实验4 局部放电测量9

实验4 局部放电测量

0 实验目的

了解局部放电产生的基本原理。

学习局部放电的测量方法及仪器的正确使用。

分析局部放电起始电压、视在放电量与设备绝缘质量的关系。

了解各种局部放电信号的特点。

1．局部放电的产生和实验原理

电气设备绝缘内部常存在一些弱点，例如在一些浇注、挤制或层绕绝缘内部容易出现

气隙或气泡。空气的击穿场强和介电常数都比固体介质小，因此在外施电压作用下这些气

隙或气泡会首先发生放电，这就是电气设备的局部放电。放电的能量很弱，不会影响到设

备的短时绝缘强度，但日积月累会引起绝缘老化，最后可能导致整个绝缘在正常电压下发

生击穿。近数十年来，国内外已经越来越重视对设备进行局部放电测量。

图1 固体介质内部气隙放电的三电容模型（a）通过气孔的介质剖面（b）等效电路

局部放电的产生机理常用三电容模型来解释，如图1所示。

图中C g代表气隙的电容；C b代表与C g串联部分的介质电容；C a代表其余部分的电容。

若在电极上施加交流电压u t，则出现在C g上的电压为u g，即：

u

＝ [C b/(C g+C b)]u t＝ [C b/(C g+C b)]U max sinωt（1）

g

因为气隙很小，C g比C b大很多，故u g比u t小很多。局部放电时气隙中的电压和电流

变化如图2所示。

u

随u t升高，当u t上升到u s（起始放电电压），u g达到C g的放电电压U g时，C g气隙放电，g

于是C g上的电压很快从U g下降到U r，放电熄灭，则：

U

＝ [C b/(C g+C b)]u c

r

式中u c为相应的外施电压；U r为残余电压（0≤U r

可以推导出回路真实放电量q

≈U g C g，但无法测得。

r

而介质两端的电荷变化量q ＝ [ C b /( C g+ C b)] q r却是可以测得的，称为视在放电量，一般用它来表示电气设备的局部放电量。

图2 局部放电时气隙中的电压（a）和电流（b）的变化

2．局部放电的测量方法

高压设备局部放电的测量主要是将局部放电的微弱信号检出，然后加以放大并用示波器或数据采集仪等设备进行显示和定量。检测方法可分为电的和非电的两类。

长期采用的是测量电脉冲的方法，即所谓的脉冲电流法。基本的测试回路如图3所示。

图3 脉冲电流法的局部放电检测回路（a）并联法（b）串联法（c）平衡法主要包括并联法、串联法和平衡法。图中S是电源即试验变压器，除长电缆和带绕组的试品外，一般情况下试品均可看作是集中参数的电容C x。C k为耦合电容，Zm为检测阻抗。

测量参数包括：用传统的局部放电测试仪测量放电起始电压、熄灭电压和视在放电量。有条件时可以用数字式的数据采集仪测量放电次数、放电相位和放电量。

3．局部放电的标定

在指示仪表上测得的脉冲高度是与试品的视在放电量成比例的，但是具体的比例系数却不是固定的，它与回路及仪器本身的性能有关，为此必须进行回路灵敏度系数的校正。

图4是并联法进行标定的示意图

用一幅值为U0的方波发生器G串联一小的已知电容C0构成与C x并联的有源支路来模拟C x上发生的局部放电。分析可知当C0<

K c＝q0/ H0（pC/格）

视在放电量校准器

视在放电量校准器是一标准电量发生器，是测量局部放电时必备的仪器，它的性能参数直接关系到测试结果的准确性。视在放电量校准器由校准脉冲电压发生器和校准电容串联组成。

试验前它以输出某固定电量加之试品两端，模拟该试品在此电量下放电时局部放电测

试仪的响应，此时调整刻度系数，确定局部放电检测仪的量程，以便在试验时测量该试品在额定电压下的视在放电量。因该放电量时以标准电量发生器比较后间接测出，而非直接测出，故此放电量称为“视在放电量”。

JZF－10型校正电量发生器是一种小型的可充电电池供电的视在放电量校准器，它可以分别以四种放电量向试品两端注入1.2KHｚ左右的校正脉冲，可用于先校准后试验的局放试验中，适合于国际电工委员会IEC－270所推荐的任何一种试验电路。

4．实验设备

测试设备

①TCD－9302 局部放电检测仪

②. 视在放电量器校准器（JZF－10校正电量发生器）

③. LB系列工频、中频滤波器

④.无局放耦合电容系列

⑤. YDTW无局放试验变压器系列.

