局部放电试验

局部放电试验第一节 局部放电特性及原理一、局部放电测试目的及意义局部放电：是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，这种放电可以发生在导体 ( 电极 ) 附近，也可发生在其它位置。局部放电的种类：① 绝缘材料内部放电（固体 - 空穴；液体 - 气泡）；② 表面放电；③ 高压电极尖端放电。局部放电的产生：设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高压电场作用下发生重复击穿和熄灭现象 - 局部放电。

局部放电的特点：① 放电能量很小，短时间内存在不影响电气设备的绝缘强度；② 对绝缘的危害是逐渐加大的，它的发展需要一定时间 -累计效应 - 缺陷扩大 - 绝缘击穿。③ 对绝缘系统寿命的评估分散性很大。发展时间、局放种类、产生位置、绝缘种类等有关。④ 局部放电试验属非破坏试验。不会造成绝缘损伤。局部放电测试的目的和意义：确定试品是否存在放电及放电是否超标 , 确定局部放电起始和熄灭电压。发现其它绝缘试验不能检查出来的绝缘局部隐形缺陷及故障。

局部放电主要参量：① 局部放电的视在电荷 q ：

电荷瞬时注入试品两端时 , 试品两端电压的瞬时变化量与试品局部放电本身所引起的电压瞬变量相等的电荷量 ,一般用 pC( 皮库 ) 表示。② 局部放电试验电压：

按相关规定施加的局部放电试验电压，在此电压下局部放电量不应超过规定的局部放电量值。③ 规定的局部放电量值：

在规定的电压下，对给定的试品，在规程或规范中规定的局部放电参量的数值。

④ 局部放电起始电压 Ui ： 试品两端出现局部放电时，施加在试品两端的电压值。

⑤ 局部放电熄灭电压 Ui: 试品两端局部放电消失时的电压值。（理论上比起始电压低一半，但实际上要低很多5%-20% 甚至更低）

二、局部放电机理：内部放电：绝缘材料中含有气隙、油隙、杂质等，在电场的作用下会出现介质内部或介质与电极之间的放电。等效原理图：

Ug

Cb

Cg

Ca

Ua

Cg: 空穴电容

Ca ：介质其余部分电容 Cb ：与空穴串联部分的电容 Ua ：外施电压

Ua Ug Cg 放电 局部放电 放电的产生与介质内部电场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下：介质总电容 :

设空穴与其串联部分介质的总电容 Cn:

bg

bgaX CC

CCCC

bg

bgn CC

CCC

因为介质电容充电电荷 q=UC C=εS/d

Eg: 空穴电场强度 εg: 空穴介电常数 Eb: 与空穴串联部分电场强度

εb: 与空穴串联部分介电常数设 qn 为空穴充电电荷 Ug=qn/Cg

空穴电场强度 Eg= Ug/dg=q/dgCg

gbbg

ba

bg

bg

gg

ag dd

U

CC

CC

Cd

UE

dg: 空穴距离 db: 串联部分完好介质厚度介质中平均场强

)( dbdg

UaEav

g

b

Eav

Eg

EavEg

bg

εg=1 空穴大多为空气 εb>1 所以空穴的 E 高于完好介质 , 同时，完好介质的临界场强远高于空气，如环氧树脂Ec=200-300(kV/cm), 而空气为 25-30(kV/cm) ，当外施电压达一定值时空穴首先击穿 , 其它介质完好 , 形成局部放电。局部放电脉冲 : ua uc ug 空穴击穿 uc ur 放电熄灭 uc 重新建立 ug 空穴击穿 连续放电 由于放电时空穴电压下降时间很短约 10-7s 相当一脉冲波。内部放电总是出现在电源的一、三象限，脉冲次数随着外施电压的上升而增多，放电波形大多比较对称且较密，一般呈线性关系。

2. 表面放电： 由于在套管法兰、电缆终端及导体与介质弯角处产生一平行表面的场强分量，当场强较高时会产生表面放电。

放电波形与电极形状有关，放电波形一般不对称且较稀。

ErEd

3.  电晕放电：在电场极不均匀的情况下，导体表面的电场强度达到附近气体的击穿场强发生的放电。电晕放电大多发生在电极边缘、导体尖端周围，电晕放电一般发生在负半周。

