大连理工大学网络教育学院
本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目： 浅析电气设备绝缘状态检测技术
层 次： 专科起点本科
专 业： 电气工程及其自动化
年 级： 年 季
学 号：
学 生：
指导教师：
完成日期： 2022年5月18日
电气设备绝缘损坏占设备故障的很大比重，在电力系统中常常由于某一部分或某一电气设备的绝缘遭到损坏而引起事故，破坏了电力系统工作的可靠性，给国民经济带来了巨大损失。发电厂作为电力系统的电能生产基地，其主要电气设备的运行安全性至关重要。为了保证电气设备绝缘的正常工作，必须对绝缘材料和绝缘结构的耐电性能进行理论和实验的充分研究。
然而绝缘状态在线检测结果超标并不能表示设备故障，必须与常规检测试验及设备历史运行状况结合，才能准确判断出设备的绝缘状况，从而制定合理的设备检修或维护方案，保证电气设备的安全稳定运行。本文通过对绝缘材料的电气特性及绝缘特性的检验方法作了全面详细的介绍。通过分析提出我国状态在线检测技术发展的问题所在，并提出利用在线检测技术对电气设备绝缘状况进行跟踪检测的重要性和必要性。
关键词：电气设备 ；绝缘状态 ；检测技术
目 录
1.1 设备绝缘状态检测的意义............................................................................. 1
1.2 绝缘状态检测技术现状................................................................................. 1
1.2.1 国外检测技术发展现状..................................................................... 1
1.2.2 国内检测技术发展现状..................................................................... 2
2.1.2 绝缘材料的电气性能......................................................................... 4
2.2.1 绝缘电阻和吸收比............................................................................. 5
2.2.2 泄露电流测量与直流耐压试验......................................................... 7
2.2.3 介质损耗角正切值测量..................................................................... 8
2.3 绝缘状态在线检测技术................................................................................. 9
3 油浸电力变压器绝缘检测及应用............................................................................. 12
3.1 油浸电力变压器绝缘检测原理..................................................................... 12
3.2 油浸电力变压器绝缘检测实例分析............................................................. 12
1 绪论
1.1 设备绝缘状态检测的意义
电气设备是电力系统中最重要的控制和保护设备。电气设备状态检测是对电气设备经济安全运行评估的基础，是融合传统电气设备、传感器技术、自动控制、信号处理等多学科知识的前沿研究方向之一。状态检测是以先进的监测设备和诊断技术为基础，应用系统工程的方法进行综合分析判断和评估，从而查明设备内部状况，掌握缺陷性质，预测隐患的发展趋势和设备寿命。
