3 局部放电试验

第三章局部放电试验《规程》对局部放电试验的相关要求第一节局部放电特征及原理（1）特性：局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电。（2）原因：它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。（3）现象：它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。一、局部放电的特征（4）危害：这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿。局部放电是一种复杂的物理过程，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。从电性方面分析，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。最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。局部放电产生过程：（1）如果绝缘中存在有气泡，当工频高压施加于绝缘体的两端时，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。（外加电压不够高，不足以产生局部放电）（2）若外加电压足够高，即上升到气泡的击穿电压时，气泡发生放电。（3）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。（4）空间电荷作用：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内部电压，这时气泡上剩余电压应是两者叠加的结果。（5）局部放电重复发生：当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时，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，直到重新到达其击穿电压时，又出现第二次放电，如此出现多次放电。（6）视在放电量：当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。其中电荷q称为视在放电量。二局部放电机理气隙放电等值电路局部放电产生的几种情况：气隙放电、油隙放电、极不均匀电场放电局部放电过程：局部放电第一次放电第二次放电第n次放电局部放电发生与否？间隙放电电荷和电压随时间的变化局部放电脉冲的形成时间，除了极不均匀电场和油隙放电的情况外，一般在0.01us以下。表征局部放电的参数1、实际放电量qr2、视在放电量qa视在放电电荷是指产生局部放电时，一次放电在试样两端出现的瞬变电荷。条件：（1）介质电阻Ra、Rb以及气隙电阻Rc都很大；（2）放电时间极短（10-8s）。假定：在放电过程中，（1）电源来不及供给补充电荷；（2）各个电容上的电荷没有泄漏掉。关于实际放电量qr和视在放电量qa的讨论（1），因此；（2）真正代表放电量大小的是qr，而非qa；（3）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，而要具体分析Cb、Cc的差别，即具体问题、具体分析。3、局部放电起始电压Ui局部放电起始电压：是指试样产生局部放电时，在试样两端施加的电压值。在实际测量中，施加电压必须从低于起始放电的电压开始，按一定速度上升。同时，为了能在灵敏度不同的测试装置上所测的起始电压进行比较，一般是以视在放电电荷超过某一规定值时的最小电压值为起始放电电压。4、局部放电熄灭电压Ue当加于试品上的电压从已测到局部放电的较高值逐渐降低时，直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的最低电压。实际上，熄灭电压是局部放电量值等于或小于某一规定值时的最低电压。5、放电发生重复率：每秒放电重复的次数。各类局部放电的特点1、绝缘介质内部局部放电内部局部放电：（1）在绝缘介质内部；（2）介质与电极之间的气隙放电。放电的特性与介质的特性和气隙的形状、大小、位置以及气隙中气体的性质有关。绝缘介质内部气泡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电极与绝缘介质之间气隙放电波形特点：（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。2、介质表面局部放电2、介质表面局部放电放电波形特点：（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、电晕放电电晕放电是在电场极不均匀的情况下，导体附近的电场强度达到气体的击穿场强时发生的。这时在距电极间其它地方的电场强度仍然低于击穿场强，因此放电只是发生在局部区域而没有贯穿整个电极之间。典型不均匀电场：尖-板电极3、电晕放电放电波形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。局部放电几个主要参量：(1)视在放电电荷q。它是指将该电荷瞬时注入试品两端时，引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量，视在电荷一般用pC(皮库)来表示。(2)局部放电的试验电压。它是指在规定的试验程序中施加的规定电压，在此电压下，试品不呈现超过规定量值的局部放电。(3)局部放电能量。是指因局部放电脉冲所消耗的能量。(4)局部放电起始电压Vi。当加于试品上的电压从未测量到局部放电的较低值逐渐增加时，直至在试验测试回路中观察到产生这个放电值的最低电压。实际上，起始电压ui是局部放电量值等于或超过某一规定的低值的最低电压。(5)局部放电熄灭电压Ve。当加于试品上的电压从已测到局部放电的较高值逐渐降低时，直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的最低电压。