高壓電器局部放電測(cè)試方法

1、第8章 高壓電器局部放電測(cè)試方法8.1 GIS的局部放電8.1.1 GIS的局部放電特點(diǎn) GIS (Gas Insulated Switchgear)是封閉式氣體絕緣組合電器的簡(jiǎn)稱。其絕緣系統(tǒng)的特點(diǎn)是在一個(gè)金屬封閉體內(nèi)充滿SF6氣體，用環(huán)氧澆注的絕緣子，把載流導(dǎo)體支撐在外殼上。由于GIS內(nèi)工作場(chǎng)強(qiáng)很高，就可能產(chǎn)生下述幾種局部放電。 (1) 載流導(dǎo)體表面缺陷，如有毛刺、尖角、設(shè)計(jì)不合格、導(dǎo)體表面的電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高等，均會(huì)引起的局部放電。由于導(dǎo)體周圍全是氣體所包圍，所以這種局部放電又可稱為電暈。 (2) 絕緣體與導(dǎo)體的交界面上存在氣隙，這種氣隙可能是在產(chǎn)品制造時(shí)殘留的，也可能是在使用中熱脹冷縮形成的。

2、氣隙中分配的場(chǎng)強(qiáng)度，而氣隙本身的擊穿場(chǎng)強(qiáng)又低，于是在氣隙中首先產(chǎn)生放電。 (3) 澆注絕緣體中的缺陷，如氣泡、裂紋等所產(chǎn)生的局部放電。 (4) SF6中導(dǎo)電微粒的強(qiáng)電場(chǎng)下產(chǎn)生的局部放電。圖8.1為上述幾種放電的示意圖。對(duì)于上述幾種放電，用電測(cè)法測(cè)量時(shí)，在示波器50Hz掃描橢圓時(shí)基上，可以看不同的放電圖形，如圖8.2所示。圖8.2a是導(dǎo)體表現(xiàn)有缺陷的放電，這種放電都出現(xiàn)在試驗(yàn)電壓(工頻交流)負(fù)半周峰值()附近。放電脈沖幅值和間隔幾乎相等；圖8.2b是絕緣體內(nèi)部的局部放電圖，放電是出現(xiàn)在電壓絕對(duì)值上升的相位中，正負(fù)半周都有，而且基本相同；圖8.2c是導(dǎo)體與絕緣體界面的放電圖，它與圖8.2b基本相同

3、，只是電壓的正負(fù)半周放電圖形不對(duì)稱；圖8.2d是SF6中導(dǎo)電粒子造成的放電，它與電壓的相位無(wú)關(guān)，是隨機(jī)地跳躍出現(xiàn)在不同的相位上，而且幅值比較大，放電次數(shù)不多。圖8.1 GIS中幾種局部放電的示意圖a) 電暈；b) 絕緣體內(nèi)部放電；c) 導(dǎo)體與絕緣體界面放電；d)SF6中導(dǎo)電粒子放電圖8.2 GIS中幾種放電圖形 上述各種局部放電，都可能導(dǎo)致整個(gè)GIS損壞。在絕緣體中的局部放電會(huì)腐蝕絕緣材料，會(huì)發(fā)展成電樹枝，最后導(dǎo)致絕緣擊穿，表8.1表示這一破壞過(guò)程。表8.1 絕緣破壞過(guò)程初 期 老 化局部放電量明顯變化，并增大氣泡壁附著放電生成物，材料炭化中 期 老 化放電生成物侵蝕、擴(kuò)大形成空洞，并向深層發(fā)

4、展末 期 老 化樹枝狀破壞性放電通道形成絕緣最終破壞 在SF6中的局部放電和絕緣體表面的局部放電，都會(huì)生成或分解出一些新的生成物，如在填充中有硅元素存在時(shí)，可能生存有導(dǎo)電性的SiF4，這就會(huì)污染SF6，從而降低其擊穿場(chǎng)強(qiáng)，最終造成擊穿或閃絡(luò)。 為了保證GIS的產(chǎn)品質(zhì)量和安全運(yùn)行，必須進(jìn)行局部放電的測(cè)量，我國(guó)(GB7674-87)SF6封閉式組合電器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，要在1.1和1.1（為試品的額定工作電壓）進(jìn)行局部放電的測(cè)量，目前尚未能在標(biāo)準(zhǔn)中做出規(guī)定，允許局部放電的水平，而是由制造廠可能達(dá)到的水平與用戶商定。為了控制產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)絕緣子單獨(dú)預(yù)先進(jìn)行局部放電的測(cè)量，對(duì)110kV絕緣子

