为三角形,确定出模糊集合的隶属度函数[8],其曲线如图4所示:

2.3 模糊推理规则

按照前面得出的经验,将各模糊集合对应的模糊概念代入P、H、T分别与J的关系,就可以得出一系列模糊推理规则。以从H入手为例,当P=PLM,T=TLM时,根据此条件下的H-J关系,可得出如下模糊推理规则:

将这些模糊概念对应的值描在图5中,可以看出,上述模糊推理规则很好地表现出了H与J之间的关系,表明由此建立的模糊推理模型应该具有一定的准确度。

按照上述方法,分别改变P或T后,可以得到其他各种情况下的一系列模糊推理规则,在穷尽所有P、T和H的组合后,就得到了所有的模糊推理规则[6,7,8]。鉴于篇幅问题,具体的规则就不再赘述。

2.4 建立模型

模型计算具有较大的计算量,采用Matlab中的FIS编辑器协助处理。在FIS编辑器中输入各个输入、输出量的模糊集合与隶属函数曲线以及模糊推理规则后,FIS编辑器就可以自动生成所需的模糊推理模型[7,8],在FIS编辑器的曲面观测器中可以看到各输入、输出量的关系曲面,如图6所示。

可以看到,曲面观测器中输出的函数关系与我们所预期的完全一致,P-J关系、T-J关系和H-J关系都与2.1节中讨论的结果吻合。

3 模型测试与试验数据分析

为了检测上述模糊推理模型,在simulink工具箱中采用模糊逻辑控制器模块,将FIS编辑器生成的模糊推理模型导入后,输入T、H和P三个输入量,进行仿真模拟[6,7,8],验证结果是否与理论分析和试验情况一致。

将监测数据进行统计,可以得到绝缘子外绝缘放电状况的变化趋势,对研究和了解绝缘子的外绝缘放电状况很有帮助。取壁山田家湾变电站监测数据逐一进行评估,图7为某三天数据分布,可知绝缘子外绝缘放电状况评估值始终稳定在0.1与0.2之间。

仪器每两个小时采集一组数据,一个月将产生360组数据,将具有完整监测数据的某三个月进行统计,统计结果如图8所示,从图中可以看出,数据集中在0.12~0.17之间。

正常情况下,绝缘子在一个较短的时间内外绝缘放电状况不会发生较大的变化,从这个角度来讲该方法是准确可靠的。从试验结果可以看出,综合了放电的影响因素,可以直观地获得绝缘子的放电状况,为设备检修提供数据参考。从原始数据得知,温湿度对放电的影响比较大,而在统计数据中放电状况数据之间的相对差异还比较大,这可能是模型建立中忽略了污秽、雨雪天气等外界影响因素造成的。

在前面讨论中并没有采用精确的函数关系,而是用接近的函数关系去模拟,可以做到比较准确,但是仍然存在一定的误差,这是不可避免的。为了进一步减小这些误差,应当在实际的检测和运行中不断地根据误差对参数进行必要的修正,以使系统参数不断逼近最精确的值。

4 结论与展望

采用紫外脉冲法检测设备放电强度,利用模糊推理进行信号分析,建立了一套可以用于对绝缘子进行外绝缘放电状况评估的系统,根据单位时间内的紫外光脉冲数,结合环境因素对外绝缘放电状况做出理性的判断。该系统不仅能够指明外绝缘放电状况——较好、正常、较差——更能对该外绝缘放电状况给出一个确定的值,进一步可以得到外绝缘放电状况的变化过程,对电力设备的运行维护具有极其重要的实际意义。

有了放电强度和温、湿度,可以为分析绝缘子的外绝缘放电状况提供参考。下一步工作应着手于降低数据分析的工作量,提高工作效率;另外在各地增加监测点,获得足够的数据来统计分析,进行参数修正工作,完善算法,使其得到推广应用。

参考文献

[1]顾乐观,孙才新(Gu Leguan,Sun Caixin).电力系统的污秽绝缘(Dirtiness insulation of power system)[M].重庆:重庆大学出版社(Chongqing:Chongqing Univ.Press),1990.

