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1、套管和绝缘子的状态分析与诊断,绝缘子的性能要求和材料,（1）绝缘子：用作导电体和接地体之间的绝缘和固定连接。如隔离开关中用于固定触头的支柱绝缘子等。（2）瓷套：用作电器内绝缘的容器，并使内绝缘免遭周围环境因素的影响。如电压互感器的瓷套等。（3）套管：用作导电体穿过电器外壳、接地隔板或墙壁的绝缘部件。,绝缘子分类：,绝缘子的作用：将不同电位的导电体在机械上相互连接，而在电气上则相互绝缘。,高压绝缘子按用途分为线路绝缘子和电站电器绝缘子两类。高压线路绝缘子包括针式绝缘子、盘形悬式绝缘子、棒形悬式绝缘子、横担绝缘子、电气化铁道用绝缘子、蝴蝶形绝缘子和拉紧绝缘子等。高压电站电器绝缘子，包括支柱绝缘子和
2、套管绝缘子等。,低值绝缘子：绝缘子击穿电压下降至小于沿面干闪电压时，称为低值绝缘子。零值绝缘子：低值绝缘子的内部击穿电压为零时，称为零值绝缘子。,闪络电压：连通绝缘子两电极、沿绝缘体外部空气的放电电压。闪络电压分类：（1）干闪络电压：表面清洁、干燥的绝缘子的闪络电压。是户内绝缘子的主要性能。（2）湿闪络电压：表面洁净的绝缘子在淋雨时的闪络电压。是户外绝缘子的主要性能。（3）污秽闪络电压：表面脏污的绝缘子在受潮情况下的闪络电压。,电气性能,（1）雷电冲击电压下绝缘子的干、湿闪电压基本相同；（2）工频电压下两者相差较多；（3）而操作冲击电压下两者虽有差别，但不如工频电压下显著。,干、湿闪络电压之间
3、的差别（实验规律）：,绝缘子组成：绝缘件；机械固定用的金属附件；胶装绝缘件和金属附件的胶合剂。绝缘件：电瓷；玻璃；浇注环氧树脂；复合绝缘子（环氧树脂玻璃纤维芯棒，高分子聚合物伞盘，护套）,绝缘子材料：,气体中沿固体介质表面的放电,沿面放电：绝缘子和它所固定的带电导体绝大部分处于空气中，在绝缘子和空气的分界面上有时会出现放电现象，称为沿面放电。闪络：若沿面放电发展到贯穿性的空气击穿，称为闪络。,气体中的沿面放电也是一种气体放电现象，沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压都低，电力设备的绝缘事故中，很多是沿面放电造成的。,沿面放电与固体介质表面的电场分布有关，固体介质表面电场分布有以下三种典
4、型情况：（1）固体介质处于均匀电场中，固、气体介质分界面平行于电力线，如图a所示。,（2）固体介质处于极不均匀电场中，且电场强度垂直于介质表面的分量（以下简称垂直分量）要比平行于表面的分量大得多，如图3-5b所示。套管就属于这种情况,（3）固体介质处于极不均匀电场中，但在介质表面大部分地方（除紧靠电极的很小区域外）电场强度平行于介质表面的分量要比垂直分量大，如图3-5c所示。支柱绝缘子就属于这种情况。,实验现象：在平行平板电极间放一圆瓷柱，瓷柱表面与电力线平行，如图3-5a所示，瓷柱虽未影响极板间电场分布，但放电总是发生在瓷柱表面，且闪络电压比纯空气的击穿电压低得多。,一、均匀电场中的沿面放电
5、,（1）固体介质与电极的接触面间可能存在气隙；（2）空气湿度及固体介质吸附水分的能力对闪络电压也有显著影响；（3）介质表面电阻不均匀和介质表面粗糙，也都会畸变电场分布，使闪络电压降低。,出现这种现象的原因：,二、极不均匀电场具有强垂直分量时的沿面放电,绝缘结构具有强垂直分量时的沿面放电电压较低，放电对绝缘的危害大，下面以绝缘套管为例进行讨论。,（一）放电基本过程,（1）法兰边缘电场较强，在不太高的电压下，法兰边缘出现微弱的发光圈（电晕放电）；,（3）当电压超过某临界值后，放电性质发生变化，个别细线迅速增长，转变为树枝状、紫色、较明亮的火花，火花在法兰不同位置交替出现，一处出现后紧贴介质表面向前
