破坏性试验-局部放电的测量（高电压技术课件）

局部放电的测量

变压器超声波法定位

超声波法定位

变压器的结构复杂而庞大，定位问题显得更为突出。目前已提出了很多方法，其中最主要的是电测法的多端测量定位和声测法定位两种方法。局部放电产生的超声波在媒质中是定向传播，可以通过各种方法从测得的超声波信号来作图或计算出放电的位置。（1）多点测量计算方法

在变压器外壳的同一侧面上，安放m个接收超声波信息的探头，用直角空间坐标标明各探头及放电源的位置，如x1、x2和x3为局部放电点的坐标，如xi1、xi2和xi3为第i个探头所在位置的坐标。设xi4为第i个探头接收到的超声波信号的时延，x4为等值波速度，于是m个测量点可以列出m个方程在这组方程中，要求出四个未知的变量，即x1、x2、x3和x4，可以采用迭代法，由计算机求出方程组的最小二乘法最优解。这种方法最大的优点是波速不取固定数而由计算得出。要取得比较准确的结果，探头数不能太少，一般要取20个左右。（2）作图法

根据测量探头的位置和放电信号到达各探头的时延的差别，用作图的方法来确定放电的位置，由于测试的方法不同，作图法又可分为好几种，这里列举两种主要的。一种是用两个探头同时接收超声波信号，移动其中的一个探头，使超声波信号同时到达两个探头，假定超声波传播到这两个探头的速度也相等，则可以判断放电点发生在通过两个探头连线的中点，并与连线垂直的平面上。如图所示，将一探头固定在位置①，移动另一部探头到位置②时，两个探头接收到的超声波信号时延相等，则放电可能在ABCD平面上，因为在这个平面上的任何一点，到①、②两点的距离都是相等的；然后，将探头移到位置③、④，若接收到的超声波信号时延相等，则放电发生在EFGH面上，但放电点是同一个，它同时存在于这两个面上，说明它只可能发生在这两个面的相交线上，最后，再把探头放在BC线上的位置⑤、⑥，同样可以测得放电发生在IJKL面上，于是最后可以确定这三个面的交点P就是放电的位置。

如果超声波从P点传播到m点的等效速度v是已知的，则只要测出传播到m点的时延tm,就可以计算出P点位置，而不必在⑤、⑥两点进行测量或者测得出超声波传播到m点和n点的时延差值Δt，也可按下式计算出另一种方法是用多探头做V形图。在变压器的一侧，沿着两条相互垂直的x轴、y轴上安放若干个探头，每个探头测得的超声波信号时延为t，再以x轴为水平轴，t轴为其垂直轴，可画一条V形曲线，如图所示。若超声波从放电源传播到各探头的速度都相同，则V形曲线的最低点xp,即放电距离x轴的最近点，放电必发生在通过该点与x轴垂直的平面上。同样的方法可以测得并画出对应于y轴的V形曲线，由此亦可找到通过最近点yp，并与y轴垂直的平面，于是放电点要同时发生在这两个平面上，则只可能落在两个平面的相交线mn上。现假设放电发生在p点上，超声波从p点传播到xp和yp的速度为v，对应的时延为txp和typ，则可分别在两个平面上各做直角三角形mpyp和mpxp，其中ypm=xp，p=vtyp，mxp=，pxp=vtxp，于是所以包含的几何位置及时延都可以测出，无需知道超声波的传播速度，但必须满足传到各探头的速度是相同的。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电定位的问题，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

