局部放电试验

1、第三章 局部放电试验第一节 局部放电特征及原理一、局部放电的特征 局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱电或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。 局部放电是一种复杂的物理过程除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，

2、还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。从电性方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。如果绝缘中存在有气泡，当工频高压施加于绝缘体的两端时，如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压，则气泡上的电压就随外加电压的变化而变化。若外加电压足够高，即上升到气泡的击穿电压时，气泡发生放电，放电过程使大量中性气体分子电离，变成正离子和电子或负离子，形成了大量的空间电荷，这些空间电荷，在外加电场作用下迁移到气泡壁上，形成了与外加电场方向相反的内部电压，这时气泡上剩余电压应是两者叠加的结果，当气泡上的实际电压小于

3、气泡的击穿电压时，于是气泡的放电暂停，气泡上的电压又随外加电压的上升而上升，直到重新到达其击穿电压时，又出现第二次放电，如此出现多次放电。当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。其中电荷q称为视在放电量。二、局部放电的机理1局部放电的发生机理 局部放电的发生机理可以用放电间隙和电容组合的电气的等值回路来代替，在电极之间放有绝缘物，对它施加交流电压时，在电极之间局部出现的放电现象，可以看成是在导体之间串联放置着2个以上的电容，其中一个发生了火花放电。按照这

4、样的考虑方法，将电极组合的等值回路如图所示。图3-1 电极组合的电气等值回路 在图3-1中，Cg：是串入绝缘物中放电间隙（比如气泡）的电容；Cb：是和Cg串联的绝缘物部分的电容；Cm：除了Cb和Cg以外的电极之间的电容。设电极间总的电容为Ca，则（3-1） 在这样的等值回路中，当对电极间施加交流电压Vt（瞬时值）时，在Cg上不发生火花放电的情况下，加在Cg上的电压vt由下式表示（3-2） 在这样的等值回路中，当对电极间施加交流电压Vt（瞬时值）时，在Cg上不发生火花放电的情况下，加在Cg上的电压vt由下式表示在图中，随着外施电压Vt的升高，vt也随着增大，vt达到Cg的火花电压vp时，在Cg上

5、就产生火花放电。这时，Cg间的电压和式中的vt逐渐发生差异，如设它为vg由于放电的原因，vg迅速地从vp下降到vr（剩余电压）。现设在Cg间，经过t秒后放出的电荷为Q（t），则式中，Cgr是从Cg两端看到的电容，它等于（3-3） 这里，将vg从vp大致变成vr的时间称为局部放电脉冲的形成时间。当将这些量表示成时间的函数时，成为图3-2的曲线。（3-4） 所以得到 （3-5） 图3-2 Cg间的放电电荷和电压随时间变化的曲线 局部放电脉冲的形成时间，除了极端不均匀电场和油中放电的情况之外，一般是在以下，而且认为vr大致是零。在上述前提下，观察一下各个电气量的情况（局部放电几个主要参量）。 (1)

6、视在放电电荷q。它是指将该电荷瞬时注入试品两端时，引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量，视在电荷一般用pC(皮库)来表示。 (2)局部放电的试验电压。它是指在规定的试验程序中施加的规定电压，在此电压下，试品不呈现超过规定量值的局部放电。 (3)局部放电能量。是指因局部放电脉冲所消耗的能量。 (4)局部放电起始电压Vi。当加于试品上的电压从未测量到局部放电的较低值逐渐增加时，直至在试验测试回路中观察到产生这个放电值的最低电压。实际上，起始电压ui是局部放电量值等于或超过某一规定的低值的最低电压。 (5)局部放电熄灭电压Ve。当加于试品上的电压从已测到局部放

7、电的较高值逐渐降低时，直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的最低电压。实际上，熄灭电压ue是局部放电量值等于或小于某一规定值时的最低电压。 下面所述的电压，电容，电荷及电能的单位分别采用(V)(F),(C)及(J)表示。 根据式（3-5），各个局部放电脉冲的放电电荷为（3-6）设，则可得（3-7）应用式（3-4）及式（3-6），各个局部放电的能量w为（3-8）设 （即），则可得（3-8）其次，设由于局部放电引起试品电极间的电压变化为，则 （3-10） 利用式（3-6），消去，可得 （3-11） 引入新的参数q （3-12） 利用式（3-1），经过变换后，可写成下列形式 （3-13） 在实际测