[2]成永红(Cheng Yonghong).电力设备绝缘检测与诊断(Detection and diagnosis of electric power equipment in-sulation)[M].北京:电力出版社(Beijing:Elec.Power Press),1984.

[3]王国利,郝艳捧,李彦明(Wang Guoli,Hao Yanpeng,Li Yanming).电力变压器局部放电检测技术的现状和发展(Present and future development of partial dischargedetection in power transformers)[J].电工电能新技术(Adv.Tech.of Elec.Eng.&Energy),2001,20(2):52-55.

[4]阮羚,高胜友,郑重,等(Ruan Ling,Gao Sheng-you,Zheng Zhong,et al.).基于甚宽带脉冲电流法的局部放电检测系统(Partial discharge detection system basedon very wide bandwidth pulse current method)[J].电工电能新技术(Adv.Tech.of Elec.Eng.&Energy),2009,28(3):54-57.

[5]周亮,杨浩,何为,等(Zhou Liang,Yang Hao,He Wei,et al.).高压绝缘子紫外在线检测器研制(Study ononline insulators detector based on ultra-violet pulse de-tecting)[J].仪器仪表学报(Chinese Journal of Scien-tific Instrument),2007,28(1):108-113.

[6]曹谢东(Cao Xiedong).模糊信息处理及应用(Appli-cation and procession of fuzzy information)[M].北京:科学出版社(Beijing:Science Press),2003.

[7]韩祯祥,吴小苗(Han Zhengxiang,Wu Xiaomiao).模糊集理论在电力系统中的应用(Application of theoryfuzzy set energy system)[J].电力系统自动化(Auto-mation of Elec.Power System),1994,18(3):54-63.

浅析电气设备绝缘在线检测技术篇8

状态检测在一些发达国家发展较快, 状态检测是在现场随时监测和采集到的各种参数和数据传输到计算机数据库, 建立评判标准, 建立每个设备的历史状态参数的曲线, 并绘制各个设备的品质参数变化趋势, 将检测到的数据参数依据评判标准进行评判, 依据评判结果提出处理建议, 及时调整各种参数, 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。我

国电气设备绝缘在线监测技术经历十多年的的发展, 技术上日渐成熟。

2 实现绝缘状态检测的基本条件

实施状态检测三个方面的基本内容:

第一是在线高压电气设备应具有较高的绝缘水平, 设备本身的故障率正常时很低;

第二是对监测运行设备状况特征量的要有在线监测手段;

第三是要有技术监管和相应的智能综合分析系统。其中重点是在线监测绝缘参数是状态监测。

3 绝缘状态在线检测技术

3.1 绝缘状态在线检测技术的基本原理

电力设备主要包括变压器、避雷器、各种开关设备、互感器、绝缘套管及发电机等。

由于每种设备的结构特征、性能参数以及运行工况各不一样, 而且同一种设备不同元件的绝缘性能也不一样, 如变压器的套管、绝缘油、铁芯等。

因此同一故障形式可能有不同的宏观信号体现, 但同一信号反映的是不同的故障形式。

因此, 要实现设备的绝缘在线监测, 必须针对不同的设备、不同的要求, 采用不同的监测方法。

针对设备性能特点选择信号的采集方式信号预处理、显示及报警等专家系统、包括绝缘诊断、工作票。

绝缘在线监测和诊断技术包括3个基本部分:

1) 采用正确测量手段以及选用合适的各种传感器, 对被测对象的种种特征和各种特性参数进行监测和测量;

2) 对一些杂乱的干扰信号加以分析处理, 去除干扰, 获得被测对象运行状态中最敏感、最真实、最有效的技术参数;

3) 系统将检测到的特征参数和绝缘老化过程的特征及多年运行经验进行比较识别、判断, 即完成诊断过程。并对绝缘性能的发展趋势进行预判, 估算出故障的发生概率, 为以后维修提供技术依据。

