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1、精选优质文档-倾情为你奉上高压电气设备的局部放电测量和定位技术第一篇 基础3 局部放电测量原理3.1局部放电相关概念3.1.1局部放电测量基础3.1.1.1局部放电波形显示方式局部放电测量仪器，除有数值显示外，一般都具备波形显示功能，最常见的显示方式为椭圆时基显示方式、正弦时基显示方式和直线时基显示方式。椭圆时基显示方式，如图3-1-1所示，将正弦波试验电压的一个单个周波，即一个正半周和一个负半周，均匀地分配到整个椭圆上，其电压的零度点放在椭圆地最左端，沿顺时针方向旋转，180度点放置在椭圆的最右端，360度点与零度点重合，椭圆短轴的两个端点处，对应电压的峰值，上部为正峰值，下部为负峰值。电压
2、峰值位置、过零点位置和轨迹的方向如图3-1-1所示。图3-1-1 椭圆时基显示方式 图3-1-2 正弦时基显示方式 图3-1-3 直线时基显示如果放电图形以正弦时基显示方式，对应电压的峰值位置和电压过零点位置以及扫描方向如图3-1-2所示。如果放电图形以直线时基显示方式，对应电压的峰值位置和电压过零点位置以及扫描方向如图3-1-3所示。3.1.1.2显示效果早期的局部放电测试仪多为指针式局放仪和模拟式阴极射线管显示局部放电的测试仪；近年来，局部放电测量中使用的具有波形显示的测量仪器多为数字式局部放电测试仪，两种仪器显示的波形从视觉上有一定的差别，对于模拟式局部放电仪，由于视觉的持续存在(视觉滞
3、留)，其显示的波形实际上大约是试验电压的三个周波上的放电响应；而数字式局放仪显示的放电响应是以小于等于每秒24帧的速度显示，看到的放电响应是试验电压下一个周波内的真实图形。宽频带数字式局部放电测试仪显示的典型的放电图形，椭圆时基显示方式如图3-1-4、正弦时基显示方式如图3-1-5、 直线时基显示方式如图3-1-6所示。 图3-1-4 椭圆时基显示典型放电 图3-1-5 正弦时基显示典型放电 图3-1-6 直线时基显示典型放电3.1.1.3局部放电的种类图3-1-7局部放电的三种放电形式对于电气设备的某一绝缘结构，其中多少可能存在着一些绝缘弱点，它在定的外施电压作用下会首先发生放电，但并不随即
4、形成整个绝缘贯穿性的击穿。导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电称之为局部放电。对于局部放电可以在导体附近发生，也可以在远离导体的其它绝缘介质中发生。局部放电一般分为三种放电形式（如图3-1-7）：内部放电（在绝缘介质内部）、沿面放电（在绝缘介质表面）和电晕放电（在电极尖端）。内部放电、沿面放电一般是由于绝缘体内部或绝缘表面局部电场特别集中而引起的。通常这种放电表现为持续时间小于1微秒的脉冲。电晕放电是局部放电的一种形式，它通常发生在远离固体或液体绝缘的导体周围的气体中。3.1.1.4局部放电脉冲当试品中发生局部放电时，用接在试验回路中的适当的检测回路测得的电压或电流脉冲，叫做局部放电脉冲。试品中的
5、一次放电产生一个电流脉冲，将电流脉冲输入到专用的测量回路中，使专用的测量回路的输出端产生一个与输入电流脉冲电荷成正比的电流信号或一个电压信号。3.1.2局部放电的表征参数3.1.2.1视在电荷（q）通常表征局部放电最通用的参数是视在电荷（q）。局部放电的视在电荷等于在规定的试验回路中，如果在非常短的时间内对试品两端间注入使测量仪器上所得的读数与局放电流脉冲本身相同的电荷。视在电荷通常用皮库（pC）表示。3.1.2.2脉冲重复率(n)脉冲重复率是表征局部放电的又一参数。其定义为在选定的时间间隔内所记录到的局部放电脉冲的总数与该时间间隔的比值。在实际测量中，一般只考虑超过某一规定幅值或在规定幅值范
