(2008綜合版)高壓電氣設備的局部放電定位技術

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上高壓電氣設備的局部放電測量和定位技術第一篇 基礎3 局部放電測量原理3.1局部放電相關概念3.1.1局部放電測量基礎3.1.1.1局部放電波形顯示方式局部放電測量儀器，除有數值顯示外，一般都具備波形顯示功能，最常見的顯示方式為橢圓時基顯示方式、正弦時基顯示方式和直線時基顯示方式。橢圓時基顯示方式，如圖3-1-1所示，將正弦波試驗電壓的一個單個周波，即一個正半周和一個負半周，均勻地分配到整個橢圓上，其電壓的零度點放在橢圓地最左端，沿順時針方向旋轉，180度點放置在橢圓的最右端，360度點與零度點重合，橢圓短軸的兩個端點處，對應電壓的峰值，上部為正峰值，下部為負峰值。電壓

2、峰值位置、過零點位置和軌跡的方向如圖3-1-1所示。圖3-1-1 橢圓時基顯示方式 圖3-1-2 正弦時基顯示方式 圖3-1-3 直線時基顯示如果放電圖形以正弦時基顯示方式，對應電壓的峰值位置和電壓過零點位置以及掃描方向如圖3-1-2所示。如果放電圖形以直線時基顯示方式，對應電壓的峰值位置和電壓過零點位置以及掃描方向如圖3-1-3所示。3.1.1.2顯示效果早期的局部放電測試儀多為指針式局放儀和模擬式陰極射線管顯示局部放電的測試儀；近年來，局部放電測量中使用的具有波形顯示的測量儀器多為數字式局部放電測試儀，兩種儀器顯示的波形從視覺上有一定的差別，對于模擬式局部放電儀，由于視覺的持續(xù)存在(視覺滯

3、留)，其顯示的波形實際上大約是試驗電壓的三個周波上的放電響應；而數字式局放儀顯示的放電響應是以小于等于每秒24幀的速度顯示，看到的放電響應是試驗電壓下一個周波內的真實圖形。寬頻帶數字式局部放電測試儀顯示的典型的放電圖形，橢圓時基顯示方式如圖3-1-4、正弦時基顯示方式如圖3-1-5、 直線時基顯示方式如圖3-1-6所示。 圖3-1-4 橢圓時基顯示典型放電 圖3-1-5 正弦時基顯示典型放電 圖3-1-6 直線時基顯示典型放電3.1.1.3局部放電的種類圖3-1-7局部放電的三種放電形式對于電氣設備的某一絕緣結構，其中多少可能存在著一些絕緣弱點，它在定的外施電壓作用下會首先發(fā)生放電，但并不隨即

4、形成整個絕緣貫穿性的擊穿。導體間絕緣僅被部分橋接的電氣放電稱之為局部放電。對于局部放電可以在導體附近發(fā)生，也可以在遠離導體的其它絕緣介質中發(fā)生。局部放電一般分為三種放電形式（如圖3-1-7）：內部放電（在絕緣介質內部）、沿面放電（在絕緣介質表面）和電暈放電（在電極尖端）。內部放電、沿面放電一般是由于絕緣體內部或絕緣表面局部電場特別集中而引起的。通常這種放電表現為持續(xù)時間小于1微秒的脈沖。電暈放電是局部放電的一種形式，它通常發(fā)生在遠離固體或液體絕緣的導體周圍的氣體中。3.1.1.4局部放電脈沖當試品中發(fā)生局部放電時，用接在試驗回路中的適當的檢測回路測得的電壓或電流脈沖，叫做局部放電脈沖。試品中的

5、一次放電產生一個電流脈沖，將電流脈沖輸入到專用的測量回路中，使專用的測量回路的輸出端產生一個與輸入電流脈沖電荷成正比的電流信號或一個電壓信號。3.1.2局部放電的表征參數3.1.2.1視在電荷（q）通常表征局部放電最通用的參數是視在電荷（q）。局部放電的視在電荷等于在規(guī)定的試驗回路中，如果在非常短的時間內對試品兩端間注入使測量儀器上所得的讀數與局放電流脈沖本身相同的電荷。視在電荷通常用皮庫（pC）表示。3.1.2.2脈沖重復率(n)脈沖重復率是表征局部放電的又一參數。其定義為在選定的時間間隔內所記錄到的局部放電脈沖的總數與該時間間隔的比值。在實際測量中，一般只考慮超過某一規(guī)定幅值或在規(guī)定幅值范

6、圍內的脈沖。3.1.2.3脈沖重復頻率(N)就等間隔脈沖而言，脈沖重復頻率N是在每秒鐘內的放電脈沖數。3.1.2.4局部放電脈沖的相角i和發(fā)生的瞬間時刻ti在試驗電壓最近一次正向過零時刻與局放脈沖之間的時間間隔ti，和局部放電脈沖的相角i，以度表示。只有數字式局部放電儀才能容易的測量。3.1.2.5平均放電電流（I）平均放電電流I和放電功率也是表征局部放電的參數。在選定的參考時間間隔Tref內的單個視在電荷qi的絕對值的總和除以該時間間隔即為平均放電電流。 平均放電電流一般用庫侖每秒（C/s）或安培（A）表示。3.1.2.6放電功率（P）在選定的參考時間間隔Tref內由視在電荷qi饋入試品兩端

7、間的平均脈沖功率即為放電功率。 式中：u1、u2、u3ui為單個視在電荷qi對應的放電瞬時ti的試驗電壓瞬時值。放電功率用瓦特（W）表示。3.1.2.7平方率D在選定的參考時間間隔Tref內單個視在電荷qi的平方和除以時間間隔Tref 。 式中：u1、u2、u3ui為單個視在電荷qi對應的放電瞬時ti的試驗電壓瞬時值。放電功率平方率D用平方庫侖每秒（C2/s）表示。注：以上是主要的表征局部放電的參數，其它有關信息可參見標準GB/T 7354-2003局部放電測量。3.1.3 局部放電測量中的常用術語數字式局放儀（數字式局部放電綜合分析儀）綜合電子技術和數字技術為一體的測量局部放電的專用儀器，稱