3.2 绝缘状态在线检测技术的方法

绝缘设备大致可分为容性类设备、避雷器类设备、开关类设备、充油类设备。从信号的种类又分为温度、油色谱、泄漏电流或损耗、局部放电等。因此针对不同的设备绝缘及不同的性能特点, 选择不同的监测信号。

各个监测装置将检测到电气设备的各项电气性能参数, 不断的传给工控机。而监测系统依据研究结果和经验, 建立一套诊断规则。

具体诊断方法分为模糊诊断、逻辑诊断、统计诊断三种。逻辑诊断是用“有”和“无”, 或“好”和“坏”。来表征针电气绝缘的特征和状态的诊断结果。

虽然简单明了但是过于简单, 诊断准确度不高。模糊诊断对电气绝缘的状态和特征用“很强”、“良好”、“正常”、“较差”、“差”, 对某一故障用“重故障”、“故障”、“轻故障”、“警告”、“无”等来表征诊断结果。

统计诊断考虑被测对象特征参数分布的不确定性处于同样状态的同类设备, 其特征参数并不相同, 而按一定的统计规律分布, 统计诊断依据大量的试验数据以及长期的运行经验, 综合各个因素之后确定合适的诊断。因此模糊诊断和统计诊断准确度较高, 但是方法复杂, 目前正在研发中。

4 电缆故障在线检测

4.1 电缆结构及老化原因

4.1.1 电缆结构

高压电缆的结构一般有以下几部分组成:

1) 外绝缘层。2) 网状金属屏蔽层。3) 半导体层。4) 环氧树脂层。5) 铜导体;

外绝缘保护层网壮金属屏蔽层半导体层环氧树脂层铜导体。

4.1.2 影响电缆绝缘老化的因素

一般电缆老化有以下几种原因:1) 外力损伤。2) 绝缘受潮。3) 化学腐蚀。4) 长期过负荷运行。5) 电缆接头故障。6) 电缆受外部高温, 或者由于长期过负荷运行自己产生的热量。

4.2 电缆故障探测的传统方法

4.2.1 电缆故障测距的传统方法

电缆故障测距的传统方法主要有以下四种:

1) 电桥法:适用于低阻及短路故障, 需要事先知道电缆线长度等数据。多年实践经验我们知道, 这类故障通常为高阻及闪络性故障, 故障电阻很高使电桥检测电流较小, 因此一般的灵敏度仪表很难探测。

2) 脉冲回波法:主要适用于低阻与断路类故障, 利用仪器发出的电磁波遇到特性阻抗不匹配时产生反射波的原理, 检测出故障电缆上的电磁波发送和返回的时间间隔, 依据电波在电缆中的传播速度计算出故障点到测试点的距离。

3) 脉冲电压法:主要适用测量故障相对地电阻于大于10kΩ的高阻与闪络故障。在将电缆故障中施加直流或脉冲高压将故障点击穿, 利用检测仪器测出放电脉冲在测量点与故障点往返一次所需的时间来测距。

4) 脉冲电流法:该方法也是是将电缆故障点用高压击穿, 但是脉冲电压法不需要将故障点烧穿。这时监测仪器根据记录下故障点击穿产生的行波信号在测量端与故障点往返一趟的时间计算出故障距离。

4.2.2 电缆故障定点检测传统方法

传统的电缆故障定点最常见的检测方法是声磁同步法。该方法是在故障电缆上加高电压使故障点击穿放电, 当磁场信号与放电声音同步时, 将接收器记录放电声音进行分析, 这时测试人员通过耳机听声进行故障定点。