变压器多端测量定位

多端测量定位

变压器的结构复杂而庞大，定位问题显得更为突出。目前已提出了很多方法，其中最主要的是电测法的多端测量定位和声测法定位两种方法。电力变压器具有很多端子，如图所示。图中E、F为低压绕组的接头；A、B分别高压绕组的高压和中压抽头，C为高压绕组的末端，M为套管的末屏抽头（测量用的抽头）；Z1、Z2、Z3都是检测阻抗；D1、D2、D3都是局部放电检测仪；P为校正脉冲发生器。由于局部放电产生的脉冲波通过绕组转送到各测量端时，会产生不同的衰减，所以在各测量端上将会测得大小不同的局部放电信号。先用校正脉冲代表局部放电产生的脉冲，将此脉冲从不同的位置注入，在不同测量端上就会得到不同的响应，如在检测仪器D1上测得的响应为а1，在D2上测得а2，在D3上测得а3，取它们之间的比值k1=a1/a2、k2=a2/a3、k3=a3/a1。当校正脉冲是从高压端对地注入时测得的响应比值记为kA1、kA2和kA3。从低压端对地注入时，测得的响应比值记为kE1、kE2和kE3，以此类推，可以将校正脉冲从不同位置注入时，测得的响应比值列一个表，见表表13-1响应比值表注入端比值AOBOEOAEk1k2k3kA1kA2kA3kB1kB2kB3kE1kE2kE3kAE1kAE2kAE3在变压器进行局部放电试验时，假定测量系统的灵敏度保持一定，测得的响应分别为ax1、ax2和ax2，则可求得响应比值为kx1=ax1/ax2、kx2=ax2/ax3、kx3=ax3/ax1，将这一组响应比值与表中各列的响应比值相比，与哪一列的比值比较接近，放电就可能发生在靠近该校正脉冲注入的位置。假如kx1、kx2和kx3分别与kA1、kA2和kA3很接近，则放电信号传送到各测量端的衰减才会是相同的，也就是响应比值k才会是相同的。对于同一型号的变压器，可以用同一个响应比值表在确定了放电位置之后，就应在代表放电位置的校正脉冲注入端上注入已知电荷q0，并在靠近的检测阻抗上，如在Z2上，读取相应读数a2，则分度系数k=q0/a2。在变压器试验中出现的局部放电，也必须同样选取在Z2上的相应读数a2x，经过这样定量测得的视在放电电荷量比较接近实际放电电荷量。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电定位的问题，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

局部放电试验的步骤

局部放电试验的步骤

局部放电试验是非破坏性试验项目，从试验顺序而言，应放在所有绝缘试验之后。通常是以工频耐压作为预激磁电压持续数秒，然后降到局部放电试验电压(一般为Um/的倍数，变压器为1.5倍，互感器为1.1～1.2倍)，持续时间几分钟，测局部放电量；预激磁电压是模拟运行中过电压，预激磁电压激发的局部放电量不应由局部放电试验电压所延续，概念是系统上有过电压时所激发的局部放电量不会由长期工作电压所延续。这一方法是使变压器或互感器在Um/长期工作电压下无局部放电量，以保证变压器能安全运行，使局部放电起始电压与局部放电熄灭电压都能高于Um/。具体步骤:1.选择试验线路确定试验电源局部放电试验回路的连接方法见本章第六节，对试验电源的要求如下：变压器：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。电流互感器：一般可选用频率为50Hz的试验电源。电压互感器：为防止励磁电流过大，电压互感器试验的预加电压，推荐采用150Hz或其它合适的频率作为试验电源。一般可采用电动机—发电机组产生的中频电源，三相电源变压器开口三角接线产生的150Hz电源，或其它形式产生的中频电源。当采用磁饱和式三倍频发生器作电源时，因容易造成波形严重畸变，使峰值与真有效值电压之间的幅值关系不是倍的倍数关系，可能造成一次绕组实际电压峰值过高，造成试品损坏，故必须在被试品的高压侧接峰值电压表监测电压。电压波形应接近正弦形。当波形畸变时,应以峰值除以作为试验电压值。2．确定局放允许水平选择标准脉冲进行校准依据DL/T596-1996《电力设备预防性试验规程》和有关反事故技术措施之规定，结合1997年以来新颁布的相关国家标准和行业标准，确定试品的局部放电允许水平（试验判据）。确定试验判据以后，可选择标准脉冲进行试验回路的校准。如局放允许水平为100PC，也可选择100PC标准脉冲进行校准3．加压测量（1）变压器试验：

