电器测试与故障诊断技术第09章课件.ppt

1、9.2.1 SF6 气体绝缘设备的检漏方法气体绝缘设备的检漏方法1.定性检漏定性检漏定性检漏只是判断气体绝缘设备泄漏情况的相对程度，并不测量具体泄漏率。现场的定性检漏是不能省略的检漏项目。定性检漏的有如下方法：（1）抽真空检漏这种方法是在气体绝缘设备安装或解体大修后，对设备抽真空干燥时进行的。具体步骤：将设备抽真空至133Pa后继续抽真空30min以上，然后停止，静观30min后读取真空度A，再静观5h后读取真空度B，如果 B-A67Pa，则初步认为密封性能良好。（2）发泡液检漏这是一种简单的定性检漏方法，能够较准确地发现泄漏点。将发泡液（由一份中性肥皂加入二份水配制而成）涂在被检测部位，起泡

2、处即为泄漏处，起泡越多越急，说明泄漏越严重。采用发泡液检漏法可大体上能发现泄漏率为0.1mL/min的漏气部位。（3）检漏仪检漏运行中的GIS，可直接用检漏仪对怀疑泄漏气处进行检漏。安装或大修后的GIS或其他气体绝缘设备，可先充入0.2105Pa的SF6气体，再充入高纯度氮气至额定气压，然后用检漏仪检漏。这种检漏方法是将检漏仪探头沿断路器各接口表面和铝铸件表面移动，根据检漏仪读数判断气体的泄漏情况。注意点：探头移动速度应慢，以免错过泄漏点；检漏时风速应小，以免泄漏气体被风吹走而影响检漏；应选择灵敏度高、响应速度小的检漏仪，例如，其最低检出量（即泄漏量）的体积分数小于10-6，响应速度小于5s。

3、（4）分割定位法分割定位法适用于三相SF6气路连通的断路器。若已确认有泄漏但难于定位时，可把SF6气体系统分割成几部分，再进行检漏，从而可以减少盲目性。（5）压力下降法压力下降法适用于设备泄漏量较大时或需在运行期间测定泄漏率时。此法用精密压力表测量好SF6气体压力后，隔数天甚至数十天进行复测，结合温度换算或进行横向比较，来判断可能的压力下降。该方法简单易行，可作为定性检漏的补充。图9-1挂瓶捡漏法2.定量检漏定量检漏（1）挂瓶法如图9-1所示.（2）局部包扎法将设备局部用塑料薄膜包扎，经过24h后测量包扎腔内SF6气体的浓度，通过计算确定其泄漏率。此法对密封面及其他泄漏点的气体泄漏率检测均适用

4、，是现场最为有效的检测方法之一。（3）扣罩法用塑料罩将整台气体绝缘设备或已组装好的几个气室封罩在内，经过24h后测量罩内SF6气体的浓度，通过计算确定其泄漏率。扣罩前应吹净待试设备周围残留的SF6气体，然后视设备体积大小，选取26个有代表性的测试点进行测量，求取其平均浓度。扣罩法适合于整台气体绝缘设备年泄漏率的测量。（4）直接测量法对于仅有数个孤立泄漏点的设备，可采用读数为MPam3/s（103MPamL/s）的检漏仪进行定量检漏。将各点的测量值累计相加，即可求出整台设备的绝对泄漏率。9.2.2 运行中运行中SF6气体密度的监测气体密度的监测1.SF1.SF6 6气体密度与压力的关系气体密度与

5、压力的关系图图9-2 SF9-2 SF6 6气体密度与压力关系气体密度与压力关系2.SF6气体压力检测方法气体压力检测方法(1)压力表检测法(2)密度继电器（温度补偿压力开关）图9-3 密度继电器工作原理9.2.3 SF6断路器含水量的监测断路器含水量的监测气体中的含水量:是指气样中水的体积与气样总体积之比，常用体积分数（百万分之一）表示，即10-6(V/V)，他是一个无量纲单位。1.SF1.SF6 6气体微水量检测和注意的几个问题气体微水量检测和注意的几个问题1）环境温度的影响2）采样管道 3）减压阀 4）空气中过多的水分5）环境温度 6）充气后应稳定24H 7）推荐取样气体的压力为0.1M