目前此方法是常用的电力电缆故障点定位法, 此方法的特点是故障点必须在测试人员附近2~3m左右时声音信号较强, 对现场测试人员的经验技术要求较高。

4.3 目前电缆故障探测方法

4.3.1 目前电缆故障测距方法

电缆故障测距可以采用因果网或者跨步电压法, 电缆故障定点可以采用高频感应法、红外热象技术等。

因果网:成熟的计算机系统依据故障探测元件监测到的数据进行比较判断, 从而发出指令使执行元件继电器、开关动作。它的优点是将传统专家系统的知识及全面的技术信息输入计算机系统, 利用整个监测系统对电力系统故障进行分析定位。这样克服检测人员因知识水平和技术水平高低不同而出现判断失误。

跨步法:电缆故障一般分两种, 最普遍的一种是电缆护层老化破损, 另外一种是人为机械破损。检测人员在故障电缆的一端加特殊信号, 当电力电缆对大地产生泄漏时, 会在地面上故障点周围产生由强到弱的有向电信号梯度。在电缆故障点前信号递增, 电缆故障点后信号是递减。

因此沿电缆路径用测量设备可测得信号的幅度和方向。测量设备可对电缆故障点进行定向与定位。测量高压或低压故障电缆时可施加不同的电信号 (电量) 。利用跨步法对电力电缆故障进行定向与定位其测量方法的优点是:

1) 可在较大范围确定故障点的方向, 缩短测试故障的时间;

2) 施加在故障电缆上的特殊信号不在故障点产生续弧, 所以不会对电缆造成二次损伤;

3) 定位精度高、定点速度快;施加于电缆的交流脉冲幅度小, 对电缆没有直流极化损害。

4.3.2 电缆故障定点的新方法

高频感应法:高频信号发生器在故障电缆的一端向电缆输入高频电流, 电缆中的高频电磁波, 会在电缆周围的地面上产生高频电磁场, 用测量仪器沿电缆路径监测电磁场, 电磁场的强弱直接在测量仪器的液晶屏幕上显示出来, 依据显示电磁场数值的变化来判断故障点位置。高频感应法的优点是高频信号源比音频信号源容易实现, 这样检测装置的体积小和重量轻的优点就较为突出。而且抗干扰性能较强。也可在不停电情况下来实施在线故障探测。

红外热象技术:一般电缆发生泄露和击穿故障时电缆发生会过载或电流明显突增, 电缆故障点处的温度与正常电缆处的温度变化也就比较明显, 检测人员沿电缆路径对电缆的线芯温度进行监测, 依据温度的变化来判断故障位置。一般分几步进行:

1) 用红外热象仪对电缆表面扫描, 记录电缆的表面温度分布图象, 经分布图象分析得出温度场的具体数值分布。

2) 依据建立的传热数学模型、物性参数及电缆结构参数、电缆的表面、环境温度比对电缆线芯温度进行反演计算, 找出故障点。从而对电缆线芯温度进行非接触的故障探测。其特点不接触设备, 不停运设备, 操作简便, 检测速度快, 工作效率高等优点。

5 结论

电力系统传统的运行维护工作, 其做法是实施“计划检修”, 也就是按照高压电气设备预防性试验规程所规定的试验周期, 定期对电气设备进行检修。

在线检测通过连续自动监测带电运行电气设备的绝缘参数, 还可以对周边环境监测 (如温度、湿度、系统谐波, 频率、电压、等非绝缘参数) , 这些监测到的数据随时通过系统进行综合分析, 从而对电气设备及时做出判断。当设备出现“超标”等异常现象时, 检测系统自动报警。可以说状态检修是“应修必修, 修必修好”。