8、量中，由于测量 和 是可能的，所以，能够求出q，但是qr一般是求不出的。由式（3-8），放电能量w为从电极间来看，就好像是q的电荷已经放掉一样，发生了的电压变化。q称为视在的放电电荷。由式 可知，。在，或时，q为 （3-14） （3-15） 利用式（3-6）和式（3-13），可得（3-16） 即，对于单一气泡放电的情况，若能测量局部放电起始电压 和q的话，就可求出放电能量。2、局部放电的分类 局部放电是由于电气设备绝缘内部存在的弱点，在一定外施电压下发生的局部的和重复的击穿和熄灭现象。随着绝缘内部局部放电的发生，将伴随着如光、热、噪音、电脉冲、介质损耗的增大和电磁波放射等现象的发生。这种放电可

9、能出现在固体绝缘的空穴中，也可能在液体绝缘的气泡中，或不同介电特性的绝缘层间，或金属表面的边缘尖角部位。所以以放电类型来分，大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及电晕放电。当时，w近似为（3-18） （1）内部放电 在电气设备的绝缘系统中，各部位的电场强度往往是不相等的，当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，发生在绝缘体内的称为内部局部放电。当绝缘介质内出现局部放电后，外施电压在低于起始电压的情况下，放电也能继续维持。该电压在理论上可比起始电压低一半，也即绝缘介质两端的电压仅为起始电

10、压的一半，这个维持到放电消失时的电压称之为局放熄灭电压。而实际情况与理论分析有差别，在固体绝缘中，熄灭电压比起始电压约低5-20。在油浸纸绝缘中，由于局部放电引起气泡迅速形成，所以熄灭电压低得多。这也说明在某种情况下电气设备存在局部缺陷而正常运行时，局部放电量较小，也就是运行电压尚不足以激发大放电量的放电。当其系统有一过电压干扰时，则触发幅值大的局部放电，并在过电压消失后如果放电继续维持最后导致绝缘加速劣化及损坏。（2）表面放电 如在电场中介质有一平行于表面的场强分量，当其这个分量达到击穿场强时，则可能出现表面放电。这种情况可能出现在套管法兰处、电缆终端部，也可能出现在导体和介质弯角表面处，见

11、图3-3。内介质与电极间的边缘处，在r点的电场有一平行于介质表面的分量，当电场足够强时则产生表面放电。在某些情况下，可以计算空气中的起始放电电压。图3-3 介质表面出现的局部放电图3-4 表面局部放电波形 表面局部放电的波形与电极的形状有关，如电极为不对称时，则正负半周的局部放电幅值是不等的，见图3-4。当产生表面放电的电极处于高电位时，在负半周出现的放电脉冲较大、较稀；正半周出现的放电脉冲较密，但幅值小。此时若将高压端与低压端对调，则放电图形亦相反。（3）电晕放电 电晕放电是在电场极不均匀的情况下，导体表面附近的电场强度达到气体的击穿场强时所发生的放电。在高压电极边缘，尖端周围可能由于电场集

12、中造成电晕放电。电晕放电在负极性时较易发生，也即在交流时它们可能仅出现在负半周。电晕放电是一种自持放电形式，发生电晕时，电极附近出现大量空间电荷，在电极附近形成流注放电。现以棒板电极为例来解释，在负电晕情况下，如果正离子出现在棒电极附近，则由电场吸引并向负极运动，离子冲击电极并释放出大量的电子，在尖端附近形成正离子云。负电子则向正极运动，然后离子区域扩展，棒极附近出现比较集中的正空间电荷而较远离电场的负空间面电荷则较分散，这样正空间电荷使电场畸变。因此负棒时，棒极附近的电场增强，较易形成。 在交流电压下，当高压电极存在尖端，电场强度集中时，电晕一般出现在负半周，或当接地电极也有尖端点时，则出现

13、负半周幅值较大，正半周幅值较小的放电。 第二节 局部放电测试方法 随着电力设备电压等级的提高，人们对电力设备运行可靠性提出了更加苛刻的要求。我国近年来110kV以上的大型变压器事故中50是属正常运行下发生匝间或段间短路造成突发事故，原因也是局部放电所致。局部放电检测作为一种非破坏性试验，越来越得到人们的重视。 虽然局部放电一般不会引起绝缘的穿透性击穿，但可以导致电介质（特别是有机电介质）的局部损坏。若局部放电长期存在，在一定条件下会导致绝缘劣化甚至击穿。对电力设备进行局部放电试验，不但能够了解设备的绝缘状况，还能及时发现许多有关制造与安装方面的问题，确定绝缘故障的原因及其严重程度。因此，高压绝

