局部放電試驗(yàn)課件

第一節(jié)局部放電特征及原理

一、局部放電的特征

局部放電是指發(fā)生在電極之間但并未貫穿電極的放電，它是由于設(shè)備絕緣內(nèi)部存在弱電或生產(chǎn)過(guò)程中造成的缺陷，在高電場(chǎng)強(qiáng)度作用下發(fā)生重復(fù)擊穿和熄滅的現(xiàn)象。它表現(xiàn)為絕緣內(nèi)氣體的擊穿、小范圍內(nèi)固體或液體介質(zhì)的局部擊穿或金屬表面的邊緣及尖角部位場(chǎng)強(qiáng)集中引起局部擊穿放電等。這種放電的能量是很小的，所以它的短時(shí)存在并不影響到電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度。但若電氣設(shè)備絕緣在運(yùn)行電壓下不斷出現(xiàn)局部放電，這些微弱的放電將產(chǎn)生累積效應(yīng)會(huì)使絕緣的介電性能逐漸劣化并使局部缺陷擴(kuò)大，最后導(dǎo)致整個(gè)絕緣擊穿。第1頁(yè)/共49頁(yè)第一節(jié)局部放電特征及原理

一、局部放電的特征第1頁(yè)/共491

局部放電是一種復(fù)雜的物理過(guò)程除了伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電能的損耗之外，還會(huì)產(chǎn)生電磁輻射、超聲波、光、熱以及新的生成物等。從電性方面分析，產(chǎn)生放電時(shí)，在放電處有電荷交換、有電磁波輻射、有能量損耗。最明顯的是反映到試品施加電壓的兩端，有微弱的脈沖電壓出現(xiàn)。如果絕緣中存在有氣泡，當(dāng)工頻高壓施加于絕緣體的兩端時(shí)，如果氣泡上承受的電壓沒(méi)有達(dá)到氣泡的擊穿電壓，則氣泡上的電壓就隨外加電壓的變化而變化。若外加電壓足夠高，即上升到氣泡的擊穿電壓時(shí)，氣泡發(fā)生放電，放電過(guò)程使大量中性氣體分子電離，變成正離子和電子或負(fù)離子，形成了大量的空間電荷，這些空間電荷，在外加電場(chǎng)作用下遷移到氣泡壁上，形成了與外加電場(chǎng)方向相反的內(nèi)部電壓，這時(shí)氣泡上剩余電壓應(yīng)是兩者疊加的結(jié)果，當(dāng)氣泡上的實(shí)際電壓小于氣泡的擊穿電壓時(shí)，于是氣泡的放電暫停，氣泡上的電壓又隨外加電壓的上升而上升，直到重新到達(dá)其擊穿電壓時(shí)，又出現(xiàn)第二次放電，如此出現(xiàn)多次放電。當(dāng)試品中的氣隙放電時(shí)，相當(dāng)于試品失去電荷q，并使其端電壓突然下降△U，這個(gè)一般只有微伏級(jí)的電源脈沖疊加在千伏級(jí)的外施電壓上。所有局部放電測(cè)試設(shè)備的工作原理，就是將這種電壓脈沖檢測(cè)出來(lái)。其中電荷q稱為視在放電量。第2頁(yè)/共49頁(yè)局部放電是一種復(fù)雜的物理過(guò)程除了伴隨著電荷的轉(zhuǎn)移和電2二、局部放電的機(jī)理1．局部放電的發(fā)生機(jī)理局部放電的發(fā)生機(jī)理可以用放電間隙和電容組合的電氣的等值回路來(lái)代替，在電極之間放有絕緣物，對(duì)它施加交流電壓時(shí)，在電極之間局部出現(xiàn)的放電現(xiàn)象，可以看成是在導(dǎo)體之間串聯(lián)放置著2個(gè)以上的電容，其中一個(gè)發(fā)生了火花放電。按照這樣的考慮方法，將電極組合的等值回路如圖所示。圖3-1電極組合的電氣等值回路第3頁(yè)/共49頁(yè)二、局部放電的機(jī)理圖3-1電極組合的電氣等值回路第3頁(yè)/共3

在圖3-1中，Cg：是串入絕緣物中放電間隙（比如氣泡）的電容；Cb：是和Cg串聯(lián)的絕緣物部分的電容；Cm：除了Cb和Cg以外的電極之間的電容。設(shè)電極間總的電容為Ca，則（3-1）

在這樣的等值回路中，當(dāng)對(duì)電極間施加交流電壓Vt（瞬時(shí)值）時(shí)，在Cg上不發(fā)生火花放電的情況下，加在Cg上的電壓vt由下式表示（3-2）

在這樣的等值回路中，當(dāng)對(duì)電極間施加交流電壓Vt（瞬時(shí)值）時(shí)，在Cg上不發(fā)生火花放電的情況下，加在Cg上的電壓vt由下式表示在圖中，隨著外施電壓Vt的升高，vt也隨著增大，vt達(dá)到Cg的火花電壓vp時(shí)，在Cg上就產(chǎn)生火花放電。這時(shí)，Cg間的電壓和式中的vt逐漸發(fā)生差異，如設(shè)它為vg由于放電的原因，vg迅速地從vp下降到vr（剩余電壓）?，F(xiàn)設(shè)在Cg間，經(jīng)過(guò)t秒后放出的電荷為Q（t），則第4頁(yè)/共49頁(yè)在圖3-1中，Cg：是串入絕緣物中放電間隙（比如氣泡4式中，Cgr是從Cg兩端看到的電容，它等于（3-3）

這里，將vg從vp大致變成vr的時(shí)間稱為局部放電脈沖的形成時(shí)間。當(dāng)將這些量表示成時(shí)間的函數(shù)時(shí)，成為圖3-2的曲線。（3-4）

所以得到

（3-5）

第5頁(yè)/共49頁(yè)式中，Cgr是從Cg兩端看到的電容，它等于（3-3）5圖3-2Cg間的放電電荷和電壓隨時(shí)間變化的曲線第6頁(yè)/共49頁(yè)圖3-2Cg間的放電電荷和電壓隨時(shí)間變化的曲線第6頁(yè)/共46

局部放電脈沖的形成時(shí)間，除了極端不均勻電場(chǎng)和油中放電的情況之外，一般是在0.01s以下，而且認(rèn)為vr大致是零。在上述前提下，觀察一下各個(gè)電氣量的情況（局部放電幾個(gè)主要參量）。

(1)視在放電電荷q。它是指將該電荷瞬時(shí)注入試品兩端時(shí)，引起試品兩端電壓的瞬時(shí)變化量與局部放電本身所引起的電壓瞬時(shí)變化量相等的電荷量，視在電荷一般用pC(皮庫(kù))來(lái)表示。

(2)局部放電的試驗(yàn)電壓。它是指在規(guī)定的試驗(yàn)程序中施加的規(guī)定電壓，在此電壓下，試品不呈現(xiàn)超過(guò)規(guī)定量值的局部放電。

(3)局部放電能量。是指因局部放電脈沖所消耗的能量。

(4)局部放電起始電壓Vi。當(dāng)加于試品上的電壓從未測(cè)量到局部放電的較低值逐漸增加時(shí)，直至在試驗(yàn)測(cè)試回路中觀察到產(chǎn)生這個(gè)放電值的最低電壓。實(shí)際上，起始電壓ui是局部放電量值等于或超過(guò)某一規(guī)定的低值的最低電壓。