绝缘检测篇9

近年来, 由于电力电子技术的发展, 节能环保需求的增加, 交流调速技术逐渐成为传动控制领域的主流, 得到广泛应用。但变频调速大多采用脉宽调制 (Pulse Width Modulation, PWM) 供电技术, 电机绕组输入的电压具有高频、快速上升沿和下降沿, 一般为50 ns~0.1 μs以内, 同时绕组也存在着等效电感, 这样的脉冲电压在绕组上也会造成分布不均, 从而使得绕组端部承受近70%的过电压, 这样的供电电压会给电机绝缘结构带来较大破坏。研究表明, 当逆变器输出的PWM电压在电机内部由于绕组与电缆阻抗不同产生的过电压超过电机绝缘结构的局部放电起始电压 (Partial Discharge Inception Voltage, PDIV) 时, 线圈绕组就会产生绝缘局部放电, 进而造成电机绝缘快速劣化甚至损坏。为此, IEC制定了相关标准, 对电机进行局部放电试验, 测定PDIV以判断其绝缘性能。另外, 局部放电检测技术也可以对电机进行早期绝缘强度检查, 并且不会破坏绝缘系统, 因而逐渐成为电机绝缘系统缺陷检测的重要手段。

局部放电并非击穿损坏绝缘介质, 而只是在其介质局部产生微量的放电现象, 由于能量较小, 难以检测。现在常用的测试方法分为电测法和非电测法两大类, 其中电测法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗测量法, 非电测法有声、光、热及化学检测法。

脉冲电流法由于测试方便, 适于现场测试而被广泛采用, 本文主要介绍这种测试方法, 并结合实际研发生产过程中测试的大量数据, 介绍如何在实践中利用电机局部放电试验测试得到试验数据, 进而制定出针对某一特定绝缘结构的绝缘性能判断标准, 来对该型电机绝缘性能进行评价。

1 局部放电定义及参数

1.1 局部放电定义

局部放电 (Partial Discharge, PD) 是两个导体间的绝缘只有部分被短接的电气放电。固体介质中的空穴、液体绝缘中的气泡、局部场强过高的介质表面、绝缘表面污染或受潮等等都能形成局部放电, 电极的尖端放电也能造成局部放电。

1.2 局部放电的特征

(1) 放电能量很小, 短时间内存在不影响电气设备的绝缘强度;

(2) 对绝缘的危害是逐渐加大的, 它的发展需要一定时间, 局部放电引起绝缘损坏, 缺陷继续扩大直至绝缘击穿;

(3) 对绝缘系统寿命的评估分散性很大, 跟发展时间、局放种类、产生位置、绝缘种类等有关;

(4) 局部放电试验属非破坏试验, 不会造成绝缘损伤。

1.3 局部放电产生的原因

当绝缘体内部某一区域的电场强度达到击穿场强时, 该区域就会发生放电。绝缘系统中不同绝缘材料的电场强度和击穿场强不同, 可能会在某一材料中首先产生局部放电;也有可能是绝缘系统老化产生气泡、裂纹或其他杂质, 这些缺陷导致局部放电;导体的毛刺、尖端等也有可能产生局部放电。

1.4 局部放电的参数

1.4.1 局部放电试验电压

在试品上所加的规定电压, 在此电压下局部放电量不应超过规定的局部放电量值。

1.4.2 规定的局部放电量值

在规定的电压下, 对给定的试品, 在规程或规范中规定的局部放电参量的数值。

1.4.3 局部放电起始电压Ui

从试验电压不产生局部放电的较低电压逐渐增加时, 在试验中局部放电量超过某一规定值时的最低电压值。

1.4.4 局部放电熄灭电压Ue

试验电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时, 在试验中局部放电量小于某一规定值时的最高电压值。

2 基于脉冲电测法的局部放电检测仪工作原理及试验方法

2.1工作原理

变频电机绝缘系统局部放电检测大多采用的是脉冲电流电测法, 测试原理是试品产生一次局部放电, 在其两端就会产生一个瞬时的电压变化, 此时在被试品、耦合电容组成的回路中产生脉冲电流。脉冲电流经过检测阻抗会在其两端产生脉冲电压, 将此脉冲电压进行采集、放大、显示等处理, 就可产生局部放电的一些基本量, 尤其是局部放电量。所有这些信号和数据传输到计算机终端以供采集和分析。

