西安交通大学：《高电压绝缘专论》研究生课程教学资源（课件讲稿）13 实验课1-复合绝缘老化检测与评估

西安交通大学9XI'ANJIAOTONGUNIVERSITY高电压绝缘专论-实验课-I复合绝缘老化检测与评估西安交通大学电气工程学院先进高电压与等离子体技术研究中心1898

高电压绝缘专论-实验课-Ⅰ ——复合绝缘老化检测与评估 西安交通大学 电气工程学院 先进高电压与等离子体技术研究中心

目录(1)高电压与等离子体中心3号巨构1092实验室介绍(2)油纸绝缘和硅橡胶绝缘老化平台及实验(3) 局部放电装置及实验(4)频域介电谱装置及实验(5)宽频阻抗谱装置及实验-2-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -2- 目录 （1）高电压与等离子体中心3号巨构1092实验室介绍 （2）油纸绝缘和硅橡胶绝缘老化平台及实验 （3）局部放电装置及实验 （4）频域介电谱装置及实验 （5）宽频阻抗谱装置及实验

高电压与等离子体中心3号巨构1092实验室介绍油纸绝缘介电响应诊断平台绝缘材料老化特性综合试验平台10kV长电缆局部放电试验平台绝缘件局部放电检测诊断平台电力电缆无损诊断试验平台2《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -3- 高电压与等离子体中心3号巨构1092实验室介绍 绝缘件局部放电检测诊断平台 电力电缆无损诊断试验平台 油纸绝缘介电响应诊断平台 10kV长电缆局部放电试验平台 绝缘材料老化特性综合试验平台

油纸绝缘多应力老化平台及实验电油浸式电力设备工作应力复杂绝缘材料在多场耦合下的劣化机理不明确多场M油纸绝缘中绝缘纸老化不可逆油浸式设耦合备整体寿命主要取决于固体绝缘材料寿命热机械搭建油纸绝缘电-热-机多应力老化实验平台设备工作应力复杂油纸绝缘老化实验平台老化纸样以及SEM图像电应力：最高10kV电压热应力：130°C内可控机械应力：1-2000Hz、0-5mm《高电压绝缘专论》4Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -4- 油纸绝缘多应力老化平台及实验 Ø 油浸式电力设备工作应力复杂，绝缘材料 在多场耦合下的劣化机理不明确 Ø 油纸绝缘中绝缘纸老化不可逆，油浸式设 备整体寿命主要取决于固体绝缘材料寿命 Ø 搭建油纸绝缘电-热-机多应力老化实验平台 油纸绝缘老化实验平台 电 热 机械 多场 耦合 老化纸样以及SEM图像 电应力：最高10kV电压 热应力：130℃内可控 机械应力：1-2000Hz、0-5mm 设备工作应力复杂

硅橡胶绝缘老化平台及实验复合绝缘子老化的因素有光老化（紫外辐射）、热老化、电老化（表面放电）、环V境老化（积污中酸或碱腐蚀、风沙侵蚀）等，表面放电对老化影响最为严重>搭建了以盐雾老化系统及恒温恒湿电晕老化系统为基础的多因素电晕老化试验平台>进一步完善了电晕加速老化方法，提出了多因素电晕老化试验方案，更加真实有效地模拟了复合绝缘子硅橡胶材料的自然老化过程YWX/Q-150型盐雾腐蚀箱可以产生均匀含盐微小液滴，模拟沿海地区盐雾在复合绝缘子表面的降落盐溶液浓度为32kg/m设喷雾量为2.5ml/h盐雾老化系统(a)盐分等级2级(b)盐分等级3级定能理行CRBn电源采用YD-5/50型工频EOEN[2)Y9BALPNla10.010.049.550.0无晕试验变压器，额定容50.0℃量为5kVA，最高输出电压为50kV采用水电阻70.2%作为限流电阻，高电压经由聚四氟高压套管引到恒温恒湿箱内的针电极。恒温恒湿老化箱体箱体控制界面-5-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -5- 硅橡胶绝缘老化平台及实验 Ø 复合绝缘子老化的因素有光老化（紫外辐射）、热老化、电老化（表面放电）、环 境老化（积污中酸或碱腐蚀、风沙侵蚀）等，表面放电对老化影响最为严重 Ø 搭建了以盐雾老化系统及恒温恒湿电晕老化系统为基础的多因素电晕老化试验平台 Ø 进一步完善了电晕加速老化方法，提出了多因素电晕老化试验方案，更加真实有效 地模拟了复合绝缘子硅橡胶材料的自然老化过程 YWX/Q-150型盐雾腐蚀 箱可以产生均匀含盐微小 液滴，模拟沿海地区盐雾 在复合绝缘子表面的降落。 盐溶液浓度为 32kg/m³， 设喷雾量为 2.5ml/h。 盐雾老化系统 恒温恒湿老化箱体 箱体控制界面 电源采用 YD-5/50 型工频 无晕试验变压器，额定容 量为 5kVA，最高输出电 压为50kV；采用水电阻 作为限流电阻，高电压经 由聚四氟高压套管引到恒 温恒湿箱内的针电极

