高電壓技術(shù)高電壓工程系tslc@劉10講絕緣的非破壞性試驗（二）

與破壞性試驗（一） 一、局部放電----局放 1.局部放電的概念：PartialDischarge,簡稱為PD:由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣存在弱點，在確定外施電壓下發(fā)生的局部的重復(fù)擊穿和熄滅現(xiàn)象。 2.局部放電的危害： 局部放電發(fā)生在一個或幾個絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡之中。由于放電能量很小，不影響電氣設(shè)備的短時絕緣強度。局放產(chǎn)生的一些不良效應(yīng)，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以漸漸地?fù)p壞絕緣，最終可導(dǎo)致整個絕緣被擊穿，發(fā)生突發(fā)性故障。4.3局部放電測量 3.局部放電的特點： 當(dāng)介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生局部放電時，伴隨著發(fā)生很多現(xiàn)象。有些屬于電的：如電脈沖的產(chǎn)生，介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射；有些屬于非電的：如光、熱、噪音、氣體壓力的變更和化學(xué)變更. 4.局部放電的檢測： 這些現(xiàn)象都可以用來推斷局部放電是否存在，因此檢測方法也可以分為電的和非電的兩類。5.測量局部放電的幾種方法 絕緣油的氣相色譜分析法：這項試驗是通過檢查電氣設(shè)備油樣內(nèi)所含的氣體組成的含量來推斷設(shè)備內(nèi)部的隱藏缺陷。 超聲波探測法：在電氣設(shè)備外壁放上由壓電元件和前置放大器組成的超聲波探測器，用以探測局部放電所造成的超聲波，從而了解有無局部放電的發(fā)生，粗測其強度和發(fā)生的部位。 脈沖電流法：測PD所形成的脈沖電流大小以推斷絕緣PD的強弱程度，這種方法可以給出定量的結(jié)果，目前規(guī)程中已規(guī)定了定量的指標(biāo)。二、局部放電的基本物理過程局部放電的三電容模型Cg：氣泡的電容Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容Ca：其余大部分絕緣的電容局部放電機理 首次放電過程 氣泡兩端電壓ug隨外加電壓u的上升而上升；當(dāng)u上升到Us時，ug到達氣泡的放電電壓Ug時，Cg氣隙放電。于是Cg上的電壓一下子從Ug下降到Ur，然后放電熄滅。Ur叫做殘余電壓，數(shù)值上它小于Ug（確定值），可以接近為零值。局部放電時氣隙中的電壓和電流的變更單次放電過程持續(xù)時間約10-8s數(shù)量級，含有較多高頻成分。局部放電時氣隙中的電壓和電流的變更局部放電時氣隙中的電壓和電流的變更

放電火花一熄滅，Cg兩端的電壓將再次上升，由于此時Cg已經(jīng)有了一個初始的直流電壓Ur。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當(dāng)它再次升到Ug時，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅。放電機理當(dāng)氣泡兩端Cg放電時，放電總電容Cg：

Cg上的電壓變更為(UgUr)，故一次脈沖放出的電荷qr真實放電量當(dāng)Ca>>Cb，Cg>＞Cb，Ur=0時，qr≈UgCg在實際試驗時，上式中所表達的各個量，都是無法實測的。所以要尋求其它能反映局部放電的量來測量。外施電壓是作用在Ca上的，當(dāng)Cg上的電壓變動(Ug-Ur)時，會造成外施電壓的變更量U（可以測量）應(yīng)為 由此兩式得總電容上的電壓變更量U：

相應(yīng)的電荷變更量q（視在放電量）：

把U式代入上式q，可得

這個式子建立了真實放電量和視在放電量之間的關(guān)系真實放電量：

qr，是無法測量的（1）視在放電量：q， 其表達式中的量都是可以測得的。它是局部放電試驗中的重要參量，國際和國家標(biāo)準(zhǔn)中，對于各類高壓設(shè)備的視在放電量△q的允許值均有所規(guī)定

q比真實放電量qr小得多，它以pC作為計量單位。2.表征局部放電的重要參數(shù)放電重復(fù)率N（2）放電重復(fù)率N一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電重復(fù)率N，可以通過試驗求得。 假如每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，則N=2fn=100n（3）放電能量