2.2 局部放电检测仪的接线方法

局部放电检测仪的接线简图如图1所示。

试验中, 由于采用的是高频脉冲测试, 试验结构易受外界环境干扰, 因而试验要求电源、设备及被试品可靠接地。

2.3 局部放电的试验方法

在进行局部放电试验之前, 首先要对局放仪进行局部放电量和电压的校准, 在校准完成之后, 升压器以100 V/s的速度匀速加压, 同时在计算机终端记录1 k V、2 k V、3 k V电压下的局部放电量和突变电压 (k V) 。

3 局部放电检测数据分析

3.1 电机局部放电标准制定

在对某电机产品进行局部放电检测后采集到的数据如表1所示。

通过对多台电机进行局部放电检测, 记录在1 k V、2 k V、3 k V电压下的局部放电数据, 并通过与表1数据进行对比分析, 制定出该电机的起始电压Ui=2.2 k V (升压时放电量在500 p C下的最低电压值) 、熄灭电压Ue=2 k V (降压时放电量在500 p C下的最大值) , 在规定试验电压 (3 k V) 下的局部放电量值小于3 n C。

3.2 电机局部放电图谱分析

图2是对电机进行局部放电试验时采集到的电压—脉冲信号图。

从图2可以看出, 该电机的放电信号出现在一、三象限 (约45°和240°相位角) , 且第三象限的放电信号强于第一象限的放电信号, 由此可以确定局部放电部位在绝缘系统内部, 是铜导体与绝缘材料之间存在气隙所致, 可通过真空压力浸漆等措施对缺陷部位进行绝缘填充, 消除局部放电影响。

4 结语

通过对电机产品进行局部放电检测及图谱分析, 可分析出绝缘系统局部放电产生的部位及特征, 为判断产品绝缘老化寿命提供有力的数据, 也有利于及时发现产品绝缘系统的隐患, 制定出检修方案, 为检修后电机可靠运行提供有力保障。

摘要：介绍了局部放电的定义、特征、主要参数及局放设备的测试方法, 对电机局部放电试验数据进行了统计和分析, 并制定了绝缘性能判断标准来对电机绝缘性能进行评价。

关键词：局部放电,绝缘,电机

参考文献

[1]于钦学, 任文娥, Cavallini A, 等.SPWM变频调速电动机线圈局部放电的测量[J].电工技术学报, 2006, 21 (1) .

绝缘检测篇10

交联聚乙烯 (XLPE) 电缆具有绝缘性能好、供电安全可靠、易于制造和安装方便等优点。它在配电网中已逐步取代油纸绝缘电缆, 并已在高压和超高压中得到应用。

交联聚乙烯绝缘 (简称XLPE) 电缆绝缘层内部及其界面存在空洞、夹杂物和隆凸不平处等缺陷, 当有水、离子水及在电场作用等外部条件的影响下, 它会出现树枝状裂缝, 称为“电树”、“水树”或“电化树”, 这些都是因电缆绝缘料的降解而形成的类似树枝状的裂缝。随着“树”的长大, 到穿透电缆绝缘层, 电缆的绝缘料会加速失效。当有载荷工作时, 水分的存在能在较低的电场强度下, 使电缆绝缘料出现“树化”现象。XLPE电缆介质中水树枝的形成及发展是造成其早期老化并导致电缆击穿事故的最主要的原因之一。

针对上述情况, 文中结合分形理论给出一种精确XLPE电缆局部放电模型进行分析, 这样可以降低实验条件和手段。

2 分形理论基础

分形一词意为破碎的、不规则的, 一般地, 称F集是分形。

粗略地说, 分形是一类复杂性颇高的、没有特征长度, 但具有一定意义F的自相似性的形体和结构的总称。分形维数是在分形意义上由标度关系得出的一个定量数值, 它突破了一般拓扑集维数为整数的界限, 把维数从整数扩大到分数, 是分形的极其重要的特征参数。分形维数的定义多种多样, 常见的有Hausdorff维数、盒维数、信息维数、关联维数、广义维数等。下面主要介绍用于电缆局部放电检测的盒维数和信息维数。

