局部放电试验理论与实际应用(共15页)

1、精选优质文档-倾情为你奉上局部放电试验理论与实际应用1 基本概念1.1局部放电的产生和放电过程 采用固体绝缘的电工产品，如塑料电缆、电机、胶纸套管以及浇注变压器等，都难免在绝缘结构中含有气隙，产生气隙的原因很多，有的是在产品制造中就残留在绝缘结构中；有的是在使用中有机材料进一步固化或裂解而放出气体形成的；有的是在使用中承受机械力如震动、热胀冷缩等造成的局部开裂。这些气隙在电场作用下就会产生局部放电。最简单的情况是在介质内部含有一个气隙，如图1所示。图中c代表气隙，b是与气隙串联部分的介质，a是除了b之外其他部分的介质。假定这一介质是处于平行板电极之中，在交流电场作用下，气隙和介质中的电过程可以

2、用图2所示的等效电路来分析。 从等效电路图可见，在工频电场中气隙的电场强度比介质中电场强度高，而另一方面气体的击穿场强即气隙发生击穿时的电场强度一般都比固体的击穿场强低。因此，在外加电压足够高时，气隙首先被击穿，而周围的介质仍然保持其绝缘特性，电极之间并没有形成贯穿性的通道，这种现象就称为局部放电。在液体和固体的组合绝缘结构中，如油纸电容套管、油纸电缆、油浸式流变、压变、油纸电容器（耦合电容器）、油浸变压器等等，由于在制造中采取了真空干燥浸渍等工艺，可以使绝缘体中基本上不含有气隙，但却不可避免地存在着充满绝缘油的气隙。这些油的介电常数通常也比固体介质为小，而击穿场强又比固体介质低，因此，在油隙

3、中也会发生局部放电，不过与气隙相比要在高得多的电场强度下才会发生。还应当注意的是，即使在介质中不含有气隙或油隙，只要是介质中的电场分布是极不均匀的，也就可能发生局部放电。例如埋在介质中的针尖电极或电极表面上的毛刺，或其他金属屑等异物附近的电场强度，要比介质中其他部位的电场强度高得多。当局部的电场强度达到介质的本征击穿场强时，介质局部击穿而形成了局部放电。如果外施电压是正弦交流电压，当电压瞬时值上升使得气隙上的电压Uc达到气隙的击穿电压Ucb时，气隙发生击穿放电。由于放电的时间极短，可以看作气隙上的电压由于放电而在瞬间下降了Uc，于是气隙上的实际电压低于气隙的击穿电压，放电暂停。此后气隙上的电压

4、又随外加电压瞬时值的上升而上升，直到气隙上的电压又回升到气隙的击穿电压Ucb时，气隙又发生击穿放电，此时气隙上的电压又下降Uc，于是放电又暂停。假定气隙表面电阻很高，前一次放电产生的空间电荷没有泄漏掉，则这时气隙中的放电电荷建立的反向电压为-2Uc。依此类推，如果在外加电压的瞬时值达到峰值之前发生了n次放电，每次产生的电荷都量相等的，则在气隙中放电电荷建立的电压为-nUc。在外加电压过峰值后，气隙上的外加电压分量U外逐渐减小，当U外=-nUc时，气隙上的实际电压为零。外施电压的瞬时值继续下降，当U外-nUc=Ucb时，即气隙上实际的电压达到击穿电压时，气隙又发生放电，不过放电电荷移动的方向决定

5、于在此以前放电电荷所建立的电场E内，于是减少了原来放电所积累的电荷，使气隙上的实际电压为U外-（n-1）UcUcb于是放电暂停。此后随外施电压继续下降到负半周，当重新达到-U外-（n-1）Uc=Ucb时，气隙又发生放电，放电后气隙上的电压为U外-（n-2）UcUcb，于是放电又停止。依此类推直到外加电压达到负峰值，这时气隙中放电电荷建立的电压为nUc。随着电压回升，在一段时间内-U外+nUcUcb不会出现放电，直到U外+nUc=Ucb时气隙又发生放电。放电后气隙上的电压为U外+（n-1）UcUcb，于是放电又暂停。此后随着外加电压升高放电又继续出现。由此可见，在正弦交流电压下，局部放电是出现在

