3局部放电试验

第三章局部放电试验复合介质的电场分布++++++++++++++++++++电介质的极化E外+++++++++++++++++++++++++++++++Q0U+++++自由电荷极化电荷+++++Q’+电介质的极化和相对介电常数真空中两极板之间的电容：000QACUd0：8.85410-14F/cm介质极化后极板间电容量：0'QQACUd相对介电常数定义：0000'rQQCCQ复合介质中的电场分布问题1、特性：局部放电发生在电极之间，但放电并未贯穿电极。2、原因：设备绝缘内部存在缺陷，在高电压作用下，缺陷发生重复性击穿。3、现象：绝缘内气体的击穿，局部范围内固体或液体介质击穿，电极表面尖端放电等。4、危害：放电能量小，短时存在不影响电气设备的绝缘强度。长期存在将产生累积效应，使绝缘性能逐渐劣化，最后导致整个绝缘击穿。局部放电的特征第一节局部放电特征及原理1、局部温度升高。在发生局部放电的气隙内，局部温度可达1000oC。2、带电粒子高速碰撞。3、化学腐蚀。局部放电产生臭氧，臭氧与氮生成一氧化氮和二氧化氮，再与水蒸气反应生成硝酸。局部放电导致绝缘劣化的原因主要物理过程：电荷转移其它方面：电能损耗、电磁辐射；超声波、光、热、新的生成物等。伴随着电荷转移，最明显的特征是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压信号。局部放电伴随的物理现象以绝缘介质中存在的气泡为例：1、工频电压施加在绝缘介质两端，气泡上承受一定的电压；如果电压没有达到气泡的击穿电压，则气泡上的电压随外加电压的变化而变化。2、如果气泡两端的电压上升到气泡的击穿电压时，则气泡发生放电，即发生局部放电。3、局部放电产生空间电荷。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。局部放电发生过程4、空间电荷产生的作用。局部放电产生的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是外部电压与内部电压叠加的结果。5、局部放电的持续发展。当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时，局部放电停止；当气泡上的电压随外加电压的上升而上升，直到重新到达其击穿电压时，气泡再次击穿，出现第二次放电。气隙放电等值电路局部放电发展过程第一次放电第二次放电第n次放电局部放电发生与否？伴随着局部放电出现的物理过程：电荷转移、电能损耗、电磁辐射、超声波、光、热、新的生成物等。局部放电测试原理：检测由于局部放电产生的微小电压脉冲，并计算出放电电荷量。局部放电测量原理局部放电测量原理1、实际放电量qr2、视在放电量qa实际放电量qr和视在放电量qa的关系（1），因此；（2）两个视在放电量qa相同的试品，不能直接通过qa的大小比较实际放电量的大小；也就是说，两个相同的试品，不能通过局部放电量的测量，判断两个试品局部放电的严重程度。局部放电试验电压：试验程序规定电压。局部放电能量：局部放电起始电压：局部放电熄灭电压：放电发生重复率：局部放电参数局部放电试验220kV及以上：1）大修更换绝缘部件或部分绕组后；2）必要时在线端电压为1.5Um/3时，放电量一般不大于500pC；在线端电压为1.3Um/3时，放电量一般不大于300pC1）110kV电压等级的变压器大修后，可参照执行2）必要时，如：运行中变压器油色谱异常，怀疑存在放电性故障时局部放电特点局部放电的特点：与介质特性和气隙形状、大小、位置等因素有关。气隙放电、油隙放电不同位置局部放电1、绝缘介质内部气泡局部放电波形外加电压较低外加电压较高特点：（1）正负半周放电脉冲的图形基本上对称；（2）90°和270°之后的一段相位内不会出现放电脉冲。绝缘介质内部气泡放电波形分析2、电极与绝缘介质之间气隙局部放电波形特点：（1）正负半周放电脉冲不对称；（2）高压端，正半周放电大而疏，后半周放电小而密；（3）低压端，反之。3、极不均匀电场局部放电（电晕放电）放电发生在局部区域，没有贯穿整个电极典型不均匀电场：尖-板电极电晕放电波形特点电压较低电压较高特点：（1）正负半周放电脉冲不对称；（2）局部放电总是先出现在负半周；（3）随着电压升高，正半周开始出现局部放电。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，有多种测量局部放电的方法。测量方法分为两大类：电测法、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。第二节局部放电测试方法1、局部放电引起电极间的电荷转移，从而引起试样外部电极上的电压变化。2、局部放电持续时间很短（气隙中10ns量级；油隙中1μs量级）。根据Maxwell电磁理论，短持续时间的放电脉冲向外产生电磁辐射。3、局部放电产生能量损耗。