⑥. 工频试验控制台

试品（测试对象）：电流互感器，变压器，含有气泡的绝缘板等

5线路图

图5为实验接线图。

图5 局部放电实验接线图

其中测试仪为传统的局部放电测试仪或者数字式局部放电数据采集系统。Zm为检测阻抗，T1为调压器，T2为试验变压器，R为保护水阻，C x为试品，C k为耦合电容。

同时还可以通过非电接触的方式（磁耦合）的方式来检测放电脉冲，这就是在线监测的原理。

6 试验操作步骤

6-1.按图5所示接好线路；

两端并联上方波发生器，对实验回路进行灵敏度系数的校正。（注意此6-2. 在试品C

x

时不接高压。）选择50PC标准脉冲进行校准；

①首先检查JZF－10校正脉冲发生器的电池电压，如面板上电压表指示，在8V以上方能正常工作；

②用视在放电量校准器（JZF－10校正脉冲发生器）的输出接于试品两端，红端接高压端(引线尽可能短，以防干扰)，黑端接低压端，调节其输出放电量，将校正电量开关置于5、10、50、100、500中任何合适一档即可校正，例如50PC，频率可在1.2KHｚ附近调节；

③调节放大器增益粗调及增益细调旋钮，使放电量表指示满度。此时放电量表指示满度即100%表示50PC的放电量，注意此时增益细调旋钮位置不可再动。测量盒应尽量靠近试品高压端。

④校准完毕后，拆除视在放电量校准器的连线，并关断其电源，防止高压损坏校准器。6-3 局部放电测试仪设置

①仪器开机预热5分钟；

②预热同时对有关开关进行操作，“标准－扩展－直线”开关置于标准；

③放大器频带f L、f H分别置20KHｚ，300KHｚ，放大器增益粗调置3档，细调置中间位置，切不可一开始将粗调开关置最高档；

④根据不同频率的试验电源选择电源频率，以便观察合适的椭圆。电流互感器测试选用频率为 50Hz的试验电源；

⑤椭圆旋转可不作调节。窗开关打在关位置，以后根据干扰出现的相位可开窗适当调旋转，根据干扰情况调窗宽、位置，使干扰在门窗之外，使局部信号在窗上，以便读取放电的数值；

⑥线性、对数开关置于线性位置。

6-4．接通高压试验回路的电源，逐步升高电压至规定电压，时刻注视PC表指示，此时放电量表的读数表示试品放电量的大小，

如指示在80%，则表示试品视在放电量为50×80%＝40PC。

若此时试品放电量刚大于100%即超过满度，应立即将放大器增益粗调由原来的“3”切换到“2”档，此时放电量表100%，则表示500PC，假如此时放电量指示80%，由试品

放电量为500×80%＝400PC。

若此时试品放电量小于10%：

a. 应将放大器粗调由“3”档改至“4”档，此时放电量表100%则表示5PC，假如此时放电量表指示80%，则试品视在放电量为5×80%＝4PC。

b.将仪器面板上对数、线性开关切换至对数位置，因对数刻度10%以下分辨率高，可直接读出对数刻度。

6-5 旋转“椭圆旋转”开关使椭圆转到预期的放电最利于观察之处。通常这个位置是零标脉冲分别处于椭圆上部左侧及下部右侧之处；

6-6 连续升高电压，注意第一次出现持续放电，当放电量超过规定的最低值时的电压即为局部放电起始电压。；

6-7 若有干扰信号在放电脉冲附近，可以用窗宽和窗位置将干信号扰拒之窗外，即合扰窗开关，用一个或两个时间窗并用窗宽、窗位置来改变椭圆上加亮区域的宽度与位置，使其避开干扰脉冲，这样，放电量表的指示值只表示放电脉冲的大小，而不表示干扰信号的值，另外也可以改变频带的方法来提高抗干扰能力；

6-8局部放电的观测观察典型的电晕放电的波形，记录波形特点。

时间窗(门单元)

时间窗是为防止大于局部放电的干扰信号进入峰值检波电路而设计的一种电路装置。时间窗的工作原理是把椭圆扫描时基分成导通(加亮区域)和截止(未加亮区域)两部分,通过改变时间窗的位置和宽度将放电脉冲置于导通(加亮区域)，干扰脉冲置于截止(未加亮区域)，此时仪表读数即为放电脉冲数值，而干扰则不论大小，皆不会影响放电脉冲数值。若此时两个时间窗同时关闭，则仪表读数为整个椭圆上脉冲之峰值。

7 互感器局部放电测量的试验电压

①试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升到预加电压保持10秒后，降到规定测量电压，保持1分钟以上，再读取放电量；最后降到1/3测量电压以下，方能切除电源。