14、缘设备都把局部放电的测量列为检查产品质量的重要指标，产品不但在出厂时要做局部放电试验，而且在投入运行之后还要经常进行测量。对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验。 根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，可以有很多测量局部放电的方法。总的来说可分为电测法和非电测法两大类，电测法包括脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等，非电测法包括声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。一、电测法 局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动。每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质，引起试样外部电极上的电压变化。另外，每次放电过程持续时间

15、很短，在气隙中一次放电过程在10 ns量级；在油隙中一次放电时间也只有1s。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理。常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等。1脉冲电流法 脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。脉冲电流法的基本测量回路见图 图中C代表试品电容，Z（Z）代表测量阻抗，Ck代表耦合电容，它的作用是为Cx与Zm之间提供一个低阻抗的通道。Z代表接在电源与测量回路间的低通滤波器，Z可以让工频电压作用到试品上，但阻止被测的高频脉冲或电源中的高频分量通过。 图3-5（a）为并联测量回路，

16、试验电压U经Z施加于试品Cx，测量回路由Ck与Zm串联而成，并与 Cx并联，因此称为并联测量回路。试品上的局部放电脉冲经Ck耦合到Zm上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接地的情况，在实际工作中应用较多。 图3-5（b）为串联测量回路 ，测量阻抗Zm串联接在 试品Cx低压端与地之间，并经由Ck形成放电回路。因此，试品的低压端必须与地绝缘。 图3-5（c）为桥式测量回路，又称平衡测量回路。试品Cx与耦合电容Ck均与地绝缘，测量阻抗Zm与Zm分别接在 Cx与Ck的低压端与地之间。测量仪器M测量Zm与Zm上的电压差。图3-5测量局部放电的基本回路 2无线电干扰电压法（RIV） 无

17、线电干扰电压法，包括射频检测法，最早可追溯到1925年，Schwarger发现电晕放电会发射电磁波，通过无线电干扰电压表可以检测到局部放电的发生。国外目前仍有采用无线电干扰电压表检测局部放电的运用，在国内，常用射频传感器检测放电，故又叫射频检测法。较常用射频传感器有电容传感器、Rogowski线圈电流传感器和射频天线传感器等。 RIV方法能定性检测局部放电是否发生，甚至可以根据电磁信号的强弱对电机线棒和没有屏蔽层的长电缆进行局部放电定位；采用Rogowski线圈传感器也能定量检测放电强度，且测试频带较宽（130MHz）。3介质损耗分析法（DLA） 局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电消耗的

18、能量直接相关的，因此对放电消耗功率的测量很早就引起人们的重视。在大多数绝缘结构中，随着电压的升高，绝缘中气隙（或气泡）的数目将增加。此外局部放电的现象将导致介质的损坏，从而使得tg大大增加。因此可以通过测量tg的值来测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。 介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在的辉光或者亚辉光放电。由于辉光放电不产生放电脉冲信号，而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉冲电流法检测装置中难以检测出来。但这种放电消耗的能量很大，使得tg很大，故只有采用电桥法检测tg才能判断这种放电的状态和带来的危害。但是，DLA方法只能定性的测量局部放电是否发生，基本不能检测局部

19、放电量的大小，这限制了DLA方法的运用。二、非电检测法 局部放电发生时，常伴有光、声、热等现象的发生，对此，局部放电检测技术中也相应出现了光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。较之电检测法，非电量检测方法具有抗电磁干扰能力强、与试样电容无关等优点。1超声波法测试局部放电 利用测超声波检测技术来测定局部放电的位置及放电程度，这种方法较简单，不受环境条件限制。但灵敏度较低，不能直接定量。在进行局部放电测量中当发现变压器有大于5000pc的故障放电，超声波声测量方法常用于放电部位确定及配合电测法的补充手段。但声测法有它独特的优点，即它可在试品外壳表面不带电的任意部位安置传感器，可较准确地测定放

20、电位置，且接收的信号与系统电源没有电的联系，不会受到电源系统的电信号的干扰；因此进行局部放电测量时，以电测法和声测法同时运用。两种方法的优点互补，再配合一些信号处理分析手段，则可得到很好的测量效果。 局部放电测量通常选用密封结构的超声传感器，其结构原理见图3-6。它是直接把压电陶瓷安装在金属外壳之上，带动外壳一起振动，并在金属壳里填充树脂作为密封。 用超声探头获得由局部放电引起的超声信号，并用数字式局部放电仪或波形记录仪记录波形作定位测试。声测法原理框图如图3-7所示。图3-6 超声传感器的原理结构图1金属外壳；2陶瓷振动子；3底座；4填充树脂；5引出脚 如将14个声探头的信号同时记录下并在屏