8、為數字式局放儀。數字式局部放電測量儀器，已在國內外得到廣泛應用，其主要優(yōu)點在于：記錄分析視在放電電荷定量的局放脈沖以及時刻試驗電壓的瞬時值，或者對交流電壓，在試驗電壓周波內的相位角，并能方便的記錄、存儲、分析和估算與局部放電脈沖有關的其它相關量。記錄的數據進行處理后，可以計算和顯示出其它參量及其關系，例如，得到時間窗口中或在一段時間內局放活動的統計數據、采用數字技術降低干擾水平、用繪圖方法表示結果、用來深入分析試品絕緣質量的參數的計算和方便的保存圖形和分析波形的放電類型。時間開窗一般局部放電測試儀都帶有時間開窗功能，可以在設定的時間段內斷開及閉合，以便測量該時間段內的信號。如果干擾發(fā)生在有規(guī)律

9、的時間間隔中，可以使用時間開窗功能，將這些時間間隔開在時間窗口之外，使其關閉時間窗以外的所有信息。在用交流電壓作試驗時，真實放電信號通常僅有規(guī)則地重復發(fā)生在試驗電壓各周波的某一時間間隔內，使用時間窗可以采用相位鎖定且讓“門”只在這一時間間隔內打開。時間窗可以在任意位置開單窗(如圖3-1-8)、或雙窗。天線噪聲門控抗干擾空間干擾，一般指各種電氣設備或無線電波（干擾脈沖）以電磁波的方式通過空間傳入試品，影響局部放電的測量。圖3-1-9 天線噪聲門控抗干擾功天線噪聲門控抗干擾技術，一般采用兩只耦合裝置，一耦合裝置按標準接線接收試品（含干擾信號）的局部放電信號，另一耦合裝置選用天線或天線放大器，專用接

10、收試品附近的空間干擾，使用儀器的天線噪聲門控抗干擾功能，利用其中的天線接收到的干擾脈沖，控制另一耦合裝置所在的通道的“門”，使測量通道在空間脈沖未到達時，信號通道的“門”始終為開狀態(tài)，放電信號順利通過，一旦空間干擾信號到達，立刻關閉該通道的“門”，保證該通道中的空間信號被拒絕之門外，顯示的信號全為試品所產生的脈沖，而不包含外部空間的干擾。極性判別抗干擾圖3-1-10極性判別抗干擾對兩耦合裝置CD的輸出端的脈沖極性進行比較，可以區(qū)分試品所產生的局部放電信號和來自試驗回路的干擾。使用儀器的極性判別功能，利用其中一個耦合裝置上相同極性的干擾脈沖，控制另一耦合裝置所在的通道門，使該通道在脈沖極性正確時

11、“門”打開，信號脈沖不正確時，關閉該通道的“門”，保證該通道顯示的信號全為試品所產生的脈沖，而不包含外部試驗線路的干擾。然而，使用極性判別方法很難區(qū)別由試品Cx及耦合電容Ck形成的回路中電磁感應引起的干擾與試品正常局部放電脈沖。除非采用其它方法。平衡回路圖3-1-11 平衡回路平衡回路接線如圖3-1-11所示，局部放電測量儀接在兩個耦合裝置之間，試品和耦合電容的低壓端均應對地絕緣，試品和耦合電容的低壓端分別通過兩個耦合裝置接地，回路通過Cx和Ck抑制共模電流，放大試品中放電電流，具有抑制外部干擾的優(yōu)勢，能抑制輻射干擾及電源干擾，干擾抑制的效果與Cx和Ck的損耗有關，若選擇同類設備作為Ck，即稱

12、為對稱法，則其損耗值非常接近，干擾抑制效果較好。如果試品和耦合電容的各項參數相差較大時，可增加可變輸入阻抗的耦合裝置，調節(jié)兩臂的阻抗，使之人為調節(jié)達到兩路平衡，也能收到較好的效果。 脈沖相關抗干擾在局部放電測量環(huán)境下，許多干擾都是隨機的，而真正的放電幾乎重復發(fā)生在施加電壓的每一周波的相同的相位上，因此，可利用信號的平均技術，將隨機發(fā)生的干擾的相對電平大大降低。相位1相位2相位3相位4相位5相位n相位n+1第一周波510第二周波510第三周波510第四周波510第五周波510相關處理后522222抗靜態(tài)干擾靜態(tài)干擾，相對于局部放電測量儀器的同步電壓而言，在試品未施加電壓之前或剛剛合閘之后，在屏幕

13、上就出現的固定相位的干擾出現，也就是說，干擾在屏幕上無論何時，干擾總是固定不動的出現在電壓波形的固定時刻，這樣的干擾稱為靜態(tài)干擾，抑制這種干擾的簡單方法，是將該固定相位上的干擾徹底根除，這種抗干擾方法叫做抗靜態(tài)干擾法?？箘討B(tài)干擾在局部放電測量中，往往會出現很強的隨機干擾，幅值很大，與電壓無關，而且在相位上是隨機的，抑制這種干擾的有效方法之一，是選用動態(tài)抗干擾方法，選定合適的閾值，然后啟動“抗動態(tài)干擾”中動態(tài)功能，儀器就會屏蔽掉大于閾值的干擾。在試驗中，有時會出現很強的無線電波干擾，從波形的頻域和時域分析可知，無線電波和放電波形由本質的不同（放電波形的失真取決于濾波器的選?。?，對于無線電波和類似