(5)局部放電熄滅電壓Ve。當(dāng)加于試品上的電壓從已測(cè)到局部放電的較高值逐漸降低時(shí)，直至在試驗(yàn)測(cè)量回路中觀察不到這個(gè)放電值的最低電壓。實(shí)際上，熄滅電壓ue是局部放電量值等于或小于某一規(guī)定值時(shí)的最低電壓。下面所述的電壓，電容，電荷及電能的單位分別采用(V)(F),(C)及(J)表示。根據(jù)式（3-5），各個(gè)局部放電脈沖的放電電荷為第7頁(yè)/共49頁(yè)局部放電脈沖的形成時(shí)間，除了極端不均勻電場(chǎng)和油中放電7（3-6）設(shè)，，則可得（3-7）應(yīng)用式（3-4）及式（3-6），各個(gè)局部放電的能量w為（3-8）設(shè)（即），，則可得（3-8）第8頁(yè)/共49頁(yè)（3-6）設(shè)，，則可得（3-7）應(yīng)用式（3-4）及式（3-68其次，設(shè)由于局部放電引起試品電極間的電壓變化為，則

（3-10）

利用式（3-6），消去，可得

（3-11）

引入新的參數(shù)q

（3-12）

利用式（3-1），經(jīng)過(guò)變換后，可寫成下列形式

（3-13）

第9頁(yè)/共49頁(yè)其次，設(shè)由于局部放電引起試品電極間的電壓變化為，則（3-19在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)量和是可能的，所以，能夠求出q，但是qr一般是求不出的。由式（3-8），放電能量w為從電極間來(lái)看，就好像是q的電荷已經(jīng)放掉一樣，發(fā)生了的電壓變化。q稱為視在的放電電荷。由式

可知，。在，或時(shí)，q為

（3-14）

（3-15）

利用式（3-6）和式（3-13），可得（3-16）

第10頁(yè)/共49頁(yè)在實(shí)際測(cè)量中，由于測(cè)量和是可能的，所以，能夠求10

即，對(duì)于單一氣泡放電的情況，若能測(cè)量局部放電起始電壓和q的話，就可求出放電能量。2、局部放電的分類局部放電是由于電氣設(shè)備絕緣內(nèi)部存在的弱點(diǎn)，在一定外施電壓下發(fā)生的局部的和重復(fù)的擊穿和熄滅現(xiàn)象。隨著絕緣內(nèi)部局部放電的發(fā)生，將伴隨著如光、熱、噪音、電脈沖、介質(zhì)損耗的增大和電磁波放射等現(xiàn)象的發(fā)生。這種放電可能出現(xiàn)在固體絕緣的空穴中，也可能在液體絕緣的氣泡中，或不同介電特性的絕緣層間，或金屬表面的邊緣尖角部位。所以以放電類型來(lái)分，大致可分為絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電及電暈放電。當(dāng)時(shí)，w近似為（3-18）

第11頁(yè)/共49頁(yè)即，對(duì)于單一氣泡放電的情況，若能測(cè)量局部放電起始電壓11（1）內(nèi)部放電在電氣設(shè)備的絕緣系統(tǒng)中，各部位的電場(chǎng)強(qiáng)度往往是不相等的，當(dāng)局部區(qū)域的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到電介質(zhì)的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)出現(xiàn)放電，但這種放電并沒(méi)有貫穿施加電壓的兩導(dǎo)體之間，即整個(gè)絕緣系統(tǒng)并沒(méi)有擊穿，仍然保持絕緣性能，發(fā)生在絕緣體內(nèi)的稱為內(nèi)部局部放電。當(dāng)絕緣介質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)局部放電后，外施電壓在低于起始電壓的情況下，放電也能繼續(xù)維持。該電壓在理論上可比起始電壓低一半，也即絕緣介質(zhì)兩端的電壓僅為起始電壓的一半，這個(gè)維持到放電消失時(shí)的電壓稱之為局放熄滅電壓。而實(shí)際情況與理論分析有差別，在固體絕緣中，熄滅電壓比起始電壓約低5％-20％。在油浸紙絕緣中，由于局部放電引起氣泡迅速形成，所以熄滅電壓低得多。這也說(shuō)明在某種情況下電氣設(shè)備存在局部缺陷而正常運(yùn)行時(shí)，局部放電量較小，也就是運(yùn)行電壓尚不足以激發(fā)大放電量的放電。當(dāng)其系統(tǒng)有一過(guò)電壓干擾時(shí)，則觸發(fā)幅值大的局部放電，并在過(guò)電壓消失后如果放電繼續(xù)維持．最后導(dǎo)致絕緣加速劣化及損壞。（2）表面放電如在電場(chǎng)中介質(zhì)有一平行于表面的場(chǎng)強(qiáng)分量，當(dāng)其這個(gè)分量達(dá)到擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)，則可能出現(xiàn)表面放電。這種情況可能出現(xiàn)在套管法蘭處、電纜終端部，也可能出現(xiàn)在導(dǎo)體和介質(zhì)彎角表面處，見圖3-3。內(nèi)介質(zhì)與電極間的邊緣處，在r點(diǎn)的電場(chǎng)有一平行于介質(zhì)表面的分量，當(dāng)電場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)則產(chǎn)生表面放電。在某些情況下，可以計(jì)算空氣中的起始放電電壓。第12頁(yè)/共49頁(yè)（1）內(nèi)部放電第12頁(yè)/共49頁(yè)12圖3-3介質(zhì)表面出現(xiàn)的局部放電圖3-4表面局部放電波形第13頁(yè)/共49頁(yè)圖3-3介質(zhì)表面出現(xiàn)的局部放電圖3-4表面局部放電波形13

表面局部放電的波形與電極的形狀有關(guān)，如電極為不對(duì)稱時(shí)，則正負(fù)半周的局部放電幅值是不等的，見圖3-4。當(dāng)產(chǎn)生表面放電的電極處于高電位時(shí)，在負(fù)半周出現(xiàn)的放電脈沖較大、較??；正半周出現(xiàn)的放電脈沖較密，但幅值小。此時(shí)若將高壓端與低壓端對(duì)調(diào)，則放電圖形亦相反。（3）電暈放電電暈放電是在電場(chǎng)極不均勻的情況下，導(dǎo)體表面附近的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到氣體的擊穿場(chǎng)強(qiáng)時(shí)所發(fā)生的放電。在高壓電極邊緣，尖端周圍可能由于電場(chǎng)集中造成電暈放電。電暈放電在負(fù)極性時(shí)較易發(fā)生，也即在交流時(shí)它們可能僅出現(xiàn)在負(fù)半周。電暈放電是一種自持放電形式，發(fā)生電暈時(shí)，電極附近出現(xiàn)大量空間電荷，在電極附近形成流注放電?，F(xiàn)以棒—板電極為例來(lái)解釋，在負(fù)電暈情況下，如果正離子出現(xiàn)在棒電極附近，則由電場(chǎng)吸引并向負(fù)極運(yùn)動(dòng)，離子沖擊電極并釋放出大量的電子，在尖端附近形成正離子云。負(fù)電子則向正極運(yùn)動(dòng)，然后離子區(qū)域擴(kuò)展，棒極附近出現(xiàn)比較集中的正空間電荷而較遠(yuǎn)離電場(chǎng)的負(fù)空間面電荷則較分散，這樣正空間電荷使電場(chǎng)畸變。因此負(fù)棒時(shí)，棒極附近的電場(chǎng)增強(qiáng)，較易形成。在交流電壓下，當(dāng)高壓電極存在尖端，電場(chǎng)強(qiáng)度集中時(shí)，電暈一般出現(xiàn)在負(fù)半周，或當(dāng)接地電極也有尖端點(diǎn)時(shí)，則出現(xiàn)負(fù)半周幅值較大，正半周幅值較小的放電。第14頁(yè)/共49頁(yè)表面局部放電的波形與電極的形狀有關(guān)，如電極為不對(duì)稱時(shí)14第二節(jié)局部放電測(cè)試方法