②预加电压=试品耐压值×0.8 ，互感器局部放电测量试验预加电压=Um×0.8=

预加电压下椭圆放电明显

③局部放电测量电压一般为Um/√3的倍数，互感器为1.1～1.2倍，

互感器局部放电测量电压=1.2Um/√3=

局部放电测量电压下，持续时间几分钟，测局部放电量；

6 注意事项

①. 在试验开始加压以前，试验人员必须详细而全面地检查一遍线路，以免线路接错。测试仪器处的接地线是否与接地体牢固连接，若连接不牢或在准备工作时掐头去尾线被脚踢断，这将可能引起人身和设备事故；

②．对于连接线应避免将尖端暴露在外，防止尖端电晕放电，尤其对于电压等级较高的局部放电试验，必要时要加粗高压连接线及加装防电晕罩，减小因场强过高引起的电晕放电。屏蔽罩不能与试品的瓷裙相接触；

③. 一般情况下，在试验过程中，被试品在耐压、预升压时局部放电量都比正常值大很多，此时仪器的仪表必然会超出满刻度。为防止仪器损坏，应将仪器的增益粗调旋钮逆时针旋转一档或更多档，以不超出满刻度为标准。当电压降至测量电压时，再将增益粗调开关顺时针旋转一档或更多档，以便记录测量值；

④．校正电量发生器校正完毕后，一定要从高压端脱离，并关闭电源开关，且仪器的增益细调旋钮不可再调，在标定时仪器放大器旋钮的位置要与测量时保持一致。校正电量发生器使用后及时将调节电荷量的波段开关旋在关位置。

⑤．因增益粗调开关每相邻两档之间的关系是十倍，且档位有指示，故升压后根据放电量大小，可选择合适量程。逆时针旋转时，每降一档量程扩大十倍；反之，顺时针时，量程缩小十倍；

⑥．升压过程一定要缓慢，同时监视局放仪的输出；

⑦．读取视在放电量值时应以重复出现的、稳定的最高脉冲信号计算视在放电量。真正的局放信号具有一定的对称性和周期性，偶而出现的较高的脉冲可以忽略。

⑧试验完毕后，应对整个测试系统再进行一次复查校正，验证是否与试验前所校正出的刻度系数相等，以免测试仪器或其它环节在试验过程中发生故障而使测试结果不对。

⑨如校正电量发生器工作时表头指示在8V以下，则需充电，充电要适时，且时间要连续达到5小时。如校准电量发生器常期未用，则每月补充一次电。

7 数据表格

①．局部放电的测量

实验次数

放电起始电压

（kV）放电熄灭电压

（kV）

放电脉冲高度

（格）

视在放电量

（pC）

1

2

3

4

平均值

②．回路灵敏度的标定

标定脉冲电压

（V）分度电容容量

（pF）

注入电荷量

（pC）

标定脉冲高度

（格）

标定系数

（pC/格）

③．电晕放电的现象描述

8 思考题

①. 在实验中为什么要进行回路灵敏度系数的校正？如果更换试品了，是否需要重新标定？

②. 为什么能用方波进行回路灵敏度系数的标定？C

应如何选择？

③. 试定性分析一下用脉冲电流法测量局部放电时，耦合电容C k的大小如何影响检测的灵敏度。

9 实验报告要求

①. 根据标定的结果计算试品的放电量。

②. 根据测量得到的数据，绘制放电次数－相位，和放电量－相位的关系图。并分析放电大致发生在哪个相位。（如果未测局部放电的相位，此项可不作。）

③. 解释所观察到的电晕放电现象。

10 局部放电图谱分析

①局部放电典型波形，放电未出现在试验电压的过峰值的一段相位上，每次放电的大小即放电脉冲的高度并不相等，且放电都出现在试验电压绝对值上升部分的相位上。，

②高位尖端对地板的电晕（外部尖端电晕），先在负半周峰值处出现放电脉冲，随电压升高脉冲数增多，但幅值不变，电压升的很高时正半周出现少量幅值很高的放电脉冲，正负半周很不对称。

波形如图3，特别是仅在试验电压的一个半波中出现，位于外施电压的峰值部分，等幅值，等间距。电压增加时，放电讯号波的根数增加，但幅值总不变。

起因：高压电极的尖端或边缘对空气中的放电。若干扰讯号位于椭圆时基的负关周，则尖端电晕处于高电压下，若干扰讯号位于时基椭圆的正半周，则尖端在接地部分，有时也可能高压、接地部分都有尖端电晕放电，则时基椭圆的正负半周就出现两组讯号。

（3）接触不良

这种干扰源如图1所示。其特点是干扰波位于椭圆时基的零点附近。在正负半波上对称出现，幅值相差不大。干扰在低电压时即出现。电压增大时，干扰占位区域也增大，由于叠加效果幅值增大较慢。有时在电压达到某一定数值后会完全消失。

造成这种干扰的原因有：试验回路中金属对金属接触不良，塑料电线半导电屏蔽层中粒子间接触不良，电容器卷绕铝箔电极与插接片接触不良等。