利用局部放电数据分析电容器的内部质量_杜军

利用局部放电数据分析电容器的内部质量杜军，傅宏伟（西安高压电器研究院有限责任公司，陕西西安710077）摘要：简要介绍了一些局部放电的基本概念和AE-PD 型超声波局部放电测试仪的工作原理，并根据电容器超声波局部放电典型波形分析来对比分析实际测量中电容器超声波局部放电波形所反映的电容器的内部质量问题，最后通过对电容器在常温下极间局部放电与极对壳局部放电数据分析以及电容器在常温下极间局部放电与低温下极间局部放电中出现的试验现象分析，各自总结出了一些判别经验。

关键词：超声波局部放电检测；极间局部放电；极对壳局部放电；内部质量Use Partial Discharge Data to Analyze the Internal Quality of CapacitorDU Jun ，FU Hongwei（Xi ’an High Voltage Apparatus Research Institute Co.，Ltd.，Xi ’an 710077，China ）Abstract:This paper briefly introduces some basic concepts of partial discharge and working principle of AE-PD type ultrasonic partial discharge detector.According to the analysis of the typical waveform of capacitor ultrasonic partial discharge,A comparative analysis is made on the internal quality of the ca －pacitor reflected by the ultrasonic partial discharge of the capacitor in the practical measurement.Finally,through the analysis of the partial discharge data of interelectrode and pole-to-case under normal tem －perature,as well as the analysis of the test phenomenon in interelectrode partial discharge under normal temperature and low temperature,some experiences are summarized.Keywords:ultrasonic partial discharge detection ；interelectrode partial discharge ；pole-to-case partial discharge ；internal quality0引言超声波局部放电检测技术在高压电力电容器类产品中的运用对其质量控制起到越来越重要的作用，只要将这种测试方法运用得当，对我们分析高压电力电容器类产品的内部质量和改善电容器设计及制造工艺均有很大的帮助。

1局部放电的基本概念和规定局部放电PD 为电气放电，其视在电荷q 为试品回路（外部）可测到的视在电荷（用pC 表示），不等于绝缘内部的真实电荷。

内部电荷在外部永远测量不到其准确量，因而测量到的电荷要冠以“视在”。

PD 规定量：标准或规范对给定试品在指定电压下规定的PD 值[1]。

PD 起始电压U i 定义为从不出现PD 的较低电压逐渐升压至可观察到PD 的最低电压。

PD 终止（熄灭）电压U e 定义为从出现PD 的较高电压逐渐降压至不能观察到PD 的最低电压。

实际上在此电压下的PD 幅值等于或小于规定值。

根据测量参数的不同，局部放电的测量一种是以pC 为量度单位的电荷法，一种则是以μV 为量度单位的电压法，两者参数的换算（视在电荷q 和U r ）关系为U r =|q |·f （N ）·Δf ·Z m ·K 。

式中：N 为放电脉冲重复率；f （N ）为N 的非线性函数；Z m 为测量阻抗；K 为与回路、仪器有关的系数。

根据该关系式粗略估计：1μV 可相当于1pC ，因此，无论电测法还是声测法的校准单元发出的标准信号值都是以上述关系式得出的结论值为依据调节的[1]。

DOI:10.14044/j.1674-1757.pcrpc.2015.05.009第36卷第5期：0045-00512015年10月电力电容器与无功补偿Power Capacitor &Reactive Power Compensation Vol.36，No.5：0045-0051Oct.2015——————————————————————————————————————————————————收稿日期：2015-04-2045··2015年第5期电力电容器与无功补偿第36卷2电容器用超声波局部放电测试仪工作原理1）超声波的产生与传播。

在电压作用下，绝缘介质发生局部放电时总是产生机械的应力波，这些机械的应力波是由局部放电发生时产生的声波引起的[2]；通常在气体中由于局部放电产生的声波频率约为几千赫兹，在液体和固体中产生的声波频率约为几十到几百千赫兹，所以超声波局部放电测试仪的测试频带一般选在40～300kHz以内。

2）测试装置的工作原理。

AE-PD型超声波局部放电测试仪检测系统原理如图1所示[3-5]。

3）声测法与电测法测量结果的比较。

①当局部放电量增加时，声、电信号都同时增加；放电量减小时，声、电信号均见减小。

②当放电量较小时（250pC以下），声、电信号相差较小。

③用2种方法测得的局部放电起始电压和熄灭电压也基本相同。

④电测法（ERA）测量的灵敏度较高，能对视在放电电荷进行定量，但对测试环境要求很高，同时不太适用于μF数量级以上的电容器等电气设备的局部放电测量判断[6-10]；声测法虽然相比电测法灵敏度低，不能用视在放电电荷进行定量，但因其在局部放电测量中不受电气的干扰，在一些特殊场合相比电测法更具优势。