5、的放電量，國(guó)內(nèi)工廠一般控制在不超過(guò)10pC，引進(jìn)絕緣子的放電量不超過(guò)1pC。8.1.2 電測(cè)法測(cè)量GIS的局部放電 目前GIS中局部放電的測(cè)量，主要是用電測(cè)法。在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行測(cè)量時(shí)，一般都采用并聯(lián)直測(cè)法的試驗(yàn)線路，如圖8.3所示。在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中，如果從高壓端來(lái)的干擾比較嚴(yán)重，可用平衡法測(cè)試回路，這時(shí)，對(duì)于三相的GIS，可取其中兩相同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，以抑制外來(lái)的干擾。圖8.3 GIS局部放電測(cè)試的基本線路C耦合電容器；Zm檢測(cè)阻抗；D測(cè)試儀；L電抗器 測(cè)試方法按GB7354-87局部放電測(cè)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)規(guī)定。測(cè)量的靈敏度要求比較高，可測(cè)量小放電量應(yīng)不大于1pC。圖8.4是澆注環(huán)氧樹指內(nèi)部人工氣隙放電產(chǎn)

6、生的脈沖電壓波形。隨著環(huán)氧樹脂中增添填充劑和人工氣隙尺寸的增大，這種放電脈沖上升和下降都變得比較緩慢，但上升時(shí)間還是在ns數(shù)量級(jí)。GIS中其他形式的放電，如電暈、雜質(zhì)粒子的放電，高頻分量就更多。為了抑制外界的干擾(上百M(fèi)Hz的干擾是很少的)，提高信噪比，取超高頻寬度測(cè)試系統(tǒng)是比較合適的。圖8.4 澆注環(huán)氧樹脂中氣隙放電產(chǎn)生的脈沖電壓波形（a）無(wú)填料氣隙直徑1.5mm；（b） 有填料氣隙直徑4mm圖8.5 絕緣子局部放電檢測(cè)裝置在GIS中，局部放電發(fā)生在絕緣子內(nèi)的機(jī)率很大，因此在生產(chǎn)過(guò)程中要先測(cè)量絕緣子的局部放電。圖8.5是測(cè)量絕緣子局部放電的線路與裝置。試品、耦合電容器、高壓試驗(yàn)變壓器等高壓部

7、件都裝在充滿SF6的罐子中。試品可同時(shí)裝進(jìn)510個(gè)這樣的罐子中，通過(guò)測(cè)量切換裝置，可以分別測(cè)量單個(gè)試品的局部放電。局部放電側(cè)試儀的頻帶為402000kHz。補(bǔ)償電抗器是用以補(bǔ)償容性負(fù)載以減小設(shè)備的容量。LC濾波器是為了濾掉從電源來(lái)的高頻分量的干擾。在此裝置中，各試品的高壓端是連接在一起的，高壓端對(duì)地及對(duì)切換裝置的接頭都有雜散電容，因此，在被試絕緣子領(lǐng)近的絕緣子中的放電信號(hào)，也會(huì)進(jìn)入測(cè)試儀器，不過(guò)這些雜散電容比耦合電容要小得多，這種影響只有在領(lǐng)近絕緣子有很強(qiáng)烈的放電時(shí)，才應(yīng)予以校正。為了能識(shí)別在GIS中不同類型的放電和確定放電的位置，近年來(lái)國(guó)內(nèi)外正在研制各種計(jì)算機(jī)輔助的局部放電檢測(cè)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)

8、的硬件能采集到每個(gè)局部放電產(chǎn)生脈沖的大小、各次放電時(shí)試驗(yàn)電壓的相位及瞬時(shí)值、試驗(yàn)電壓的峰值、從開始到結(jié)束的測(cè)量時(shí)間(用工頻周期數(shù)表示)，并通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)閿?shù)字量進(jìn)入計(jì)算機(jī)。這種系統(tǒng)的軟件功能是對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算和分析，識(shí)別是何種放電以及可能的放電位置。識(shí)別的方法是先在GIS中人工造成不同位置上、不同類型的放電，測(cè)得這些放電的放電電荷、放電能量、放電相位、兩次放電間的時(shí)間間隔等參數(shù)的統(tǒng)計(jì)量及其分布，以此模式與實(shí)際試驗(yàn)中測(cè)得的這些統(tǒng)計(jì)量和分布進(jìn)行比較，從而得出放電的類型及可能的放電位置。8.2 互感器局部放電測(cè)試方法8.2.1 電壓互感器局部放電測(cè)試電壓互感器的結(jié)構(gòu)和一般變壓器的結(jié)構(gòu)相類

