1、电气设备局部放电试验相关技术 大纲 1 1）局部放电的有关概念 2 2）变压器局部放电的测量方法 3 3）局部放电干扰抑制、波形识别 4 4）典型设备的局部放电试验 概念 局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理 “Localized electrical discharge that only partially bridges the insulation between conductors and which can or cannot occur adjacent to a conductor.”（IEC60270）
2、在电场作用下，绝缘系统中只有部分区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿，这种现象称之为局部放电 IEC60270 局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理 表征局部放电的参数主要有：视在放电荷Qa；放量重复率N；放电能量W 平均放电电流 放电功率P 起始放电电压ui 放电熄灭电压ue （1）视在放电荷Qa 在绝缘体中发生局部放电时，在绝缘体施加电压的两端 上脉动电荷，称之为视在放电电荷。视在放电电荷的大小是这样测定的：将模拟实际放电的瞬变电荷注入试样施加电压的两端，在此 两端出现的脉冲电压与局部放电时所产生的脉
3、冲电压相同，则 注入的电荷量即为视在放电电荷量，单位用Pc表示。在一个试 样中可能同时出现大小不同的视在放电电荷，通常把稳定出现 的最大的视在放电电荷量称为放电量。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（2）起始放电电压ui 当外加电压从不出现局部放电的电压值开始逐渐升高，直到在测试装置上能观察到局部放电时的最低电压值，即为起始放电电压，并以有效值来表示，单位是 V。为了克服测试系统灵敏度不同而造成测试结果不可对比的不足，各类产品都规定了一个最小的放电量水平，当出现的放电达到这一水平时，外加电压的有效值即为起始放电电压。如果
4、一出现放电就超过这一水平，则以出现放电时的外加电压作为起始放电电压。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（3）放电熄灭电压ue 当外加电压从高于起始放电电压逐渐降低，直到放电消失时的外加电压即为放电熄灭电压，以有效值来表示。为了提高测试结果的可比性，通常选取与测量起始放电电压时一样的最小放电量，当放电量随电压下降而逐渐减小到此最小放电量时，外加电压的有效值即为放电熄灭电压。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（4）放量重复率N 在测量时间内，平均每秒钟
5、出现的放电次数称为放电重复率，单位为次/s。实际测量中，受测试系统灵敏度和分辨能力的限制，测得的脉冲必须大于最小可测放电量的脉冲，而且两次脉冲相隔要大于可分辨的最小时间间隔。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（5）放电能量W 气隙中每一次放电所消耗的能量称为放电能量，单位为 J.放电量的大小不但与视在放电量有关，而且还与放电起始电压有关。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（6）平均放电电流 设在测量时间间隔 T内出现 m次放电，各 次 放 电 的
6、视 在 放 电 电 荷 为 q1、q2qm，则平均电流为 TI1imiq1 平均电流的单位为 A。这一参数综合反映了放电量及放电次数。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理（7）放电功率P 设在测量时间 T 人，出现 m 次放电，各次放电的视在放电电荷为 q1、q2，qm，每次放电时对应的外加电压的瞬时值为 u1、u2，um，即出现 q1放电时，对应的电压瞬时值为 u1，则放电功率为 TP1iimiqu1 放电功率的单位为 W。这一参数包含有放电量、放电次数以及放电时的外加电压等信息。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部
7、放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理 本节小结 视在放电电荷、放电能量及放电重复率是基本的三个参数，放电它们都是表征各次单个放电的特性，而放电平均电流和放电功率是在一定时间间隔内局部放电的累积量，放电起始和熄灭电压是用外加电压来表征放电的开始和消失。在现有的局部放电试验标准中，一般都只要求测量放电量的大小，有的也要求测量起始放电电压和放电熄灭电压。局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理 局部放电是电介质中的一部分原子或者分子产生电离和去电离的运动形式 绝缘绝缘 电离电离 去电离去电离 电场 不
8、均匀 电介质 不均匀 气泡 或杂质 从外施电场中吸取能量，生成正负电荷并使之运动 正负电荷中和，释放能量形成新的原子和分子 持续时间为微秒级的 脉冲电流 发射电磁波 发热 发光 振动（发声）化学变化 局部放电的定义局部放电的定义 变压器局部放电的形变压器局部放电的形式式 局部放电的产生机理局部放电的产生机理 含有单气隙的绝缘结构及其等值电路 大纲 1 1）局部放电的一些概念 2 2）变压器局部放电的测量方法 3)3)局部放电干扰抑制、波形识别 4 4）典型设备的局部放电试验 变压器局部放电的检测方法 脉冲电流法（在线）铁芯、夹件、外壳、套管末屏接地线 为检测准确及抗干扰，一般选用多个传感器 现