6、围内的脉冲。3.1.2.3脉冲重复频率(N)就等间隔脉冲而言，脉冲重复频率N是在每秒钟内的放电脉冲数。3.1.2.4局部放电脉冲的相角i和发生的瞬间时刻ti在试验电压最近一次正向过零时刻与局放脉冲之间的时间间隔ti，和局部放电脉冲的相角i，以度表示。只有数字式局部放电仪才能容易的测量。3.1.2.5平均放电电流（I）平均放电电流I和放电功率也是表征局部放电的参数。在选定的参考时间间隔Tref内的单个视在电荷qi的绝对值的总和除以该时间间隔即为平均放电电流。 平均放电电流一般用库仑每秒（C/s）或安培（A）表示。3.1.2.6放电功率（P）在选定的参考时间间隔Tref内由视在电荷qi馈入试品两端
7、间的平均脉冲功率即为放电功率。 式中：u1、u2、u3ui为单个视在电荷qi对应的放电瞬时ti的试验电压瞬时值。放电功率用瓦特（W）表示。3.1.2.7平方率D在选定的参考时间间隔Tref内单个视在电荷qi的平方和除以时间间隔Tref 。 式中：u1、u2、u3ui为单个视在电荷qi对应的放电瞬时ti的试验电压瞬时值。放电功率平方率D用平方库仑每秒（C2/s）表示。注：以上是主要的表征局部放电的参数，其它有关信息可参见标准GB/T 7354-2003局部放电测量。3.1.3 局部放电测量中的常用术语数字式局放仪（数字式局部放电综合分析仪）综合电子技术和数字技术为一体的测量局部放电的专用仪器，称
8、为数字式局放仪。数字式局部放电测量仪器，已在国内外得到广泛应用，其主要优点在于：记录分析视在放电电荷定量的局放脉冲以及时刻试验电压的瞬时值，或者对交流电压，在试验电压周波内的相位角，并能方便的记录、存储、分析和估算与局部放电脉冲有关的其它相关量。记录的数据进行处理后，可以计算和显示出其它参量及其关系，例如，得到时间窗口中或在一段时间内局放活动的统计数据、采用数字技术降低干扰水平、用绘图方法表示结果、用来深入分析试品绝缘质量的参数的计算和方便的保存图形和分析波形的放电类型。时间开窗一般局部放电测试仪都带有时间开窗功能，可以在设定的时间段内断开及闭合，以便测量该时间段内的信号。如果干扰发生在有规律
9、的时间间隔中，可以使用时间开窗功能，将这些时间间隔开在时间窗口之外，使其关闭时间窗以外的所有信息。在用交流电压作试验时，真实放电信号通常仅有规则地重复发生在试验电压各周波的某一时间间隔内，使用时间窗可以采用相位锁定且让“门”只在这一时间间隔内打开。时间窗可以在任意位置开单窗(如图3-1-8)、或双窗。天线噪声门控抗干扰空间干扰，一般指各种电气设备或无线电波（干扰脉冲）以电磁波的方式通过空间传入试品，影响局部放电的测量。图3-1-9 天线噪声门控抗干扰功天线噪声门控抗干扰技术，一般采用两只耦合装置，一耦合装置按标准接线接收试品（含干扰信号）的局部放电信号，另一耦合装置选用天线或天线放大器，专用接
10、收试品附近的空间干扰，使用仪器的天线噪声门控抗干扰功能，利用其中的天线接收到的干扰脉冲，控制另一耦合装置所在的通道的“门”，使测量通道在空间脉冲未到达时，信号通道的“门”始终为开状态，放电信号顺利通过，一旦空间干扰信号到达，立刻关闭该通道的“门”，保证该通道中的空间信号被拒绝之门外，显示的信号全为试品所产生的脉冲，而不包含外部空间的干扰。极性判别抗干扰图3-1-10极性判别抗干扰对两耦合装置CD的输出端的脉冲极性进行比较，可以区分试品所产生的局部放电信号和来自试验回路的干扰。使用仪器的极性判别功能，利用其中一个耦合装置上相同极性的干扰脉冲，控制另一耦合装置所在的通道门，使该通道在脉冲极性正确时
11、“门”打开，信号脉冲不正确时，关闭该通道的“门”，保证该通道显示的信号全为试品所产生的脉冲，而不包含外部试验线路的干扰。然而，使用极性判别方法很难区别由试品Cx及耦合电容Ck形成的回路中电磁感应引起的干扰与试品正常局部放电脉冲。除非采用其它方法。平衡回路图3-1-11 平衡回路平衡回路接线如图3-1-11所示，局部放电测量仪接在两个耦合装置之间，试品和耦合电容的低压端均应对地绝缘，试品和耦合电容的低压端分别通过两个耦合装置接地，回路通过Cx和Ck抑制共模电流，放大试品中放电电流，具有抑制外部干扰的优势，能抑制辐射干扰及电源干扰，干扰抑制的效果与Cx和Ck的损耗有关，若选择同类设备作为Ck，即称
