局部放電測(cè)量原理及方法

1、2 局部放電試驗(yàn)復(fù)合介質(zhì)中的電場(chǎng)分布局部放電：是指設(shè)備絕緣系統(tǒng)中部分被擊穿的電氣放電，這種放電可以發(fā)生在導(dǎo)體(電極)附近，也可發(fā)生在其它位置。特性：局部放電發(fā)生在電極之間，但放電并未貫穿電極。原因：設(shè)備絕緣內(nèi)部存在缺陷，在高電壓作用下，缺陷發(fā)生重復(fù)性擊穿?，F(xiàn)象：絕緣內(nèi)氣體的擊穿，局部范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)擊穿，電極表面尖端放電等。危害：放電能量小，短時(shí)存在不影響電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。長(zhǎng)期存在將產(chǎn)生累積效應(yīng)，使絕緣性能逐漸劣化，最后導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。第一節(jié) 局部放電特征及原理1、局部溫度升高。在發(fā)生局部放電的氣隙內(nèi)，局部溫度可達(dá)1000oC。2、帶電粒子高速碰撞。3、化學(xué)腐蝕。局部放電產(chǎn)生臭氧，臭氧

2、與氮生成一氧化氮和二氧化氮，再與水蒸氣反應(yīng)生成硝酸。局部放電導(dǎo)致絕緣劣化的原因主要物理過(guò)程：電荷轉(zhuǎn)移其它方面：電能損耗、電磁輻射；超聲波、光、熱、新的生成物等。伴隨著電荷轉(zhuǎn)移，最明顯的特征是反映到試品施加電壓的兩端，有微弱的脈沖電壓信號(hào)。局部放電伴隨的物理現(xiàn)象以絕緣介質(zhì)中存在的氣泡為例：1、工頻電壓施加在絕緣介質(zhì)兩端，氣泡上承受一定的電壓；2、氣泡兩端的電壓上升到氣泡的擊穿電壓時(shí)，則發(fā)生放電；3、放電過(guò)程使大量中性氣體分子電離，變成正離子和電子或負(fù)離子，形成了大量的空間電荷。局部放電發(fā)生過(guò)程4、局部放電產(chǎn)生的空間電荷在外加電場(chǎng)作用下遷移到氣泡壁上，形成了與外加電場(chǎng)方向相反的內(nèi)部電壓，這時(shí)氣泡上

3、剩余電壓是外部電壓與內(nèi)部電壓的疊加；5、當(dāng)氣泡上的實(shí)際電壓小于氣泡的擊穿電壓時(shí)，局部放電停止；當(dāng)氣泡上的電壓隨外加電壓的上升而上升，直到重新到達(dá)其擊穿電壓時(shí)，氣泡再次擊穿，出現(xiàn)第二次放電。第一次放電第二次放電第n次放電局部放電發(fā)生與否？檢測(cè)由于局部放電產(chǎn)生的微小電壓脈沖，并計(jì)算出放電電荷量。局部放電測(cè)量原理視在放電量q：是指在試品兩端注入一定電荷量，使試品端電壓的變化量和局部放電時(shí)端電壓變化量相同。此時(shí)注入的電荷量即稱為局部放電的視在放電量，以皮庫(kù)(pC)表示。局部放電起始電壓Ui：是指試驗(yàn)電壓從不產(chǎn)生局部放電的較低電壓逐漸增加時(shí)，在試驗(yàn)中局部放電量超過(guò)某一規(guī)定值時(shí)的最低電壓值。局部放電熄滅電

4、壓Ue：是指試驗(yàn)電壓從超過(guò)局部放電起始電壓的較高值逐漸下降時(shí)，在試驗(yàn)中局部放電量小于某一規(guī)定值時(shí)的最高電壓值。名詞術(shù)語(yǔ)實(shí)際放電量qr和視在放電量qa的關(guān)系（1） ，因此 ；（2）兩個(gè)視在放電量qa相同的試品，不能直接通過(guò)qa的大小比較實(shí)際放電量的大?。灰簿褪钦f(shuō)，兩個(gè)相同的試品，不能通過(guò)局部放電量的測(cè)量，判斷兩個(gè)試品局部放電的嚴(yán)重程度。不同位置局部放電特征1、絕緣介質(zhì)內(nèi)部氣泡局部放電波形外加電壓較低外加電壓較高特點(diǎn)：（1）正負(fù)半周放電脈沖的圖形基本上對(duì)稱；（2）90和270之后的一段相位內(nèi)不會(huì)出現(xiàn)放電脈沖。2、電極與絕緣介質(zhì)之間氣隙局部放電波形 特點(diǎn)：（1）正負(fù)半周放電脈沖不對(duì)稱；（2）高壓端，