目前，发电厂主要电气设备的检修仍采用定期检修，定期检修存在两方面的不足:一是设备存在着潜在的不安全因素时，因未到检修期限而不能及时排除隐患；二是设备状态良好，但已到检修时间，就必须检修。检修时又缺少以往设备运行的状态记录，要检修的内容不明确，存在很大的盲目性，造成人力、物力和时间的浪费，检修效果也不好。状态检修是根据设备的运行状况进行检修，因此状态检修的前提是必须要作好电气设备状态在线检测。状态检测有两个主要的优点:一是能够及时发现设备缺陷，做到防患于未然；二是为电气主设备的运行管理提供方便，为检修提供可靠的依据，减少人力、物力和时间的浪费，从而提高检修效率[1]。
长期以来，运用绝缘预防性试验来诊断设备的绝缘状况起到了很好的效果，但由于预防性试验周期的时间间隔可能较长，以及预防性试验施加的电压有的较低，试验条件与运行状态相差较大，因此就不易诊断出被测设备在运行情况下的绝缘状况，也难以发现在两次预防性试验时间间隔之间发展的缺陷，这些都容易造成绝缘不良事故。而且绝缘预防性试验一般要求在温度50℃以上和相对湿度65%以下进行，同时还要对系统进行停电作业，工作量大，而且繁锁。同时，试验电压大多在1OkV以下，不能反映出电力设备在运行状态下的绝缘状态。因此，电力系统多次发生预防性试验合格的电气设备在运行中烧坏和爆炸。通过带电试验，可以对电力设备在运行电压下的绝缘状况进行掌握，同时也比低电压下测试绝缘状态更为有效地发现各类绝缘缺陷。
1.2 绝缘状态检测技术现状
1.2.1 国外检测技术发展现状
状态检测在美国、加拿大等国家发展较快，可能有两方面的原因:其一是设备制造厂家生产的产品质量一致性较好，材质好，设备出现故障的概率很小；第二是西欧国家劳动力造价高，如果投入大量的试验人员进行预试，试验费用等开支很大，相对来讲，投入设备的经费要低一些，因此发展在线测量就具有更大意义。随着计算机技术及电子技术的飞速发展，实现电气设备运行的自动监控及绝缘状况在线监测，并对电气设备实施状态监测和检修已成为可能。
实施状态检测应具备三个方面的基本内容，第一是运行高压电气设备应具有较高的质量水平，也就是设备本身的故障率应很低；第二是应具有对监测运行设备状况的特征量的在线监测手段；第三是具有较高水平的技术监督管理和相应的智能综合分析系统软件。其中在线监测绝缘参数是状态监测的基本必备条件。
通过将实时监测和现场采集的各种参数、数据录入计算机数据库，同时建立标准判据，形成每个设备的状态参数的历史曲线，自动绘制参数品质变化趋势，并与标准数据进行比较，发现问题及时提出处理建议，指导运行调整各种参数，为观察和分析设备的健康状况提供依据，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。根据这些数据制定相应的检修对策，其他使用人员可以通过网页看到由专业人员提供的趋势、警告、诊断和分析结论。这一技术的运用可以杜绝检修决策的主观性和随意性，减少决策失误和重复劳动，规范状态检修工作程序。系统可对全厂所选定的状态检修设备进行基本数据的记录、分类，所有参数经自动或人工进入微机后会自动生成过程曲线，各参数及设备健康状况一目了然。
1.2.2 国内检测技术发展现状
目前我国电气设备绝缘检测仍以定期预防性试验为主，主要有绝缘电阻测试、泄漏电流、介质损耗角正切值测试、耐压试验等。常规检验方法可以从某种程度上预防电气设备因绝缘损坏造成的事故发生，但是绝缘损坏是循序渐进的过程，常规检测方法不能及时发现和正确掌握设备绝缘状况及变化发展规律，因此电力系统经常发生预防性试验合格的电气设备在运行中烧坏和爆炸。虽然我国电气设备绝缘在线监测技术的发展己有十多年的历史，技术上日臻完善，然而由于种种原因使得某此技术问题未能得到彻底解决，它们或者影响测量精度，或者影响对测量结果的分析判断，在一定程度上影响了在线监测技术的推广应用。这些技术问题有的属于理论性的，例如在线监测和停电试验的等效性、测量方法的有效性、大气环境变化对监测结果的影响等，问题的解决需要加强基础研究，积累在线检测系统的运行经验，并制定相应的判断标准。另一类则属于测量方法和系统设计方面的问题，例如通过传感器设计及数字信号处理技术来提高监测结果的可信度，采用现场总线控制等技术提高监测系统的抗干扰能力，简化安装调试及维修工作等。妥善解决这些问题将有助于提高在线监测系统的质量和技术水平。状态检测的问题己经讨论了好几年，很多科研单位都投入了极大的热情，攻克了许多技术难题，电力系统也投入了许多资金进行尝试，但成效并不显著。要把状态检测工作搞好，作好规划工作是关键。电力系统作为用户和设备的运行管理单位应该对状态检测做出总体要求，当好指挥长。具体的工作应要求主设备制造厂来完成。这样，既可以使检测项目更加完善，又可以使高压电气设备的状态检修达到更佳的效果[2]。