14、無線電波的震蕩波可以使用智能識別消除干擾。濾波通帶和數字濾波儀器的濾波通帶一般由固定的低通濾波器和若干固定高通濾波器組合而決定。高通濾波器的頻率范圍在，低通濾波器的頻率范圍，數字濾波器可以在上述頻率范圍內任意組合。局部放電脈沖幅值頻譜局部放電脈沖的上升沿一般在0.1s1s左右，視放電類型有較大的變化范圍，其頻譜含有率主要取決于脈沖的上升沿，局部放電脈沖的頻譜一般是由數十千赫茲到數千兆赫茲的連續(xù)頻率復合而成。校準脈沖幅值頻譜方波是由多個純正弦信號復合而成的，理論上具有無限寬的頻譜。校準脈沖是由一方波電壓與一只很小的電容串聯電路形成，其脈沖上升沿一般小于0.060s,頻譜高于局部放電脈沖的頻譜。無

15、線電干擾電壓法（RIV）測量局部放電無線電干擾電壓的測量一般多采用窄帶測量的選頻法，主要用于無線電廣播信號引起的騷擾或干擾，但在一些歐美國家，仍采用此方法測量高壓電氣設備的局部放電，放電指標采用電壓的單位（微伏）表示。 耦合裝置與檢測阻抗Zm（輸入單元）檢測阻抗是拾取檢測信號的耦合裝置，在使用中，應根據不同的測試目的，被試品的種類來選擇合適的檢測阻抗，以提高局部放電測量的靈敏度、分辨能力、波形特性及信噪比。檢測阻抗按調諧電容范圍和測量類別分114號。（見表1）表1 檢測靈敏度及輸入單元允許電流值 輸入單元序號 調電容范圍 靈敏度(PC)(不平衡電路) 允許電流有效值 備注不平衡電路

16、平衡電路 1 625100微微法 0.02 30mA 0.25A 2 25100400微微法 0.04 60mA 0.5A 3 1004001500微微法 0.06 120mA 1A 4 40015006000微微法 0.1 0.25A 2A 5 1500600025000微微法 0.2 0.5A 4A 6 0.0060.0250.1微法 0.3 1A 8A 7 0.0250.10.4微法 0.5 2A 15A 8 0.10.41.5微法 1 4A 30A 9 0.41.56.0微法 1.5 8A 60A 10 1.56.025微法 2.5 15A 120A 11 6.02560微法 5 25

17、A 200A 12 2560250微法 10 50A 300A 13 電阻 0.5 2A 15A 長電纜14RIV3.2脈沖電流法測量原理及方法3.2.1脈沖電流法測量原理3.2.1.1氣隙放電等效回路圖3-2-1 氣隙放電的等效回路注：Ca:絕緣介質完好部分的電容；Cb:與氣隙串聯部分絕緣介質的電容；Cc:絕緣介質內氣隙的電容；Ua:外加電壓； Uc:氣隙兩端的電壓；r:弧道電阻；k:放電瞬間的等效開關；Ir:氣隙中的放電電流，ib:Ca向Cb 和Cc提供的放電電流。圖3-2-1表示了一種單一氣隙放電的簡化模型，圖3-2-1（a）為具有氣隙的絕緣介質放電模型；圖3-2-1（b）為圖3-2-1

18、（a）的等效電路；圖3-2-1（c）為氣隙放電過程的等效回圖；3-2-1（d）為氣隙放電的等效作用回路。試品在工頻電壓下，絕緣內部氣隙發(fā)生放電時，放電瞬間的等效回路由圖3-2-1所示。絕緣內部氣隙發(fā)生放電后，氣隙兩端的瞬時電壓Uc發(fā)生變化，電壓Uc從零開始上升，一直上升到氣隙的起始放電電壓Us時，開始放電，放電導致氣隙兩端的電壓突然下降，一直下降到氣隙放電的熄滅電壓Ur時，放電熄滅，隨即氣隙兩端又開始充電，重復上一充放電過程，氣隙兩端的電壓變化，即：由于氣隙兩端的電壓變化，使整個試品兩端的電壓也發(fā)生變化，如圖3-2-1（b），Ca要向Cb和Cc補充電荷，Ca兩端的電壓變化：氣隙的放電電荷記為：

19、 一般情況下，氣隙較小，電容,因此，得，Ca向Cb和Cc補充電荷，可用圖3-2-1（d）表示。3.2.1.2理想單氣隙放電原理當氣隙兩端的電壓隨電壓增加到該氣隙的放電電壓時，氣隙放電。放電產生的正負電荷在外電場的作用下分別聚集在氣隙與絕緣介質的交界面上，它們建立的電場與外加電場方向相反，從而，使氣隙上的電壓急劇下降到剩余電壓,放電熄滅。但由于外加電壓還在上升，使氣隙上的電壓又隨外加電壓充電到，開始下一次放電。此后，在半周期內氣隙兩端電壓又繼續(xù)上升，達到后又重開始放電，直到達到外加電壓的峰值。如果正負極性的、 方向相同，其放電形式如圖3-2-2a)所示。圖3-2-2 a） 交流電壓下單一氣隙的放

20、電機理圖3-2-2 b） 交流電壓過零氣隙放電的示意圖3-2-2 b)可以看出，當外加工頻電壓的瞬時值過零時，絕緣介質內部氣隙的放電并不熄滅。這種現象的產生，是由于氣隙放電以后，空間電荷聚集在氣隙壁上，形成了與外施電場相反的電場，當外施電壓反向時，空間電荷所形成的電場與外施電壓的電場同向，兩者疊加成氣隙的內部電場，即使外加工頻電壓經過零點，氣隙兩端承受的電壓并不為零，尚能達到氣隙的放電電壓，使放電不能熄滅。這就是為什么在外加電壓過零點附近放電不熄滅的原因。3.2.1.3視在放電電荷與絕對（真實）放電電荷通常視在放電量（視在電荷）與試品真實絕對放電量并不相等，真實絕對局部放電量是無法直接測得，而