5、正半周放電大而疏，后半周放電小而密；（3）低壓端，反之。3、極不均勻電場(chǎng)局部放電（電暈放電）放電發(fā)生在局部區(qū)域，沒(méi)有貫穿整個(gè)電極典型不均勻電場(chǎng)：尖-板電極電暈放電波形特點(diǎn)電壓較低電壓較高特點(diǎn)：（1）正負(fù)半周放電脈沖不對(duì)稱；（2）局部放電總是先出現(xiàn)在負(fù)半周；（3）隨著電壓升高，正半周開(kāi)始出現(xiàn)局部放電。根據(jù)局部放電產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)現(xiàn)象，如電荷的交換，發(fā)射電磁波、聲波、發(fā)熱、光、產(chǎn)生分解物等，有多種測(cè)量局部放電的方法。測(cè)量方法分為兩大類：電測(cè)法、非電測(cè)法兩大類。電測(cè)法包括：脈沖電流法、無(wú)線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等；非電測(cè)法包括：聲測(cè)法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法和紅外熱測(cè)法等。第二節(jié) 局部放電測(cè)試方法

6、1、局部放電引起電極間的電荷轉(zhuǎn)移，從而引起試樣外部電極上的電壓變化。2、局部放電持續(xù)時(shí)間很短（氣隙中10 ns量級(jí)；油隙中1s量級(jí)）。根據(jù)Maxwell電磁理論，短持續(xù)時(shí)間的放電脈沖向外產(chǎn)生電磁輻射。3、局部放電產(chǎn)生能量損耗。電測(cè)法基于的測(cè)量原理局部放電試驗(yàn)220kV 及以上：1）大修更換絕緣部件或部分繞組后；2）必要時(shí)在線端電壓為1.5Um/ 3 時(shí)，放電量一般不大于500pC； 在線端電壓為1.3Um/ 3 時(shí)， 放電量一般不大于300pC1）110kV 電壓等級(jí)的變壓器大修后，可參照?qǐng)?zhí)行2）必要時(shí)，如：運(yùn)行中變壓器油色譜異常，懷疑存在放電性故障時(shí)1、脈沖電流法（電荷轉(zhuǎn)移）：三種基本測(cè)量電

7、路并聯(lián)測(cè)量電路、串聯(lián)測(cè)量電路、橋式測(cè)量電路電測(cè)法2、無(wú)線電干擾電壓法（電磁輻射）：通過(guò)射頻傳感器檢測(cè)放電信號(hào)射頻傳感器：電容傳感器、Rogowski線圈電流傳感器、射頻天線傳感器等。Tan能夠反映介質(zhì)損耗，介質(zhì)損壞將導(dǎo)致tan增加。因此可以通過(guò)測(cè)量tg值來(lái)反映局部放電能量，從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況。3、介質(zhì)損耗分析法（能量損耗）：介質(zhì)損耗分析法特別適用于測(cè)量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號(hào)，而亞輝光放電的脈沖上升沿時(shí)間太長(zhǎng)，普通的脈沖電流法檢測(cè)裝置中難以檢測(cè)出來(lái)。非電檢測(cè)法1、超聲波法優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，不受環(huán)境條件限制。缺點(diǎn)：靈敏度較低，不能直接定量。傳感器：

8、壓電陶瓷2、紅外檢測(cè)3、色譜分析法本試驗(yàn)在所有高壓絕緣試驗(yàn)之后進(jìn)行，必要時(shí)可在耐壓試驗(yàn)前后各進(jìn)行一次，以資比較。試品的表面應(yīng)清潔干燥，試品在試驗(yàn)前不應(yīng)受機(jī)械、熱的作用。油浸絕緣的試品經(jīng)長(zhǎng)途運(yùn)輸顛簸或注油工序之后通常應(yīng)靜止48h后，方能進(jìn)行試驗(yàn)。測(cè)定回路的背景噪聲水平。背景噪聲水平應(yīng)低于試品允許放電量的50%，當(dāng)試品允許放電量較低(如小于10pC)時(shí)，則背景噪聲水平可以允許到試品允許放電量的100%。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，如以上條件達(dá)不到，可以允許有較大干擾，但不得影響測(cè)量讀數(shù)。試驗(yàn)前對(duì)試品的要求電源網(wǎng)絡(luò)的干擾。各類電磁場(chǎng)輻射的干擾。試驗(yàn)回路接觸不良、各部位電暈及試驗(yàn)設(shè)備的內(nèi)部放電。接地系統(tǒng)的干擾。金屬物