2.1 盒维数

设F为Rn上的某个非空的有界子集, 对任意的ε>0, Nδ (F) 为直径不超过δ时, 可用来覆盖F集的最少个数。如果极限。

undefined

存在, 则称为F的盒维数, 记为DB。

在盒维数定义中, 闭球的覆盖可以等价地换成边长为δ的正方体的覆盖, 在Rn空间中成为边长为δ的坐标网立方体。易知, 在R2中是边长为δ的正方形网格所形成的覆盖, 见图1。

这个算法比较简单, 值得注意的问题是:覆盖F的矩形选择的过大将增加计算量, 选择的过小不足以覆盖F。当F预先并不明确的情况下, 上述算法要结合分形生成过程同时进行。一般认为只要举行覆盖F, 其大小对Dc (F) 的计算结果就没有影响, 至于判断计算精度的问题还需进一步研究。

2.2 信息维数

信息维数反映了F集在空间的分布疏密程度, 记F集落入边长为δ的第i个超立方体的概率为Pi, 在尺寸为δ下进行测度所得到的信息量定义为:undefined

在此基础上, 定义F集的信息维数为:

undefined

显然, 当F集等概率落入各个超立方体时, pi= 1/N (δ) , 故I (δ) = lnN (δ) , 此时DB=DI。

3 基于分形理论的交联聚乙烯电缆局部放电

水树形态是一种分形结构。分形是空间上的混沌, 混沌是时间上的分形。水树的非线性, 使损耗电流中产生谐波分量, 而水树结构上的分形特性, 使损耗电流具有了分形和混沌的特性。在水树产生和发展的初期, 损耗电流的分形特性并不明显, 这是因为水树在电缆绝缘料中的生长相对来说是一个缓慢的过程, 水树贯穿电缆绝缘料的长度不同, 损耗电流的大小和复杂性也不同。但是, 随着水树的分叉趋势越明显, 水树形态的分形维数也随之增加, 其外在的表现是损耗电流信号的分形维数也越大。对于XLPE电缆的在线绝缘检测, 希望越早发现水树越好。

谐波分量法就是在芯线上叠加了调制电压, 以减少杂散电流的影响, 但可能使保护误动。若不叠加电压, 从频谱的角度分析损耗电流, 其误差又较大。当电缆绝缘料水树劣化加重时, 损耗电流发生畸变, 而高频分量的混入使损耗电流具有颇为精细的结构。高频叠加法是一种很有效的电缆在线绝缘诊断方法, 可以及时地发现XLPE电缆绝缘早期老化现象, 以避免电缆由于局部放电被击穿而形成更大的事故。

因此, 考虑在电缆屏蔽层叠加上一个高频率低幅值的电压, 即所谓“高频叠加法”。仿真中发现:直接测量电缆屏蔽层的损耗电流, 信号波形比较简单, 只是在波形边缘有一点小的“毛刺”;而高频叠加法所得信号波形则具有明显的分形特性。通过叠加高频电压信号, 可以更早地检测出水树的存在。对于电缆绝缘料中还没有树化的电缆, 应用高频叠加法是测不到损耗电流的。另外, 在干燥环境下, 由于水分较少, 故水树枝很难形成;而对于直接电击穿产生的碳化电树枝, 则因其形态也具有分形特性, 故高频叠加法也同样适用。为了模拟实际中的干扰, 可以在屏蔽层上叠加一个平稳、零均值的白噪声信号。在操作中, 首先将得到的损耗电流信号进行滤波处理, 再进行分形分析。

4 水树模型

传统的水树模型只考虑基波和三次谐波对于电路的影响, 这样并不能准确地反映水树的电压—电流特性。损耗电流的分形特性在这种粗略的考虑下也不能显现。在理论分析和仿真的基础上, 下面给出精确的水树模型, 考虑高次谐波对电路的影响, 提高了模型精度。图2是一个电缆绝缘料中含水树的等效电路模型。在电路中, 把未贯穿的电缆绝缘料部分用一个电容来替代。当电缆绝缘料中的水树越劣化, 电缆良好绝缘所等效的电容值越小。水树的非线性的电压—电流关系可用下式来表示, 即:

undefined3+KαU5+KβU7+KγU9+L) (4)