隨著電力設(shè)備電壓等級(jí)的提高，人們對(duì)電力設(shè)備運(yùn)行可靠性提出了更加苛刻的要求。我國(guó)近年來(lái)110kV以上的大型變壓器事故中50％是屬正常運(yùn)行下發(fā)生匝間或段間短路造成突發(fā)事故，原因也是局部放電所致。局部放電檢測(cè)作為一種非破壞性試驗(yàn)，越來(lái)越得到人們的重視。雖然局部放電一般不會(huì)引起絕緣的穿透性擊穿，但可以導(dǎo)致電介質(zhì)（特別是有機(jī)電介質(zhì)）的局部損壞。若局部放電長(zhǎng)期存在，在一定條件下會(huì)導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿。對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電試驗(yàn)，不但能夠了解設(shè)備的絕緣狀況，還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造與安裝方面的問(wèn)題，確定絕緣故障的原因及其嚴(yán)重程度。因此，高壓絕緣設(shè)備都把局部放電的測(cè)量列為檢查產(chǎn)品質(zhì)量的重要指標(biāo)，產(chǎn)品不但在出廠時(shí)要做局部放電試驗(yàn)，而且在投入運(yùn)行之后還要經(jīng)常進(jìn)行測(cè)量。對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測(cè)試是一項(xiàng)重要預(yù)防性試驗(yàn)。根據(jù)局部放電產(chǎn)生的各種物理、化學(xué)現(xiàn)象，如電荷的交換，發(fā)射電磁波、聲波、發(fā)熱、光、產(chǎn)生分解物等，可以有很多測(cè)量局部放電的方法?？偟膩?lái)說(shuō)可分為電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類，電測(cè)法包括脈沖電流法、無(wú)線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等，非電測(cè)法包括聲測(cè)法、光測(cè)法、化學(xué)檢測(cè)法和紅外熱測(cè)法等。第15頁(yè)/共49頁(yè)第二節(jié)局部放電測(cè)試方法

隨著電力設(shè)備電壓等級(jí)的15一、電測(cè)法局部放電最直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移動(dòng)。每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過(guò)電介質(zhì)，引起試樣外部電極上的電壓變化。另外，每次放電過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短，在氣隙中一次放電過(guò)程在10ns量級(jí)；在油隙中一次放電時(shí)間也只有1μs。根據(jù)Maxwell電磁理論，如此短持續(xù)時(shí)間的放電脈沖會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁信號(hào)向外輻射。局部放電電檢測(cè)法即是基于這兩個(gè)原理。常見的檢測(cè)方法有脈沖電流法、無(wú)線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等。1．脈沖電流法脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛的局部放電測(cè)試方法。脈沖電流法的基本測(cè)量回路見圖圖中C代表試品電容，Z（Z）代表測(cè)量阻抗，Ck代表耦合電容，它的作用是為Cx與Zm之間提供一個(gè)低阻抗的通道。Z代表接在電源與測(cè)量回路間的低通濾波器，Z可以讓工頻電壓作用到試品上，但阻止被測(cè)的高頻脈沖或電源中的高頻分量通過(guò)。圖3-5（a）為并聯(lián)測(cè)量回路，試驗(yàn)電壓U經(jīng)Z施加于試品Cx，測(cè)量回路由Ck與Zm串聯(lián)而成，并與Cx并聯(lián)，因此稱為并聯(lián)測(cè)量回路。試品上的局部放電脈沖經(jīng)Ck耦合到Zm上，經(jīng)放大器A送到測(cè)量?jī)x器M。這種測(cè)量回路適合于試品一端接地的情況，在實(shí)際工作中應(yīng)用較多。圖3-5（b）為串聯(lián)測(cè)量回路，測(cè)量阻抗Zm串聯(lián)接在試品Cx低壓端與地之間，并經(jīng)由Ck形成放電回路。因此，試品的低壓端必須與地絕緣。

第16頁(yè)/共49頁(yè)一、電測(cè)法第16頁(yè)/共49頁(yè)16

圖3-5（c）為橋式測(cè)量回路，又稱平衡測(cè)量回路。試品Cx與耦合電容Ck均與地絕緣，測(cè)量阻抗Zm與Zm分別接在Cx與Ck的低壓端與地之間。測(cè)量?jī)x器M測(cè)量Zm與Zm’上的電壓差。圖3-5測(cè)量局部放電的基本回路

2．無(wú)線電干擾電壓法（RIV）無(wú)線電干擾電壓法，包括射頻檢測(cè)法，最早可追溯到1925年，Schwarger發(fā)現(xiàn)電暈放電會(huì)發(fā)射電磁波，通過(guò)無(wú)線電干擾電壓表可以檢測(cè)到局部放電的發(fā)生。國(guó)外目前仍有采用無(wú)線電干擾電壓表檢測(cè)局部放電的運(yùn)用，在國(guó)內(nèi)，常用射頻傳感器檢測(cè)放電，故又叫射頻檢測(cè)法。較常用射頻傳感器有電容傳感器、Rogowski線圈電流傳感器和射頻天線傳感器等。第17頁(yè)/共49頁(yè)圖3-5（c）為橋式測(cè)量回路，又稱平衡測(cè)量回路。試17RIV方法能定性檢測(cè)局部放電是否發(fā)生，甚至可以根據(jù)電磁信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)電機(jī)線棒和沒(méi)有屏蔽層的長(zhǎng)電纜進(jìn)行局部放電定位；采用Rogowski線圈傳感器也能定量檢測(cè)放電強(qiáng)度，且測(cè)試頻帶較寬（1~30MHz）。3．介質(zhì)損耗分析法（DLA）局部放電對(duì)絕緣材料的破壞作用是與局部放電消耗的能量直接相關(guān)的，因此對(duì)放電消耗功率的測(cè)量很早就引起人們的重視。在大多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，隨著電壓的升高，絕緣中氣隙（或氣泡）的數(shù)目將增加。此外局部放電的現(xiàn)象將導(dǎo)致介質(zhì)的損壞，從而使得tgδ大大增加。因此可以通過(guò)測(cè)量tgδ的值來(lái)測(cè)量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況。介質(zhì)損耗分析法特別適用于測(cè)量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由于輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號(hào)，而亞輝光放電的脈沖上升沿時(shí)間太長(zhǎng)，普通的脈沖電流法檢測(cè)裝置中難以檢測(cè)出來(lái)。但這種放電消耗的能量很大，使得tgδ很大，故只有采用電橋法檢測(cè)tgδ才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶來(lái)的危害。但是，DLA方法只能定性的測(cè)量局部放電是否發(fā)生，基本不能檢測(cè)局部放電量的大小，這限制了DLA方法的運(yùn)用。第18頁(yè)/共49頁(yè)RIV方法能定性檢測(cè)局部放電是否發(fā)生，甚至可以根18二、非電檢測(cè)法局部放電發(fā)生時(shí)，常伴有光、聲、熱等現(xiàn)象的發(fā)生，對(duì)此，局部放電檢測(cè)技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了光測(cè)法、聲測(cè)法、紅外熱測(cè)法等非電量檢測(cè)方法。較之電檢測(cè)法，非電量檢測(cè)方法具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、與試樣電容無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。1．超聲波法測(cè)試局部放電利用測(cè)超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)定局部放電的位置及放電程度，這種方法較簡(jiǎn)單，不受環(huán)境條件限制。但靈敏度較低，不能直接定量。在進(jìn)行局部放電測(cè)量中當(dāng)發(fā)現(xiàn)變壓器有大于5000pc的故障放電，超聲波聲測(cè)量方法常用于放電部位確定及配合電測(cè)法的補(bǔ)充手段。但聲測(cè)法有它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，即它可在試品外殼表面不帶電的任意部位安置傳感器，可較準(zhǔn)確地測(cè)定放電位置，且接收的信號(hào)與系統(tǒng)電源沒(méi)有電的聯(lián)系，不會(huì)受到電源系統(tǒng)的電信號(hào)的干擾；因此進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí)，以電測(cè)法和聲測(cè)法同時(shí)運(yùn)用。兩種方法的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ)，再配合一些信號(hào)處理分析手段，則可得到很好的測(cè)量效果。局部放電測(cè)量通常選用密封結(jié)構(gòu)的超聲傳感器，其結(jié)構(gòu)原理見圖3-6。它是直接把壓電陶瓷安裝在金屬外殼之上，帶動(dòng)外殼一起振動(dòng)，并在金屬殼里填充樹脂作為密封。第19頁(yè)/共49頁(yè)二、非電檢測(cè)法第19頁(yè)/共49頁(yè)19