三、放电量与各参数间的关系一个脉冲真实放电量 qr ， Ug 、 Ur 等参数在实际试品中是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同，故真实放电量是不可以直接测量的。局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化 , 产生一个ΔU, 同时也引起绝缘介质中电荷 q 的转移 ,我们称之为视在放电量。

第二节 局部放电测量方法局部放电会产生各种物理、化学变化，如发生电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、发光、产生分解物等，所以有很多测量局部放电的方法，一般分为电测法和非电测法。一、超声波局部放电测量原理超声波是一种振荡频率高于 20kHz 的声波，超声波的波长较短，可以在气体、液体和固体等媒介中传播，传播的方向性较强、故能量较集中，因此通过超声波测试技术可以测定局部放电的位置和放电程度。

超声波局部放电测量特点： 1.    可以较准确的测定局部放电的位置。2.    测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。3.    不受电源信号的干扰。4.    测试灵敏度低，不能直接定量。一、   超声波传感器的原理及应用1. 超声波传感器的原理 : 压电效应 单片陶瓷振动子 f t/r∝ 2

t: 振动子厚度 r ：振动子半径 采用密封结构传感器 根据不同的尺寸作成不同频率的传感器 。

局部放电超声测量

电测法与超声法联合测量 以电信号为时间零点测量与超声信号的时间差 Δt 计算出放电点与传感器的距离 s=vΔt v=1.42mm/μs （油中）1.    其他非电检测方法 ①光检测法 透明介质 电缆芯 水介质 光电倍增管观察②热检测法 严重放电 局部热效应 热电偶 测温升③ 放电产物分析法 分解气体 分析化学生成物 推断放程度

 

压 电超 声传 感器

阻抗变换

前置放大

滤波放大 器

数 字局 部放 电测 试仪

75Ω 同轴电缆

第三节        脉冲电流测量原理及方法 局部放电电测法： 1.无线电干扰测量法 RIV ：直接耦合或天线RIV 表 读取 μv 不能直接读取放电量2. 放电能量法：放电有能量损耗 测量一个周期的放电能量3. 脉冲电流法。 IEC通用方法，直接通过检测回路测量电压脉冲，灵敏度最高。

一、   脉冲电流测量法仪器及接线测量仪器主要有脉冲显示仪和数字分析仪。1. 测试接线：

 

并联法试品一端接地，检测阻抗容量可较小。

a并联法

试品一端可以不接地的采用串联法。

b 串联法

c 平衡法

平衡法：将两台电容量相差不大的试品，相互作为耦合电容并平衡抑制干扰。灵敏度略低于直测法。仪器测得的信号Uf=Ua-Ub

 

检测阻抗： 测量阻抗 Zm 。测量阻抗是一个四端网络的元件，它可以是电阻 R 或电感 L的单一元件，也可以是电阻电容并联或电阻电感并联的 RC 和 RL 电路，也可以由电阻、电感、电容组成 RLC 调谐回路。调谐回路的频率特性应与测量仪器的工作频率相匹配。测量阻抗应具有阻止试验电源频率进入仪器的频率响应。连接测量阻抗和测量仪器中的放大单元的连线，通常为单屏蔽同轴电缆。RC型频带宽、噪声大 , 试品电流大时阻抗上有工频分量。RCL型对工频呈低阻抗，对放电脉冲检测灵敏度较高，频带较窄，噪声水平较低。 RCL型应用普遍。

 

一、等效回路的校正：在试品两端主入已知电荷量，得到需要的视在放电量，测量比较试品放电量之间的换算系数。

1.校正方法：注入 q0=UN.Cq

试 品 的 电 容 Cx 为 已 知 ， Cx 两 端 的 电 荷 ： q0=UN

CxCq/Cx+Cq Cq<< Cx 所以 q0≈UN.Cq 一般 Cq 为固定值，调节 UN得到不同的 q0 值。不论采用何种接线，校准信号必须从试品两端注入。 如采用示波器观察脉冲，应先调节宽带放大器的增益，得到一个高度为 L0mm 的脉冲，然后计算单位刻度的放电量q0/ L 0 ， 此 时 L0= q0 。 试 品册得的 视 在 放 电 量 q= UN.Cq （ L/ L0 ）若放大器变档则：q= UN.Cq （ L/ L0 ） ×10(N1-N2) 示波器读数 L: 测量信号高度 ； L0 ：校正信号高度 N1: 测量档位 N2:校正档位