9、似，但它的線圈匝數(shù)很多，繞線匝數(shù)緊湊，層間電容較大，局部放電脈沖很大一部分將通過(guò)層間電容傳播到測(cè)試阻抗上，這是它的特點(diǎn)。電壓互感器的加壓方式分為直接加壓和感應(yīng)加壓兩種。一、電壓互感器高壓線圈首末端絕緣水平不等(1) 外施直接加壓方式 由于試驗(yàn)電壓高于其最大工作電壓，電源頻率一般采用150250Hz。外施直接加壓(高壓勵(lì)磁)的測(cè)試回路如圖8.6所示。圖8.6(a)中的測(cè)試阻抗將承受全部的高壓勵(lì)磁電流，測(cè)試阻抗要考慮能夠通過(guò)相應(yīng)的勵(lì)磁電流。在圖8.6(a)中，往往可以將耦合電容器省略，而以雜散電容作為耦合電容，同樣可以得到足夠的靈敏度。 (a) 串聯(lián)測(cè)試加回路； (b) 并聯(lián)測(cè)試回路圖8.6 電壓

10、互感器外施直接加壓測(cè)試回路 (2) 感應(yīng)加壓方式 感應(yīng)加壓時(shí)，要隨時(shí)注意低壓線圈的勵(lì)磁電流，此電流不能超過(guò)低壓線圈的允許電流。感應(yīng)加壓的電源頻率一般采用150250Hz。感應(yīng)加壓的測(cè)試回路如圖8.7所示。在采用8.7(a)測(cè)試回路時(shí)，同樣可以省略而以雜散電容作為耦合電容。應(yīng)該注意的是：外施直接加壓時(shí)，低壓線圈首末兩端不允許短路；感應(yīng)加壓時(shí)，高、低壓線圈首末兩端亦均不允許短路。 （a）串聯(lián)測(cè)試回路 （b）并聯(lián)測(cè)試回路圖8.7 電壓互感器感就加下測(cè)試回路二、電壓互感器高壓線圈首末兩端絕緣水平相等 低電壓等級(jí)的電壓互感器采用這種絕緣結(jié)構(gòu)的較多。相對(duì)相電壓互感器的局部放電測(cè)試回路與相對(duì)地電壓互感器的測(cè)

11、試回路與圖8.6、8.7相同。但當(dāng)向一個(gè)高壓端施加電壓時(shí)，應(yīng)將另一高壓端接到一個(gè)低壓線圈端部，如此交替兩次試驗(yàn)。如只測(cè)試主絕緣，可與低壓電流互感器的試驗(yàn)線路相同，如圖8.10所示。三、電壓互感器的校正方法 電壓互感器有分布參數(shù)的特點(diǎn)，但它的校正方法仍然按集中參數(shù)元件的基本原理考慮，即校正回路應(yīng)加在被試品兩端為原則，其校正回路如圖8.8、8.9所示?？潭认禂?shù)K的計(jì)算和以前相同，即 (8.1) (a) 串測(cè)并校； (b) 并測(cè)并校圖8.8 外施直接加壓時(shí)的校正方法 (a) 串測(cè)并校； (b) 并測(cè)并校圖8.9 感應(yīng)加壓時(shí)的校正回路8.2.2 電流互感器局部放電測(cè)試 電流互感器的一次、二次線圈匝數(shù)較

12、少，可視為集中參數(shù)元件。從絕緣結(jié)構(gòu)上來(lái)看，電流互感器分高壓電流互感器和低壓電流互感器兩類。高壓電流互感器的一次線圈的主絕緣都用金屬屏來(lái)均衡電壓，而末屏由導(dǎo)線引出作為測(cè)屏用。低壓電流互感器則無(wú)此金屬屏。電流互感器局部放電測(cè)試回路如圖8.10、8.11所示。在實(shí)際測(cè)量中，往往耦合電容器省略，用雜散電容作為耦合電容，其測(cè)試回路加圖8.12所示。在這種測(cè)試回路中，可不必在高壓引線上裝設(shè)濾波器，則試驗(yàn)變壓器本身的電容也可利用作為耦合電容。圖8.12測(cè)試回路特別適用于高壓等級(jí)(如220kV、550kV)的電流、電壓互感器的局部放電測(cè)量。校正方法如圖8.11、8.12中的虛線部分所示。刻度系數(shù)的計(jì)算和前相同。 圖8.10 低壓電流互感器局部放電測(cè)試回路 (a) 串聯(lián)測(cè)試回路； (b) 并聯(lián)測(cè)試回路圖8.11 高電流互感器局部放電測(cè)試回路圖8.12 省略的測(cè)試回路8.2.3 試驗(yàn)程序和允許放電水平 電壓、電流互感器的局部放電試驗(yàn)程序和允許放電水平，按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC44-4文件中所規(guī)定的有關(guān)內(nèi)容簡(jiǎn)介如下： 試驗(yàn)程序和允許放電水平見表8.1中的規(guī)定。 允許放電水平的選用值在表8.1中列出。這些值是從經(jīng)驗(yàn)中得來(lái)，可在本成合理的前提下保證產(chǎn)品相當(dāng)可靠。表8.1允許放電水平規(guī)定接地形式儀用互感器的型式預(yù)加電壓10秒試驗(yàn)電壓1分絕緣型式允許局部放電水平視在電荷絕緣網(wǎng)絡(luò)或中點(diǎn)