9、场一般采用脉冲电流、声测和特高频结合的方法来对变压器的局部放电进行监测和检测。超声传感器 HFCT 特高频传感器 电流脉冲法（离线）电流脉冲法（离线）电流脉冲法测量局部放电的基本回路和原理电流脉冲法测量局部放电的基本回路和原理 局部放电所产生的电荷交换，形成试样两端视在放电电荷，现在把试样Cx连接在如图所示的测试回路中，则试样两端的视在放电电荷就会通过测试回路形成脉冲电流，从而在检测阻抗两端就可采集到一个脉冲电压信号，这个信号的大小，在一定的测试回路中是正比于试样的视在放电电荷。平衡法测试线路平衡法测试线路 局部放电测量仪器设备的选择局部放电测量仪器设备的选择 进行局部放电试验使用的设备主要有
10、：无局放试验变压器、调压器、隔离器、局放测量系统、无局放标准电容器（如需要）和补偿电抗器（如需要）局部放电测量仪器系统的一般要求局部放电测量仪器系统的一般要求 (1)有足够的增益，这样才能将测量阻抗的信号放大到足够大；(2)仪器噪声要小，这样才不至于使放电信号淹没在噪声中；(3)仪器的通频带要可选择，可以根据不同测量对象选择带通 确定整个试验回路的换算系数 k，称为视在放电量的校准。换算系数 k 受回路 Cx、Ck、Cs（高压对地的杂散电容）及 Zm 等元件参量的影响。因此，试验回路每改变一次必须进行一次校准。视在放电量的校准视在放电量的校准 校准的基本原理及波形校准的基本原理及波形 校准的基
11、本原理 视在放电量校准的基本大批量是：以幅值为 Uo 的方波通过串联小电容 Co 注入试品两端，此注入的电荷量为 Qo=UoCo 式中：Uo方波电压幅值，V：Co电容，PF；Qo电荷量，PC。校准方波的波形校准方波的波形 校准方波的上升时间应使通过校准电容 Co 的电流脉冲的持续时间比 1/f2 要短，校准方波的上升时间不应大于 0.1 s，衰减时间通常在 100 s 范围内选取。目前大都选用晶体管或汞湿继电器做成小型电池开关式方波发生器，作为校准电源。直接校准法直接校准法 将已知电荷量 Qo 注入试品两端称为直接校准，其目的是直接求得指示系统和以视在放电量 Q 表征的试品内部放电量之间的定量
12、关系，即求得换算系数，即求得换算系数 k。这种校准方式是由国家标准 GB7354-87局部放电测量推荐的。直接法和平衡法测量回路的直接校准电路。接好整个试验回路，将已知电荷量 Qo=UoCo 注入试品两端，则指示系统响应 L。取下校准方波发生器，加电压试验，当试品内部放电时，指示系统响应为 L，由此则可得换算系数 kH为 kH=L/L 则视在放电量 Q 为 Q=UoCoKH 式中：Q视在放电量，PC；Uo方波电压幅值，V；Co电容，PF；KH换算系数。校准方波发生器的输出电压 Uo 和串联电容 Co 的值要用一定精度的仪器定期测定，如 Uo 一般可用经校核好的示波器进行测定；Co 一般可用合适
13、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好。从 Co 到 Cx 的引线应尽可能短直，Co 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。校准时的注意事项校准时的注意事项 容性无功的估算容性无功的估算 现场对大型变压器进行局部放电试验时，现场对大型变压器进行局部放电试验时，由于对地电容量较大，往往要并联电抗器由于对地电容量较大，往往要并联电抗器进行补偿，使得电压能升至试验要求。进行补偿，使得电压能升至试验要求。容性无功容量的估算方法一 如果厂家提供了变压器出厂时局放试验的试验频率f 和
14、被试变压器低压侧试验电流，那么就可粗略估算出变压器的容性无功功率（不考虑变压器有功功率的影响）Q=Ul Ul-被试变压器低压侧试验电压 f-现场试验频率 容性无功容量的估算方法二 高压电气设备试验方法最早提供的方法是以所测电容作为线端对地的集中电容，电压为试验电压的一半的计算方法 如：被试相高压侧无功QH (CH)(0.5UH)2 UH为被试相高压侧线端电压 CH为高压对其余绕组及地的电容 31Q=QH+QH+QM+QM+QL+QL=1.5(CH)(0.5UH)2+1.5(CH)(0.5UH)2 +1.5(CL)(0.5UL)2 313131 变压器绕组分布电容 图中高中低压侧电压分别为UH、
15、UM、UL CHO,CHM,CHL,CMO,CML,CLO分别是图示六层绝缘 介质的电容量，以下相同 容性无功容量的估算方法三 山东电科院提供的方法以所测的各部分电容的一半折算至线端对地和高、中压间的集中电容，电压为全电压 容性无功容量的估算方法四 有的电科院与送变电技术人员采取的经验公式：Q=CH-高压对其余绕组及地的电容 UH-高压对地电压 UM-中压对地电压 81 CH（UH2UM22UHUM+）2 容性无功容量的估算方法五 采用积分的方法来算从绕首(或末)流入的总电容电流，来求得容性无功 dhhCh=CHO/3Hdh=UH/HI=Uh ULCLOCHMUHUMUMCML(CMOUHCH
16、LCHM(CHOQ241412)412)41 实用的估算方法（方法六）实用的经验公式：Q 41CH UH2CH为高压绕组对其余绕组及地的电容量 现场局部放电试验接线 G 无局放变频电源：T 励磁变压器：L 补偿电抗器：T1 被试变Z1 Z2 检测阻抗 大纲 1 1）局部放电的一些概念 2 2）变压器局部放电的测量方法 3 3）局部放电干扰抑制、波形识别 4 4）典型设备的局部放电试验 局部放电测量的干扰来源及案例分析局部放电测量的干扰来源及案例分析 局部放电测量时的干扰主要有以下几种形式：a 电源网络的干扰；b各类电磁场辐射的干扰;c 试验回路接触不良，各部位电晕及试验设备的内部放电；d 接地系统的干扰；e 金属物体悬浮电位的放电。干扰的抑制原则干扰的抑制原则 抑制干扰措施很多。有些干扰，在变电所现场要完全消除往往是不可能的。实际试验时只要将干扰抑制在某一水平以下，以有效测量试品内部的局部放电就可以了。这在很大程度上取决于测试者的分析能力和经验。抑制干扰措施抑制干扰措施-电源滤波器电源滤波器 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