12、为对称法，则其损耗值非常接近，干扰抑制效果较好。如果试品和耦合电容的各项参数相差较大时，可增加可变输入阻抗的耦合装置，调节两臂的阻抗，使之人为调节达到两路平衡，也能收到较好的效果。 脉冲相关抗干扰在局部放电测量环境下，许多干扰都是随机的，而真正的放电几乎重复发生在施加电压的每一周波的相同的相位上，因此，可利用信号的平均技术，将随机发生的干扰的相对电平大大降低。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相关处理后522222抗静态干扰静态干扰，相对于局部放电测量仪器的同步电压而言，在试品未施加电压之前或刚刚合闸之后，在屏幕
13、上就出现的固定相位的干扰出现，也就是说，干扰在屏幕上无论何时，干扰总是固定不动的出现在电压波形的固定时刻，这样的干扰称为静态干扰，抑制这种干扰的简单方法，是将该固定相位上的干扰彻底根除，这种抗干扰方法叫做抗静态干扰法。抗动态干扰在局部放电测量中，往往会出现很强的随机干扰，幅值很大，与电压无关，而且在相位上是随机的，抑制这种干扰的有效方法之一，是选用动态抗干扰方法，选定合适的阈值，然后启动“抗动态干扰”中动态功能，仪器就会屏蔽掉大于阈值的干扰。在试验中，有时会出现很强的无线电波干扰，从波形的频域和时域分析可知，无线电波和放电波形由本质的不同（放电波形的失真取决于滤波器的选取），对于无线电波和类似
14、无线电波的震荡波可以使用智能识别消除干扰。滤波通带和数字滤波仪器的滤波通带一般由固定的低通滤波器和若干固定高通滤波器组合而决定。高通滤波器的频率范围在，低通滤波器的频率范围，数字滤波器可以在上述频率范围内任意组合。局部放电脉冲幅值频谱局部放电脉冲的上升沿一般在0.1s1s左右，视放电类型有较大的变化范围，其频谱含有率主要取决于脉冲的上升沿，局部放电脉冲的频谱一般是由数十千赫兹到数千兆赫兹的连续频率复合而成。校准脉冲幅值频谱方波是由多个纯正弦信号复合而成的，理论上具有无限宽的频谱。校准脉冲是由一方波电压与一只很小的电容串联电路形成，其脉冲上升沿一般小于0.060s,频谱高于局部放电脉冲的频谱。无
15、线电干扰电压法（RIV）测量局部放电无线电干扰电压的测量一般多采用窄带测量的选频法，主要用于无线电广播信号引起的骚扰或干扰，但在一些欧美国家，仍采用此方法测量高压电气设备的局部放电，放电指标采用电压的单位（微伏）表示。耦合装置与检测阻抗Zm（输入单元）检测阻抗是拾取检测信号的耦合装置，在使用中，应根据不同的测试目的，被试品的种类来选择合适的检测阻抗，以提高局部放电测量的灵敏度、分辨能力、波形特性及信噪比。检测阻抗按调谐电容范围和测量类别分114号。（见表1）表1 检测灵敏度及输入单元允许电流值 输入单元序号 调电容范围 灵敏度(PC)(不平衡电路) 允许电流有效值 备注不平衡电路 平衡电路 1
16、 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 25A 200A
17、 12 2560250微法 10 50A 300A 13 电阻 0.5 2A 15A 长电缆14RIV3.2脉冲电流法测量原理及方法3.2.1脉冲电流法测量原理3.2.1.1气隙放电等效回路图3-2-1 气隙放电的等效回路注：Ca:绝缘介质完好部分的电容；Cb:与气隙串联部分绝缘介质的电容；Cc:绝缘介质内气隙的电容；Ua:外加电压； Uc:气隙两端的电压；r:弧道电阻；k:放电瞬间的等效开关；Ir:气隙中的放电电流，ib:Ca向Cb 和Cc提供的放电电流。图3-2-1表示了一种单一气隙放电的简化模型，图3-2-1（a）为具有气隙的绝缘介质放电模型；图3-2-1（b）为图3-2-1（a）的等效
18、电路；图3-2-1（c）为气隙放电过程的等效回图；3-2-1（d）为气隙放电的等效作用回路。试品在工频电压下，绝缘内部气隙发生放电时，放电瞬间的等效回路由图3-2-1所示。绝缘内部气隙发生放电后，气隙两端的瞬时电压Uc发生变化，电压Uc从零开始上升，一直上升到气隙的起始放电电压Us时，开始放电，放电导致气隙两端的电压突然下降，一直下降到气隙放电的熄灭电压Ur时，放电熄灭，随即气隙两端又开始充电，重复上一充放电过程，气隙两端的电压变化，即：由于气隙两端的电压变化，使整个试品两端的电压也发生变化，如图3-2-1（b），Ca要向Cb和Cc补充电荷，Ca两端的电压变化：气隙的放电电荷记为： 一般情况下