6、发展，随即很快消失，而后又在新的位置产生。这种放电称为滑闪放电。,（2）随着电压升高，电晕向上延伸，逐渐形成由火花细线组成的光带（辉光放电，电流密度小）；,滑闪放电的机理：（1）放电起始阶段，细线通道内因碰撞电离存在大量带电质点；（2）在较强的电场垂直分量作用下，带电质点不断撞击介质表面，使局部温度升高；（3）当温度高达足以引起气体热电离时，通道中带电质点剧增、电阻剧降，通道头部场强也剧增，导致通道迅速增长，放电转入滑闪放电阶段。,滑闪放电的特征：介质表面放电通道中发生热电离。,滑闪放电现象和比电容及电压变化速率有关，由此可以理解，滑闪放电现象在交流和冲击电压下很明显，在直流电压不会发生滑闪放
7、电现象；玻璃管壁减薄，比电容增大，滑闪火花长度显著增加。,（二）等值回路及分析（产生滑闪放电原因）,在导杆和法兰之间加交流电压，沿套管表面将有电流流过。由于C0的分流作用，套管表面各处电流不等，越靠近法兰电流越大，单位距离上的压降也大，这就使套管表面的电压分布更不均匀。,沿介质表面的电压分布极不均匀，紧靠法兰处场强最高，首先在此处发生局部放电。,电晕放电的起始电压为：,（1）电压变化快，电晕起始电压低；（2）介质厚度小，相对介电常数大，即比电容大，电晕起始电压低；（3）介质表面电阻率大，表面电压分布不均匀，电晕起始电压低。,由上式可以看出：,电晕放电的起始电压为：,（1）减小比电容C0，如增加
8、绝缘厚度 d 和采用介电常数小的介质；（2）减小表面电阻率，如在靠近法兰处涂半导体漆或上半导体釉。,提高放电起始电压的方法有：,（1）电场垂直分量较小，沿表面不会有较大的电容电流流过，不会出现热电离现象，因此没有明显的滑闪放电；（2）垂直于放电发展方向的介质厚度对放电电压实际上没有影响；（3）为提高沿面放电电压，一般从改进电极形状以改善电极附近的电场着手。,三、具有弱垂直分量时的沿面放电,支柱绝缘子,结构：由瓷柱和上、下金属附件。分为户外、户内两大类。,一、户外支柱绝缘子1、棒形结构2、针式结构 3、串联绝缘子柱,屏蔽环：绝缘支柱、分压器等设备在高压端加屏蔽环，增大高压电极对本体的电容，补偿对
9、地电容电流，改善电压分布。,二、户内支柱绝缘子,干闪电压：由棒形绝缘子两电极间的最短空气距离决定；湿闪电压：由伞的形状和布置决定。,棒形绝缘子的闪络电压,棒形绝缘子的高度和外形结构是影响闪络电压的主要因素。,瓷套管,（1）具有强垂直电场分量，表面电压分布很不均匀，在中间法兰边缘处电场十分集中，很易从此处开始电晕及滑闪放电。（2）法兰和导杆间的电场也很强，绝缘介质易被击穿。,高压套管分类,（1）套管内壁喷铝，并用弹簧片与导杆接触，使瓷套内腔的空气不承受电压，因而导杆表面不会电晕。（2）加大紧靠法兰的伞的直径和瓷壁厚度，这使得接地电极附近的瓷壁增厚，减小了比电容；（3）法兰到大伞的瓷壁喷铝或上半导
10、体釉，减弱法兰附近的电场强度，提高了电晕和滑闪放电的起始电压。,在35kV的套管中要设法提高导杆表面发生电晕和法兰周围发生电晕、滑闪放电的起始电压。,悬式绝缘子串,悬式绝缘子的优点：可以组成绝缘子串来提高工作电压。问题：由于绝缘子的金属部分与接地铁塔或带电导体间有电容存在，使得沿绝缘子串的电压分布不均匀。,只考虑对地电容的影响,只考虑对导线电容的影响,两种电容同时考虑,一般情况下：C 30-60 pF；CE 4-5 pF；CL 0.5-1 pFCE 的影响比CL大，绝缘子串中靠近导线的绝缘子的电压降最大（大截面导线或分裂导线可使导线侧第一个绝缘子上的电压降减小）。,复合绝缘子,复合绝缘子：环氧