试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升至规定测量电压，保持5分钟；然后试验电压升到预加电压，5秒后降到规定测量电压，30分钟无上升趋势时即可降低电压到1/3测量电压以下，方能切除电源。如对所测量的局放不稳定的变压器，应延长测量时间，在不危及变压器安全的前提下，达到局放稳定时为止。对局放大的变压器，应测量局放的起始放电电压和熄灭电压，以便确定故障的性质。起始放电电压：电压从低值缓慢均匀上升，一直到放电量刚刚超过局放规定值，此时所加电压即为起始放电电压熄灭电压：当电压升过起始放电电压后（一般高10℅），然后将电压缓慢均匀下降，直到放电量刚刚小于局放规定值，此时所加电压即为熄灭电压，（2）互感器试验：试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升到预加电压保持10秒后，降到规定测量电压，保持1分钟以上，再读取放电量；最后降至1/3测量电压以下，方能切除电源。4．局部放电的观测 读取视在放电量值时应以重复出现的、稳定的最高脉冲讯号计算视在放电量，偶尔出现的较高的脉冲可以忽略。测量回路的背景噪音水平应低于允许放电水平的50%。当试品的允许放电水平为10pc或以下时,背景噪音水平可达到允许放电水平的100%。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电测量的步骤，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

测量局部放电的方法

测量局部放电的方法

局部放电的产生，总是伴随着高频脉冲、电磁辐射、介质损耗、声、光、热和化学过程等现象。对绝缘内局部放电的探测，可根据这些不同的现象采用相应的方法来测量。局部放电的测量都是根据局部放电过程所产生的物理和化学效应，通过测量局部放电所产生的电荷交换、能量的损耗、放射的电磁波、发出的声和光以及生成一些新的生成物的信息，来表征局部放电的状态。这些信息中有电信息和非电信息两大类，由此可分为电气法和非电气法两大类。电气法测量局部放电有脉冲电流法、介质损耗法、电磁辐射法。非电气法测量局部放电有声波法、测光法、测热法、物理化学法。以下我们介绍两种常用方法。1.脉冲电流法