6、Pa 时进行测量 2.SF6气体含水量测试气体含水量测试 采样系统钢瓶中的SF6以气态和液态两种形式共存，二者的含水量是不同的，为使测试结果有代表性，应从液态的SF6中取样，因而应将钢瓶倒立成30后取样。图中，V1为SF6气样源的总阀门；V2为微调阀；D为干燥器，用来干燥清洗用的高纯氮气。开启阀门V3、V4、V5，冲洗采样系统，然后关闭V5开启V6，使氮气通入微水量测量仪。当仪器处于工作状态后，关闭V3开启V2，开始测量SF6气体含水量。图9-5SF6气体含水量测量采样系统9.2.4 SF6专用气相色谱仪专用气相色谱仪 SF6 专用气相色谱仪是用于 SF6气体质量监督检验和 SF6 开关设备中

7、电弧分解气定量测定的仪器。它是针对要分析的杂质主要成分的特性，采用热导和火焰光度检测器串联的方式，切换四通阀消除干扰成分等或其他结构和流路，并采用经试验测定出的校正因子作定量分析。9.3 局部放电在线监测局部放电在线监测 9.3.1 局部放电在线监测传感器技术局部放电在线监测传感器技术1 1内置内置UHFUHF传感器传感器 优：内置UHF传感器获得较强的UHF信号，测量精度高；不同区域均有传感头，便于准确定位。缺：为了能确定故障位置，保证检测的灵敏度，需要在GIS内较短的间距上安装传感器，大量传感器的使用提高了产品的成本；另外，由于内置式UHF传感器改变了原有GIS的结构，也带来了诸如传感器引

8、出线的密封问题，因天线引入而导致GIS内部击穿问题等。图9-6平板式传感器a)传感器结构b)频率响应图9-7 锥体传感器a)传感器结构b)频率响应图9-8工业用UHF传感器a)传感器结构b)频率响应 图9-9 GIS外壳自由颗粒信号幅值a)GIS隔板固定颗粒信号幅值 b)GIS外壳自由颗粒信号幅值2.外置外置UHF传感器传感器 由于GIS的导体支撑和气室隔离需要盆式绝缘子，使法兰之间存在绝缘缝隙，当GIS内部发生局部放电时，UHF电磁波信号的一部分可从GIS法兰盘处的绝缘缝隙泄漏出来，为GIS局部放电的体外测量提供了条件。泄漏到GIS体外UHF电磁波信号要比体内的信号弱，使GIS局部放电体外测

9、量的灵敏度降低。但GIS通常有许多盆式绝缘子，提供了多处可供UHF信号测量的窗口，对于GIS内的每一处放电，都可从距放电源最近的盘式绝缘子处接收信号，从而减小了信号传播路径上的衰减，提高了UHF传感器的综合灵敏度。图9-10外置环形天线 图9-11体外UHF传感器电晕测试a)测试装置示意图b)天线不同角度的局放测试图9-12便携式UHF传感器a)便携式UHF传感器结构b)频率特性9.3.2 局部放电故障定位技术局部放电故障定位技术1.1.常规内部故障监测与定位常规内部故障监测与定位(1)(1)光学检测法光学检测法(2)X(2)X射线照像射线照像 (3)(3)红外定位技术红外定位技术 (4)(4

10、)电磁技术电磁技术 (5)(5)化学检测法化学检测法 (6)(6)声波检测法声波检测法 图 9-13 点光源的照度计算示意 图9-15 局部放电检测系统结构图9-16自由导电杂质超声波频谱图9-17自由导电粒子的放电振动频谱a)杂质为铝末、钢丝b)杂质为铜导线2.新型内部故障定位检测新型内部故障定位检测(1)超高频（UHF）法(2)外壳振动法(3)GIS故障定位器(4)GIS内部放电检测仪 图9-18固定毛刺的放电振动频谱图9-19定位器电路原理图图9-20局部放电相位图9.3.3 局部放电脉冲电流额度的数字测量局部放电脉冲电流额度的数字测量l.局部放电的特征局部放电的特征 2.测量系统方块图