6、外加电压的一定相位上，当外加电压足够高时，在一个周期内可能出现多次放电，每次放电有一定间隔时间。电压越高放电次数就越多。1.2表征局部放电的参数在气隙中产生局部放电时，气隙中的气体分子被游离而形成正负带电质点，在一次放电中这些质点所带的正（或负）电荷总和称为实际放电量q。由于气隙经常是处于介质内部，因而无法直接测得q，但根据图2所示的等效电路当CC上的电荷变化时，必然会反映到CO上电荷和电压的变化，即试样两端出现电荷和电压的变化。因此可以根据这种变化来表征局部放电。a、 视在放电电荷 视在放电电荷是指局部放电时，一次放电在试样两端出现的瞬变电荷。根据图2等效电路所示，因为局部放电的放电时间极短

7、，可以假定在放电过程中，一方面电源来不及供给补充电荷，另一方面各个电容上的电荷也没有泄漏掉。因此当气隙放电而造成CC上的电压下降Uc时，各电容上的电荷重新分配，因此Ca上的电压也下降了Ua。 qa就是视在放电电荷，视在放电电荷与实际放电电荷的关系：qa=q×Cb/（Cb+CC） 通常气隙是得薄的，即CCCb因此qa往往比q小得多。应当注意，真正代表放电大小的是q，只有在Cb/（Cb+CC）相同时才能通过qa的大小来表明实际放电的大小。 在实际测量中是用一规定的标准瞬变电荷注入试样两端，使得在局部放电检测仪器上的读数与试样局部放电时在同一检测仪器上（灵敏度不变）测得最大的读数相等，这个

8、注入的电荷量就是试样的视在放电电荷。即通常所称的放电量。放电量的单位为库仑C或微微库pC。b、 放电重复率（或放电次数）放电的重复率是指单位时间内局部放电的平均脉冲个数。通常是以每秒中放电的次数来表示。在气隙中的放电次数与反映到试样两端电压脉冲的次数是完全相等的，但要注意的是实际测量中脉冲计数器需要大于一定电平的信号才能触发计数，因此，测得的放电次数只是放电量大于一定值或在一定范围的放电次数。c、 放电的能量放电能量是指在一次放电中所消耗的能量。单位用焦耳表示。d、 放电的平均电流平均电流是指在一定时间间隔T内视在放电电荷绝对值的总和除以时间间隔T。当qa=C、T为S时，单位用安培表示。e、

9、放电的均方率放电的均方率是指在一定时间间隔T内视在放电电荷的平方之和除以时间间隔T。当qa=C、T为S时，单位用C2/S表示。f、 放电功率放电功率是指局部放电时，从试样两端输入的功率，也就是在一定时间内视在放电电荷与相应的试样两端电压的瞬时值u之乘积，除以时间间隔T。当qa=C、u为V时，放电功率单位为W。g、 局部放电起始电压Ui局部放电起始电压是指试样产生局部放电时，在试样两端施加的电压值。在交流电压下用有效值（伏）表示。在实际测量中，施加电压必须从低于起始放电的电压开始，按一定速度上升。同时，为了能在灵敏度不同的测试装置上所测的起始电压进行比较，一般是以视在放电电荷超过某一规定值时的最