21、視在電荷是可以測量的。試品放電引起的電流脈沖在測量阻抗端子上所產生的電壓波形可能不同于注入脈沖引起的波形，但通?？梢哉J為這二個量在測量儀器上讀到的響應值相等。兩者之間的關系可以通過用圖3-2-1氣隙放電的等效回路來導出。 由圖3-2-1 c)可知，弧道電阻r上的電壓應等于氣隙Cc兩端的電壓Uc，即由式（3-7）得由起始放電Us時刻開始到熄滅電壓Ur時刻為止的時間內，放電過程中氣隙兩端的電壓變化，由式（3-8）得式（3-9）專心-專注-專業(yè)由圖3-2-1 c) 可以看出，當Ca向Cb和Cc補充電荷時，引起試品兩端（即Ca兩端）的電壓變化，氣隙放電時的放電電流在氣隙放電時間t內，所中和的電荷，則實

22、際局部放電電荷為 由于放電的時間很短，遠遠小于電源回路的時間常數，則視在電荷為綜合式（3-12）和式（3-13）中的表示，簡化可得式（2-2）清楚表明視在放電量qa與真實的絕對放電量qr的數量關系，通常由于氣隙較小，氣隙電容CC一般均大于與其串聯部分的電容Cb，因此真實的實際局部放電電荷總是大于視在電荷。在厚絕緣中，真實的實際放電量將遠遠大于視在放電量，而在薄絕緣中，真實的實際放電量基本近似的等于視在放電量；由式（3-12）可知，雖然兩者不存在固定關系，真實的實際放電量與視在放電量之間的關系，取決于絕緣介質的厚度、氣隙的大小、介質的種類等影響氣隙電容的因素，且測量得到的視在放電量總是小于真實的

23、實際放電量，但是由于視在電荷可以直接測得的，用它來表征局部放電仍是各國及標準推薦的方法。3.2.1.4局部放電的自行衰減與熄滅的等效電路圖3-2-3 自衰減時氣隙的等效回路在局部放電的測量中，由于氣隙在外電場的作用下產生放電，氣隙在放電的過程中，在氣隙內壁表面漫漫建立起一層半導體膜，使氣隙表面電阻降低，導致局部放電值慢慢減小，通常稱這種現象為局部放電的自衰減現象，其等效放電回路如圖3-2-3。自衰減現象一般在兩種情況下發(fā)生，一種是試品在起始放電電壓下或稍高于起始放電電壓作用下，放電能在短時間內很快自行衰減或熄滅。另一種是在高于起始放電電壓作用下，在一個稍長時間過程中放電也能逐漸衰減或熄滅。3.

24、2.1.5檢測阻抗Zm的種類及其特性局部放電測量的靈敏度、分辨能力、及其波形特性，直接與檢測阻抗Zm有關。檢測阻抗Zm的種類很多，一般由電阻、電容、電感等元件單獨使用或組合而成，而常用的主要類型為RCd、RL、LCd、RLCd型,通常用Zm表示。根據不同的試驗目的、被試品的種類以及測試儀器的種類，選擇適當種類的檢測阻抗Zm。圖3-2-4 檢測阻抗Zm的種類3.2.1.6脈沖電流法測量原理氣隙局部放電的電信號的頻譜是非常寬的，約從幾百赫茲到數百兆赫茲，因此，局部放電測量的電測法可以直接測試局部放電所輻射的超高頻信號，為避免電暈干擾，可選取50兆赫茲以上，然而，由于直接法測超高頻對絕緣內部氣隙性放

25、電的測量靈敏度不高，另一原因是不能定量，故未普及使用。早期曾利用西林電橋測量介質損耗角的正切增量（）的辦法檢測局部放電，局部放電消耗的功率為：，但此方法靈敏度太低。后來，發(fā)展了一種專門用于測量每個周期中的放電電荷及消耗功率的電容電橋，其顯示器上掃描得到的平行四邊形面積對應于一個周期的放電能量，其垂直偏移對應于一個周期的放電量；雖然電容電橋法的靈敏度不高，但因其可以直接測量局部放電能量，再則對于非脈沖性的輝光放電和上升沿極長的亞輝光放電不受限制，故該方法在放電量很大的電機行業(yè)應用較多。目前在局部放電測量中得到大量應用的是脈沖電流法（E.R.A）和無線電干擾電壓法（R.I.V）兩大類。脈沖電流法又

26、叫E.R.A法（Electrical Research Association 電氣研究協會英提出，因此得名），其基本原理是：當試品Cx中發(fā)生局部放電時，必然導致試品Cx兩端產生一個相應的瞬變電壓，因為在未發(fā)生放電前CX與Ck的電壓相等，由于試品Cx兩端突然出現一個瞬變電壓降，則使Cx與Ck之間產生電壓降Ua,因而耦合電容Ck立即向Cx充電，沿CxZmCkCx回路產生一個充電脈沖電流，此脈沖電流在流過檢測阻抗Zm時，在Zm上產生一個脈沖電壓Ud,該脈沖電壓Ud即為所測到的局部放電信號，再使該放電脈沖信號轉換成電荷信號，這就是脈沖電流法的基本測量原理。脈沖電流法主要利用局部放電頻譜中的較低頻段部

27、分，一般為幾千赫茲到幾百千赫茲，以避免無線電干擾，其測量靈敏度相當高，而且可以用已知電荷量的脈沖注入校準定量，從而可直接測出視在放電量q。因此，脈沖電流法在世界各國得到廣泛應用。已經成為局部放電測量中最基本的方法。無線電干擾電壓法（R.I.V）測量局部放電，其測量原理和脈沖電流法沒有本質差別，其主要差別在于：在北美洲和一些歐洲國家采用的是NEMA 107 （National Environmental Management Act國際電氣制造業(yè)協會）、Tr1標準，推薦使用的測量儀器為無線電干擾電壓測量儀（Radio Influence Voltage,簡稱RIV）測量局部放電,采用準峰值測量，