用超聲探頭獲得由局部放電引起的超聲信號(hào)，并用數(shù)字式局部放電儀或波形記錄儀記錄波形作定位測(cè)試。聲測(cè)法原理框圖如圖3-7所示。圖3-6超聲傳感器的原理結(jié)構(gòu)圖1－金屬外殼；2－陶瓷振動(dòng)子；3－底座；4－填充樹脂；5－引出腳第20頁(yè)/共49頁(yè)用超聲探頭獲得由局部放電引起的超聲信號(hào)，并用數(shù)字20

如將1－4個(gè)聲探頭的信號(hào)同時(shí)記錄下并在屏上顯示所測(cè)到的波形，對(duì)局部放電作定位測(cè)量很有利。當(dāng)與電測(cè)法聯(lián)合測(cè)量時(shí)，有助于判斷所測(cè)到的信號(hào)是否為內(nèi)部放電。當(dāng)儀器對(duì)變壓器進(jìn)行超聲測(cè)量時(shí)，屏上按所探測(cè)的聲通道數(shù)在屏上同時(shí)顯示1－4路波形，測(cè)量人員移動(dòng)光標(biāo)到認(rèn)為是放電聲信號(hào)的位置，程序即自行計(jì)算出放電點(diǎn)距探頭的位置。若為3個(gè)以上的測(cè)量點(diǎn)，則由給定的各探頭光標(biāo)計(jì)算出放電點(diǎn)的光標(biāo)位置。圖3-7聲測(cè)法原理框圖第21頁(yè)/共49頁(yè)如將1－4個(gè)聲探頭的信號(hào)同時(shí)記錄下并在屏上顯示所21

用于互感器等試品時(shí)，在靠近高壓部分則用光纖連接，有時(shí)裝設(shè)1－2個(gè)傳感器即可，前置放大器僅用一個(gè)。當(dāng)設(shè)備內(nèi)部有故障放電時(shí)（幾千到幾萬(wàn)皮庫(kù)），這時(shí)利用電信號(hào)作為儀器觸發(fā)信號(hào)，也即以電信號(hào)作為時(shí)間參考零點(diǎn)，然后以1－3個(gè)通道采集聲信號(hào)，儀器A/D采樣頻率可選在500kHz或1MHz并移動(dòng)傳感器位置，使能有效地測(cè)到超聲信號(hào)，見圖3-8。測(cè)得電信號(hào)與聲信號(hào)的時(shí)間差Δt就可計(jì)算出放電點(diǎn)與傳感器的位置的距離，s=vΔt，一般計(jì)算取v=1.42mm/μs。圖3-8超聲測(cè)量信號(hào)波形第22頁(yè)/共49頁(yè)用于互感器等試品時(shí)，在靠近高壓部分則用光纖連接，222．光檢測(cè)法對(duì)于絕緣內(nèi)部的局部放電，只有透明介質(zhì)才宜用光檢測(cè)法，例如聚乙烯絕緣電纜芯通過(guò)水介質(zhì)掃描用光電倍增管觀察。但該方法靈敏度較低，局限性大，較適宜于檢測(cè)暴露在外表面的電暈放電。利用視覺(jué)檢測(cè)局部放電，要在眼睛對(duì)于黑暗習(xí)慣了以后，在黑暗的環(huán)境中進(jìn)行。這時(shí)，為了增強(qiáng)視力和對(duì)高壓保持一定間隔距離，使用大倍率的望遠(yuǎn)鏡是很有效的。為了記錄發(fā)生放電的位置，采用長(zhǎng)時(shí)間曝光的照相機(jī)進(jìn)行拍照是有效的。而且，還有在預(yù)先想到可能發(fā)生放電的位置，先放好感光膠片，通過(guò)直接感光進(jìn)行放電的記錄。

3．熱檢測(cè)法由于局部放電在放電點(diǎn)會(huì)發(fā)熱，當(dāng)故障較嚴(yán)重時(shí)，局部熱效應(yīng)是明顯的，可用預(yù)先埋入的熱電偶來(lái)測(cè)量各點(diǎn)溫升，從而確定局部放電部位。這種方法既不靈敏也不能定量，因而在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中一般不用這種方法。

4．放電產(chǎn)物分析法油紙絕緣材料在局部放電作用下會(huì)分解產(chǎn)生各種氣體，分析局部放電時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)生成物，例如用色譜分析儀測(cè)量高壓電氣設(shè)備的油中，由于放電產(chǎn)生的微量可燃性氣體。從而推斷局部放電的程度，從而判斷故障類型，已在生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用，并取得較好的效果。各種氣體中對(duì)判斷故障有價(jià)值的氣體有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C4H4)、乙炔(C2H2)、氫(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等。第23頁(yè)/共49頁(yè)2．光檢測(cè)法第23頁(yè)/共49頁(yè)23

絕緣中存在局部放電時(shí)，當(dāng)放電較小并在故障點(diǎn)引起的溫度高于正常溫度不多時(shí)，由油裂解的產(chǎn)物主要是甲烷和氧；當(dāng)局部放電故障擴(kuò)大，形成局部爬電或火花、電弧放電時(shí)，會(huì)引起局部高溫，產(chǎn)生乙炔、乙烯和一氧化碳、二氧化碳。如利用四種特征氣體的三比值法，可用來(lái)判斷變壓器故障性質(zhì)，但實(shí)際上對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行絕緣故障判斷時(shí)，僅根據(jù)一次測(cè)量數(shù)據(jù)往往是不夠的，宜利用色譜分析，觀察各有害氣體隨時(shí)間的增量。并和局部放電超聲測(cè)量和電測(cè)法數(shù)據(jù)作比較，進(jìn)行綜合判斷，才能更加有效地判斷故障性質(zhì)。當(dāng)故障涉及到固體絕緣時(shí)，會(huì)引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長(zhǎng)。但根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料，固體絕緣的正常老化過(guò)程與故障情況下劣化分解，表現(xiàn)在油中一氧化碳的含量上，一般情況下沒(méi)有嚴(yán)格的界限；二氧化碳含量的規(guī)律更不明顯。因此，在考察這兩種氣體含量時(shí)更應(yīng)注意結(jié)合具體變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，如油保護(hù)方式、運(yùn)行溫度、負(fù)荷情況、運(yùn)行歷史等情況加以分析，以盡可能得出正確的結(jié)論。第24頁(yè)/共49頁(yè)絕緣中存在局部放電時(shí)，當(dāng)放電較小并在故24第三節(jié)局部放電波形分析及圖譜識(shí)別