脉冲电流法可以根据局部放电的等效电路来校定视在放电电荷，而且测量的灵敏度高，是目前应用最广，也是IEC和我国有关标准推荐的方法。（1）测量原理绝缘体的某一区域发生局部放电时，绝缘体的两端（即试品施加电压的两端）就会有瞬变（脉冲）电荷电荷q（视在放电电荷）出现，用一个耦合电容器和检测阻抗Z与试品连接成一个回路，如图所示。回路连接的方式有两种，一种直测法，如图(a)所示；另一种是平衡法（或称桥式），如图(b)所示。后者是把检测阻抗分为Za,Zb两部分，并在其中点接地。不论是哪一种方式，在检测阻抗两端采集到的ud总是与试品的视在放电电荷q存在一定的关系。（2）测试线路与装置，隔离变压器：这种变压器在一次和二次两个绕组之间附加两层金属屏蔽层，靠近一次绕组的就和一次绕组的末端相连接；靠近二次绕组的就和二次绕组末端相连接。这就把两个绕组隔离，使从电源进来的高频干扰不会通过原有的一次和二次绕组间的电容直接传送到二次绕组，从电源地线来的干扰也不会传入测试回路。两个绕组的匝数比一般是1：1，有时为了同时起降压作用，即把进线高压（如6kV，10kV）变为测试系统用的低电压（如220V，380V），也可设计其他适当的变比。调压器：在局部放电测量中，对不同的试品要施加不同的电压，同时在高压试验中，为了避免出现操作过电压，一般都要求从较低电压下开始逐步升高电压。因此需要调压器。试验变压器：局部放电测量都是在试品承受高压下进行的，试验变压器就是能把低电压升为高电压的升压变压器，它与一般试验变压器不同的是本身不应发生局部放电，或放电量小于被测试品允许放电量的一半，故也称无局放试验变压器。滤波器：低压滤波器在低压侧，高压滤波器接在高压侧。两者都是低通滤波器，通频带截止频率一般取5kHZ以下，因为测量局部放电信号的频率一般取10kHZ以上。前者是用来滤掉从电源进来的高频干扰及调压器产生的高次谐波，后者除了进一步阻塞电源进来的高频干扰之外，还可以阻塞试验变压器本身产生的局部放电信号，同时也能阻塞试品的局部放电信号通向试验变压器的入口电容，以免被测信号旁路而降低测量的灵敏度。这种滤波器最常用的由电感L及电容C组成的滤波器，通频带截止频率可以按下式估算保护电阻：保护电阻是用来限制万一变压器负载短路时的电流，以免因试品击穿或耦合电容器、滤波器等短路而烧坏变压器，同时也可以改善负载短路时产生的过电压在变压器绕组上的电位分布，避免损坏变压器。耦合电容器：耦合电容器的作用，一方面是把试品的放电信号耦合到检测阻抗上来；另一方面是承受工频高压，使检测阻抗上的工频电压降到很小（一般是在30V以下），以保证人身及仪器安全。由于放电脉冲信号频率很高，对于这种信号，耦合电容器的阻抗Zk比检测阻抗Zd小很多，因此绝大部分信号被检测阻抗拾取；而对于工频电压，>>所以绝大部分工频电压降落在上。耦合电容器本身不应出现局部放电。检测阻抗：检测阻抗共分为多个类型，在检测微弱放电信号时，应选择合适的检测阻抗，以保证足够的灵敏度。检测仪器：一种数字式测试系统，具有两个、四个或六个测试输入通道，每个通道相互独立，带有独立的放大电路、滤波系统和独立的12位高速A/D转换器，每个通道具有几兆缓存。每个输入通道都由计算机控制，可同时进行信号采集。2．超声波法当电气设备绝缘内部发生局部放电时，在放电处产生了超声波，向四周传播开来，一直到电气设备容器的表面。在设备的外壁，例如套管、互感器的瓷套外表面放上压电元件，在交变压力波的作用下，具有压电效应的晶体便产生交变的弹性变形，晶体沿受力方向的两个端面上便会出现交变的约束电荷。这一表面束缚电荷的变化便引起了端部金属电极上电荷的变化或在外电路中引起交变电流。这是压力波转化为电气量的过程，然后可对电气量进行测量。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电测量的方法，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

测量局部放电的目的

测量局部放电的目的

局部放电分散发生在极微小的空间内，所以它几乎不影响当时整体绝缘物的抗电强度。测量局部放电的目的局部放电时产生的电子、离子往复冲击绝缘物，会使绝缘逐渐分解、破坏，分解出化学活动的物质（例如臭氧、氧化氮等），使绝缘物氧化、腐蚀；同时，使该处的局部电场畸变更大，进一步加剧局部放电的强度；

测量局部放电的目的局部放电处也可能产生局部的高温，使绝缘物老化破坏。继而降低绝缘物的绝缘寿命或影响设备的安全运行。测量局部放电的目的局部放电的危害程度，一方面决定于放电的强度和放电次数的多少；另一方面也决定于绝缘材料的耐放电性能和放电作用下绝缘的破坏机理。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电测量的目的，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

局部放电的定义

一、局部放电的定义

高压电气设备内常用的固体绝缘物不可能做得十分纯净致密，难免会不同程度的包含一些分散性的异物，如各种杂质、气泡、空隙、水份和污秽等，有些是原材料不纯所致，有些是运行中绝缘物的老化、分解等过程中产生的，而且在运行中这些缺陷还会逐渐发展。由于这些异物的电导和介电系数不同于绝缘物，故在外施电压作用下电气设备的电场强度往往是不相等的，当异物局部区域的电场强度达到该区域介质的击穿场强时，该区域就会出现放电，但这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，这种现象称为局部放电。