10、小电压值为起始放电电压。h、 放电的熄灭电压Ue放电熄灭电压是指试样中局部放电消失时试样两端的电压值。在交流电压下是以有效值（伏）表示。在实际测量中电压应从稍高于起始放电电压值开始下降。为了能在不同灵敏度的测试装置上测得的放电熄灭电压进行比较，一般是以视在放电电荷低于某一规定值时的最高电压为放电熄灭电压。 上述八个表征局部放电的参数中，视在放电电荷、放电重复率和放电能量是基本的表征参数。平均电流、均方率和放电功率是表征放电量和放电次数的综合效应，并且是在一定时间内局部放电累积的平均效应。放电起始电压和熄灭电压则是以施加在试样两端的电压特征值来表示局部放电起始和熄灭的。2 局部放电测量的基本方法

11、局部放电的测试都是以局部放电所产生的各种现象为依据，通过能表述该现象的物理量的测量来表征局部放电的状态。因此测试的方法很多，有脉冲电流法（测试样两端电荷的变化），电桥法（测放电能量损耗），无线电干扰电压法（测放电产生的无线电干扰电压），以及许多非电检测法（测局部放电所发生的声、光、热以及放电生成物）。其中脉冲电流法的灵敏度最高，而且可以分别测得放电量（视在放电电荷）、放电重复率以及平均电流、放电能量等，是最基本最广泛采用的一种方法。2.1脉冲电流法的测量原理 根据局部放电的等效电路图2可知；产生局部放电时试样两端会出现电荷的变化，与试样两端联接的测试回路中就会有脉冲电流。根据测试回路的特点，脉

12、冲电流法又可分为“直测法”和“平衡法”二种。 直接测量局部放电所产生的脉冲电流在检测阻抗两端响应的脉冲电压称直测法。测试回路可分为并联测试回路和串联测试回路。 进行局部放电测试时，经常会遇到各种干扰。特别在现场进行测量时遇到的干扰更为严重。这时若用直测法来测量，试样的局部放电信号经常会被干扰信号所掩盖或无法识别。而用平衡法来测量就可以得到较好的效果。平衡法的主要特点就在于抗外来干扰的能力强。局部放电测量的基本回路如图3：    图3 局部放电测量的基本回路   (a)测量阻抗与耦合电容器串联回路；(b)测量阻抗与试品串联回路；(c)平衡回路 图中：Zf高

13、压滤波器；Cx试品等效电容；Ck耦合电容； Zm测量阻抗；Z调平衡元件；M测量仪器2.2局部放电测量回路中对各元器件的要求    a. 耦合电容Ck。Ck在试验电压下不应有明显的局部放电。    b. 测量阻抗Zm。测量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。    c. 测量仪器M。测量仪器的频带 ，现场进行局部放电试验时，可根据环境干扰水平选择相应的仪器。当干扰较强时，一般选用窄频带测量仪器，例如f0=(30

14、200)KHz，f=(515)KHz；当干扰较弱时，一般选用宽频带测量仪器，例如f1=(1050)KHz，f2=(80400)KHz。对于f2=(110)KHz的很宽频带的仪器，具有较高的灵敏度，适用于屏蔽效果好的试验室。    d. 视在放电量的校准     确定整个试验回路的换算系数K，称为视在放电量的校准，换算系数K受回路Cx、Ck、Cs(高压对地的杂散电容)及Zm等元件参量的影响。因此，试验回路每改变一次必须进行一次校准。     校准的基本原理  

15、;   视在放电量校准的基本原理是：以幅值为U0的方波通过串接小电容C0注入试 品两端，此注入的电荷量为：式中 U0方波电压幅值，V； C0电容，pF；Q0电荷量，pC。         直接校准法     将已知电荷量Q0注入试品两端称为直接校准，其目的是直接求得指示系统和以视在放电量Q表征的试品内部放电量之间的定量关系，即求得换算系数K。这种校准方式是由国家标准GB735487局部放电测量推荐的。直接法和平衡法测量回路的直接校准电路，如图4所