一、局部放電的波形分析圖3-5中檢測(cè)阻抗Zm可由電阻、電感、阻容并聯(lián)元件、電感電容并聯(lián)元件等構(gòu)成。而對(duì)于局部放電脈沖而言，可用圖3-9的回路來(lái)計(jì)算檢測(cè)阻抗Zm上的波形。圖3-9計(jì)算Zm上電壓波形的等值回路第25頁(yè)/共49頁(yè)第三節(jié)局部放電波形分析及圖譜識(shí)別

一、局部放電的波形分析圖251、Zm為R時(shí)，Zm上的波形實(shí)際上是方波加于阻容串聯(lián)回路時(shí)電阻上的波形，電容為Cx與Ck的串聯(lián)。R上的波形是一個(gè)陡直上升、指數(shù)下降的曲線（圖3-10（a）曲線1），其方程是（3-19）

由此可見，uR的幅值為q/Cx，CA一定時(shí)，uR的幅值與視在放電量q成正比。一般氣隙放電，脈沖的前沿僅約0.01微秒左右。當(dāng)時(shí)間常數(shù)TR遠(yuǎn)大于此值時(shí)，可視脈沖為方波而得到（3-19）式。如果TR和脈沖前沿時(shí)間可以比擬時(shí)，則uR的表達(dá)式便不能用（3-19）式了。假定脈沖波的前沿是指數(shù)上升的，則uR便是一個(gè)雙指數(shù)波。此外，如果是油中電暈之類的脈沖，其前沿時(shí)間可達(dá)數(shù)微秒甚至更長(zhǎng)，即使TR為若干微秒，二者也是可比擬的，此時(shí)uR也是雙指數(shù)波，圖3-10（a）曲線2為此波形的示意圖。第26頁(yè)/共49頁(yè)1、Zm為R時(shí)，Zm上的波形（3-19）由此可262、Zm為時(shí)的輸出波形輸出波形ucr仍為指數(shù)衰減波，但幅值降低，時(shí)間常數(shù)加大了。其方程為圖3-10檢測(cè)阻抗上的波形第27頁(yè)/共49頁(yè)2、Zm為時(shí)的輸出波形輸出波形ucr仍為指數(shù)衰減波，但幅值273、Zm為L(zhǎng)m時(shí)的輸出波形因?yàn)長(zhǎng)m中總有一定的電阻，整個(gè)回路也有一定的損耗，所以Lm的輸出波形是一個(gè)衰減振蕩波，其包絡(luò)線是指衰減曲線，近似的方程為（3-20）

（3-21）

第28頁(yè)/共49頁(yè)3、Zm為L(zhǎng)m時(shí)的輸出波形因?yàn)長(zhǎng)m中總有一定的電阻，整個(gè)回28

為回路損耗造成的衰減時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)。圖3-10曲線1為uL的波形示意圖。uL的幅值與uR相同，均為q/Cx。如果脈沖的前沿時(shí)間與振蕩周期可以比擬時(shí)，則uL的波形如圖3-10曲線2，其幅值比曲線1的小，包絡(luò)線是雙指數(shù)波。

4、Zm為L(zhǎng)mCm并聯(lián)元件時(shí)的輸出波形一般選擇的Cm值比Ck、Cx都大得多，故振蕩頻率主要決定于LmCm值。LmCm元件上的波形方程為（3-22）

的含義同式（3-21）。由式可見，uLC的幅值小于uL，振蕩周期加大了?？紤]到，并選則（3-23）

第29頁(yè)/共49頁(yè)為回路損耗造成的衰減時(shí)間常數(shù)的倒數(shù)。圖3-10曲29

由此可見，uLC的幅值與q成正比而與Cx幾乎無(wú)關(guān)，振蕩頻率也只受LmCm控制，也就是說(shuō)，我們可以根據(jù)需要選定輸出電壓的頻帶而與試品電容無(wú)關(guān)。5、Zm為L(zhǎng)mRmCm并聯(lián)元件時(shí)的輸出波形輸出波形仍然時(shí)一個(gè)衰減振蕩曲線，與式相似。但電阻Rm接入后，振蕩的衰減加快，振蕩周期加長(zhǎng)，總的來(lái)說(shuō)，是一個(gè)衰減較快的振蕩波。加入Rm以加速衰減的目的，在于使重復(fù)的局部放電脈沖在Zm上造成的輸出不致首尾相互疊加，以加強(qiáng)回路脈沖分辨的能力。檢測(cè)阻抗Zm上的電壓（即檢測(cè)信號(hào)）是相當(dāng)小的，必須經(jīng)過(guò)放大才能使儀器上有明顯的指示。經(jīng)放大器放大后的脈沖信號(hào)的峰值可由示波器測(cè)量，除此之外，示波器上還可以看出放電發(fā)生在工頻的什么相位，測(cè)定脈沖波形和放電次數(shù)，觀察整個(gè)局部放電的特征。以確定放電的大致部位和性質(zhì)。示波器可用水平掃描和橢圓掃描。水平掃描時(shí)全屏偏轉(zhuǎn)相當(dāng)于一個(gè)周期，并與試驗(yàn)電壓同步，以確定脈沖的相位。橢圓掃描也是每掃一周相當(dāng)于試驗(yàn)電壓一個(gè)周期。圖3-11為兩種掃描時(shí)屏上波形的示意圖。第30頁(yè)/共49頁(yè)由此可見，uLC的幅值與q成正比而與Cx幾乎無(wú)關(guān)30

在局部放電試驗(yàn)時(shí)，除絕緣內(nèi)部可能產(chǎn)生局部放電外，引線的聯(lián)接，電接觸以及日光燈，高壓電極的電暈等，也可能會(huì)影響局部放電的波形。為此，要區(qū)別絕緣內(nèi)部的局部放電與其他干擾的波形，圖3-12就是幾種典型的波形。圖3-11示波器上的顯示第31頁(yè)/共49頁(yè)在局部放電試驗(yàn)時(shí)，除絕緣內(nèi)部可能產(chǎn)生局部放電外，引線31圖3-12典型放電的示波圖第32頁(yè)/共49頁(yè)圖3-12典型放電的示波圖第32頁(yè)/共49頁(yè)32二、局部放電的圖譜識(shí)別圖3-13為不同類型的局部放電示波圖，示波圖是在接近起始電壓時(shí)得到的。其中圖（a）、（b）、（c）、（d）為局部放電的基本圖譜，（e）、（f）、（g）為干擾波的基本圖譜。第33頁(yè)/共49頁(yè)二、局部放電的圖譜識(shí)別第33頁(yè)/共49頁(yè)33圖3-13接近起始電壓時(shí)，不同類型局部放電的示波圖第34頁(yè)/共49頁(yè)圖3-13接近起始電壓時(shí)，不同類型局部放電的示波圖第34頁(yè)34