11、树脂玻璃纤维芯棒和硅橡胶伞盘、护套组成的线路复合绝缘子。,硅橡胶复合绝缘子优点：与瓷或玻璃绝缘子相比，硅橡胶复合绝缘子优点是耐污闪湿闪性能优异、运行维护费用低以及用于高电压等级的价格优势。硅橡胶复合绝缘子缺点：易损坏、易老化、鸟类或鼠类咬伤伞裙护套、绝缘子表面有微生物或霉菌生长等。,引起复合绝缘子损坏的主要原因有：芯棒断裂；界面击穿；金具与芯棒的连接发生滑移或拉脱；外绝缘硅橡胶严重劣化，造成芯棒暴露等。1、芯棒断裂（1）主要问题：脆断（在较低的机械应力作用下发生的芯棒断裂）（2）产生原因：酸蚀（3）解决方案：提高材料耐酸性能；加强端部密封,一、复合绝缘子的损坏,2、界面击穿：伞裙护套与芯棒界面
12、若存在制造缺陷，则在电场作用下可能产生局部放电，进而形成电树枝、水树枝，严重时导致整个界面击穿。,二、复合绝缘子的老化,1、化学老化2、电老化,新、旧复合绝缘子憎水性能对比（运行时间3年）,污层等值附盐密度：是指与绝缘子表面单位面积上污秽物导电性相当的等值盐量（NaCl）（以mg/cm2表示）。所谓等值是指这些量的盐溶于一定容积蒸馏水后形成的溶液的电导率与实际污秽物溶于同样容积蒸馏水而形成的溶液的电导率相等。,污层等值附盐密度,施加交流低电压，在受潮情况下测量绝缘子表面污层的电导，根据表面电导和绝缘子外形可计算得到污层表面电导率。它反映了绝缘子表面污秽物在受潮情况下的导电能力，也可用来作为监测
13、绝缘子脏污严重程度的一个特征参数。,湿润污层的表面电导率,耐污绝缘子,耐污绝缘子具有的特点：1、伞形扩张较大，增加了爬电距离；2、一部分表面不容易被污染；3、下雨时脏污易被冲洗掉，便于清扫。,复合绝缘子,在各类污秽地区，复合绝缘子均表现出了优异的耐污闪性能，其主要原因是复合绝缘子的憎水性。复合绝缘子较小的直径也是其污闪电压较高的一个原因。,绝缘子寿命统计玻璃绝缘子的寿命周期为 30 a 以上;瓷绝缘子平均寿命周期为 1525 a;合成绝缘子的平均寿命周期为 7 a。,第一节 套管和绝缘子的绝缘试验,一、套管绝缘试验套管的定期预防性试验项目包括：1、主绝缘及电容型套管末屏对地绝缘电阻；2、主绝缘
14、及电容型套管末屏对地tan与电容量。在大修后或必要时进行油中溶解气体色谱分析、交流耐压试验和局部放电试验。,按绝缘结构和主绝缘材料不同，将高压套管分为单一绝缘套管（纯瓷套管、树脂套管）、复合绝缘套管（充油套管、充气套管）、电容式套管等；按用途不同可分为穿墙套管和电器套管，其中电器套管又按具体配套对象分为变压器、互感器、断路器套管。高压电容式套管设有介质损耗测量端子，用小瓷套从末屏（电容芯子最外层电极）引出，运行时接地。,充油套管,接地屏：最外层电容极板，用小套管引出，运行时接地，试验时用来测量泄漏电流、局放信号等。,法兰到大伞的瓷壁喷铝或上半导体釉，减弱法兰附近的电场强度，提高了电晕和滑闪放电
15、的起始电压。,1、绝缘电阻测试测量绝缘电阻主要用于检测：瓷套管裂纹、本体严重受潮、测量小套管（末屏）绝缘劣化等。测量前要先用干燥清洁的布擦去其表面污垢，并检查套管有无裂纹及烧伤情况。应用2500V兆欧表进行测量，兆欧表的两个端子分别接在套管的导杆和法兰上。电容型套管绝缘电阻测量结果应满足：导电芯对抽压端子或测量端子间的绝缘电阻不小于10000M，测量端子对法兰的绝缘电阻应不小于1000M。,2、tan和电容量测量测量单独套管的tan值，可采用正接线方式。已安装于电力设备上的高压套管，法兰盘与设备金属外壳直接连接并接地。测量套管的tan 值时，首先将与套管连接的引线或绕组断开。除接地屏经小套管引