放电表读数：q= UN.Cq （ x/x0 ） ×10(N1-N2 ）

X: 测量信号读数； x0 ：校正信号读数

一般放大器总增益 100dB ，分为 5 个档位，每个档位为20dB, 放大器频率范围： 20-200kHz

例：校正信号为 X= 100pC UN=10V Cq=10PF

调节放大器使读数为 X0=100格 放大器档位为 N2=3 （此时放大器微调不能再动）测量信号读数 X=50格 N1=3

则 q= 10×10 （ 50/100 ） ×10(3-3)=50 Pc

若 X=50格 N1=4 则 q= 10×10 （ 50/100 ） ×10(4-3)=500 pC

一、   方波发生器及校正电容 Cq 的选择方波的要求：上升时间不大于 0.1μs

校正电容 Cq 的选择 : Cq≤0.1Cx 一般为 10 pC 或 100 pC

第四节        互感器局部放电测量 1. 电流互感器局部放电测量接线： Ck ：耦合电容器可选用 500-

6000pF 高压电容，本身局放 小于试品允许值的 50%

35Kv CT 电容很小可采用串联 法，利用 T 对地杂散电容作为 Ck ，不用 Z 。测量时二次短接 后与铁心一起接地。

标准： GB1208-97《电流互感器》规定在电压 1.2Um/√3 时放电量：交接时不大于 20pC Um=1.15Un=1.15×35=40.25kV

试验加压： 1.2Um/√3=1.2×40.25/1.732=27.89 kV

2. 电压互感器局部放电测量回路 标准： 相对地

GB1207-97《电压互感器》 规定在电压 1.2Um/√3 时放

电量：交接时不大于20Pc 。

相对相：在电压 1.2 Um 放电量：在交接时不大于 20Pc 。试验时一次、二次不应短路，试验应作两次， AX 对调，放电量取大的为最后结果。采用直接加压法，如励磁电流过大，应采用 3倍频电源。第五节 电力变压器局部放电试验1.    测量接线及试验方法：+

相对相：在电压 1.2 Um 放电量：在交接时不大于 20Pc 。试验时一次、二次不应短路，试验应作两次， AX 对调，放电量取大的为最后结果。采用直接加压法，如励磁电流过大，应采用 3倍频电源。第五节 电力变压器局部放电试验1.    测量接线及试验方法：+

标准：1. 制造厂与 用户协商，天津电力公司规 定 小 于10pC ；2.依照制造厂技术条件；3.依据有关标准，如： JB/DQ2628-90 ，《树脂绝缘干式变压器质量分等》标准规定放电量应小于50pC 。加压方法：低压施加相对相 1.5Um预加电压，持续30s ，然后降至 1.1Um 相对相电压，持续 3min读数。低压施加 3 相倍频电源。试验方法：测量 A 相， B 、 C 分别接地，其他两相同理。判定时取最大值。试验时铁心接地。

第六节 局部放电波形图谱识别1. 内部放电：

单气隙 多气隙

2. 表面放电：

3. 电晕放电：

4.干扰放电波形：

接触不良

可控硅元件动作 磁饱和产生的谐振波形

调制或非调制的干扰波形 荧光灯产生的干扰

第七节 局部放电试验应注意的事项：1.    试验程序：①  试前准备：试品表面应清洁干燥，其温度和环境温度一致，试验前试品不应受机械、热和电的作用。②  校验测试回路的灵敏度，应不低于试品允许放电量的 50% 。③  高压引线应采用蛇皮管，与试品连接处应紧密，必要时加屏蔽。④  试品、测试设备可靠接地，最好一点接地，接地线尽量短。⑤  试验回路要紧凑，试品远离其他物体。

1.    干扰的来源、识别和抑制：①  来源：a. 电源干扰信号；b. 接地系统的干扰；c. 空间干扰信号 ;

d. 测试回路本身的干扰信号。②  识别：a. 测试回路通电，不升压仪器指示主要是电源干扰。b. 不带试品，升压到额定，此时干扰主要来自升压器及与高压连接的各设备。c. 测试回路不通电，仪器指示主要是空间干扰信号。d.利用示波器识别其他各种干扰。

③  抑制：a.从波形的特点分析区别，读取放电脉冲。b. 在电源回路和高压回路加滤波器。c. 测量装置选择合适的频带和中心频率。d.采用平衡测试回路。e. 时间开窗法。