3电容器超声波局部放电典型波形在实际测量中，细致地观察放电波形，从波形的相位、幅值以及在试验电压2个半周出现的对称性来判断电容器是否发生局部放电及放电部位和放电量是非常重要的；笔者列举了几种典型的波形（放电多是出现在电压绝对值上升部位的相位上即1、3象限上，但在1）、2）和4）的情况下会在放电比较剧烈时将扩展到电压绝对值下降部位的相位上，即2、4象限上）[2，4，6]。

1）电容器介质（固体介质或液体介质）的局部放电，放电波形如图2所示，放电脉冲基本对称。

2）电容器引线的局部放电。

放电波形如图3所示，放电脉冲不对称。

3）环境噪音形成的放电波形，放电波形如图4所示，所有脉冲幅值相等，随着试品外部的信号消失而消失，不是真正的来自电容器内部的局部放电。

4）浮动电位引起的局部放电。

放电波形如图5所示，放电脉冲的幅值、数量、间隔相等。

5）接触不良引起的局部放电，放电波形如图6所示，局部放电脉冲集中在放电波形电压零点附近，电压增加放电脉冲则会向峰值扩展并产生时有图5浮动电位引起的局部放电Fig.5Partial discharge caused by floating potential图1AE-PD型超声波局部放电测试仪检测系统方框图Fig.1The block diagram of test system of AE-PD ultrasonic partial discharge detector图2局部放电起始Fig.2Partial discharge starting图3引线不良引起的局部放电Fig.3Partial discharge caused by poor wire图4环境噪音引起的放电波形Fig.4Discharge waveform caused by ambient noise46··时无的非周期突发脉冲。

6）尖端局部放电和电晕波形。

当尖端处于高电位时，开始时的放电脉冲出现在电压负峰处，如图7（a ）所示；电压增加，放电脉冲幅值不变当放电次数增多，如图7（b ）所示；随着加压时间的延长并在相反的正峰处也出现脉冲，如图7（c ）所示；当尖端处于地电位时，则放电脉冲出现的情况和上相同但部位相反。

4电容器实测超声波局部放电波形分析上述6种典型的放电波形在实际的测量波形中有时会呈现单一或几种同时出现，但放电量却以其中最大值显示[11-14]。

下面就来对比电容器的典型局部放电波形分析以下实测的电容器局部放电波形：1）实测波形1。

极对壳局部放电如图8所示。

在该波形中我们会发现：其包含了图2和图7所示的2种典型波形。

由此可以分析：当电压达到一定值时，先由尖端局部放电引起油介质局部放电；随着电压升高，这种放电会加剧对电容器油的破坏—产生气体，并形成在油中的剧烈局部放电，此时油中的局部放电量要大于引起局部放电的放电源本身的放电量。

2）实测波形2，如图9所示。

该图包含图7所示的波形。

在正、负峰处放电脉冲波形近似于尖端局部放电和电晕波形。

由此可知：当电压达到一定值时，电容器内部尖端处于地电位时出现局部放电。

3）实测波形3，如图10所示。

在该波形中我们会发现：其包含了图2和图7所示的2种典型波形。

图10极对壳局部放电Fig.10Pole-to-case partial discharge图6引线接触不良引起的局部放电Fig.6Partial discharge caused by poor contact of wire图7局部放电波形Fig.7Discharge pulse图8极对壳局部放电Fig.8Pole-to-case partial discharge图9极对壳局部放电Fig.9Pole-to-case partial discharge2015年第5期·电力电容器·杜军，等利用局部放电数据分析电容器的内部质量（总第161期）47··2015年第5期电力电容器与无功补偿第36卷4）实测波形4，如图11所示。

在该波形中我们会发现：其包含了图2和图7所示的2种典型波形。

5）实测波形5，如图12所示。

在该波形中我们发现：其仅包含了图2所示的典型波形。

6）实测波形6，如图13所示。

在该波形中（2.15U n下测试的数据）我们会发现：其仅包含了图2所示的典型波形，且再无类似其他典型脉冲放电，说明该电容器制造工艺无明显缺陷。