（a）中，絕緣結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)與電場(chǎng)方向垂直的氣隙，放電脈沖疊加于正與負(fù)峰之間的位置，對(duì)稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等。但有時(shí)上下幅值的不對(duì)稱度3：1仍屬正常。放電量與試驗(yàn)電壓的關(guān)系是起始放電后，放電量增至某一水平時(shí)，隨試驗(yàn)電壓上升放電量保持不變。熄滅電壓基本相等或略低于起始電壓。（b）中，絕緣結(jié)構(gòu)內(nèi)含有各種不同尺寸的氣隙，多屬澆注絕緣結(jié)構(gòu)。放電脈沖疊加于正及負(fù)峰之前的位置，對(duì)稱的兩邊脈沖幅值及頻率基本相等，但有時(shí)上下幅值的不對(duì)稱度3:1仍屬正常。放電剛開始時(shí)，放電脈沖尚能分辨，隨后電壓上升，某些放電脈沖向試驗(yàn)電壓的零位方向移動(dòng)，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)幅值較大的脈沖，脈沖分辨率逐漸下降，直至不能分辨。起始放電后，放電量隨電壓上升而穩(wěn)定增長(zhǎng)，熄滅電壓基本相等或低于起始電壓。（c）中，絕緣結(jié)構(gòu)中僅含有一個(gè)氣隙位于電極的表面與介質(zhì)內(nèi)部氣隙的放電響應(yīng)不同。放電脈沖疊加于電壓的正及負(fù)峰值之前，兩邊的幅值不盡對(duì)稱，幅值大的頻率低，幅值小的頻率高。兩幅值之比通常大于3：1，有時(shí)達(dá)10：1。總的放電響應(yīng)能分辨出。放電一旦起始，放電量基本不變，與電壓上升無(wú)關(guān)。熄滅電壓等于或略低于起始電壓。（d）中，(1)一簇不同尺寸的氣隙位于電極的表面，但屬封閉型；(2)電極與絕緣介質(zhì)的表面放電氣隙不是封閉的。放電脈沖疊加于電壓的止及負(fù)峰值之前兩邊幅值比通常為3:1，有時(shí)達(dá)10：1。隨電壓上升，部份脈沖向零位方向移動(dòng).放電起始后，脈沖分辨率尚可;繼續(xù)升壓，分辨率下降直至不能分辨。放電起始后放電皇隨電壓的上升逐漸增大，熄滅電壓等于或略低于起始電壓。如電壓持續(xù)時(shí)間在10min以后，放電響應(yīng)會(huì)有些變化。第35頁(yè)/共49頁(yè)（a）中，絕緣結(jié)構(gòu)中僅有一個(gè)與電場(chǎng)方向垂直的氣隙，35

（e）干擾源為針尖對(duì)平板或大地的液體介質(zhì)。較低電壓下產(chǎn)生電暈放電，放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負(fù)峰值處.放電源處于高電位；如位于正峰處放電源處于低電位。這可幫助判斷電壓的零位，一對(duì)脈沖對(duì)稱的出現(xiàn)在電壓正或負(fù)峰處、每一簇的放電脈沖時(shí)間間隔均各自相等。但兩簇的幅值及時(shí)間間隔不等，幅值較小的一簇幅值相等、較密。一簇較大的脈沖起始電壓較低，放電量隨電壓上升增加；一簇較小的脈沖起始電壓較高，放電量與電壓無(wú)關(guān)，保持不變；電壓上升，脈沖頻率密度增加，但尚能分辨；電壓再升高，逐漸變得不可分辨。（f）針尖對(duì)平板或大地的氣體介質(zhì)。較低電壓下產(chǎn)生電暈放電，放電脈沖總疊加于電壓的峰值位置。如位于負(fù)峰處，放電源處于高電位；如位于正峰處，放電源處于低電位。這可幫助判斷電壓的零位。起始放電后電壓上升，放電量保持不變，惟脈沖密度向兩邊擴(kuò)散、放電頻率增加，但尚能分辨；電壓再升高，放電脈沖頻率增至逐漸不可分辨。（g）懸浮電位放電。在電場(chǎng)中兩懸浮金屬物體間，或金屬物與大地間產(chǎn)生的放電。波形有兩種情況：(1)正負(fù)兩邊脈沖等幅、等間隔及頻率相同；(2)兩邊脈沖成對(duì)出現(xiàn)，對(duì)與對(duì)間隔相同，有時(shí)會(huì)在基線往復(fù)移動(dòng)。起始放電后有3種類型：〔1)放電量保持不變，與電壓無(wú)關(guān)，熄滅電壓與起始電壓完全相等。（2）電壓繼續(xù)上升，在某一電壓下，放電突然消失。電壓繼續(xù)上升后再下降，會(huì)在前一消失電壓下再次出現(xiàn)放電。(3)隨電壓上升，放電量逐漸減小，放電脈沖隨之增加。第36頁(yè)/共49頁(yè)（e）干擾源為針尖對(duì)平板或大地的液體介質(zhì)。較低電壓36第四節(jié)局部放電測(cè)試中的干擾及抗干擾措施

一、局放干擾的來(lái)源廣義的局放干擾是指除了與局放信號(hào)一起通過(guò)電流傳感器進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的干擾以外，還包括影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)本身的干擾，諸如接地、屏蔽、以及電路處理不當(dāng)所造成的干擾等?，F(xiàn)場(chǎng)局放干擾特指前者，它可分為連續(xù)的周期型干擾、脈沖型干擾和白噪聲。周期型干擾包括系統(tǒng)高次諧波、載波通訊以及無(wú)線電通訊等。脈沖型干擾分為周期脈沖型干擾和隨機(jī)脈沖型干擾。周期脈沖型干擾主要由電力電子器件動(dòng)作產(chǎn)生的高頻涌流引起。隨機(jī)脈沖型干擾包括高壓線路上的電暈放電、其他電氣設(shè)備產(chǎn)生的局部放電、分接開關(guān)動(dòng)作產(chǎn)生的放電、電機(jī)工作產(chǎn)生的電弧放電、接觸不良產(chǎn)生的懸浮電位放電器繼電保護(hù)信號(hào)線路中耦合進(jìn)入的各種噪聲等。電磁干擾一般通過(guò)空間直接耦合和線路傳導(dǎo)兩種方式進(jìn)入測(cè)量點(diǎn)。測(cè)量點(diǎn)不同，干擾耦合路徑會(huì)不同，對(duì)測(cè)量的影響也不同；測(cè)量點(diǎn)不同，干擾種類、強(qiáng)度也不相同。第37頁(yè)/共49頁(yè)第四節(jié)局部放電測(cè)試中的干擾及抗干擾措施

一、局放干擾的來(lái)源37二、局放干擾的分類

由種種原因引起的干擾將嚴(yán)重地影響局部放電試驗(yàn)。假使這些干擾是連續(xù)的而且其幅值是基本相同的(背景噪聲)，它們將會(huì)降低檢測(cè)儀的有效靈敏度，即最小可見放電量比所用試驗(yàn)線路的理論最小值要大。這種形式的干擾會(huì)隨電壓而增大，因而靈敏度是按比例下降的。在其他的一些情況中，隨電壓的升高而在試驗(yàn)線路中出現(xiàn)的放電，可以認(rèn)為是發(fā)生在試驗(yàn)樣品的內(nèi)部。因此，重要的是將干擾降低到最小值，以及使用帶有放電實(shí)際波形顯示的檢測(cè)儀，以最大的可能從試樣的干擾放電中鑒別出假的干擾放電響應(yīng)。根據(jù)測(cè)量試驗(yàn)回路中可能的干擾源位置可將干擾源分為兩類：第一類與外施高壓大小無(wú)關(guān)的干擾，第二類是僅在高壓加于回路時(shí)才產(chǎn)生的干擾。干擾的主要形式如下：