16、示，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0=U0C0注入试品两端，则指示系统响应为L。取下校准方波发生器，加电压试验，当试品内部放电时，指示系统响应为L。由此则可得换算系数 Kh为 图4 直接校准的接线 (a)直接法测量的直接校准接线；(b)平衡法测量的直接校准接线     则视在放电量Q为 式中 Q视在放电量，pC； U0方波电压幅值，V；C0电容，pF；Kh换算系数。    为了使校准保证有一定的精度，C0必须满足 式中 Cm测量阻抗两端的等值电容。  间接校准法   

17、60; 将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端称为间接校准，其目的是求得回路衰减系数K1。直接法和平衡法测量回路的间接校准电路，如图5所示。 图5 间接校准的接线 (a)直接法测量的间接校准接线；(b)平衡法测量的间接校准接线      图5中的Cs是高压对地的总杂散电容，其值随试品和试验环境的不同而变化，是个不易测得的不定值。因此，通常以测量的方式求得回路衰减系数K1，其方法是：接好整个试验回路，将已知电荷量Q0注入测量阻抗Zm两端，则指示系统响应为。再以一等值的已知电荷量Q0注入试品Cx两端，则指示系统响应为。这两个不同的响应之比即为回路哀减

18、系数K1，即 则视在放电量      直接法校准时，加电压试验的校准方波发生器需脱离试验回路，不能与试品内部放电脉冲直观比较。间接法校准时，校准方波发生器可接在试验回路并能与试品内部放电脉冲进行直观比较。因此，目前国内外的许多检测仪器均设计成具有间接校准的功能。 校准时的注意事项 (a) 校准方波发生器的输出电压U0和串联电容C0的值要用一定精度的仪器定期测定，如U0一般可用经校核好的示波器进行测定；C0一般可用合适的低压电容电桥或数字式电容表测定。每次使用前应检查校准方波发生器电池是否充足电。 (b) 从C0到CX的引线应尽可能短直，C0与校

19、准方波发生器之间的连线最好选用同轴电缆，以免造成校准方波的波形畸变。 (c)  当更换试品或改变试验回路任一参数时，必须重新校准。 3  电力设备的局部放电试验 3.1 电力设备局部放电试验前对试品的要求     a.本试验在所有高压绝缘试验之后进行，必要时可在耐压试验前后各进行一次，以资比较。     b.试品的表面应清洁干燥，试品在试验前不应受机械、热的作用。     c.油浸绝缘的试品经长途运输颠簸或注油工序之后通常应静止48h后，能进行试

20、验。 d.测定回路的背景噪声水平。背景噪声水平应低于试品允许放电量的50%，当试品允许放电量较低(如小于10pC)时，则背景噪声水平可以允许到试品允许放电量的100%。现场试验时，如以上条件达不到，可以允许有较大干扰，但不得影响测量读数。 3.2 变压器局部放电试验 3.2.1 试验及标准 国家标准GB1094-85电力变压器中规定的变压器局部放电试验的加压时间步骤，如图6所示。 图6 变压器局部放电试验的加压时间及步骤其试验步骤为：首先试验电压升到U2下进行测量，保持5min；然后试验电压升到U1，保持5s；最后电压降到U2下再进行测量，保持30min。U1、U2的电压值

21、规定及允许的放电量为 电压下允许放电量Q500pC或          电压下允许放电量Q300pC式中 Um设备最高工作电压。      试验前，记录所有测量电路上的背景噪声水平，其值应低于规定的视在放电量的50%。      测量应在所有分级绝缘绕组的线端进行。对于自耦连接的一对较高电压、较低电压绕组的线端，也应同时测量，并分别用校准方波进行校准。      在电压升至U2及由U2再

22、下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。     在整个试验时间内应连续观察放电波形，并按一定的时间间隔记录放电量Q。放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高的脉冲可忽略，但应作好记录备查。整个试验期间试品不发生击穿；在U2的第二阶段的30min内，所有测量端子测得的放电量Q，连续地维持在允许的限值内，并无明显地、不断地向允许的限值内增长的趋势，则试品合格。      如果放电量曾超出允许限值，但之后又下降并低于允许的限值，则试验应继续进行，直到此后30min的期间内局部放电量不超过允许的限值，试