28、測量單位采用V（微伏）表示。這兩種測量方法的主要區(qū)別在于校準過程、測量頻率、測量帶寬、輸入阻抗單元。以圖3-2-5為例，說明放電回路的放電量qa與測試回路中檢測阻抗兩端電壓Ud的關系，當試品Cx兩端產生局部放電時，試品兩端的電壓變化為Ua,兩端的電荷量變化為qa,如果試品兩端不接測試回路（如圖3-2-1d），則試品放電的電荷量：而當將測試回路接入放電回路后，試品兩端的電壓變化：由于試品產生的放電脈沖的上升時間很短，如氣隙的放電時間在0.010.1S,故可以認為測試回路中Ck、Zm（檢測阻抗Zm中的電容為Cd，見圖3-2-4）上電壓的初始值與其電容量成反比，檢測阻抗Zm兩端的電壓初始值為式中：

29、由式（3-17）可知，當測試回路的參數確定之后，檢測阻抗Zm上測到的電壓Ud與試品兩端的視在放電量qa 成正比，因此可以用檢測阻抗Zm上測到的脈沖電壓表示試品的放電量。3.2.1.7脈沖電流法基本測試回路脈沖電流法測試回路直接法平衡法串聯測試回路西林電橋測試回路差分法測試回路雙電橋法測試回路并聯測試回路圖3-2-7脈沖電流法測試回路框圖根據局部放電的等效回路（圖3-2-1）可知，產生局部放電時，在試品的兩端會出現電荷變化，如果在試品的兩端（如圖3-2-1d）接入一耦合電容Ck和一檢測阻抗Zm,其測試回路如圖3-2-6 ,那么在與試品的兩端聯接的測試回路中就會出現脈沖電流。測試這一脈沖電流的方法

30、可分為直測法和平衡法兩種。直接法直接測量試品兩端局部放電產生的脈沖電流在檢測阻抗兩端形成的脈沖電壓的方法，叫做直測法。直測法又分為并聯測試回路和串聯測試回路。并聯測試回路，如圖3-2-6b)，試品的一端接地，通過試品的工頻電流不經過檢測阻抗Zm，因此，當試品容量較大或容易發(fā)生擊穿或閃絡時，采用并聯測試回路是比較安全的。如果試品無法與地分開，只能采用并聯測試回路。串聯測試回路，如圖3-2-6a)，多用于試品電容Cx較小的情況下，試品的兩端都不能接地，當選用較大的耦合電容Ck時，Ck兼有濾波、擬制外部干擾和提高靈敏度的作用，其擬制效果隨Ck與Cx的比值的增大而提高。在相同的情況下，串聯測試回路（如

31、圖3-2-6b)比并聯測試回路（如圖3-2-6a)的靈敏度高，原因是雜散電容Cs也起到了耦合電容的作用，相當于耦合電容Ck增大。在實際測量中，往往省略耦合電容Ck，用雜散電容Cs代替耦合電容Ck，使試驗線路更簡單，多用于超高壓電氣設備（PC和CT）的局部放電測量。平衡法進行局部放電測量時，經常會遇到各種干擾，而采用平衡法測量就可以得到比較好的測量結果，平衡法能夠較好的消除外來干擾。平衡法測試回路有西林電橋法和差分法等。西林電橋法測試回路如圖3-2-6c),試品Cx和耦合電容Ck組成電橋的兩個高壓臂；電容C與電阻R并聯和另一電阻R組成電橋的低壓臂，測量信號由電橋的對角點輸出。差分法測試回路如圖3

32、-2-6d), 差分法與西林電橋法的差別僅在于用一個具有與試品Cx損耗正切角（）相同的試品Cx代替耦合電容Ck,并用一個電容C并聯于電阻R,其他部分與西林電橋法相同。無論是并聯還是串聯測試回路，都是由試品Cx、耦合電容Ck和檢測阻抗Zm組成。耦合電容的作用是將試品局部放電產生的脈沖信號耦合到檢測阻抗Zm上；在并聯測試回路中，耦合電容Ck與檢測阻抗串聯，又起到隔離試驗電壓的作用，使檢測阻抗Zm處于低電位。檢測阻抗的作用是獲取局部放電信號，當試品產生局部放電時，測試回路中就會有脈沖電流，于是檢測阻抗兩端就會出現脈沖電壓，這個脈沖電壓的幅值和波形與局部放電的大小有關、與測試回路的各參數有關、特別是與

33、檢測阻抗的參數有關。3.3局部放電測試方法局部放電的產生的過程中除了伴隨著電荷的轉移和電能的損耗之外，總是伴隨著高頻脈沖、電磁輻射、介質損耗、聲、光、熱和化學變化等現象?？梢岳镁植糠烹姷倪@些特點，對局部放電進行測量和定位。測量方法可分為電氣法和非電氣法兩大類方法。3.3.1 電氣法（1）脈沖電流法試品中的一次放電產生一個電流脈沖，用接在試驗回路中適當的檢測單元測得放電的電壓或電流脈沖，使其在儀器的輸出端產生一個與輸入端脈沖電流電荷成正比的電流或電壓信號。脈沖電流法分為寬頻帶測量和窄頻帶測量，無線電干擾電壓法（RIV）通常使用窄頻帶測量。（2）介質損耗法利用局部放電損耗使tg增加的特點，在tg

34、和外施加電壓曲線上找出tg的急劇增加點來確定局部放電。更適合局部放電定量在線監(jiān)測。（3）電磁輻射法利用天線測量局部放電向周圍輻射的電磁波來確定局部放電的存在。局部放電超高頻（UHF）檢測技術具有檢測頻率高、抗干擾性強和靈敏度高等優(yōu)點，更適合局部放電在線監(jiān)測，但定量測量較困難。3.3.2 非電氣法l 聲波法利用局部放電產生的可聽聲波或超聲波，對局部放電源進行測量或定位。聲波法多用于電力電容器的局部放電測量，而超聲波方法則應用范圍較廣，主要用于各種高壓電氣設備的局部放電定位。l 測光法測量放電過程中產生的光來檢測局部放電。l 測熱法測量放電過程中產生的熱來檢測局部放電。（一般采用紅外法）l 物理化

