局部放电检测原理及一般试验技术-电缆情缘网

局部放电检测原理及一般试验技术扬州市新亚高电压测试设备厂开发部编写什么是局部放电?局部放电是指部分地桥接导体间绝缘的一种气体放电，这种放电可能会，或者不会出现在导体的近旁。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。局部放电产生的原因局部放电对于高压电工产品往往是很难避免的，这是由于绝缘材料和绝缘结构在制造过程中常会含有比固体绝缘容易击穿的小气泡或油膜，在电场的作用下，会产生内部放电。绝缘材料和绝缘结构中电场分布不均匀，也会产生局部放电（如针尖电极、电极表面上的毛刺、或者是金属屑异物）。局部放电的分类1、内部放电---在介质内部或介质与电极之间的放电。这种放电的特性与介质的特性和气屑的形状、大小、位置以及气屑中气体的性质有关。2、表面局部放电---在沿介质表面的电场强度达到击穿场强时所发生的局部放电。在电机绕组、电缆、套管等绝缘结构的端部，从导体到介质表面经常会出现这种局部的放电。3、电晕放电---在气体中，高电压导体周围所产生的局部放电称为电晕。如高压传输线、高压变压器等高压电气设备，因高压接线端暴露在空气中，都有可能产生这种局部放电。表征局部放电的参数视在放电电荷放电重复率放电的能量放电的平均电流放电的均方率放电功率局部放电起始电压局部放电熄灭电压视在放电量q是指在试品两端注入一定电荷量，使试品端电压的变化量和局部放电时端电压变化量相同。此时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库(pC)表示。实际上，视在放电量与试品实际点的放电量并不相等，后者不能直接测得。试品放电引起的电流脉冲在测量阻抗端子上所产生的电压波形可能不同于注入脉冲引起的波形，但通常可以认为这二个量在测量仪器上读到的响应值相等。脉冲电流法(ERA)高电压设备局部放电时在试验回路中引起电荷转移，产生高频电流脉冲,其流过检测阻抗产生电压脉冲，将此电压脉冲经过合适带宽的放大器放大后由仪器测量、显示出来。试验回路测量局部放电的基本回路有3种，图(a)并联法测量回路、(b)串联法测量回路、(c)平衡法测量回路。试验校准的基本原理视在放电量校准的基本原理是：以幅值为U0的方波通过串接小电容C0注入试品两端，此注入的电荷量为直接校准将已知电荷量Q0注入试品两端称为直接校准，这种校准方式是由国家标准GB7354—87《局部放电测量》推荐的。例：并联法试验回路的直接校准电路QUC000U0——脉冲电压幅值，V；C0——电容，pF；Q0——电荷量，pC校准的注意事项校准方波发生器的输出电压U0和串联电容C0的值要用一定精度的仪器定期测定，如U0一般可用经校核好的示波器进行测定；C0一般可用合适的低压电容电桥或数字式电容表测定。每次使用前应检查校准方波发生器电池是否充足电。从C0到CX的引线应尽可能短直，C0与校准方波发生器之间的连线最好选用同轴电缆，以免造成校准方波的波形畸变。当更换试品或改变试验回路任一参数时，必须重新校准。干扰类型和途径干扰将会降低局部放电试验的检测灵敏度，试验时，应使干扰水平抑制到最低水平。干扰类型通常有：⒈电源干扰、⒉接地系统干扰、⒊电磁辐射干扰、⒋试验设备各元件的放电干扰⒌各类接触干扰。这些干扰及其进入试验回路的途径见图Tr—试验变压器；Cx—被试品；Ck—耦合电容器；Zm—测量阻抗；DD—检测仪；M—邻近试验回路的金属物件；UA—电源干扰；UB—接地干扰；UC—经试验回路杂散电容C耦合产生的干扰；UD—悬浮电位放电产生的干扰；UE—高压各端部电晕放电的干扰；IA—试验变压器的放电干扰；IB—经试验回路杂散电感M耦合产生的辐射干扰；IC—耦合电容器放电的干扰干扰及其进入试验回路的途径（一）1、电源干扰。