电测法基于的测量原理局部放电试验220kV及以上：1）大修更换绝缘部件或部分绕组后；2）必要时在线端电压为1.5Um/3时，放电量一般不大于500pC；在线端电压为1.3Um/3时，放电量一般不大于300pC1）110kV电压等级的变压器大修后，可参照执行2）必要时，如：运行中变压器油色谱异常，怀疑存在放电性故障时1、脉冲电流法（电荷转移）：三种基本测量电路并联测量电路、串联测量电路、桥式测量电路电测法2、无线电干扰电压法（电磁辐射）：通过射频传感器检测放电信号射频传感器：电容传感器、Rogowski线圈电流传感器、射频天线传感器等。局部放电对绝缘材料的破坏作用与局部放电消耗的能量直接相关，因此对放电消耗功率的测量能够定性反映出局部放电性质。Tanδ能够反映介质损耗，介质损坏将导致tanδ增加。因此可以通过测量tgδ值来反映局部放电能量，从而判断绝缘材料和结构的性能情况。3、介质损耗分析法（能量损耗）：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。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。优点：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。非电检测法1、超声波法优点：方法简单，不受环境条件限制。缺点：灵敏度较低，不能直接定量。传感器：压电陶瓷2、红外检测3、色谱分析法第三节局部放电波形分析局部放电测量等值电路1、Zm=R，Zm上的波形两种情况：（1）Tr脉冲前沿时间；（2）Tr脉冲前沿时间2、Zm=R、C并联输出波形ucr仍为指数衰减波，但幅值降低，时间常数增大。优点：减小信号电缆和仪器的杂散电容及输入电容影响。（在电阻上并联电容，并使电容值远大于杂散电容值，从而可以忽略杂散电容的影响。）缺点：并联电容使输入信号幅值下降，灵敏度下降。3、Zm=L因为L中总有一定的电阻，回路为带衰减的L、C振荡回路。根据回路时间常数不同，存在两种波形。优点：对具有高频分量的脉冲，测量灵敏度高；对低频是低阻抗，所以不会出现工频干扰问题。缺点：电感与回路电容构成震荡回路，不利于某些定量测量；此外，电感也容易接收高频或脉冲干扰。4、Zm=L、C并联一般选择C值远大于Ck、Cx，所以振荡频率主要决定于L、C。uLC的幅值与q成正比而与Cx几乎无关，振荡频率只受L、C控制。因此，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=L、R、C并联输出波形仍然是一个衰减振荡曲线。电阻Rm接入后，振荡的衰减加快，振荡周期加长。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。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。局部放电在示波器上的显示典型放电示波图局部放电的图谱识别第四节局部放电中的干扰及抗干扰措施一、局放干扰的来源局放干扰：外部干扰；内部干扰。现场电磁干扰分为：连续性周期干扰、脉冲型干扰和白噪声。1、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。2、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开关动作产生。随机脉冲型干扰：高压线路上的电晕放电、开关动作等。3、白噪声：是指功率谱密度在整个频域内均匀分布的噪声，即所有频率具有相同能量的随机噪声。干扰的主要形式如下：(1)电源干扰：这类干扰只要控制器、调压器与变压器等是接通的（不必升压）即可能影响测量；(2)接地系统干扰：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；(3)其他高压试验或电磁辐射干扰：由回路外部的电磁场对回路的电磁耦合引起的干扰。如：邻近的高压设备，日光灯、电焊、电弧或火花放电等；(4)试验线路本身的放电干扰；(5)由于试验线路或样品内的接触不良引起的接触噪声。二、局放干扰的分类干扰的抑制方法：干扰源、干扰途径、信号后处理(1)电源干扰：可以在电源中用滤波器加以抑制。(2)接地系统干扰：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，不能产生电位浮动。(3)外部干扰：改善屏蔽。(4)试验线路本身的放电干扰：(5)试验线路或样品内的接触不良引起的接触噪声：三、常用的抑制干扰方法措施为了提高测量精度，在测量中应采取的措施：（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）滤波器应能保证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。本章结束