11、测量系统方块图3.脉冲电流频度数字测量的特点脉冲电流频度数字测量的特点 脉冲电流频度的数字测量，它利用局部放电的相位特征，通过相位选择的方法，将各相局部放电的脉冲电流单独分离出来，再用不平衡法求取不平衡指数，消除干扰信号的脉冲电流，以此求得每一相局部放电脉冲的电流的个数，对脉冲电流个数的计数进行比较和分析，确定局部放电的相别及严重程度。虽从原理上看，它的抗干扰性和直观性比已应用的脉冲电流法要好些。同步信号被测信号传感器滤波显示基准信号采样放大整形单片机图9-21测量系统结构模型GIS局部放电试验装置阻抗局放仪常规局放检测盘式绝缘子高压试验变压器水电阻高压套管绝缘存储示波器变压器UHF局放检测装

12、置在线检测在线检测装置简介装置简介导电杆GIS外壳盘式绝缘子天线屏蔽横坐标：频率,180MHz/div纵坐标：信号幅值,10dBm/div顶线坐标：-20dBm频谱图金属颗粒群GIS 筒体导电杆盆式绝缘子金属颗粒对GIS 筒体导电杆盆式绝缘子0200400600800100012001400160002004006008001000120014001600 1 2 3视 在 放电量(pC)UHF信 号幅值(mV)局放 特征缺陷类型UHF 信号波形特征常规局部放电信号波形特征放电相位高压端金属尖刺1.在初始放电时，为单个脉冲波形，电压升高后为刷状波形2.电压升高，UHF 信号幅值增大1电压峰值区

13、域的放电重复率高2电压升高，放电量略有增大1.放电集中于电源电压的峰值处2.初 始 放 电 发 生 于 电 源 相 角 的 正 半周，正半周信号强于负半周。金属颗粒对间隙1 间隙固定，电压升高，放电次数增加，UHF 信号幅值基本不变2 UHF 信号为规则的单脉冲波形，幅值稳定3 间隙增大，初始放电电压增大，UHF 信号幅值增大。1 间隙固定，电压升高，放电次数增加，放电量基本不变2 脉冲波形，幅值稳定3 间隙增大，初始放电电压增大，同时放电量也增大。1 放电发生的相位规律性强，多集中于电压波形正半周的上升沿或负半周的下降沿2 正负半周放电量及 UHF 幅值基本对称筒 体 表 面自 由 金 属颗

14、粒1.UHF 信号为单脉冲波形2.外加电压不变时，UHF 信号大小不定，具有随机性3.电压升高，UHF 幅值增大1.总体放电量很小，常规局部放电检测仪未测到信号1.初 始 放 电 集 中 于 电 源 电 压 波 形的峰值附近2.正半周 UHF 幅值高于负半周单金属颗粒1 波形呈多个邻近或重叠的脉冲2 同等电压条件下，UHF 信号幅值变化范围大，电压升高后，UHF信号幅值也增加3 电压升高，放电次数增加1 电压升高后，放电量迅速增加2 电压升高，放电次数增加1 放电多集中于峰值附近2 正负半周放电量及 UHF 幅值不对称，负半周信号远强于正半周3 初始放电多发生于负半周，电压升高后正半周也出现放

15、电悬浮电位1 UHF 幅值很高，在 2V 以上2 UHF 信号为规则的单脉冲波形，幅值和间隔均匀3 电压增大，放电脉冲增多，幅值基本不变1 放电量大，在 4000pC 以上2 电压变化，放电量基本不变3 电压增大，放电脉冲增多1 放电规律性强，多发生在电压波形的负半周的下降沿和正半周的上升沿2 正负半周放电量及 UHF 幅值基本对称盆 式 绝 缘子表面非金属物1 UHF 信号为分离的脉冲波形2 外加电压不变时，UHF 信号幅值变化较大3 电压增大，放电脉冲增多1 放电量随电压升高而急剧增大2 放 电 量 分 散 性 较 大,具 有 随 机性。1 当电压较低时，放电主要集中于电压负半周，电压升高

16、后，正半周放电明显增强9.4 真空断路器的监测真空断路器的监测9.4.1 触头磨损的监测触头磨损的监测1.触头磨损的测定 通常在停电时进行，方法为（1）按触头超行程尺寸来判断，在真空断路器合闸状态下测定超行程的尺寸，若小于规定尺寸（初始触头超行程量触头容许磨损量），则应更换真空灭弧室。（2）在机构的某处或真空灭弧室的触头连杆上，刻上标记或目标线，以便目测。若在真空断路器合闸状态下，在触头连杆接近灭弧室侧作红色标记，随触头磨损的增加，红色标记将逐步进入灭弧室内，如果标记完全移入灭弧室，则说明触头磨损量过大，需要更换真空灭弧室。上述两种方法只是定性的监测，随机性大。若在真空断路器上设置超程监视装置