一次脈沖放電能量W

當(dāng)外施電壓由零上升到Us時，Cg上的電壓為Ug，即

可得

如Ur≈0，則

。放電能量的大小對電介質(zhì)的老化速度有很大影響。局部放電的其它表示方法 為了表征局部放電在確定期間內(nèi)的平均綜合效應(yīng)，還提出了各種累積參數(shù)，如平均放電電流，放電功率等。 有時還測量局部放電的起始放電電壓和熄滅電壓。

影響局部放電特性的多種因素主要有電壓的幅值、電壓的波形和頻率、電壓的作用時間、環(huán)境的溫度及濕度和氣壓等。3局部放電測量的基本回路—電檢測法發(fā)生局放時，試品兩端會出現(xiàn)一個瞬時的電壓變更，在檢測回路中引起一高頻脈沖電流，將它轉(zhuǎn)化成電脈沖后就可以進行測量。（a）串聯(lián)測量回路Ck—耦合電容，為Cx與檢測阻抗Zm之間供應(yīng)一個低阻抗的通道（電源本身由于高頻感抗而無法供應(yīng)），Ck內(nèi)部必需無局放，值較大以增大Zm上的信號；Z—低通濾波器，以防局放時放電脈沖被電源的雜散電容旁路，同時也可阻擋電源本身的干擾脈沖進入試品和測量支路局放并聯(lián)、橋式測量回路（b）并聯(lián)測量回路（c）橋式測量回路適合于試品一端接地的狀況外部干擾在Zm和Z`m上的干擾信號基本抵消測量儀器：示波器，峰值表，脈沖計數(shù)器對放電量大小的規(guī)定我國試驗規(guī)程規(guī)定（1）固體絕緣互感器：電壓為時，放電量不大于100pC，Um為系統(tǒng)最高額定線電壓。充油互感器：放電量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油紙電容式：不大于20pC

膠紙電容式：不大于400pC 國標(biāo)規(guī)定：220kV及以上的電力變壓器必需做PD試驗電力變壓器PD測試的加壓過程U1為最高額定線電壓UmU2：

或要求在

的U2值下，q≤300pC或要求在

的U2值下，q≤500pC4局放測量中的抗干擾措施電磁干擾來源 （1）與局放信號一起通過電流傳感器進入監(jiān)測系統(tǒng)的干擾 （2）監(jiān)測系統(tǒng)本身的干擾

干擾類別 （1）周期型干擾：系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無線電通訊等 （2）脈沖型干擾：電力電子器件產(chǎn)生的高頻涌流、脈沖型干擾和高壓線路上的電暈放電、電弧放電等 （3）白噪聲：線圈熱噪聲、地網(wǎng)的噪聲和動力電源線以及變壓器繼電愛護信號線路中耦合進入的各種噪聲等。干擾的抑制

從干擾源、干擾途徑、信號后處理入手?？蓮囊韵聨追矫鎱^(qū)分局放信號和干擾信號；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號極性、重復(fù)率和物理位置等。試驗中所運用的設(shè)備應(yīng)盡量接受無暈設(shè)備，特殊是試驗變壓器和耦合電容Ck。濾波器的性能要好，要做到電源與測量回路的高頻隔離。試驗時間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時段，如夜間等。測量回路的參數(shù)協(xié)作要適當(dāng)，耦合電容要盡量不小于試品電容Cx，使得在局部放電時Cx與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。必需對測量設(shè)備進行校準(zhǔn)。4.4絕緣油的電氣試驗和氣相色譜分析一、絕緣油絕緣劣化緣由氧化裂解碳化二、油中溶解氣體與故障類型關(guān)系故障類型主要氣體成分次要氣體成分油過熱CH4、C2H2H2、C2H6油和紙過熱CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油紙絕緣中的局放H2、CH4、C2H4COC2H2、C2H6、CO2油中火花放電H2、C2H2電弧放電H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和紙中電弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H623三、氣相色譜分析油樣采集脫氣樣品檢測結(jié)果推斷24氣相色譜分析四比值法：CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三比值法：CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H425三比值法的局限性當(dāng)多種故障同時存在時簡潔誤判264.5絕緣的在線監(jiān)測27針對設(shè)備性能特點選擇年時信號采集方式信號預(yù)處理、顯示及報警專家系統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)-分層式4.5.1tgδ的在線監(jiān)測數(shù)字測量法29電橋法4.5.2局部放電的在線監(jiān)測脈沖電流法超聲波法甚高頻法304.5.3絕緣材料溫度的測量接觸式傳感器

熱敏式電阻傳感器