16、出时可用上述正接线法测量外，一般用反接线法测量。,测量套管tan，有时只测电容芯子的tan，或只测量油纸套管导电芯对抽压或测量端子间的tan，而不测量端子或抽压端子的tan。由于套管内部初期进水受潮时，潮气和水分只进入末屏附近的绝缘层，其占总体积的比例小，tan灵敏度差，无法反映绝缘受潮，测量时应引起注意。当测量小套管对地绝缘电阻小于1000M时，需要测量小套管对地的tan。,末屏对地绝缘电阻小于1000M时，测量末屏对地的tan值，且不大于2%。电容型套管电容值与出厂值或上一次测量值相比超5%时要查明原因。在测量套管介质损耗角正切时，可以同时测得其电容值，其允许偏差为5%。当套管受潮或电容套
17、管中的一层或数层电容短路时，测得的电容值将增大，此时应查明原因，作出正确分析。,规程规定20时tan值（%）不应大于下表的规定值。,3、交流耐压实验套管在交接时或大修后需要进行交流耐压试验。对于变压器或油断路器等充油设备上的套管，应将下部浸于绝缘油内，法兰与油箱外壳连接并接地，接地屏同时接地，在导杆上施加试验电压。套管1min耐压试验标准见下表。,4、局部放电测量对66kV及以上的电容型套管在大修后可测量局部放电作为辅助试验。垂直安装的套管水平放置一年以上，投运前需进行局部放电试验。,二、绝缘子绝缘试验 绝缘子预防性试验项目包括：1、零值绝缘子检测；2、绝缘电阻测量；3、交流耐压试验；4、绝缘
18、子表面污秽物的等值盐密测定。,1、绝缘电阻的测试注意：电瓷有裂纹时，绝缘电阻一般没有明显降低。当电瓷龟裂处有湿气及灰尘、脏污入侵后，绝缘电阻将显著下降，仅为数百甚至数十兆欧，用兆欧表可以明显地检出。规程规定，用2500V兆欧表测量绝缘电阻时，多元件支柱绝缘子的每一元件和每片悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于300M。500kV悬式绝缘子的绝缘电阻不应低于500M。,2、交流耐压试验对于支柱绝缘子，交流耐压试验是最有效的试验方法。在预防性试验中，可用交流耐压试验代替测量电压分布和绝缘电阻。试验中应注意的问题：（1）根据试验变压器的容量，可选择一只或多只相同电压等级绝缘子同时试验，交流耐压1min。（2
19、）耐压过程中绝缘子无闪络、无异常声响为合格。（3）对于35kV多元件支持绝缘子，当试验电压不够时，可分节进行。（4）由两个胶合元件组成的，每节试验电压50kV/min，由三个胶合元件组成的，每节试验电压34kV/min；非标准型号绝缘子按制造厂规定的干闪电压的75%进行交流耐压试验。,对运行中的35kV变电所内的支柱绝缘子，可以连同母线进行整体耐压，试验电压为100kV，时间为1min；对于穿墙套管绝缘子，应根据实际状态进行加压；对变压器出线套管，试验时下半部应浸入绝缘油中再加压。,支柱绝缘子的交流耐压试验标准（kV）,悬式绝缘子的交流耐压试验标准,3、表面污秽物等值盐密测定等值盐密：一些量的
20、盐溶于一定容积蒸馏水后形成的溶液的电导率与实际污秽物溶于同样容积蒸馏水形成的溶液的电导率相等。等值盐密法的最大优点：直观易懂，便于推广。缺点：不反映污秽成分；不反映非电物质的含量；不反映污秽在绝缘子上的分布；不反映局部电弧的发生、发展过程。,第二节 绝缘子的电位分布实验,一、绝缘子串电压分布规律绝缘子的体积电阻和表面电阻较工频下的容抗大得多，所以一般将它看成串联的电容回路。如果不考虑其他因素影响，由于每个绝缘子的电容量相等，因而在绝缘子串中，每一片绝缘子分担的电压是相同的。但由于每个绝缘子的金属部分与杆塔（地）间、导线间均存在杂散电容（寄生电容），绝缘子串中每个绝缘子实际所分担的电压并不相同。