23、品才合格。利用变压器套管电容作为耦合电容Ck，并在其末屏端子对地串接测量阻抗Zk。 3.2.2 试验基本接线     变压器局部放电试验的基本原理接线，如图7所示。 图7 变压器局部放电试验的基本原理接线 (a) 单相励磁基本原理接线； (b)三相励磁基本原理接线； (c) 在套管抽头测量和校准接线 Cb变压器套管电容 3.2.3 试验电源     试验电源一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。现场试验的理想电源，是采用电动机发电机组产生的中频电源。3.2.

24、4  局部放电定位采用“多端测量多端校准” 法3.2.5 现场试验     现场试验一般在下面3种情况下，需要进行局部放电试验：     a. 新安装投运时（220kV及以上的变压器必须进行）；     b. 返厂修理或现场大修后； c. 运行中必要时。 3.3 互感器的局部放电试验 3.3.1 试验接线     互感器局部放电试验原理接线，如图8所示。 图8 互感器局部放电试验的原理接线 (a)

25、 电流互感器； (b) 电压互感器     Ck耦合电容器；C铁芯；Zm测量阻抗；F外壳； L1、L2电流互感器一次绕组端子；K1、K2电流互感器二次绕组端子； A、X电压互感器一次绕组端子；a、x电压互感器二次绕组端子  3.3.2 试验及标准      国家标准GB558385互感器局部放电测量关于仪用互感器局部放电允许水平，见表1。表1 仪用互感器局部放电允许水平 接地形式互感器形式预加电压10s测量电压1min绝缘形式允许局部放电水平pC电网中性点绝缘或经消弧线圈接地电流互感器和相对地电

26、压互感器 1.3 Um1.1 Um 1)液体浸渍固 体1002501.1Um /3液体浸渍固 体1050相对相电压互感器1.3 Um1.1 Um液体浸渍固 体1050电网中性点有效接地电流互感器和相对地电压互感器0.8×1.3 Um1.1Um/3液体浸渍固 体1050相对相电压互感器1.3 Um1.1 Um液体浸渍固 体1050 注：1)只在制造厂与买主间协商后，才能施加这些电压。      试验期间试品不击穿，测得视在放电量不超过允许的限值，则认为试验合格。     为防止励磁电流过

27、大，电压互感器试验的预加电压，可采用150Hz或其它合适的频率作为试验电源。    试验应在不大于测量电压下接通电源，然后按表2规定进行测量，最后降到测量电压下，方能切除电源。     放电量的读取，以相对稳定的最高重复脉冲为准，偶尔发生的较高脉冲可以忽略，但应作好记录备查。3.3.3 现场试验      运行中的互感器进行局部放电时，由于受变电所现场客观条件的限制，又无适当的电源设备，则可按以下方法进行。3.3.3.1 电磁式电压互感器 试验电压一般可用电压互感器

28、二次绕组自励磁产生，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图9、图10所示。 图9 电磁式电压互感器试验接线 图10 接有Ck的试验接线采用两组二次绕组串联励磁，以减小试验的励磁电流。     试验标准如下：     允许背景干扰水平；20pC；     预加电压：根据设备情况适当施加预加电压；    测量电压：1.1Um/3，其中Um为设备最高工作电压；  允许放电量：20pC。外壳可并接在X，也可直接接地。以150

29、Hz的频率作为试验电源，在次级读取试验电压时，必须考虑试品的容升电压。容升电压的参考值，见表2。表2 容升电压的参考值 电压等级110kVJCC1-220JCC2-220容升电压4%8%16% 3.3.3.2 电流互感器      电流互感器局部放电试验，试验电压由外施电源产生，杂散电容Cs代替耦合电容Ck，其接线如图11所示。互感器若有铁芯C端子引出，则并接在B处。电容式互感器的末屏端子也并接在B处。外壳最好接B，也可直接接地。试验变压器一般按需要选用单级变压器串接(例如单级电压为60kV的3台变压器串接)，其内部放电量应小于规定的