19、，气隙较小，电容,因此，得，Ca向Cb和Cc补充电荷，可用图3-2-1（d）表示。3.2.1.2理想单气隙放电原理当气隙两端的电压随电压增加到该气隙的放电电压时，气隙放电。放电产生的正负电荷在外电场的作用下分别聚集在气隙与绝缘介质的交界面上，它们建立的电场与外加电场方向相反，从而，使气隙上的电压急剧下降到剩余电压,放电熄灭。但由于外加电压还在上升，使气隙上的电压又随外加电压充电到，开始下一次放电。此后，在半周期内气隙两端电压又继续上升，达到后又重开始放电，直到达到外加电压的峰值。如果正负极性的、 方向相同，其放电形式如图3-2-2a)所示。图3-2-2 a） 交流电压下单一气隙的放电机理图3-
20、2-2 b） 交流电压过零气隙放电的示意图3-2-2 b)可以看出，当外加工频电压的瞬时值过零时，绝缘介质内部气隙的放电并不熄灭。这种现象的产生，是由于气隙放电以后，空间电荷聚集在气隙壁上，形成了与外施电场相反的电场，当外施电压反向时，空间电荷所形成的电场与外施电压的电场同向，两者叠加成气隙的内部电场，即使外加工频电压经过零点，气隙两端承受的电压并不为零，尚能达到气隙的放电电压，使放电不能熄灭。这就是为什么在外加电压过零点附近放电不熄灭的原因。3.2.1.3视在放电电荷与绝对（真实）放电电荷通常视在放电量（视在电荷）与试品真实绝对放电量并不相等，真实绝对局部放电量是无法直接测得，而视在电荷是可
21、以测量的。试品放电引起的电流脉冲在测量阻抗端子上所产生的电压波形可能不同于注入脉冲引起的波形，但通常可以认为这二个量在测量仪器上读到的响应值相等。两者之间的关系可以通过用图3-2-1气隙放电的等效回路来导出。 由图3-2-1 c)可知，弧道电阻r上的电压应等于气隙Cc两端的电压Uc，即由式（3-7）得由起始放电Us时刻开始到熄灭电压Ur时刻为止的时间内，放电过程中气隙两端的电压变化，由式（3-8）得式（3-9）专心-专注-专业由图3-2-1 c) 可以看出，当Ca向Cb和Cc补充电荷时，引起试品两端（即Ca两端）的电压变化，气隙放电时的放电电流在气隙放电时间t内，所中和的电荷，则实际局部放电电
22、荷为 由于放电的时间很短，远远小于电源回路的时间常数，则视在电荷为综合式（3-12）和式（3-13）中的表示，简化可得式（2-2）清楚表明视在放电量qa与真实的绝对放电量qr的数量关系，通常由于气隙较小，气隙电容CC一般均大于与其串联部分的电容Cb，因此真实的实际局部放电电荷总是大于视在电荷。在厚绝缘中，真实的实际放电量将远远大于视在放电量，而在薄绝缘中，真实的实际放电量基本近似的等于视在放电量；由式（3-12）可知，虽然两者不存在固定关系，真实的实际放电量与视在放电量之间的关系，取决于绝缘介质的厚度、气隙的大小、介质的种类等影响气隙电容的因素，且测量得到的视在放电量总是小于真实的实际放电量，
23、但是由于视在电荷可以直接测得的，用它来表征局部放电仍是各国及标准推荐的方法。3.2.1.4局部放电的自行衰减与熄灭的等效电路图3-2-3 自衰减时气隙的等效回路在局部放电的测量中，由于气隙在外电场的作用下产生放电，气隙在放电的过程中，在气隙内壁表面漫漫建立起一层半导体膜，使气隙表面电阻降低，导致局部放电值慢慢减小，通常称这种现象为局部放电的自衰减现象，其等效放电回路如图3-2-3。自衰减现象一般在两种情况下发生，一种是试品在起始放电电压下或稍高于起始放电电压作用下，放电能在短时间内很快自行衰减或熄灭。另一种是在高于起始放电电压作用下，在一个稍长时间过程中放电也能逐渐衰减或熄灭。3.2.1.5检