(1)來(lái)自電源的干擾，這類干擾只要控制、調(diào)壓器與變壓器等是接通的（不必升壓）即可能影響測(cè)量；

(2)來(lái)自接地系統(tǒng)的干擾，通常指接地連接不好或多重接地時(shí)，不同接地點(diǎn)的電位差在測(cè)量?jī)x器上造成的干擾偏轉(zhuǎn)；

(3)從別的高壓試驗(yàn)或者電磁輻射檢測(cè)到的干擾，它是由回路外部的電磁場(chǎng)對(duì)回路的電磁耦合引起的包括電臺(tái)的射頻干擾，鄰近的高壓設(shè)備，日光燈、電焊、電弧或火花放電的干擾；

(4)試驗(yàn)線路的放電；

(5)由于試驗(yàn)線路或樣品內(nèi)的接觸不良引起的接觸噪聲。第38頁(yè)/共49頁(yè)二、局放干擾的分類第38頁(yè)/共49頁(yè)38三、常用的抑制干擾方法局部放電產(chǎn)生的檢測(cè)信號(hào)十分微弱，僅為微伏量級(jí)，就數(shù)值大小而言，很容易被外界干擾信號(hào)所淹沒(méi)，因此必須考慮抑制干擾信號(hào)的影響，采取有效的抗干擾措施。對(duì)上述這些干擾的抑制方法如下：

(1)來(lái)自電源的干擾可以在電源中用濾波器加以抑制。這種濾波器應(yīng)能抑制處于檢測(cè)儀的頻寬的所有頻率，但能讓低頻率試驗(yàn)電壓通過(guò)。

(2)來(lái)自接地系統(tǒng)的干擾，可以通過(guò)單獨(dú)的連接，把試驗(yàn)電路接到適當(dāng)?shù)慕拥攸c(diǎn)來(lái)消除。所有附近的接地金屬均應(yīng)接地良好，不能產(chǎn)生電位的浮動(dòng)。

(3)來(lái)自外部的干擾源，如高壓試驗(yàn)、附近的開關(guān)操作、無(wú)線電發(fā)射等引起的靜電或磁感應(yīng)及電磁輻射，均能被放電試驗(yàn)線路耦合引入，并誤認(rèn)為是放電脈沖。如果這些干擾信號(hào)源不能被消除，就要對(duì)試驗(yàn)線路的表面應(yīng)光潔度好，曲率半徑大，并加以屏蔽。需要有一個(gè)設(shè)計(jì)良好的薄金屬皮、金屬板或鐵絲鋼的屏蔽。有時(shí)樣品的金屬外殼要用作屏蔽。有條件的可修建屏蔽試驗(yàn)室。

(4)試驗(yàn)電壓會(huì)引起的外部放電。假使試區(qū)內(nèi)接地不良或懸浮的部分被試驗(yàn)電壓充電，就能發(fā)生放電，這可通過(guò)波形判斷與內(nèi)部放電區(qū)別開。超聲波檢測(cè)儀可用來(lái)對(duì)這種放電定位。試驗(yàn)時(shí)應(yīng)保證所有試品及儀器接地可靠，設(shè)備接地點(diǎn)不能有生銹或漆膜，接地連接應(yīng)用螺釘壓緊。第39頁(yè)/共49頁(yè)三、常用的抑制干擾方法第39頁(yè)/共49頁(yè)39

干擾的抑制總是從干擾源、干擾途徑、信號(hào)后處理三方面考慮。找出干擾源直接消除或切斷相應(yīng)的干擾路徑，是解決干擾最有效最根本的方法，但要求詳細(xì)分析干擾源和干擾途徑，且一般不允許改變?cè)械淖儔浩鬟\(yùn)行方式，因此在這兩方面所能采取的措施總是很有限。對(duì)于經(jīng)電流傳感器耦合進(jìn)入監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的各種干擾，采取各種信號(hào)處理技術(shù)加以抑制。一般從以下幾方面區(qū)分局放信號(hào)和干擾信號(hào)；工頻相位、頻譜、脈沖幅度和幅度分布、信號(hào)極性、重復(fù)率和物理位置等。在抗干擾技術(shù)中有兩種不同的思路：一種是基于窄帶(頻帶一般為10kHz至數(shù)10kHz)信號(hào)的。它通過(guò)合適頻帶的窄帶電流傳感器和帶通濾波電路拾取信號(hào)，躲過(guò)各種連續(xù)的周期型干擾，提高了測(cè)量信號(hào)的信噪比。這種方法只適合某一具體的變電站，使用上不方便。此外，由于局部放電信號(hào)是一種寬頻帶脈沖，窄帶測(cè)量會(huì)造成信號(hào)波形的失真，不利于后面的數(shù)字處理。另一種是基于寬頻(頻帶一般為10至1000kHz)信號(hào)的處理方法。檢測(cè)信號(hào)中包含局放的大部分能量和大量的干擾，但信噪比較低。對(duì)于這些干擾的處理步驟一般是：a.抑制連續(xù)周期型干擾；b.抑制周期型脈沖干擾；c.抑制隨機(jī)型脈沖干擾。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展及模式識(shí)別方法在局放中的應(yīng)用，這種處理方法往往能取得較好的效果。在后級(jí)處理中，很多處理方法是一致的?？蓺w納為頻域處理和時(shí)域處理方法。頻域方法是利用周期型干擾在頻域上離散的特點(diǎn)處理之；而時(shí)域處理方法是根據(jù)脈沖型干擾在時(shí)域上離散的特點(diǎn)處理。有硬件和軟件兩種實(shí)現(xiàn)方式。

第40頁(yè)/共49頁(yè)干擾的抑制總是從干擾源、干擾途徑、信號(hào)后處理三方40

由于局部放電脈沖信號(hào)是很微弱的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾都將對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生較大誤差，因此，要做到準(zhǔn)確測(cè)量很困難。為了提高測(cè)量精度，除了采取上述介紹的抗干擾措施外，在測(cè)量中還應(yīng)可采取如下措施：（1）試驗(yàn)中所使用的設(shè)備應(yīng)盡量采用無(wú)暈設(shè)備，特別是試驗(yàn)變壓器和耦合電容Ck。（2）濾波器的性能要好要做到電源與測(cè)量回路的高頻隔離。（3）試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)盡量選擇在干擾較小的時(shí)段，如夜間等。（4）測(cè)量回路的參數(shù)配合要適當(dāng)，耦合電容要盡量小于試品電容Cx，使得在局部放電時(shí)Cx與Ck間能很快地轉(zhuǎn)換電荷。（5）必須對(duì)測(cè)量設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。四、局放抗干擾措施目前存在的問(wèn)題

目前抑制干擾的方法和思路雖很多，但真正成功地用于監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不多，有的效果并不理想。需要在理論和應(yīng)用方面作進(jìn)一步的研究，如噪聲干擾的特性，特別是對(duì)排除了載波干擾和無(wú)線電干擾等已知的且較易排除的強(qiáng)大干擾后的其它干擾的特性、局部放電脈沖在電力設(shè)備中的傳播規(guī)律等。近年來(lái)，局部放電監(jiān)測(cè)已廣泛用于評(píng)定電力設(shè)備的絕緣狀態(tài)，但由于現(xiàn)場(chǎng)存在大量干擾信號(hào)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈敏度和監(jiān)測(cè)的可靠性受到了嚴(yán)重的影響。因此干擾的消除和抑制是電力設(shè)備局部放電在線監(jiān)測(cè)的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。第41頁(yè)/共49頁(yè)由于局部放電脈沖信號(hào)是很微弱的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)的電磁干擾都41第五節(jié)局部放電信號(hào)特征分析