21、上显示所测到的波形，对局部放电作定位测量很有利。当与电测法联合测量时，有助于判断所测到的信号是否为内部放电。 当仪器对变压器进行超声测量时，屏上按所探测的声通道数在屏上同时显示14路波形，测量人员移动光标到认为是放电声信号的位置，程序即自行计算出放电点距探头的位置。若为3个以上的测量点，则由给定的各探头光标计算出放电点的光标位置。图3-7 声测法原理框图 用于互感器等试品时，在靠近高压部分则用光纤连接，有时装设12个传感器即可，前置放大器仅用一个。 当设备内部有故障放电时（几千到几万皮库），这时利用电信号作为仪器触发信号，也即以电信号作为时间参考零点，然后以13个通道采集声信号，仪器A/D采样

22、频率可选在500kHz或1MHz并移动传感器位置，使能有效地测到超声信号，见图3-8。测得电信号与声信号的时间差t就可计算出放电点与传感器的位置的距离，s=vt，一般计算取。图3-8 超声测量信号波形 2光检测法 对于绝缘内部的局部放电，只有透明介质才宜用光检测法，例如聚乙烯绝缘电缆芯通过水介质扫描用光电倍增管观察。但该方法灵敏度较低，局限性大，较适宜于检测暴露在外表面的电晕放电。 利用视觉检测局部放电，要在眼睛对于黑暗习惯了以后，在黑暗的环境中进行。这时，为了增强视力和对高压保持一定间隔距离，使用大倍率的望远镜是很有效的。 为了记录发生放电的位置，采用长时间曝光的照相机进行拍照是有效的。而且

23、，还有在预先想到可能发生放电的位置，先放好感光胶片，通过直接感光进行放电的记录。 3热检测法 由于局部放电在放电点会发热，当故障较严重时，局部热效应是明显的，可用预先埋入的热电偶来测量各点温升，从而确定局部放电部位。这种方法既不灵敏也不能定量，因而在现场测量中一般不用这种方法。 4放电产物分析法 油纸绝缘材料在局部放电作用下会分解产生各种气体，分析局部放电时产生的化学生成物，例如用色谱分析仪测量高压电气设备的油中，由于放电产生的微量可燃性气体。从而推断局部放电的程度，从而判断故障类型，已在生产实际中广泛应用，并取得较好的效果。各种气体中对判断故障有价值的气体有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、

24、乙烯(C4H4)、乙炔(C2H2)、氢(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等。 绝缘中存在局部放电时，当放电较小并在故障点引起的温度高于正常温度不多时，由油裂解的产物主要是甲烷和氧；当局部放电故障扩大，形成局部爬电或火花、电弧放电时，会引起局部高温，产生乙炔、乙烯和一氧化碳、二氧化碳。如利用四种特征气体的三比值法，可用来判断变压器故障性质，但实际上对电力设备进行绝缘故障判断时，仅根据一次测量数据往往是不够的，宜利用色谱分析，观察各有害气体随时间的增量。并和局部放电超声测量和电测法数据作比较，进行综合判断，才能更加有效地判断故障性质。 当故障涉及到固体绝缘时，会引起一氧化碳和二氧化碳含

25、量的明显增长。但根据现有统计资料，固体绝缘的正常老化过程与故障情况下劣化分解，表现在油中一氧化碳的含量上，一般情况下没有严格的界限；二氧化碳含量的规律更不明显。因此，在考察这两种气体含量时更应注意结合具体变压器的结构特点，如油保护方式、运行温度、负荷情况、运行历史等情况加以分析，以尽可能得出正确的结论。第三节 局部放电波形分析及图谱识别一、局部放电的波形分析 图3-5中检测阻抗Zm可由电阻、电感、阻容并联元件、电感电容并联元件等构成。而对于局部放电脉冲而言，可用图3-9的回路来计算检测阻抗Zm上的波形。图3-9 计算Zm上电压波形的等值回路1、Zm为R时，Zm上的波形 实际上是方波加于阻容串联