21、,只考虑导线电容,只考虑对地电容,两种情况同时考虑,二、绝缘子串电压分布测量方法测量电压分布的工具有短路叉、电阻分压杆、电容分压杆、火花间隙检验杆等。短路叉这是检测损坏绝缘子（又称零值绝缘子）最简便的工具，其检测方法如图所示。,短路叉检测法,检测杆端部装上一个金属丝做成的叉子，把短路叉的一端2和下面绝缘子的钢帽接触，当另一端1靠近被测绝缘子的钢帽时，1和钢帽间的空气隙会产生火花。被测绝缘子承受的分布电压愈高，出现火花愈早，而且火花的声音也愈大，因此根据放电情况可以判断被测绝缘子承受电压的情况。如果被测绝缘子是零值的，就不承受电压，因而就没有火花。这种测杆不能测出电压分布的具体数值，但可以检查出
22、零值绝缘子。,电阻分压杆测量法图(a)测量两点电位差的外部连接，(b)测量两点电位差的内部连接;(c)测量某点电位的外部连接，(d)测量某点电位的内部连接,电阻分压杆、电容分压杆测量。图(a)、(b)：测量两点之间电位差的外部结构和内部连接图，适用于110kV及以上的变电所和线路绝缘子串测量；图(c)、(d)：测量某点对地电位的外部结构和内部连接图，适用于35kV变电所内支柱绝缘子的测量。,火花间隙检测杆。其测量部分是一个可调的放电间隙和一个高压电容相串联。当接到被测的绝缘子上后，转动操作杆，改变放电间隙，直至开始放电，即可读出相应的放电电压值。,可调火花间隙检测杆测量法图,绝缘材料老化一般由
23、电、机械、热、环境等多种因素交叉作用引起，因此老化呈现出多样性。1、龟裂发现绝缘子龟裂情况，必须尽快更换。局部的裙边缺损或凸缘缺损，虽然不一定会引起事故，但由于会扩展成龟裂，所以应及时更换。发生龟裂的原因有下列几方面：（1）瓷绝缘子、绝缘套管产生龟裂的原因1）瓷件表面和内部存在着制造过程中产生的微小缺陷，因反复承受外力作用，逐渐发展出现龟裂、裙边断裂等。2）过电压或污损引起的闪络，使瓷件受到电弧、局部过热而引起破坏。,第三节 套管和绝缘子故障诊断,3）绝缘子上涂敷硅脂，一般是作为防污损的措施。当长时间不重涂硅脂而继续使用时，会因硅脂的老化产生漏电流和局部放电，以及发生瓷绝缘子表面釉剂的剥落，裙
24、边缺损和裂缝。4）由于紧固金具过紧，使瓷件的某些部位上受到过大的应力。5）由于操作时的疏忽，使绝缘子受到意外的外力打击或投石等外力破坏等原因引起损伤。6）使用于设备上的瓷套，如内部设备配合不好，有时会引起瓷套间接性的破坏。（2）高分子材料的绝缘子、套管产生龟裂的原因1）制造过程中材料固化收缩时产生的残留内应力引起龟裂。2）设备在反复运行、停运的过程中造成的热循环，因不同材料热膨胀系数的差别，使制品受到循环热应力，从而引起埋入树脂中的金属剥离和发生龟裂。3）由于长期运行中绝缘材料机械强度下降或是反复应力引起的疲劳，也会发生龟裂。4）紧固部位过份紧固而产生机械应力过大引起龟裂。,2、爬电痕迹当有机绝缘材料表面污损并湿润时，产生局部放电，导致绝缘表面被炭化形成导电通路，这就是爬电痕迹。局部放电逐渐发展，最后形成沿面闪络。3、漏油内部装有绝缘油的绝缘套管，会由于瓷套管龟裂，过大的弯曲负载引起瓷管错位，或因密封材料老化等引起漏油。4、电晕声音端子金具上突出部分、龟裂和内部缺陷等，容易形成电晕。听到电晕声音时必须及早查明原因，采取适当的措施。5、端子过热 套管头部端子金具与母线等相连接，如端子的连接不良，就会发生过热而使端子变色，导致绝缘材料寿命缩短等故障。,本章结束,