其中, I为水树电流;R为水树等效电阻;U为水树电压;K为常数。

其中, 各次谐波在损耗电流整相对于基波所占的比例为:3次谐波为42%;5次谐波为18%;7次谐波为4%。因此最大的谐波分量是3次谐波, 但是当计算尺度逐渐减小时, 更高次谐波对分形维数的影响就越加明显。

5 仿真验证

根据上面的分析, 利用高频叠加法对电缆绝缘料中水树生长到30%、50%、70%、90%进行了Matlab仿真。

仿真数据:U1=1kV , 50Hz;U2=0.1kV, 5000Hz;R0=2×104Ω;C=1×10-6F (50%时电容值) ;式 (4) 中R=1.3×108Ω;K=1.7×10-5。水树长度不同时, 参数K, R是变化的, 电容C也是变化的 (水树越长, 电容越小) , 其余数据一旦选定, 不再改变。水树长度为50%时的仿真波形见图3。计算其盒维数为:1.11;信息维数为1.08;下面给出其他几种仿真波形的分形维数的比较见表1。

由表1看出, 当水树不断生长时, 损耗电流信号的容量维数和信息维数相应增加。分形维数取决于信号的复杂程度以及覆盖面积。由于水树生长使损耗电流的复杂程度和幅值都增加, 所以分形维数增加容量维数是一种表征覆盖程度的维数, 是最为常用的一种维数;信息维数说明单位覆盖面积所含信息量的多少。这两种维数从不同角度说明:损耗电流随着水树生长在不断地变化。由于水树生长形态的分形特性是本质, 而损耗电流的分形维数增加是其外在的表现, 故通过分析损耗电流的分形维数, 就可以判断水树劣化程度。

上述仿真是叠加信号U2的幅值为0.1kV, 频率为5000Hz情况下得到的。那么, 当叠加信号幅值和频率不同时, 分形维数会怎样变化。

1) 不同幅值

仿真中发现:当叠加电压幅值逐渐增加时, 损耗电流波形边缘的振幅也越来越大。Matlab仿真水树长度为70%, 叠加幅值不同 (10～200V) 、频率相同的电压, 可得分形维数见表2。

随着叠加信号幅值的增加, 两种分形维数值之间的差别越为明显。当叠加信号幅值增加时, 分形维数单调增加。因此, 在不引起保护误动的前提下, 可选用幅值较大的电压叠加, 则分形维数也较大, 容易判断水树状态, 抗干扰性强。

2) 不同频率

当叠加信号频率逐渐增加时, 信号波形的振荡频率大大增加。Matlab仿真水树长度为70%, 叠加频率不同 (200～5000Hz) 、幅值相同的电压时的分形维数, 见表3。

随着叠加信号频率的增加, 损耗电流的复杂程度大大增加, 分形维数单调递增, 容易判断电缆绝缘料劣化程度。但是, 过高的叠加频率会对系统造成一定的影响, 因此在实际应用中应根据情况 (电缆电压等级、现场条件等) 找一个合适的频率进行叠加。

6 结束语

由上面的仿真可以看出, XLPE电缆绝缘可以用水树的生成状况进行判断, 其水树有以下特点:

1) 水树形态是一种分形结构, 水树劣化是造成损耗电流畸变的根本原因。

2) 分形维数很好地反映了水树生长过程中对损耗电流的影响。水树越长, 绝缘的非线性程度越大, 导电性增加, 损耗电流也增加。分形维数是判断电缆绝缘料中水树劣化很好的依据。

3) 当叠加信号的幅值频率增加时, 损耗电流波形的分形维数呈单调增加。