30、允许水平。      当干扰影响现场测量时，可利用邻近相的互感器连接成平衡回路，其接线如图11、图12所示，邻近相的互感器不施加高压。 图11 电流互感器试验接线 图12 抑制干扰的平衡法接线Tr试验变压器；C铁芯；F外壳 Cx被试互感器；Cc邻近相互感器    试验标准如下：     预加电压：根据设备情况适当施加预加电压；    测量电压：1.1Um/3，其中Um为设备最高工作电压；    允

31、许放电量：20pC；    允许背景干扰水平：20pC以下。    3.3.4套管      变压器套管局部放电试验时，其下部必须浸入一合适的油筒内，注入筒内的油应符合油质试验的有关标准，并静止48h后才能进行试验。试验时以杂散电容Cs取代耦合电容器Cs，试验接线如图13所示。穿墙套管局放不需放入油筒。图13 变压器套管试验接线 Cb套管电容；L电容末屏 套管局部放电的试验电压，由试验变压器外施产生，可选用电流互感器试验时的串激式试验变压器外施加压。3.3.5 部分电力设备局部放电量的

32、允许水平见表3： 表3 有关电力设备局部放电量的允许水平 设备名称高压施加方式预加电压试 验 电 压允许放电量pC备 注电压kV时间s电压kV时间min交接运行中 220kV变压器1)外施、自激见备注见备注(1) 1.5Um/3(2) 1.3Um/330(1)500(2)300-GB1094.185电力变压器预加电压要求是：在1.5Um/3电压下，5min；升压至Um，5s；降到1.5Um/3，30min110kV及以上油浸纸流变2)、压变2)外施0.8×1.3Um101.1Um/311020(1)背景噪声允许水平为20pC(现场测量)(2)中性点有效接地系统(3)中性点非有效接地系

33、统详见GB5583-85LRGBJ干式流变外施0.8×1.3Um10出厂1.2Um/3验收1.1Um/3出厂5验收100按北京天威安装使用说明书根据DL/T596-1996油浸纸绝缘套管外施-(1) 1.05Un/3(2) 1.5Un/3-1020GB4109-83交流电压高于1000V的套管通用技术条件1.5Un/3的试验电压仅适应于变压器、电抗器套管气体绝缘套管外施-1.05Un/3-1020STB干式套管外施-出厂1.05Um/3交接1.0Um/3-10按北京天威安装使用说明书耦容外施0.8×1.3 Um101.1Um/313030 GB4705-84耦合电

34、容器及电容分压器固体绝缘互感器外施、自励 1.3Um 10(1)1.1Um(必要时)(2) 1.1Um/31(1)250(2)50(1)500(2)100GB5583-85、DL/T 596-1996注：1)运行中的变压器，若无倍频或中频加压设备，在工频励磁时，测量电压应根据条件尽可能高，允许放电量与持续时间不作规定。       2)运行中的电流互感器，若无预加电压设备，预加电压和测量电压值见3.3.3条中规定。       3)运行中的电压互感器，若无

35、预加电压设备，预加电压和测量电压值见3.3.3条中规定。       4)在“标准的来源”一栏中须注意：        a.国家标准GB1094-85电力变压器是适用于220kV及以上的变压器。国家标准GB4109-83交流电压高于1000V的套管通用技术条件中对于低于35kV的变压器套管和复合式套管是否需要进行局部放电试验，均由供需双方协议。        b.其余出自国家标准者，均未指明设备的电压等级。        c.国家标准一般指出厂试验，交接试验一般也按该标准执行。        d.运行中的标准是按原水利电力部颁发的电气设备预防性试验规程执行。        Um设备最高工作电压。        Un设备额定电