26、回路时电阻上的波形，电容为Cx与Ck的串联。R上的波形是一个陡直上升、指数下降的曲线（图3-10（a）曲线1），其方程是（3-19） 由此可见，uR的幅值为q/Cx，CA一定时，uR的幅值与视在放电量q成正比。一般气隙放电，脉冲的前沿仅约微秒左右。当时间常数TR远大于此值时，可视脉冲为方波而得到（3-19）式。如果TR和脉冲前沿时间可以比拟时，则uR的表达式便不能用（3-19）式了。假定脉冲波的前沿是指数上升的，则uR便是一个双指数波。此外，如果是油中电晕之类的脉冲，其前沿时间可达数微秒甚至更长，即使TR为若干微秒，二者也是可比拟的，此时uR也是双指数波，图3-10（a）曲线2为此波形的示意图

27、。2、Zm为时的输出波形 输出波形ucr仍为指数衰减波，但幅值降低，时间常数加大了。其方程为图3-10 检测阻抗上的波形3、Zm为Lm时的输出波形 因为Lm中总有一定的电阻，整个回路也有一定的损耗，所以Lm的输出波形是一个衰减振荡波，其包络线是指衰减曲线，近似的方程为（3-20） （3-21） 为回路损耗造成的衰减时间常数的倒数。图3-10曲线1为uL的波形示意图。uL的幅值与uR相同，均为q/Cx。如果脉冲的前沿时间与振荡周期可以比拟时，则uL的波形如图3-10曲线2，其幅值比曲线1的小，包络线是双指数波。 4、Zm为LmCm并联元件时的输出波形 一般选择的Cm值比Ck、Cx都大得多，故振荡

28、频率主要决定于LmCm值。LmCm元件上的波形方程为（3-22） 的含义同式（3-21）。由式可见，uLC的幅值小于uL，振荡周期加大了。考虑到 ，并选 则（3-23） 由此可见，uLC的幅值与q成正比而与Cx几乎无关，振荡频率也只受LmCm控制，也就是说，我们可以根据需要选定输出电压的频带而与试品电容无关。5、Zm为LmRmCm并联元件时的输出波形 输出波形仍然时一个衰减振荡 曲线，与 式相似。但电阻Rm接入后，振荡的衰减加快，振荡周期加长，总的来说，是一个衰减较快的振荡波。加入Rm以加速衰减的目的，在于使重复的局部放电脉冲在Zm上造成的输出不致首尾相互叠加，以加强回路脉冲分辨的能力。 检测

29、阻抗Zm上的电压（即检测信号）是相当小的，必须经过放大 才能使仪器上有明显的指示。经放大器放大后的脉冲信号的峰值可由示波器测量，除此之外，示波器上还可以看出放电发生在工频的什么相位，测定脉冲波形和放电次数，观察整个局部放电的特征。以确定放电的大致部位和性质。示波器可用水平扫描和椭圆扫描。水平扫描时全屏偏转相当于一个周期，并与试验电压同步，以确定脉冲的相位。椭圆扫描也是每扫一周相当于试验电压一个周期。图3-11为两种扫描时屏上波形的示意图。 在局部放电试验时，除绝缘内部可能产生局部放电外，引线的联接，电接触以及日光灯，高压电极的电晕等，也可能会影响局部放电的波形。为此，要区别绝缘内部的局部放电与

30、其他干扰的波形，图3-12就是几种典型的波形。图3-11 示波器上的显示图3-12 典型放电的示波图二、局部放电的图谱识别 图3-13为不同类型的局部放电示波图，示波图是在接近起始电压时得到的。其中图（a）、（b）、（c）、（d）为局部放电的基本图谱，（e）、（f）、（g）为干扰波的基本图谱。图3-13 接近起始电压时，不同类型局部放电的示波图 （a）中，绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙，放电脉冲叠加于正与负峰之间的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等。但有时上下幅值的不对称度3：1仍属正常。放电量与试验电压的关系是起始放电后，放电量增至某一水平时，随试验电压上升放电量保持不变。熄灭电

31、压基本相等或略低于起始电压。 （b）中，绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙，多属浇注绝缘结构。放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置，对称的两边脉冲幅值及频率基本相等，但有时上下幅值的不对称度3:1仍属正常。放电刚开始时，放电脉冲尚能分辨，随后电压上升，某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动，同时会出现幅值较大的脉冲，脉冲分辨率逐渐下降，直至不能分辨。起始放电后，放电量随电压上升而稳定增长，熄灭电压基本相等或低于起始电压。 （c）中，绝缘结构中仅含有一个气隙位于电极的表面与介质内部气隙的放电响应不同。放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前，两边的幅值不尽对称，幅值大的频率低，幅值小的频率高。两幅值之比通常大