9、體懸浮電位的放電局部放電測(cè)量時(shí)的干擾來(lái)源根據(jù)干擾來(lái)源與途徑采取的抑制干擾措施。電源濾波器屏蔽式隔離變壓器高壓濾波器全屏蔽試驗(yàn)室利用儀器功能和選擇接線方式抑制干擾的措施。平衡接線法模擬天線平衡法儀器帶有選通(窗口)元件系統(tǒng)干擾的抑制措施高壓端部電暈放電的抑制措施。高 壓端 部 電暈放電的抑制，主要是選用合適的無(wú)暈環(huán)(球)及無(wú)暈導(dǎo)電桿作為高壓連線接地干擾的抑制。抑制試驗(yàn)回路接地系統(tǒng)的干擾，唯一的措施是在整個(gè)試驗(yàn)回路選擇一點(diǎn)接地為了提高測(cè)量精度，在測(cè)量中應(yīng)采取的措施：（1）試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)暈設(shè)備，特別是試驗(yàn)變壓器和耦合電容Ck。（2）濾波器應(yīng)能保證電源與測(cè)量回路的高頻隔離。（3）試驗(yàn)時(shí)

10、間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。（4）測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)， 耦合電容要盡量小于試品電容Cx，使得在局部放電時(shí)Cx與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。（5）必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。局部放電的圖譜識(shí)別絕緣結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)與電場(chǎng)方向垂直的氣隙放電脈沖正、負(fù)對(duì)稱；幅值及頻率基本相等。（正、負(fù)幅值不對(duì)稱度3：1仍屬正常。） 放電量與試驗(yàn)電壓的關(guān)系是起始放電后，放電量增至某一水平時(shí)，隨試驗(yàn)電壓上升放電量保持不變。熄滅電壓基本相等或略低于起始電壓。絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)含有各種不同尺寸的氣隙放電脈沖正、負(fù)對(duì)稱；幅值及頻率基本相等。（正、負(fù)幅值不對(duì)稱度3：1仍屬正常。）放電開(kāi)始時(shí)，放電脈沖尚能分辨；隨后電壓上升，出現(xiàn)幅

11、值較大的脈沖，脈沖分辨率逐漸下降，直至不能分辨。起始放電后，放電量隨電壓上升而穩(wěn)定增長(zhǎng)。熄滅電壓基本相等或低于起始電壓。絕緣結(jié)構(gòu)中僅含有一個(gè)氣隙位于電極的表面正、負(fù)半周幅值不對(duì)稱，幅值大的頻率低，幅值小的頻率高。（兩幅值之比通常大于3：1，有時(shí)達(dá)10：1）放電一旦起始，放電量基本不變，與電壓上升無(wú)關(guān)。熄滅電壓等于或略低于起始電壓。 圖（d），(1 )一簇不同尺寸的氣隙位于電極的表面，但屬封閉型；(2 )電極與絕緣介質(zhì)的表面放電氣隙不是封閉的。放電脈沖疊加于電壓的止及負(fù)峰值之前兩邊幅值比通常為3:1，有時(shí)達(dá)10：1。隨電壓上升，部份脈沖向零位方向移動(dòng).放電起始后，脈沖分辨率尚可;繼續(xù)升壓，分辨率

12、下降直至不能分辨。放電起始后放電皇隨電壓的上升逐漸增大，熄滅電壓等于或略低于起始電壓。如電壓持續(xù)時(shí)間在10 min以后，放電響應(yīng)會(huì)有些變化。 圖（e）干擾源為針尖對(duì)平板或大地的液體介質(zhì)。較低電壓下產(chǎn)生電暈放電，放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負(fù)峰值處.放電源處于高電位；如位于正峰處放電源處于低電位。這可幫助判斷電壓的零位，一對(duì)脈沖對(duì)稱的出現(xiàn)在電壓正或負(fù)峰處、每一簇的放電脈沖時(shí)間間隔均各自相等。但兩簇的幅值及時(shí)間間隔不等，幅值較小的一簇幅值相等、較密。一簇較大的脈沖起始電壓較低，放電量隨電壓上升增加；一簇較小的脈沖起始電壓較高，放電量與電壓無(wú)關(guān)，保持不變；電壓上升，脈沖頻率密度增加，但尚能分辨；電壓再升高，逐漸變得不可分辨。 圖（f），針尖對(duì)平板或大地的氣體介質(zhì)。較低電壓下產(chǎn)生電暈放電，放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負(fù)峰處，放電源處于高電位；如位于正峰處，放電源處于低電位。這可幫助判斷電壓的零位。起始放電后電壓上升，放電量保持不變，惟脈沖密度向兩邊擴(kuò)散、放電頻率增加，但尚能分辨；電壓再升高，放電脈沖頻率增至逐漸不可分辨。 圖（g），懸浮電位放電。在電場(chǎng)中兩懸浮金屬物體間，