35、學法利用局部放電對絕緣介質產生的物理、化學變化檢測局部放電。電氣法的靈敏度比非電氣法高，一般多用電氣法測量，在電氣法中，更多采用的是脈沖電流法，尤其是寬頻帶電流脈沖法。非電氣法測量，超聲波法也經常被采用，主要用于局部放電的定位。目前，在局部放電測量中，是以脈沖電流法為主，用于定量測量；超聲波法為輔，主要用于定位。第二篇 局部放電測量和定位1.局部放電測量方法1234567圖1-1-1 局部放電測量系統組成1局放儀；2.輸入適配器；3.光電轉換器；4.校準信號發(fā)生器；5.輸入單元；6.寬頻帶電流互感器；7.超聲波探測器。1.1局部放電測量系統的組成局部放電測量系統一般由四部分組成：測量儀器、耦合

36、裝置、校準裝置和傳輸系統（連接電纜或光纖）。局部放電測量儀器分為單通道測量儀器和多通道測量儀器，一般單通道局放儀多為模擬式；多通道測量儀器多為數字式。數字式局放儀除能測量重復出現的最大放電值、脈沖重復率n、脈沖重復頻率N外，還可以記錄和計算出瞬時產生的視在電荷Qi、平均放電電流I、放電功率P、放電平方率D等。局部放電測量儀的耦合裝置是測量系統和試驗回路的主要組成部分，其組件是針對特定的試驗回路為達到最佳效果、最佳靈敏度而專門設計的。局部放電測量系統的基本配置l 測量儀器：局部放電綜合分析儀測量儀器：局部放電綜合分析儀一臺；校準裝置：校準信號發(fā)生器一只；耦合裝置：輸入單元若干只，天線放大器一只，

37、寬頻帶電流互感器一只，超聲探測器若干只；傳輸系統：連接電纜若干條，輸入適配器；光纖若干條，光電轉換器。l 耦合裝置輸入單元輸入單元是測量系統與測試回路的主要組成部分，輸入單元針對特定的試驗回路或試品，為達到最佳的靈敏度而專門設計的。本系統根據試品電容量的大小，為了配合試品電容的變化，以最佳靈敏度進行測量，輸入單元共分為十三種獨立的輸入單元，其中第十三種為長電纜測量專用輸入單元。每個序號的輸入單元都有一定的調諧范圍，見表調諧范圍一覽表。圖1-1-2輸入單元單元號調諧電容單元號調諧電容16pF 25pF 100pF80.1F 0.4F 1.5F225pF 100pF 400pF90.4F 1.5F

38、 6.0F3100pF 400pF 1500pF101.5F 6F 25F4400pF 1500pF 6000pF114.0F 25F 60F51500pF 6000pF 0.025F1215F 60F 250F66000pF 0.025F 0.1F13長電纜70.025F 0.1F 0.4F14RIV輸入單元寬頻帶電流互感器寬頻帶電流互感器是放電測量的一種前端耦合裝置，是極性判別、天線噪聲門控抗干擾最有效的信號耦合單元之一。圖1-1-3寬頻帶電流互感器寬頻帶電流互感器的型號為和，WCT-1和WCT-2，頻帶范圍：10kHz1.2MHz。寬頻帶電流互感器的連接方法：在變壓器局放測量中，寬頻帶電

39、流互感器一般接在鐵芯接地線，夾件接地線或零線上，也可接入被測線圈的末端。WCT-1型寬頻帶電流互感器為穿纜式互感器，與TWPD-1-X型輸入單元配合使用，一次電纜穿纜的原則為：從寬頻帶電流互感器的正面（有標牌面）穿入，背面穿出接地。如圖1-1-2所示。WCT-2型寬頻帶電流互感器為開口式互感器，與TWPD-2-X型輸入單元配合使用，一次電纜穿纜的原則為：從寬頻帶電流互感器的正面（有標牌面）穿入，背面穿出接地。寬頻帶電流互感器放電量校正，一般是將校準脈沖發(fā)生器的校正信號直接打在寬頻帶電流互感器的一次線兩端，即跨接在寬頻帶電流互感器的正面與與背面之間的接地電纜上（稱之為特殊校正）。放電信號通過寬頻

40、帶電流互感器上的BNC接頭，用50同軸電纜通向局部放電儀。圖1-1-4 天線放大器天線放大器 天線放大器是在局部放電測量中用于接收空間干擾信號的前端接收單元。天線放大器的測量頻帶為5.0kHz1.2MHz。在局部放電測量中，尤其在線局部放電測量中用于接收空間強電磁波信號，如雷電信號、電焊打火在空間的傳播等。圖1-1-5局部放電超聲探測器天線放大器的安裝，根據現場干擾情況決定安裝位置。一般情況下和型寬頻帶電流互感器放置在一起，信號電纜由天線放大器的BNC口接同軸電纜至局部放電綜合分析器。局部放電超聲探測器局部放電超聲探測器，分為局部放電測量用和在線局部放電監(jiān)測用兩種型號：USS1、USS2。兩種

41、探測器的區(qū)別在于供電方式不同，一種是電池供電，一種是長距離電纜供電。局部放電超聲探測器的頻帶范圍：5kHz350kHz。利用超聲波測量局部放電屬于局部放電的非電測量法之一。這種方法特別適用于放電的定位。l 傳輸子系統（連接電纜和光纜）傳輸子系統包括同軸電纜及連接器和光纖及光電信號連接器。BNC連接器電氣特征：特性阻抗：50歐姆頻率范圍：04GHz額定電壓：200V 在5.4kPa介質耐壓：1500V（rms） 電壓駐波比：1.3（max）接觸電阻：3m（內導體）/2m（外導體）絕緣電阻：5000 M屏蔽效率：55dB同軸電纜采用實芯聚乙烯絕緣射頻同軸電纜。同軸電纜一般長度為1015米，兩端配5

