電氣絕緣測試技術(shù)第12課 電力變壓器在線檢測

電力變壓器在線檢測—部分放電PartialDischargeon-lineMonitoring1放電2-電暈-輝光-電弧IV電暈輝光電弧放電的主要類型31.電暈放電地電極電暈區(qū)4火花放電帶電體2.火花放電53.沿面放電64.電弧放電7放電開展過程〔1〕8放電開展過程〔2〕9放電開展過程〔3〕10放電開展過程〔4〕11放電開展過程〔5〕12什么是部分放電？尚未導致絕緣系統(tǒng)貫穿性擊穿的放電景象。絕緣中的氣隙放電尖端電極的電暈放電不同介質(zhì)間的外表放電浮動金屬體的懸浮放電13部分放電的概念簡稱為PD〔PartialDischarge〕，指由于電氣設(shè)備內(nèi)部絕緣里面存在的弱點，在一定外施電壓下發(fā)生的部分的反復擊穿和熄滅的景象部分放電的危害部分放電發(fā)生在絕緣內(nèi)部的氣隙或氣泡中，由于在這個很小的空間內(nèi)即使電場強度很大，它的放電能量依然非常小，所以它的存在并不影響電氣設(shè)備的短時絕緣強度。但如一個電氣設(shè)備在運轉(zhuǎn)電壓下長期存在部分放電景象，這些微弱的放電能量和由此產(chǎn)生的一些不良效應，如不良化合物的產(chǎn)生，就可以漸漸地損壞絕緣，日積月累，最后可導致整個絕緣被擊穿，發(fā)生電氣設(shè)備的突發(fā)性缺點14導致部分放電的緣由?電暈發(fā)光區(qū)電場的不均勻絕緣介質(zhì)的不均勻因此在某些區(qū)域首先發(fā)生放電，而其它區(qū)域依然堅持絕緣特性，這就構(gòu)成了部分放電。15以絕緣中的氣隙放電為例。sEsgEg由于g1,g2因此，氣隙內(nèi)的電場強度遠比絕緣介質(zhì)內(nèi)的電場強度高，而氣隙的電氣強度又比絕緣介質(zhì)低。16我們可以探測到什么？部分放電過程所產(chǎn)生的各種物理化學景象：電荷的遷移過程電磁輻射光輻射超聲波介質(zhì)分解反響脈沖電流法UHF丈量光學檢測法超聲丈量法DGA電丈量非電丈量17一、部分放電的電脈沖丈量脈沖電流丈量法是國家規(guī)范引薦的主要部分放電丈量方法。脈沖電流丈量法的根本原理：伴隨著絕緣介質(zhì)中部分放電的產(chǎn)生，放電電荷的轉(zhuǎn)移將在放電回路中構(gòu)成脈沖電流信號，可經(jīng)過丈量被檢測設(shè)備的外電路中所流過的脈沖電流來檢測放電信號。18以三個電容來表征介質(zhì)內(nèi)部存在缺陷時的部分放電的機理 Cg：氣隙的電容； Cb：和Cg相串聯(lián)部分的介質(zhì)電容； Cm：其他大部分絕緣的電容。介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路部分放電的三電容模型19 通常氣隙很小，CgCb，CmCg。 電極間加上交流電壓u，那么Cg上的電壓為ug介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路20ug隨外加電壓u升高，當u上升到Us，ug到達氣隙Cg的擊穿電壓Ug時，氣隙Cg放電。于是Cg上的電壓瞬間從Ug下降到Ur，然后放電熄滅。Ur稱為剩余電壓。部分放電時氣隙中的電壓和電流的變化21放電火花一熄滅，Cg上的電壓將再次上升。外加電壓仍在上升，Cg上的電壓也順勢而上升，當它再次升到Ug時，Cg再次放電，電壓再次降到Ur，放電再次熄滅部分放電時氣隙中的電壓和電流的變化22Cg上的電壓從Ug突變?yōu)閁r的瞬間，就是部分放電脈沖的構(gòu)成的時辰，此時經(jīng)過Cg有一脈沖電流，部分放電時氣隙中的電壓和電流的變化如下圖部分放電時氣隙中的電壓和電流的變化23 當Cg放電時，放電總電容Cg′應為Cg′=Cg+[CmCb/(Cm+Cb)] Cg′上的電壓變化為(Ug－Ur)，故一次脈沖放出的電荷應為 △qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] 當Cm>>Cb，Cg>Cb，Ur=0時，△qr≈UgCg介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路24介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路△qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] 在實踐實驗時，上式中的各個量，都是無法直接丈量的。所以需求尋覓能反映部分放電的量來丈量。外施電壓是作用在Cm上的，當Cg上的電壓變動(Ug-Ur)時，會呵斥外施電壓的變化量△U應為 △U=Cb〔Ug-Ur)/〔Cm+Cb)25介質(zhì)內(nèi)部氣隙放電的三電容模型(a)具有氣泡的介質(zhì)剖面(b)等值電路 △qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] △U=Cb〔Ug-Ur)/〔Cm+Cb)由此兩式得 △U=Cb·△qr/〔CgCm+CgCb+CmCb〕△U是總電容上的電壓變化量，與它相應的電荷變化量為 △q＝△U{Cm+[CbCg/(Cb+Cg)]}把△U式代入上式△q，可得 △q＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕26△q＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕真實放電量：△qr，是無法丈量的； 而△q＝△U{Cm+[CbCg/(Cb+Cg)]}=CX△U式中CX為絕緣介質(zhì)的總電容，由于△U及CX都是可以測得的，因此△q也是可以丈量的.視在放電量：△q，是部分放電實驗中的重要參量，在IEC和國家規(guī)范中，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＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕 可見△q比真實放電量△qr小得多，它以pC作為計量單位。其中C代表電荷量庫侖。27直接丈量電路 (a)電流脈沖探測，其中電路的檢測阻抗與試品相串聯(lián)，試品的放電脈沖電流經(jīng)過檢測阻抗向放大器提供脈沖信號。 (b)電壓脈沖探測，電路檢測抗阻與耦合電容器串聯(lián)，部分放電脈沖電壓的一部分加在檢測阻抗上；根本丈量回路(a)電流脈沖檢測(b)電壓脈沖檢測直接丈量電路282.平衡丈量電路 多采用橋式電路，可以調(diào)整到對外界干擾信號有最好的平衡效果；當Ck和Cx性質(zhì)一樣時有理想的平衡效果。平衡電路29無論是檢測電壓脈沖，還是檢測電流脈沖，都存在將檢測信號轉(zhuǎn)化為是在放電量的問題?！鱭＝CX△U由三電容模型可知，在不同被檢測設(shè)備中即使發(fā)生一樣大小的放電，由于被測設(shè)備的電容不同，那么測到的放電脈沖幅值也會有很大差別。因此當改動丈量回路任何參數(shù)時，都必需對系統(tǒng)進展標定。標定方法為：在被測設(shè)備兩端瞬時注入一定電荷量，使被測設(shè)備端電壓的變化和由部分放電引起的端電壓的變化一樣，此注入量即為部分放電的視在放電量。放電量丈量的標定30以幅值為U0的方波經(jīng)過串接小電容Cq注入試品兩端，此注入電荷量為Q0=U0·Cq假設(shè)此時丈量系統(tǒng)的呼應為h，那么系統(tǒng)的校準系數(shù)為k=U0·Cq/hPD實驗的直接校準回路31當進展實踐檢測，被測設(shè)備內(nèi)部發(fā)生放電時，如丈量系統(tǒng)的呼應為h’,那么對應的是在放電量為Q=k·h’=U0·Cq·h’/h為使校準保證到達一定的精度，Cq必需滿足上式中Cm為丈量阻抗的等值電容。