二、局部放电产生的效应

局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种生成物。从电学特性方面分析，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。最引人注目的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。局部放电会逐渐腐蚀、损坏绝缘材料，使放电区域不断扩大，最终导致整个绝缘体击穿。因此必需把局部放电限制在一定水平之下。高电压电工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。

通过本知识点的学习，使学生掌握局部放电的概念及危害，为今后的课程学习打下了良好的基础。局部放电的测量

局部放电的类型

局部放电的类型

局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种生成物。从电学特性方面分析，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。最引人注目的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。1.内部局部放电发生的绝缘内部的局部放电如图所示如图所示，当工频高压施加于这个绝缘体的两端时，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，则当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电压，如图所示，这时气泡上的剩余电压应是两者的叠加结果即气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压，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，直到重新到达时，又出现第二次放电。第二次放电过程产生的空间电荷，同样又建立起反向电压，假定第一次的放电累积的电荷都没有泄漏掉，这时气泡中反向电压为又使气泡上实际的电压下降到Ｕr，于是放电又暂停。之后气泡上的电压又随外加电压上升而上升，当它达到时又产生放电。这样在外加电压达到峰值前，若放电n次，则放电产生的空间电荷所建立的内部电压为。在外加电压过峰值后，开始下降，当气泡上的电压达到时，即时，气泡又发生放电，但这时放电产生的空间电荷的移动方向，决定于内部空间电荷所建立的电场方向，于是中和掉一部分原来累积的电荷，使内部电压减少了一个。气隙上的电压降达到时，放电又暂停。之后气隙上的电压又随外加电压下降向负值升高，直到重新达到-时，放电又重新发生。假定每次放电产生的都一样，并且，则当外加电压（瞬时值）过零时放电产生的电荷都消失，于是在外加电压的下半周期，重新开始一个新的放电周期。通常介质内部气泡的放电，在正负两个半周内基本上是相同的，在示波屏上可以看到正负半周放电脉冲基本上是对称的图形，如图2.表面局部放电绝缘体表面的局部放电过程与内部放电过程是基本相似的，如图13-4所示。只要把电极与介质表面之间发生放电的区域所构成的电容记为，与此放电区域串联部分介质的电容记为，其他部分介质的电容记为，则上述的等效电路及放电过程同样适用于表面局部放电。不同的是现在的气隙只有一边是介质，而另一边是导体，放电产生的电荷只能累积在介质的一边，因此累积的电荷少了，更不容易在外加电压绝对值的下降相位上出现放电。另外，如果电极系统是不对称的，放电只发生在其中的一个电极的边缘，则出现在放电图形是不对称的.当放电的电极是接高压、不放电的电极是接地时，在施加电压的负半周时放电量少，放电次数多；而正半周时放电量大，而次数少，如图所示。这是因为导体在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极产生二次电子发射，使得电极周围气体的起始放电电压低，因而放电次数多而放电量小。如果将放电的电极接地，不放电的电极接高压，则放电的图形也反过来，即正半周放电脉冲是小而多，负半周放电脉冲是大而少。若电极是对称的，即两个电极边缘场强是一样的，那么放电的图形也是对称的，即正负两半周的放电基本上相同。3.电晕放电电晕放电是发生在导体周围全是气体的情况下，气体中的分子是自由移动的，放电产生的带电质点也不会固定在空间的某一位置上，因此放电过程与上述固体或液体绝缘中含有气泡的放电过程不同。以针对板的电极系统为例，如图（a）所示，在针尖附近就发生放电，由于在负极性时容易发射电子，同时正离子撞击阴极发生二次电子发射，使得放电总是在针尖为负极性时先出现，这时正离子很快移向针尖电极而复合，电子在移向平板电极过程中，附着于中性分子而成为负离子，负离子迁移的速度较慢，众多的负离子移向平板电极，随外加电压上升，针尖附近的电场又升高到气体的击穿场强，于是又出现第二次放电。这样，电晕的放电脉冲就出现在外加电压负半周的90°相位的附近，几乎是对称于90°，出现的放电