42、0直形BNC插頭，分別與探測器和局部放電測量主系統的BNC插座相連接。輸入適配器和光電轉換放大器圖1-1-7光電轉換放大器圖1-1-6 輸入適配器 TWPD-IA01輸入適配器的兩端均有BNC插座，一端為輸入端，連接來自輸入單元的信號，另一端為輸出端，用同軸電纜將信號連接到局部放電儀的通道輸入端口。TWPD-LE01光電轉換放大器，用于將來自探測器的光信號轉換為電信號并放大，之后通過50同軸電纜連接到通道的輸入端。光纜局部放電定位用光纜一般選用室內光纜，外部直徑：2.8mm，最小彎曲半徑不小于56mm。圖1-1-8校準脈沖發(fā)生器局部放電在線監(jiān)測用光纜一般選用地線復合光纜，又稱光纖架空地線（簡稱

43、：OPGW）。光纜兩端配有專用光纖插頭，分別連接到超聲探測器和光電轉換放大器。l 校正裝置校正脈沖發(fā)生器TWPD02校準脈沖發(fā)生器，可以產生標準的瞬變的電荷。目前采用的分度方法是根據視在放電電荷的定義，在試品兩端注入的標準瞬變電荷來度量放電量的大小。TWPD02校準脈沖發(fā)生器提供雙極性脈沖，并且脈沖重復率可在50Hz1000Hz內可調（一般選擇試驗電壓頻率的兩倍），放電量可在：1pC、10pC、50pC、100pC、500pC之間任選。完整試驗回路中測量系統的校準（直接校準），也可以直接對系統進行校準。TWPD02校準脈沖發(fā)生器的信號是由BNC輸出，通過同軸電纜的內外芯分別連接試品的端頭和地，

44、通常黑線（外芯）接地，紅線（內芯）接試品的高壓端。TWPD02校準脈沖發(fā)生器的使用方法： 側面紅色開關為電源總開關,向前撥為開,向后撥為關。 ON/OFF/電量 按鍵，可循環(huán)選擇電量值。 頻率按鍵， (1) 點按時，可選擇方波頻率。(50Hz1KHz) (2) 連續(xù)按鍵2秒，可顯示電源電壓值。 當顯示屏最左端出現 “L”字符時，表示電池需要充電。 充電時，9V插口旁邊的指示燈應點亮，否則不能充電；充電時間815小時。1.2 局部放電基本測量回路1.2.1 接線圖直接法測量電路（并聯法）計算機放大器Z圖1-1-9 直接法測量電路（并聯法）Cx 試品 Ck 耦合電容 Zm 輸入元件Z 濾波器 T

45、試驗變壓器局部放電綜合分析儀圖1-1-10接線圖校正回路圖1-1-111.3 局部放電波形識別基礎1.3.1局部放電波形顯示方式局部放電測量儀器，除有數值顯示外，一般都具備波形顯示功能，最常見的顯示方式為橢圓時基顯示方式、正弦時基顯示方式和直線時基顯示方式。橢圓時基顯示方式，如圖1-3-1所示，將正弦波試驗電壓的一個單個周波，即一個正半周和一個負半周，均勻地分配到整個橢圓上，其電壓的零度點放在橢圓地最左端，沿順時針方向旋轉，180度點放置在橢圓的最右端，360度點與零度點重合，橢圓短軸的兩個端點處，對應電壓的峰值，上部為正峰值，下部為負峰值。電壓峰值位置、過零點位置和軌跡的方向如圖1-3-1所

46、示。圖1-3-1 橢圓時基顯示方式 圖1-3-2 正弦時基顯示方式 圖1-3-3 直線時基顯示如果放電圖形以正弦時基顯示方式，對應電壓的峰值位置和電壓過零點位置以及掃描方向如圖1-3-2所示。如果放電圖形以直線時基顯示方式，對應電壓的峰值位置和電壓過零點位置以及掃描方向如圖1-3-3所示。1.3.2顯示效果近年來，局部放電測量中使用的具有波形顯示的測量儀器多為數字式局部放電測試儀和模擬式陰極射線管顯示局部放電測試儀，兩種儀器顯示的波形從視覺上有一定的差別，對于模擬式局部放電儀，由于視覺的持續(xù)存在(視覺滯留)，其顯示的波形實際上大約是試驗電壓的三個周波上的放電響應；而數字式局放儀顯示的放電響應是

47、以小于等于每秒24幀的速度顯示，看到的放電響應是試驗電壓下一個周波內的真實圖形。寬頻帶數字式局部放電測試儀顯示的典型的放電圖形，橢圓時基顯示方式如圖1-3-4、正弦時基顯示方式如圖1-3-5、 直線時基顯示方式如圖1-3-6所示。 圖1-3-4 橢圓時基顯示典型放電 圖1-3-5 正弦時基顯示典型放電 圖1-3-6 直線時基顯示典型放電2. 局部放電測試系統的校正方法 局部放電測試系統的校正內容分為三部分內容，其一為放電量校正，用已知的電量注入測量系統，確定系統關于放電量的刻度系數，用于測量試品的視在放電量；其二是電壓校正，可以通過施加已知高壓電壓（由高壓互感器提供已知電壓），通過局放儀的電壓

48、校正功能，實現局放儀實際高壓電壓的電壓監(jiān)測功能，電壓校正以后，取消該高壓互敢器；也可以通過電容分壓器，利用局放儀的電壓比校正，實現電壓校正；其三是零標校正，通過已知放電波形的放電相位，校正測量系統的零標，用于分析放電波形的放電相位，輔助確定放電性質，使用零標輔助判別放電類型，一般使用實驗電壓作為同步源，或稱之為外同步。2.1 電量校準測量試驗回路2.1.1校準器（校準器脈沖發(fā)生器）校準器是由能夠產生幅值為U0的階躍電壓脈沖發(fā)生器和標準電容器C0串聯構成，該校準脈沖提供重復的電荷q0， 校準脈沖可以是雙脈沖、單脈沖，也可以是矩形脈沖鏈，并經校準電容C0有效微分，校準脈沖電壓波形的上升時間應不大于