32、于3：1，有时达10：1。总的放电响应能分辨出。 放电一旦起始，放电量基本不变，与电压上升无关。熄灭电压等于或略低于起始电压。 （d）中，(1 )一簇不同尺寸的气隙位于电极的表面，但属封闭型；(2 )电极与绝缘介质的表面放电气隙不是封闭的。放电脉冲叠加于电压的止及负峰值之前两边幅值比通常为3:1，有时达10：1。随电压上升，部份脉冲向零位方向移动.放电起始后，脉冲分辨率尚可;继续升压，分辨率下降直至不能分辨。放电起始后放电皇随电压的上升逐渐增大，熄灭电压等于或略低于起始电压。如电压持续时间在10 min以后，放电响应会有些变化。 （e）干扰源为针尖对平板或大地的液体介质。较低电压下产生电晕放电

33、，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰值处.放电源处于高电位；如位于正峰处放电源处于低电位。这可帮助判断电压的零位，一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处、每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等，幅值较小的一簇幅值相等、较密。一簇较大的脉冲起始电压较低，放电量随电压上升增加；一簇较小的脉冲起始电压较高，放电量与电压无关，保持不变；电压上升，脉冲频率密度增加，但尚能分辨；电压再升高，逐渐变得不可分辨。 （f）针尖对平板或大地的气体介质。较低电压下产生电晕放电，放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位于负峰处，放电源处于高电位；如位于正峰处，放电源处于低电位。这可帮助判断电压

34、的零位。起始放电后电压上升，放电量保持不变，惟脉冲密度向两边扩散、放电频率增加，但尚能分辨；电压再升高，放电脉冲频率增至逐渐不可分辨。 （g）悬浮电位放电。在电场中两悬浮金属物体间，或金属物与大地间产生的放电。 波形有两种情况：(1) 正负两边脉冲等幅、等间隔及频率相同；(2 )两边脉冲成对出现，对与对间隔相同，有时会在基线往复移动。起始放电后有3种类型：1)放电量保持不变，与电压无关，熄灭电压与起始电压完全相等。（2）电压继续上升，在某一电压下，放电突然消失。电压继续上升后再下降，会在前一消失电压下再次出现放电。(3)随电压上升，放电量逐渐减小，放电脉冲随之增加。第四节 局部放电测试中的干扰

35、及抗干扰措施一、局放干扰的来源 广义的局放干扰是指除了与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰以外，还包括影响监测系统本身的干扰，诸如接地、屏蔽、以及电路处理不当所造成的干扰等。现场局放干扰特指前者，它可分为连续的周期型干扰、脉冲型干扰和白噪声。周期型干扰包括系统高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等。脉冲型干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型干扰。周期脉冲型干扰主要由电力电子器件动作产生的高频涌流引起。随机脉冲型干扰包括高压线路上的电晕放电、其他电气设备产生的局部放电、分接开关动作产生的放电、电机工作产生的电弧放电、接触不良产生的悬浮电位放电器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。 电磁干

36、扰一般通过空间直接耦合和线路传导两种方式进入测量点。测量点不同，干扰耦合路径会不同，对测量的影响也不同；测量点不同，干扰种类、强度也不相同。二、局放干扰的分类 由种种原因引起的干扰将严重地影响局部放电试验。假使这些干扰是连续的而且其幅值是基本相同的(背景噪声)，它们将会降低检测仪的有效灵敏度，即最小可见放电量比所用试验线路的理论最小值要大。这种形式的干扰会随电压而增大，因而灵敏度是按比例下降的。在其他的一些情况中，随电压的升高而在试验线路中出现的放电，可以认为是发生在试验样品的内部。因此，重要的是将干扰降低到最小值，以及使用带有放电实际波形显示的检测仪，以最大的可能从试样的干扰放电中鉴别出假的

37、干扰放电响应。根据测量试验回路中可能的干扰源位置可将干扰源分为两类：第一类与外施高压大小无关的干扰，第二类是仅在高压加于回路时才产生的干扰。 干扰的主要形式如下： (1)来自电源的干扰，这类干扰只要控制、调压器与变压器等是接通的（不必升压）即可能影响测量； (2)来自接地系统的干扰，通常指接地连接不好或多重接地时，不同接地点的电位差在测量仪器上造成的干扰偏转； (3)从别的高压试验或者电磁辐射检测到的干扰，它是由回路外部的电磁场对回路的电磁耦合引起的包括电台的射频干扰，邻近的高压设备，日光灯、电焊、电弧或火花放电的干扰； (4)试验线路的放电； (5)由于试验线路或样品内的接触不良引起的接触噪