17、，即可对真空断路器的超程进行监测，并及时报警。2.超程监视装置9-28 超程监视装置1显示板2指示灯3馈线4调节钉5触头弹簧6复位弹簧7底板8绝缘子9微动开关10导杆11导板12操作臂9.4.2 真空度的在线监测真空度的在线监测如图9-30所示，真空灭弧室的压强随着存放、运行的时间增加而增加。当真空压力在允许的最大值范围内，由慢性漏气引起的压力变化可近似为线性变化，如直线“A”；零件释放气体的气量是逐渐减少的，最后趋于平衡状态，如曲线“B”。实际的压强变化曲线是上述两种因素的综合，即曲线“AB”。图9-30 灭弧室压力变化曲线 真空断路器真空度的在线监测，就是要在不改变断路器的主体结构条件下，

18、随时都可以监测其真空度的变化。具体要求如下：1）测试元件应能承受高电压、强电场、断路器操作的冲击与振动以及工作时有温升条件下的环境温度。2）测试元件的接入不应影响断路器的各项性能指标（如绝缘水平、机械寿命等）。3）在带电条件下，无论触头在分、合状态均能测量，还能承受操作过电压行波的电磁场以及电磁操动机构动作时的强磁场的干扰。满足上述要求的真空度在线监测方法主要有：电光变换法，耦合电容法及波纹管和弹簧压力平衡法。1.电光变换法电光变换法图9-31 真空度电光测试系统a)系统布置 b)工作原理1系统高压 2真空灭弧室 3屏蔽罩 4电场 5光纤 6光电变送器 7负载 8接地外壳2.耦合电容法耦合电容

19、法 图9-32 耦合电容法监测真空度的原理图a)原理图 b)等值电路图1真空灭弧室 2中间屏蔽罩 3绝缘隔板 4接地机壳3.波纹管及弹簧压力平衡原理的装置波纹管及弹簧压力平衡原理的装置图9-33真空度的波纹管监测法1-千分表 2-纹波管3-压缩弹簧4-灭弧室 图9-33是本装置的原理图。在真空灭弧室4的静端加焊一只与灭弧室内腔连通的波纹管2。在灭弧室抽真空时，波纹管处于压缩状态。安装时，在波纹外围加一只压缩弹簧3。正常情况下，灭弧室波纹管的自闭力与弹簧力相平衡，波纹管处于压缩状态。当灭弧室出现慢性漏气时，自闭力会减小。当真空度小于等于10-2 Pa时，在弹簧力作用下，静端波纹管伸长，灭弧室静端

20、产生轴向位移，其位移量与灭弧室真空度变化相对应。通过位移传感器带动千分表1（或数字显示器）进行指示。当出现突发性漏气时，将立即发出声光报警信号，并闭锁断路器。9.4.3 真空灭弧室诊断真空灭弧室诊断 若有一个灭弧室丧失真空度（如B相），那么就不能熄弧。但一般来说，装有一个有缺陷的真空灭弧室的三相断路器仍能进行开断。必须区分下列情况：1)有缺陷的灭弧室不是第一个熄弧。在这种情况下，完好的灭弧室将开断电流。从外观看，很难区分与三个完好的灭弧室的差异。2)有缺陷的灭弧室首先过零点（见图9-34），有缺陷的灭弧室会发生重燃。此时其他灭弧室承担开断任务，第三相灭弧室出现一定的电流中断。有缺陷的灭弧室的电

21、弧同时熄灭，但总的燃弧时间要长些。3)单相接地短路故障，有缺陷的灭弧室相发生接地短路故障，也不会发生断路，有很长的燃弧时间。9.5.1 温度敏感元件的监测器温度敏感元件的监测器1.电工功能材料的阻温特性电工功能材料的阻温特性 常用的电工功能材料是一种高分子PTC（正的电阻温度系数）热敏材料，其电阻率随温度的变化是非线性的，在一定温度范围内其电阻具有对温度的阶跃特性，其表征参数为升阻比：（9-3）式中 T 温度T时的电阻率；0 温度T0时的电阻率。热敏材料不需复杂的信号放大电路，抗干扰能力强；热敏元件的尺寸较小、热时间常数小于母线连接处温度变化时间元件通过反复热循环处理后，其特性稳定性和阻值重复