一、局部放電嚴(yán)重程度判別有關(guān)局部放電的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程中對(duì)局部放電的描述參數(shù)是局部放電量q（視在放電量）、放電相位和每個(gè)周波的放電次數(shù)n。人們習(xí)慣于根據(jù)這些參數(shù)來(lái)判斷局部放電的嚴(yán)重程度，尤其是局部放電量。在GIS局部放電特高頻在線檢測(cè)技術(shù)中，人們也期望得到有關(guān)放電量的數(shù)據(jù)。然而，就特高頻傳感而言，檢測(cè)信號(hào)的大小不僅與局部放電的真實(shí)放電量有關(guān)，還與放電源的類型和形狀、特高頻信號(hào)的傳播路徑等因素有關(guān)，因此，簡(jiǎn)單的對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的大小進(jìn)行防電量標(biāo)定是無(wú)意義的。目前，對(duì)特高頻傳感下GIS局部放電的標(biāo)定及嚴(yán)重程度的判斷仍沒(méi)有成熟的方法和規(guī)程，有待于進(jìn)一步研究。以下是可能的途徑：（1）建立基于放電信號(hào)幅值測(cè)量、放電定位和放電類型判別的綜合判斷方法；（2）根據(jù)局部放電發(fā)展的歷史數(shù)據(jù)和趨勢(shì)進(jìn)行判斷。為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，需要積累大量的實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。這方面有待于進(jìn)一步的工作。第42頁(yè)/共49頁(yè)第五節(jié)局部放電信號(hào)特征分析

一、局部放電嚴(yán)重程度判別第4242

二、故障信號(hào)特征以發(fā)電機(jī)為例，當(dāng)采用端部(便攜式)電容傳感器進(jìn)行局放測(cè)量時(shí)，對(duì)于正常的發(fā)電機(jī)，測(cè)試數(shù)據(jù)一般為10～20mV；而有故障的發(fā)電機(jī)為50～500mV。通常6kV以上的發(fā)電機(jī)其局部放電量超過(guò)100pC，甚至可以達(dá)到1000000pC；內(nèi)部放電脈沖的持續(xù)時(shí)間很短，只有幾個(gè)納秒(ns)；故障放電脈沖頻譜從幾kHz到1GHz；通常出現(xiàn)在外施電壓的0°～90°，180°～270°，脈沖幅值中心分別為45°和225°。如果放電發(fā)生在兩相繞組或線圈之間，則可能產(chǎn)生30°的相移。內(nèi)部放電正負(fù)放電脈沖次數(shù)和幅值基本相同，正負(fù)半周對(duì)稱性好；槽放電正放電脈沖比負(fù)放電脈沖次數(shù)多幅值大，均為負(fù)放電脈沖的2倍以上；端部放電正負(fù)放電脈沖極不對(duì)稱，正放電脈沖幅值大、數(shù)量少，負(fù)放電脈沖幅值小、數(shù)量多；斷股電弧放電幅值高(放電強(qiáng)烈)，但電弧放電不存在固定的間隙，無(wú)固定的放電相位(外施電壓為交流電壓)，重復(fù)性差，且受負(fù)荷的影響。電弧放電與前三類故障放電相比有較大差異，一般采用頻域識(shí)別。通過(guò)對(duì)大型發(fā)電機(jī)(600MW～850MW)繞組傳輸特性的分析，得出了監(jiān)測(cè)電弧信號(hào)的諧振頻率為1MHz數(shù)量級(jí)，在線監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析表明，RFCT(RadioFrequencyCurrentTransformer)監(jiān)測(cè)斷股電弧放電讀數(shù)受負(fù)載變化的影響，但對(duì)無(wú)斷股電弧發(fā)電機(jī)(600MVA～850MVA)電壓表讀數(shù)在300μV以下；如果電壓表讀數(shù)上升到500μV～1000μV表示電機(jī)中有低水平斷股電弧放電；若讀數(shù)在3000μV以上表示發(fā)生多股線斷股放電故障。故障放電的特征也可以用φ-q-n三維譜圖表示。三維譜圖可以更形象、直觀地表示放電特征(放電幅值、相位、重復(fù)率三者之間的關(guān)系)。第43頁(yè)/共49頁(yè)二、故障信號(hào)特征第43頁(yè)/共49頁(yè)43

三、局放超聲波信號(hào)的頻譜分析變壓器的局放超聲信號(hào)的頻譜分布很廣，且各頻率的超聲信號(hào)所占的分量也各不相同；超聲波在線檢測(cè)中的噪聲主要有勵(lì)磁噪聲、散熱器風(fēng)扇和油循環(huán)油泵噪聲、磁滯噪聲等。這些噪聲的強(qiáng)度超過(guò)局放超聲信號(hào)。因此，要有效的檢測(cè)局部放電超聲信號(hào)，就應(yīng)對(duì)局放超聲波信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，以了解噪聲與超聲波信號(hào)的特征。

1．噪聲頻譜分析根據(jù)某500kV開關(guān)站變壓器的噪聲頻譜分析結(jié)果，變壓器兩側(cè)面的最強(qiáng)噪聲頻率為1.5kHz，強(qiáng)度較次的噪聲頻率為4.68kHz；散熱器側(cè)的噪聲強(qiáng)度高與非散熱器側(cè)，兩側(cè)面的噪聲頻率均低于15kHz范圍內(nèi)，屬于低頻可聽噪聲。變壓器鐵芯磁噪聲頻率分布在10--65kHz范圍內(nèi)。用截止頻率為70kHz的高通濾波器對(duì)這種低頻噪聲進(jìn)行濾波，濾波后的噪聲強(qiáng)度已相當(dāng)弱。經(jīng)濾波后的噪聲頻率分布范圍很寬，且各種頻率噪聲的頻譜幅值基本相當(dāng)，類似于白噪聲頻譜。對(duì)其他電壓等級(jí)變壓器的噪聲頻譜分布于上述500kV變壓器大致相同，即分布在低于65kHz頻率范圍內(nèi)。第44頁(yè)/共49頁(yè)三、局放超聲波信號(hào)的頻譜分析第44頁(yè)/共49頁(yè)442．變壓器局部放電超聲波信號(hào)頻譜分析由于局部放電以及其產(chǎn)生的超聲波信號(hào)都具有一定程度的隨機(jī)性，使得每次局部放電超聲波信號(hào)的頻譜都有所不同，主要表現(xiàn)為頻譜峰值頻率的變化；但整個(gè)局部放電超聲波信號(hào)的頻率分布范圍卻變化不大。局放產(chǎn)生的超聲波，從聲學(xué)角度上分析有兩類。其一是氣泡或氣隙放電，由于氣泡的尺度為幾個(gè)微米至幾百個(gè)微米，其擊穿時(shí)聲發(fā)射頻率可從幾kHz至幾百kHz。另一類是介質(zhì)在高場(chǎng)強(qiáng)下游離擊穿，其聲發(fā)射的頻譜將更寬、聲譜將更高。第二類放電特征是間斷、大脈沖，如針對(duì)板放電。通過(guò)模擬局放的針、板放電試驗(yàn)，可以發(fā)現(xiàn)超聲波頻譜有一定的隨機(jī)統(tǒng)計(jì)規(guī)律。及譜能量大都集中在50kHz--300kHz頻段。綜上所述，變壓器的噪聲頻率分布在低于65kHz的范圍內(nèi)，局放超聲信號(hào)的頻率分布于擾動(dòng)噪聲頻率分布有明顯差別。實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，傳播媒質(zhì)對(duì)超聲吸收系數(shù)隨頻率的平方增長(zhǎng)，即頻率越高，吸收系數(shù)越大，聲波在傳