38、声。三、常用的抑制干扰方法 局部放电产生的检测信号十分微弱，仅为微伏量级，就数值大小而言，很容易被外界干扰信号所淹没，因此必须考虑抑制干扰信号的影响，采取有效的抗干扰措施。对上述这些干扰的抑制方法如下： (1)来自电源的干扰可以在电源中用滤波器加以抑制。这种滤波器应能抑制处于检测仪的频宽的所有频率，但能让低频率试验电压通过。 (2)来自接地系统的干扰，可以通过单独的连接，把试验电路接到适当的接地点来消除。所有附近的接地金属均应接地良好，不能产生电位的浮动。 (3)来自外部的干扰源，如高压试验、附近的开关操作、无线电发射等引起的静电或磁感应及电磁辐射，均能被放电试验线路耦合引入，并误认为是放电脉

39、冲。如果这些干扰信号源不能被消除，就要对试验线路的表面应光洁度好，曲率半径大，并加以屏蔽。需要有一个设计良好的薄金属皮、金属板或铁丝钢的屏蔽。有时样品的金属外壳要用作屏蔽。有条件的可修建屏蔽试验室。 (4)试验电压会引起的外部放电。假使试区内接地不良或悬浮的部分被试验电压充电，就能发生放电，这可通过波形判断与内部放电区别开。超声波检测仪可用来对这种放电定位。试验时应保证所有试品及仪器接地可靠，设备接地点不能有生锈或漆膜，接地连接应用螺钉压紧。 干扰的抑制总是从干扰源、干扰途径、信号后处理三方面考虑。找出干扰源直接消除或切断相应的干扰路径，是解决干扰最有效最根本的方法，但要求详细分析干扰源和干扰

40、途径，且一般不允许改变原有的变压器运行方式，因此在这两方面所能采取的措施总是很有限。对于经电流传感器耦合进入监测系统的各种干扰，采取各种信号处理技术加以抑制。一般从以下几方面区分局放信号和干扰信号；工频相位、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、重复率和物理位置等。在抗干扰技术中有两种不同的思路：一种是基于窄带(频带一般为10kHz至数10kHz)信号的。它通过合适频带的窄带电流传感器和带通滤波电路拾取信号，躲过各种连续的周期型干扰，提高了测量信号的信噪比。这种方法只适合某一具体的变电站，使用上不方便。此外，由于局部放电信号是一种宽频带脉冲，窄带测量会造成信号波形的失真，不利于后面的数字处理。另

41、一种是基于宽频(频带一般为10至1000kHz)信号的处理方法。检测信号中包含局放的大部分能量和大量的干扰，但信噪比较低。对于这些干扰的处理步骤一般是：a.抑制连续周期型干扰；b.抑制周期型脉冲干扰；c.抑制随机型脉冲干扰。随着数字技术的发展及模式识别方法在局放中的应用，这种处理方法往往能取得较好的效果。在后级处理中，很多处理方法是一致的。可归纳为频域处理和时域处理方法。频域方法是利用周期型干扰在频域上离散的特点处理之；而时域处理方法是根据脉冲型干扰在时域上离散的特点处理。有硬件和软件两种实现方式。 由于局部放电脉冲信号是很微弱的信号，现场的电磁干扰都将对测量结果产生较大误差，因此，要做到准确

42、测量很困难。为了提高测量精度，除了采取上述介绍的抗干扰措施外，在测量中还应可采取如下措施： （1）试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备，特别是试验变压器和耦合电容Ck。 （2）滤波器的性能要好要做到电源与测量回路的高频隔离。 （3）试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。 （4）测量回路的参数配合要适当， 耦合电容要尽量小于试品电容Cx，使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷。 （5）必须对测量设备进行校准。四、局放抗干扰措施目前存在的问题 目前抑制干扰的方法和思路虽很多，但真正成功地用于监测系统的不多，有的效果并不理想。需要在理论和应用方面作进一步的研究，如噪声干扰的特性，特别是