检测仪及试验变压器所用的电源是与低压配电网相连的，配电网内的各种高频信号均能直接产生干扰。因此，通常采用屏蔽式电源隔离变压器及低通滤波器抑制，效果甚好。2、接地干扰。试验回路接地方式不当，例如两点及以上接地的接地网系统中，各种高频信号会经接地线耦合到试验回路产生干扰。这种干扰一般与试验电压高低无关。试验回路采用一点接地，可降低这种干扰。干扰及其进入试验回路的途径（二）3、电磁辐射干扰。邻近高压带电设备或高压输电线路，无线电发射器及其它诸如可控硅、电刷等试验回路以外的高频信号，均会以电磁感应、电磁辐射的形式经杂散电容或杂散电感耦合到试验回路，它的波形往往与试品内部放电不易区分，对现场测量影响较大。其特点是与试验电压无关。消除这种干扰的根本对策是将试品置于屏蔽良好的试验室。采用平衡法、对称法和模拟天线法的测试回路，也能抑制辐射干扰。4、悬浮电位放电干扰。邻近试验回路的不接地金属物产生的感应悬浮电位放电，也是常见的一种干扰。其特点是随试验电压升高而增大，但其波形一般较易识别。消除的对策一是搬离，二是接地。干扰及其进入试验回路的途径（三）5、电晕放电和各连接处接触放电的干扰。电晕放电产生于试验回路处于高电位的导电部分，例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器、耦合电容器端部及高压引线等尖端部分。试验回路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干扰。这两种干扰的特性是随试验电压的升高而增大。消除这种干扰是在高压端部采用防晕措施(如防晕环等)，高压引线采用无晕的导电圆管，以及保证各连接部位的良好接触等。6、试验变压器和耦合电容器内部放电干扰。这种放电容易和试品内部放电相混淆。因此，使用的试验变压器和耦合电容器的局部放电水平应控制在一定的允许量以下。干扰识别的一些方法（一）识别干扰的基本依据,局部放电试验的干扰是随机而杂乱无章的，因此难以建立全面的识别方法，但掌握各类放电时的时间、位置、扫描方向以及电压与时间关系曲线等特性，有助于提高识别能力。1、掌握局部放电的电压效应和时间效应。局部放电脉冲波形与各种干扰信号随电压高低、加压时间的变化具有某种固有的特性，有些放电源(干扰源)随电压高低(或时间的延长)突变、缓变，而有些放电源却是不变的，观察和分析这类固有特性是识别干扰的主要依据。干扰识别的一些方法（二）2、掌握试验电压的零位。试品内部局部放电的典型波形，通常是对称的位于正弦波的正向上升段，对称地叠加于椭圆基线上，而有些干扰(如高电位、地电位的尖端电晕放电)信号是处于正弦波的峰值，认定椭圆基线上试验电压的零位。也有助于波形识别。但须指出，试验电压的零位是指施加于试品两端电压的零位，而不是指低压励磁侧电压的零位。干扰识别的一些方法（三）3、根据椭圆基线扫描方向。放电脉冲与各种干扰信号均在时基上占有相应的位置(即反映正弦波的电角度)，如前所述，试品内部放电脉冲总是叠加于正向(或反向)的上升段，根据椭圆基线的扫描方向，可确定放电脉冲和干扰信号的位置。方法是注入一脉冲(可用机内方波)，观察椭圆基线上显示的脉冲振荡方向(必要时可用X轴扩展)即为椭圆基线的扫描方向，从而就能确定椭圆基线的相应电角度，如下图所示。抑制干扰的措施-----电源滤波器在高压试验变压器的初级设置低通滤波器，抑制试验供电网络中的干扰。低通滤波器的截止频率应尽可能低，并设计成能抑制来自相线、中线(220V电源时)两线路中的干扰。通常设计成π型滤波器，如图给出的双π型滤波网络接线图。屏蔽式隔离变压器试验电源和仪器用电源设置屏蔽式隔离变压器，抑制电源供电网络中的干扰，因此隔离变压器应设计成屏蔽式结构，如图所示。