1.3 本文的主要内容
本文研究的是电气设备绝缘状态监测技术。全文共分为四章，各章内容简介如下：
第一章：绪论，简述课题的背景和意义、论题的国内外发展现状，介绍论文的主要内容；
第二章：绝缘检测方法概述，对常规绝缘检测试验方法及在线检测技术进行
简单论述；
第三章：油浸电力变压器绝缘检测及应用；
本文最后对全文进行总结，并指出了研究课题的未来发展方向。
2 绝缘检测方法概述
2.1 绝缘材料及性能
2.1.1 绝缘材料
绝缘材料(又称电介质)，通俗地讲，就是能够阻止电流在其中通过的材料即不导电的材料。常用绝缘材料有气体、液体、固体三大类。气体绝缘材料包括空气、六氟化硫(SF6)等，液体绝缘材料有变压器油、电缆油、电容器油等，固体绝缘材料分为无机绝缘材料、有机绝缘材料等。无机绝缘材料有云母、石棉、电瓷、玻璃，主要用于电机和电器的线圈绝缘、直流电机换向器片间绝缘、开关底板、绝缘子等，多用来制造绝缘漆或直接被覆导线、线圈。绝缘材料应用广泛，种类繁多，是电气工程中不可缺少的重要材料。例如电机、电器、变压器中使用的绝缘材料种类，电气设备对绝缘材料的要求除电气性能外，还对绝缘材料的以下性能提出要求。
（1）机械性能。绝缘材料在使用中，除受电压的作用外，还须承受机械力的作用。如架空输电线的绝缘子，就起着悬挂或支架导线的作用；在施放电缆时，电缆的绝缘层要受到卷曲、拉伸的作用力。
（2）热性能。电气设备在运行中会发热。因此，绝缘材料也要受到热的作用。长时间热的作用也会加速绝缘材料老化，以致丧失绝缘性能。绝缘材料，特别是脆性材料(像玻璃、陶瓷、硬塑料等)在剧烈变化的温度(热冲击)作用下，由于在材料的内、外层间形成温差和不均匀的热膨胀(或收缩)，可能形成裂缝。
（3）吸潮性。对于温度大的地区要尽量采用吸湿性小的材料，或对材料进行表面防潮处理。一般如果材料具有多孔毛细管状结构，那么它的吸水性能比结构稠密、均匀的材料要高得多。
（4）化学性能及抗生物特性。这主要是材料的稳定性，如固体绝缘材料的抗腐蚀性(氧、臭氧、酸、碱、盐类的溶液和蒸汽的作用)和抗溶剂的稳定性(耐油性、耐漆性等)，液体介质的抗氧化性能(反映为酸价的增加等)，工作在湿热带和亚热带地区的绝缘还要注意材料的抗生物特性，需采用防霉剂和除虫涂料等。
2.1.2 绝缘材料的电气性能
绝缘材料电气性能的好坏，直接影响电气设备运行的可靠性和安全性。当电气设备的绝缘材料电气性能变坏时，可能导致绝缘击穿，引起设备损坏事故。所以，早期预测绝缘电气性能的变化，可以防止事故发生。
(一)绝缘材料泄漏电流(电介质的电导)
在电场作用下绝缘材料中的带电质点沿电场方向运动就形成了泄漏电流。这种泄漏电流与金属导体中的电流有本质区别，其中之一体现在导体的电阻率很小，例如，金属电阻率为10-8．，10-4Ωm，而绝缘材料的电阻率很高，达107～1020Ωm。泄漏电流的大小与绝缘材料本身有关，与外加电场大小有关，而与外电场的变化频率无关。
固体绝缘材料的泄漏路径，一是通过材料内部，二是通过材料表面。通过材料内部的泄漏电流的大小与温度有关，温度越高，材料中的导电离子数越多，则泄漏电流越大：同时它与材料内部是否受潮有关，受潮后泄漏电流显著增大。而表面泄漏电流大小与绝缘材料是否受潮、是否脏污有关。当天气潮湿，材料表面又脏污时，其表面泄漏显著增大[3]。
(二)绝缘材料的极化
绝缘材料是由带正电及带负电的质点构成。在外加电场的作用下，这些带电压点将沿着电场方向作有限地位移，或有规律的排列，并对外显示出极性。当外电场消失时，又恢复原状，这种现象就称为电介质极化。而各种绝缘材料的极化特性是不一样的，其极化的强弱、快慢各不相同。
l、电子式极化
当物质原子里的电子轨道受到外电场的作用时，它将相对于原子核产生位移，这就是电子式极化。当外电场去掉后，依靠正、负电荷间的吸引力而整个呈现非极性，所以这种极化没有损耗。温度对电子极化影响不大。
2、离子式极化
固体无机化合物多数属离子式结构，如云母、陶瓷材料等。无外电场作用时，不呈现极性。在外电场作用下，使整个分子呈现极性。离子式极化也属弹性极化，几乎没有损耗。形成极化所需时间也很短，约10-13s。
温度对离子式极化的影响，存在着相反的两种因素，即离子间结合力随温度升高而降低，使极化程度增加，但离子的密谋随温度升高而减小，则使极化程度降低，通常前一种因素影响比较大。
3、偶极子极化
偶极子是一种特殊的分子，好像分子的一端带正电荷，另一端带负电荷似的，因而形成一个永久性的偶极矩。具有这种永久性偶极子的电介质称为极性电介质。