49、60ns，下降時間不應不小于l00µs。校準脈沖發(fā)生器的內阻應不大于100（對應l00pF的校準電容）。校準器脈沖發(fā)生器應該有校準電量的輸出端子，也應脈沖電壓的輸出端子，向具有分布電氣元件的試品注入脈沖電流時，可以直接注入脈沖電壓，C0由試品的已知電容代替，例如GIS,其C0可以由高壓導體和與校準電壓源相連的傳感器電極之間的已知電容代替，如圖2-1-2。2.1.2 校準回路 校準回路如圖2-1-1，圖2-1-1 a)和圖2-1-1 b)為并聯校準回路,采用并聯校準時，校準電量必須注入到試品CX的兩端。圖2-1-1 c)為間接校準回路，校準電量注入到檢測阻抗Zm的兩端。圖2-1-1 d

50、)為串聯校準回路，校準器與試品Cx、Ck和Zm串聯； 圖2-1-1 a)并聯校準回路圖2-1-1 并聯校準回路圖2-1-1 c)間接校準回路圖2-1-1 d) 串聯校準回路圖2-1-2 GIS校準回路2.1.3 局部放電量校準方法局部放電定量測量之前，必須對儀器進行放電量的校準，常用的放電量的校準方法分為直接校準方法（如圖2-1-1a和圖2-1-1 b）和間接校準方法（如圖2-1-1c）；直接校準方法分為并聯校準和直接串聯校準(圖2-1-1d和圖2-2-2)兩種方法。直接校準（并聯法）將已知電荷量q0=C0U0注入試品Cx的兩端的校準方法，稱為直接并聯校準法。直接并聯校準法,該方法的接線圖如圖

51、2-1-1a)，耦合裝置（輸入單元）與耦合電容Ck串聯，就將Ck的首端與耦合裝置的末端對應接試品Cx的首端和末端，形成并聯交流測試回路，將校準器的兩端分別接到試品Cx 的兩端與試品并聯，由試品Cx、校準器的電壓源G以及校準電容C0組成的回路分別等效于圖3-2-1 b)的Ca、和Cb。如果不考慮雜散電容Cs的影響，視在放電量值q恰恰等于校準器注入電量q0，即耦合裝置（輸入單元）與試品Cx串聯的校準接線方法,如圖2-1-1b)，同樣，也是屬于直接校準方法中的并聯方法，校準時，將校準脈沖發(fā)生器接于試品Cx高壓端與耦合裝置（輸入單元）之間，圖如2-1-1 b)所示；由試品Cx、校準器的電壓源G以及校準

52、電容C0組成的回路分別等效于圖3-2-1 d)的Ca、和Cb，如果不考慮雜散電容Cs的影響，高壓端頭的視在放電量值q恰恰等于校準器注入電量q0，即在試驗回路加電之前必須將校準脈沖發(fā)生器移開。間接校準 采用間接校準方法對系統進行校準時，其方法是向高壓試驗回路的藕荷裝置（輸入單元）的輸入端，而不是在試品Cx的兩端注入脈沖。此方法不能用作單獨的校準，但可以和完整的試驗回路測量系統的校準一起使用，作為傳遞的基礎。使用這種校準方法，施加試驗電壓時無須移開脈沖發(fā)生器；測量結果是高壓端頭的放電量在藕荷裝置Zm端的體現q0=U0C0，不是真正的高壓端頭的視在放電量值q，必須將其折算到變壓器高壓端頭的視在放電量

53、，如果不考慮雜散電容Cs的影響，高壓端頭的視在放電量值q：，式中： q:高壓端頭的放電量（pC） q0:體現在藕荷裝置Zm兩端的放電量（pC） Cx:變壓器入口電容（pF）Ck:耦合電容（pF）直接校準（串聯法）直接校準方法中的串聯校準方法，對應于串聯的耦合裝置（輸入單元）和串聯的接線方法，例如：將串聯的耦合裝置（輸入單元）串接在鐵心夾件接地套管與油箱（地）之間的定量測量，必須對測量系統進行校準，校準方法有三種，其一，為串聯電流脈沖法，將脈沖發(fā)生器串聯在鐵心夾件接地套管與油箱（地）之間進行校準，校準完畢，移開脈沖發(fā)生器，并恢復原來接線。其二，為簡化的串聯電流脈沖法（也稱為短路脈沖法）校準，其校

54、準方法是將耦合裝置（輸入單元）脫離試品，將脈沖發(fā)生器信號直接注入耦合裝置（輸入單元）的輸入端，校準完畢，將耦合裝置（輸入單元）接入試品。本校準方法適用于電流型耦合裝置（輸入單元）。對于試品電容較?。?000pF的回路，短路脈沖校準法存在一定誤差，但對于一般的變壓器的鐵心夾件接地套管對地的校準，其誤差可以忽略。其三，并聯電壓脈沖法，類似間接校準，將脈沖發(fā)生器并聯在鐵心夾件接地套管與油箱之間，即跨接在電流型耦合裝置（輸入單元）的兩端進行校準。2.2 電壓校準測量試驗回路（略）2.3 零標校準測量試驗回路（略）3. 局部放電測試系統的干擾與抑制3.1 與試驗電壓無關的干擾（空間干擾）這種與試驗電壓無關的干擾通常稱為空間干擾，其干擾脈沖的幅值與施加到試品上的電壓的幅值無關，即它不隨試驗電壓的升高或降低發(fā)生變化。這種干擾源主要來自電氣開關的開關操作、電焊起弧、吊車開動、調頻電機的調頻脈沖、整流電機的電刷、磨床加工零件時產生的火花、晶閘管整流設備、無線電臺發(fā)射的電磁波以及各種工業(yè)控制設備的干擾等。除部分干擾沿導線由電源側侵入測試系統外，絕大部分以電磁波的形式由空間侵入局部放電測量系統。抑制方法：.試驗線路采用濾波器、隔離變、阻波器等抗干擾措施；.選擇合適的濾波通帶；.平衡輸入方法；（以上三種方法為傳統方法）.天線噪