抑制干扰的措施-----电源滤波器（图）抑制干扰的措施----高压滤波器在试验变压器的高压端设置高压低通滤波器，抑制电源供电网络中的干扰。高压滤波器通常设计成T型或TT型，也可以L型。它的阻塞频率应与局部放电检测仪的频带检测仪相匹配。抑制干扰的措施-----全屏蔽试验室全屏蔽试验系统的目的和作用是抑制各类电磁场辐射所产生的干扰。试验时所有设备和仪器及试品均处于一屏蔽室内。全屏蔽试验室可用屏蔽室内接收空间干扰(例如广播电台信号)的信号场强，以及对试验回路所达到的最小可测放电量等指标来检验其屏蔽效果。屏蔽室应一点接地。抑制干扰的措施----利用仪器功能和选择接线方式抑制干扰的措施平衡接线法接线，能抑制辐射干扰k及电源干扰。干扰抑制的基本原理是：当电桥平衡时，干扰信号r、s耦合到回路，电桥A、B两点输出等于零，即抑制了干扰。干扰抑制的效果与Cx和Ck的损耗有关，若选择同类设备作为Ck，即称为对称法，则其损耗值非常接近，干扰抑制效果较好。模拟天线平衡法电磁波辐射干扰具有方向性。整个试验回路可视作一种环型天线，变化该环型天线(即变化辐射干扰波与环型天线的入射角)的方向，可有效抑制辐射干扰。实际操作方法是用一根金属导线连接电容Cm(与Ck的电容量相等)，串接测量阻抗Zm，并接在Cx两端，成为一模拟天线，接通测量仪。不断变化模拟天线的方向，使测量仪显示系统的干扰信号指示最小水平，最后即以此位置连接高压导线与耦合电容器Ｃk。模拟天线尺寸与实际测量时几何尺寸应尽量相同抑制干扰的措施----利用仪器功能和选择接线方式抑制干扰的措施仪器带有选通(窗口)元件系统对于相位固定、幅值较高的干扰，利用带有选通元件的仪器，就可十分有效地分隔这种干扰。将选通元件与仪器的峰值电压表(pC表)配合使用，效果较好，即pC表只对选通区内的扫描信号产生响应。抑制干扰的措施----高压端部电晕放电的抑制措施高压端部电晕放电的抑制，主要是选用合适的无晕环(球)及无晕导电杆作为高压连线。不同电压等级设备无晕环(球)的尺寸举例，见下表。高压无晕导电杆建议采用金属圆管或其它结构的无晕高压连线。110kV及以下设备，可采用单环屏蔽，其圆管和高压无晕金属圆管的直径均为50mm及以下。电压等级kV无晕件双球形mm球形mm圆管形直径mmdHDD22015010508107501005002001200160018002507502500300抑制干扰的措施----接地干扰的抑制抑制试验回路接地系统的干扰，唯一的措施是在整个试验回路选择一点接地。通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项一、要有一个好的地线系统试验现场应该有独立的地线系统，它与建筑物的地网是分离的，接地电阻应该尽可能小，注意，动力电网的中性线不可连接到试验现场地。通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项二、试验回路的布线试验回路的布线应该尽可能简洁，连接线应尽可能的短，不要因为操作控制方面的原因而使试验回路很复杂。试验回路高压侧的回路面积应尽可能的小通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项三、试验电源的滤波试验电源的滤波现阶段还是应该采用硬件处理，软件的滤波效果还达不到实际现场使用要求。应采用电源隔离滤波电源，做到动力电源与实际试验电源隔离，试验频带内的滤波衰减量应大于60dB。通常情况下局部放电试验现场干扰的处理的注意事项四、关于空间干扰减小试验回路面积，调整试验设备布置方向，试验场区上空应没有动力电缆等强磁场源，试验场区地下应没有电缆槽。极端情况下可装备屏蔽房。