局部放电检测装置及实验多源局放分离-定位-识别构建变压器内典型缺陷（尖端、悬浮、气隙和沿面）的单/多源实验室模型采用高频电流法特高频法、超声法多种局放检测方法对局部放电信号进行采集尖端悬浮高频C高频电洗检产T系统气隙沿面甜声特高频局故检易放检测系统测系线1-试验电票2-分压电容3独立套管：4独立套管：5.中性点一特高传感器超声波传感器套管：6-高压套管7-低压套管&现联：9特高频接口35kV实验平台与缺陷设置尖端气隙汽阳肤用通院沿面110kV实验平台与缺陷设置-6-《高电压绝缘专论》Xi'anJiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -6- 局部放电检测装置及实验-多源局放分离-定位-识别 •构建变压器内典型缺陷（尖端、悬浮、气隙和沿面）的单/多源实验室模型 •采用高频电流法、特高频法、超声法多种局放检测方法对局部放电信号进行采集 尖端 悬浮 气隙 沿面 气隙 尖端 沿面 35kV实验平台与缺陷设置 110kV实验平台与缺陷设置

局部放电装置及实验变电站站域局部放电检定位装置·利用较少的传感器对变电站全站高压设备开展局放巡检和定位，可有效提高变电站巡检效率，并降低大规模安装在线监测装置的成本。荣单检减影定位结果区39atn软件界面变电站站域局部放电巡检定位装置225-202025巡检装置定位局放源所在位置硬件系统框架-7《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -7- 局部放电装置及实验-变电站站域局部放电巡检定位装置 •利用较少的传感器对变电站全站高压设备开展局放巡检和定位，可有效提高变电 站巡检效率，并降低大规模安装在线监测装置的成本。 变电站站域局部放电巡检定位装置 硬件系统框架 巡检装置定位局放源所在位置 软件界面

频域介电谱装置及实验难题：缺乏对绝缘老化的无损检测手段直接法：取样难、破坏性常规检测方法绝缘纸聚合度(DP)变压器套管拉伸强度(TS)近红外光谱(NIRS)有效性差间接法：灵敏度低、油色谱分析/微水油中糠醛/甲醇含量传统方法：吊罩取样，有损/复杂介损、电容量、绝缘电阻、局放红外热成像解决方法：应用FDS对油纸绝缘无损诊断评估保连纤维质的水分和老化频域介电响应测试基本原理图热练的服状油学电车试品电压源工无需取样控制电压Z业U+o,1控无损电压表电流表制实测电压+计0,01算机实测电流L0.001-1Hz1000Hz0,001 Hz频率信息丰富、抗干扰能力强，适合现场-8-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -8- 频域介电谱装置及实验 难题：缺乏对绝缘老化的无损检测手段 n 绝缘纸聚合度(DP) n 拉伸强度(TS) n 近红外光谱(NIRS) l 直接法：取样难、破坏性 n 油色谱分析/微水 n 油中糠醛/甲醇含量 n 介损、电容量、绝缘电阻、局放 n 红外热成像 l 间接法：灵敏度低、有效性差 常 规 检 测 方 法 无需取样 无损 信息丰富、抗干扰能力强，适合现场 频 域 介 电 响 应 解决方法：应用FDS对油纸绝缘无损诊断评估 套管 传统方法：吊罩取样，有损/复杂 变压器 测 试 基 本 原 理 图

频域介电谱装置及实验频域介电谱(FDS)测量仪器FDS仪器对比国内首套参数DiranaIDAX300本设备输出电压200200400(Vp)测量频率10-4~10410-4~10410-4~5×103(Hz)分辨1pA0.5pA0.1pA率高压线性放大器测量2%+0.5%2%+0.5%2%+0.1%tand误差测量2%+3pF2%+5pF1%+2pF误差单次测试时515534间 (分钟)主动误差抑制多路合成信号源受潮不均匀评估数据数据库数据库新型频域介电响应测试设备数据库库对比对比随机森林-9-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -9- 频域介电谱装置及实验 l频域介电谱（FDS）测量仪器 国内首套 高压线性放大器 新型频域介电响应测试设备 主动误差抑制 多路合成信号源 参数 IDAX300 Dirana 本设备 输出电压 （Vp） 200 200 400 测量频率 （Hz） 10 -4~10 4 10 -4~5×10 3 10 -4~10 4 I 分辨 率 0.5pA 1pA 0.1pA tanδ 测量 误差 2%+0.5% 2%+0.5% 2%+0.1% C 测量 误差 2%+3pF 2%+5pF 1%+2pF 单次测试时 间（分钟） 51 55 34 评估数据 库 数据库 对比 数据库 对比 受潮不均匀 数据库 随机森林 FDS仪器对比

频域介电谱装置及实验●案例1：不同运行年限的变压器24年（松岗）23年（莲塘）10年（水田）2号主变0.12UB0.011E-3101001000IE-41E-30.010.1-f/HzFDS现场测试图不同运行年限的FDS曲线高压端介电响应测试仪运行年限越长,FDS曲线逐渐上CGCS升的趋势;C(10年内)短期运行变压器.nt老化规律不明显测量端变压器长期运行变压器(10年以上），老化规律明显FDS测试接线方案-10-《高电压绝缘专论》Xi'an Jiaotong University

Xi’an Jiaotong University 《高 电 压 绝 缘 专 论》 -10- l 运行年限越长,FDS曲线逐渐上 升的趋势； l 短期运行变压器（10年内）， 老化规律不明显； l 长期运行变压器（10年以上） ，老化规律明显。 频域介电谱装置及实验 l案例1：不同运行年限的变压器 FDS测试接线方案 FDS现场测试图 不同运行年限的FDS曲线