通常Cq為100pC。32部分放電最主要的監(jiān)丈量就是視在放電量?！鱭＝CX△U它是其他丈量參量的根底。部分放電的丈量參數(shù)33 1.放電能量W 表征部分放電的根本參數(shù)，除了視在放電量△q外，還有一次脈沖放電能量W W=△qr(Ug-Ur)/2 =△q(Cg+Cb)(Ug-Ur)/(2Cb) 當外施電壓由零上升到Us時，Cg上的電壓為Ug，即 Ug=UsCb/(Cg+Cb) 可得 W=△q·Us(Ug-Ur)/(2Ug) 如Ur≈0，那么 W≈△q·Us/2342.放電反復率N放電反復率N：是表征PD的另一個根本參數(shù)。由于在加壓半周期內(nèi)能發(fā)生好幾個脈沖。所以定義一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)叫做放電反復率N，N也是一個重要參量?？梢越?jīng)過實驗求得假設(shè)每半周內(nèi)的放電次數(shù)為n，那么N=2fn=100n部分放電時氣隙中的電壓和電流的變化353.累積參數(shù)平均放電電流：假設(shè)在丈量時間T內(nèi)出現(xiàn)放電m次，各次相應的視在放電量為qa1,···,qam，那么平均放電電流平均放電電流綜合反映了放電量和放電次數(shù)。放電功率：假設(shè)在丈量時間T內(nèi)出現(xiàn)放電m次，各次相應的視在放電量和外加電壓瞬時值的乘積為qa1ut1,···,qamutm,那么放電功率反映了放電量、放電次數(shù)和放電時的外加電壓，包含有最多的部分放電信息364起始和熄滅電壓起始放電電壓：當外加電壓逐漸上升，到達能察看到部分放電時的最低電壓。熄滅電壓：當外加電壓逐漸降低到察看不到部分放電時，外加電壓的最高值。對油紙絕緣，通常放電起始電壓高于熄滅電壓。 而對固體絕緣，兩者相差不大。37變壓器內(nèi)部常見的部分放電帶有絕緣屏障的油間隙放電；空氣隙放電；沿面放電；懸浮電位放電；雜質(zhì)小橋誘發(fā)的放電。38電力變壓器中部分放電的

波形特征(1)帶有絕緣屏障的油間隙放電(2)油中空氣隙放電電流波形39(3)沿面放電(4)雜質(zhì)小橋放電40

變壓器繞組特性41變壓器繞組相應于一個阻容網(wǎng)絡(luò)。42對變壓器內(nèi)部部分放電進展檢測時，通常只能從變壓器外部有限的幾個丈量端口獲得信號。由于放電點在變壓器中的出現(xiàn)具有很強的隨機性，放電信號由放電源經(jīng)過變壓器絕緣介質(zhì)、繞組到達外部的丈量安裝，必然遭到繞組構(gòu)造傳播特性的多種影響，詳細表現(xiàn)為呵斥信號幅值的衰減、波形的畸變和時間延遲等景象。這就使得根據(jù)檢測到的放電信號估算放電強度，進而判別缺點類型、分析缺點嚴重程度以及對缺點進展定位發(fā)生困難。。43(a)油隙部分放電 (b)氣隙部分放電(c)沿面放電 (d)雜質(zhì)小橋誘發(fā)放電44對于時域波形較寬的油隙放電，經(jīng)繞組傳輸后主要波形特征根本得到保管；但對于沿面放電和氣泡放電等窄脈沖放電，由丈量端獲得的呼應信號那么發(fā)生非常大的畸變，已無法反響其“原貌〞，輸出波形為一衰減的振蕩波，根本與繞組的沖擊電流呼應一致，可見主要反映的是繞組的傳播特性。45部分放電的相位特征電暈放電相位圖1.電暈放電 放電脈沖主要集中在工頻相位負半周的90附近。出現(xiàn)的放電脈沖幾乎等幅值、等間隔。隨著電壓的升高放電的大小幾乎不變，但放電密度添加。018046絕緣內(nèi)部的氣隙放電相位圖2.氣隙放電 放電脈沖主要集中在工頻相位2090和200270范圍。在正負半周根本對稱。47沿面放電相位圖3.沿面放電 放電脈沖主要集中在工頻相位2090和200270范圍。由于電極的不對稱性導致放電脈沖在正負半周也不對稱。0180+—48所以利用放電脈沖在外施電壓工頻相位上的統(tǒng)計特征，比根據(jù)部分放電波形