实际上，熄灭电压ue是局部放电量值等于或小于某一规定值时的最低电压。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。局部放电测量方法：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一、电测法局部放电最直接的现象即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。气隙中局部放电持续时间很短，10ns量级；油隙中1μs量级。根据Maxwell电磁理论，如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于电荷转移和电磁辐射这两个基本原理。1、脉冲电流法脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法。三种基本测量回路如图所示：Cx，试品电容；Zm（Zm’），测量阻抗；Ck，耦合电容，为Cx与Zm之间提供一个低阻抗通道。Z，低通滤波器，通工频，阻高频。（1）并联测量回路试验电压U经Z施加于试品Cx，测量回路由Ck与Zm串联而成，并与Cx并联。试品上的局部放电脉冲经Ck耦合到Zm上，经放大器A送到测量仪器M。这种测量回路适合于试品一端接地的情况，在实际工作中应用较多。（2）串联测量回路测量阻抗Zm串联接在试品Cx低压端与地之间，并经由Ck形成放电回路。试品的低压端必须与地绝缘。（3）桥式测量回路（又称平衡测量回路）试品Cx与耦合电容Ck均与地绝缘，测量阻抗Zm与Zm’分别接在Cx与Ck的低压端与地之间。测量仪器M测量Zm与Zm’上的电压差。2．无线电干扰电压法（RadioInterferenceVoltage，RIV）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。RIV方法能定性检测局部放电是否发生，甚至可以根据电磁信号的强弱对局部放电进行定位；Rogowski线圈传感器：能定量检测放电强度，且测试频带较宽（1~30MHz）。3．介质损耗分析法（Dielectriclossanalysis，DLA）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。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。DLA方法只能定性测量局部放电是否发生，不能检测局部放电量的大小，这限制了DLA方法的运用。二、非电检测法局部放电发生时，常伴有光、声、热等现象的发生，对此，局部放电检测技术中也相应出现了光测法、声测法、红外热测法等非电量检测方法。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。1、超声波法优点：方法简单，不受环境条件限制。它可在试品外壳表面不带电的任意部位安置传感器，可较准确地测定放电位置，且接收的信号与系统电源没有电的联系，不会受到电源系统的电信号的干扰。缺点：灵敏度较低，不能直接定量。传感器：压电陶瓷2、光检测法灵敏度差，局限性大，适宜于检测暴露在外表面的电晕放电。3、热检测法预先埋入热电偶测量各点温升，从而确定局部放电部位。灵敏度差，现场测量无法采用。4、放电产物分析法色谱分析对判断故障有价值的气体成分：甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C4H4)、乙炔(C2H2)、氢(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等。第三节局部放电波形分析及图谱识别一、局部放电的波形分析图中检测阻抗Zm可由电阻、电感、阻容并联、电感电容并联等构成。而对于局部放电脉冲而言，可用等值回路来计算检测阻抗Zm上的波形。计算Zm上电压波形的等值回路1、Zm为R时，Zm上的波形根据回路时间常数不同，分两种情况：Tr脉冲前沿时间；Tr脉冲前沿时间2、Zm为RmCm并联时的输出波形，输出波形ucr仍为指数衰减波，但幅值降低，时间常数加大了。优点：减小信号电缆和仪器的杂散电容及输入电容影响，并消弱了高频信号干扰。（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为Lm时的输出波形因为Lm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。根据回路方程可知：uL的幅值与uR相同，均为q/Cx。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。电感作为检测元件4、Zm为Lm、Cm并联元件时的输出波形一般选择的Cm值比Ck、Cx都大得多，故振荡频率主要决定于LmCm值。LmCm元件上的波形方程为：由式可见，uLC的幅值小于uL，振荡周期加大了。考虑到，并选则：由此可见，uLC的幅值与q成正比而与Cx几乎无关，振荡频率也只受LmCm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。优点：电感电容并联构成调谐回路，对一定频率的分量具有较大的灵敏度，适当选定谐振频率，可以避免频带外信号的干扰；由于电感的存在，可以避免工频影响。缺点：这种输出波形是振荡的，灵敏度比以电感作检测阻抗时低。5、Zm为LmRmCm并联元件时的输出波形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。检测阻抗Zm上的电压（即检测信号）是相当小的，必须经过放大才能使仪器上有明显的指示。经放大器放大后的脉冲信号的峰值可由示波器测量。除此之外，示波器上还可以看出放电发生在工频的什么相位，测定脉冲波形和放电次数，观察整个局部放电的特征，以确定放电的大致部位和性质。水平扫描和椭圆扫描显示屏上波形示意图。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