22、性均好图图9-35 阻温特性曲线与电压温度曲线阻温特性曲线与电压温度曲线)(lg0/T9.5 电器设备温度在线监测电器设备温度在线监测2.PTC元件的测温原理元件的测温原理图中1为电工功能材料热敏元件，将其粘附在被测量点处；2是由热敏元件、电子线路及辅助电源组成的传感器。将PTC元件的阻值变化转换为电压信号，再调制成光信号发送出去。光信号的传递大多采用光纤进行，以减小光在传递过程中的能量损失；也可用电磁波发射传输温度信息，这种传送信息的方式一方面可以完全不受主电路周围强磁场的干扰，另一方面也解决了高电位测量的难题；处于低电位的信号接收器将光信号放大解调后，还原为电压信号，经AD转换器变为数值量

23、送入微型计算机处理，并做出显示和超温报警。图图9-37 9-37 测温原理图测温原理图 1.母线温度的在线监测母线温度的在线监测（1）光学传感器法）光学传感器法 光微薄硅温度传感器可用于温升的在线监测，该技术已在变电站设备的状态监测中获得应用59。它是利用对温度敏感的光微薄硅材料制成的温度探头（见图9-38），装置是由一薄硅片构成，在它的中段的顶部和底部蚀刻出矩形槽，然后在薄硅片顶粘贴上一层玻璃，该玻璃与硅片的热膨胀系数不同。当此处温度变化时，因二种材料不同的热膨胀系数，在其内部产生内应力，内应力改变了槽的深度。用光纤将多色光送入照射槽，反射出的调制光也经光纤送出，调制的输出信号是用光学干涉测

24、量方法测量的。调制多色光的主波长随槽的深度变化（纳米数量级）而改变。图图9-389-38 光微薄硅温度传感器光微薄硅温度传感器 9.5.2 母线连接处温度在线监测母线连接处温度在线监测（2）光纤法）光纤法 图图9-39 9-39 分布型光纤温度测量原理分布型光纤温度测量原理 分布型光纤传感系统集光学时域反射技术、非线性光谱技术、光纤传感技术、弱信号检测、计算机处理等技术于一体，可对光纤沿线数公里内各点的温度连续实时测量，定位精度可达米的数量级，测温精度可达1，所以非常适合于大型变压器组、高压电力电缆、大型发电机定子绕组以及母线上的温度分布的在线测量。（3）红外线测量方法）红外线测量方法 将穿过

25、感应线圈的硅钢片绕在主母线上形成封闭的磁回路。当主母线中通过电流时，感应线圈中便可提供足以使传感器工作的电源。电子传感器的核心为由石英晶体组成的振荡器，它能随温度的变化而产生出不同频率的信号，后者再经过电子线路转换成光信号，最终以数字码的形式由红外发光二极管发射出去，传送给红外光接收器。图图9-40 9-40 非接触式在线温度多点监测系统非接触式在线温度多点监测系统 2.开关柜温度监测开关柜温度监测该监测仪的关键技术：该监测仪的关键技术：1)高压隔离 2)抗干扰措施 3)供电方式 4)热稳定性问题 图图9-41 温度监测仪原理图温度监测仪原理图最高温度显示即时温度显示警点处理接口最高温度发生时刻显示感应电源温度检测警点温度设置光电接收电光转换计算机处理时钟调整通信联网接口9.6 断路器的机械故障监测与诊断断路器的机械故障监测与诊断操作运行特性的监测高压断路器操作线圈电流的在线监测主操作杆上机械负载特性的在线监测振动信号的在线监测9.6.1 断路器分合闸线圈电压特性及速度特性在线监测方法断路器分合闸线圈电压特性及速度特性在线监测方法图图9-43 9-43 在线监测单片机应用系统在线监测单片机应用系统 9.6.2 便携式高压断路器微机检测系统便携式高压断路器微机检测系统图图9-44 9-44 高压断路器微机检测系统框图高压断路器微机检测系统框图