43、对排除了载波干扰和无线电干扰等已知的且较易排除的强大干扰后的其它干扰的特性、局部放电脉冲在电力设备中的传播规律等。 近年来，局部放电监测已广泛用于评定电力设备的绝缘状态，但由于现场存在大量干扰信号，在线监测系统的灵敏度和监测的可靠性受到了严重的影响。因此干扰的消除和抑制是电力设备局部放电在线监测的一个关键技术问题。第五节 局部放电信号特征分析一、局部放电严重程度判别 有关局部放电的标准和规程中对局部放电的描述参数是局部放电量q（视在放电量）、放电相位和每个周波的放电次数n。人们习惯于根据这些参数来判断局部放电的严重程度，尤其是局部放电量。在GIS局部放电特高频在线检测技术中，人们也期望得到有关

44、放电量的数据。然而，就特高频传感而言，检测信号的大小不仅与局部放电的真实放电量有关，还与放电源的类型和形状、特高频信号的传播路径等因素有关，因此，简单的对监测信号的大小进行防电量标定是无意义的。 目前，对特高频传感下GIS局部放电的标定及严重程度的判断仍没有成熟的方法和规程，有待于进一步研究。以下是可能的途径：（1）建立基于放电信号幅值测量、放电定位和放电类型判别的综合判断方法；（2）根据局部放电发展的历史数据和趋势进行判断。为了实现这些目标，需要积累大量的实验室试验数据和现场数据。这方面有待于进一步的工作。 二、故障信号特征 以发电机为例，当采用端部(便携式)电容传感器进行局放测量时，对于正

45、常的发电机，测试数据一般为1020mV；而有故障的发电机为50500mV。通常6kV以上的发电机其局部放电量超过100pC，甚至可以达到1000000pC；内部放电脉冲的持续时间很短，只有几个纳秒(ns)；故障放电脉冲频谱从几kHz到1GHz；通常出现在外施电压的090，180270，脉冲幅值中心分别为45和225。如果放电发生在两相绕组或线圈之间，则可能产生30的相移。内部放电正负放电脉冲次数和幅值基本相同，正负半周对称性好；槽放电正放电脉冲比负放电脉冲次数多幅值大，均为负放电脉冲的2倍以上；端部放电正负放电脉冲极不对称，正放电脉冲幅值大、数量少，负放电脉冲幅值小、数量多； 断股电弧放电幅值

46、高(放电强烈)，但电弧放电不存在固定的间隙，无固定的放电相位(外施电压为交流电压)，重复性差，且受负荷的影响。电弧放电与前三类故障放电相比有较大差异，一般采用频域识别。通过对大型发电机(600MW850MW)绕组传输特性的分析，得出了监测电弧信号的谐振频率为1MHz数量级，在线监测的数据统计分析表明，RFCT(Radio Frequency Current Transformer)监测断股电弧放电读数受负载变化的影响，但对无断股电弧发电机(600MVA850MVA)电压表读数在300V以下；如果电压表读数上升到500V1000V表示电机中有低水平断股电弧放电；若读数在3000V以上表示发生多股

47、线断股放电故障。故障放电的特征也可以用-q-n三维谱图表示。三维谱图可以更形象、直观地表示放电特征(放电幅值、相位、重复率三者之间的关系) 。 三、局放超声波信号的频谱分析 变压器的局放超声信号的频谱分布很广，且各频率的超声信号所占的分量也各不相同；超声波在线检测中的噪声主要有励磁噪声、散热器风扇和油循环油泵噪声、磁滞噪声等。这些噪声的强度超过局放超声信号。因此，要有效的检测局部放电超声信号，就应对局放超声波信号进行频谱分析，以了解噪声与超声波信号的特征。 1噪声频谱分析 根据某500kV开关站变压器的噪声频谱分析结果，变压器两侧面的最强噪声频率为，强度较次的噪声频率为；散热器侧的噪声强度高与

48、非散热器侧，两侧面的噪声频率均低于15kHz范围内，属于低频可听噪声。变压器铁芯磁噪声频率分布在10-65 kHz范围内。用截止频率为70 kHz的高通滤波器对这种低频噪声进行滤波，滤波后的噪声强度已相当弱。经滤波后的噪声频率分布范围很宽，且各种频率噪声的频谱幅值基本相当，类似于白噪声频谱。对其他电压等级变压器的噪声频谱分布于上述500 kV变压器大致相同，即分布在低于65kHz频率范围内。 2变压器局部放电超声波信号频谱分析 由于局部放电以及其产生的超声波信号都具有一定程度的随机性，使得每次局部放电超声波信号的频谱都有所不同，主要表现为频谱峰值频率的变化；但整个局部放电超声波信号的频率分布范围却变化不大。局放产生的超声波，从声学角度上分析有