24、测阻抗Zm的种类及其特性局部放电测量的灵敏度、分辨能力、及其波形特性，直接与检测阻抗Zm有关。检测阻抗Zm的种类很多，一般由电阻、电容、电感等元件单独使用或组合而成，而常用的主要类型为RCd、RL、LCd、RLCd型,通常用Zm表示。根据不同的试验目的、被试品的种类以及测试仪器的种类，选择适当种类的检测阻抗Zm。图3-2-4 检测阻抗Zm的种类3.2.1.6脉冲电流法测量原理气隙局部放电的电信号的频谱是非常宽的，约从几百赫兹到数百兆赫兹，因此，局部放电测量的电测法可以直接测试局部放电所辐射的超高频信号，为避免电晕干扰，可选取50兆赫兹以上，然而，由于直接法测超高频对绝缘内部气隙性放电的测量灵敏
25、度不高，另一原因是不能定量，故未普及使用。早期曾利用西林电桥测量介质损耗角的正切增量（）的办法检测局部放电，局部放电消耗的功率为：，但此方法灵敏度太低。后来，发展了一种专门用于测量每个周期中的放电电荷及消耗功率的电容电桥，其显示器上扫描得到的平行四边形面积对应于一个周期的放电能量，其垂直偏移对应于一个周期的放电量；虽然电容电桥法的灵敏度不高，但因其可以直接测量局部放电能量，再则对于非脉冲性的辉光放电和上升沿极长的亚辉光放电不受限制，故该方法在放电量很大的电机行业应用较多。目前在局部放电测量中得到大量应用的是脉冲电流法（E.R.A）和无线电干扰电压法（R.I.V）两大类。脉冲电流法又叫E.R.A
26、法（Electrical Research Association 电气研究协会英提出，因此得名），其基本原理是：当试品Cx中发生局部放电时，必然导致试品Cx两端产生一个相应的瞬变电压，因为在未发生放电前CX与Ck的电压相等，由于试品Cx两端突然出现一个瞬变电压降，则使Cx与Ck之间产生电压降Ua,因而耦合电容Ck立即向Cx充电，沿CxZmCkCx回路产生一个充电脉冲电流，此脉冲电流在流过检测阻抗Zm时，在Zm上产生一个脉冲电压Ud,该脉冲电压Ud即为所测到的局部放电信号，再使该放电脉冲信号转换成电荷信号，这就是脉冲电流法的基本测量原理。脉冲电流法主要利用局部放电频谱中的较低频段部分，一般为几
27、千赫兹到几百千赫兹，以避免无线电干扰，其测量灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校准定量，从而可直接测出视在放电量q。因此，脉冲电流法在世界各国得到广泛应用。已经成为局部放电测量中最基本的方法。无线电干扰电压法（R.I.V）测量局部放电，其测量原理和脉冲电流法没有本质差别，其主要差别在于：在北美洲和一些欧洲国家采用的是NEMA 107 （National Environmental Management Act国际电气制造业协会）、Tr1标准，推荐使用的测量仪器为无线电干扰电压测量仪（Radio Influence Voltage,简称RIV）测量局部放电,采用准峰值测量，测量单位采用
28、V（微伏）表示。这两种测量方法的主要区别在于校准过程、测量频率、测量带宽、输入阻抗单元。以图3-2-5为例，说明放电回路的放电量qa与测试回路中检测阻抗两端电压Ud的关系，当试品Cx两端产生局部放电时，试品两端的电压变化为Ua,两端的电荷量变化为qa,如果试品两端不接测试回路（如图3-2-1d），则试品放电的电荷量：而当将测试回路接入放电回路后，试品两端的电压变化：由于试品产生的放电脉冲的上升时间很短，如气隙的放电时间在0.010.1S,故可以认为测试回路中Ck、Zm（检测阻抗Zm中的电容为Cd，见图3-2-4）上电压的初始值与其电容量成反比，检测阻抗Zm两端的电压初始值为式中： 由式（3-1
29、7）可知，当测试回路的参数确定之后，检测阻抗Zm上测到的电压Ud与试品两端的视在放电量qa 成正比，因此可以用检测阻抗Zm上测到的脉冲电压表示试品的放电量。3.2.1.7脉冲电流法基本测试回路脉冲电流法测试回路直接法平衡法串联测试回路西林电桥测试回路差分法测试回路双电桥法测试回路并联测试回路图3-2-7脉冲电流法测试回路框图根据局部放电的等效回路（图3-2-1）可知，产生局部放电时，在试品的两端会出现电荷变化，如果在试品的两端（如图3-2-1d）接入一耦合电容Ck和一检测阻抗Zm,其测试回路如图3-2-6 ,那么在与试品的两端联接的测试回路中就会出现脉冲电流。测试这一脉冲电流的方法可分为直测法
30、和平衡法两种。直接法直接测量试品两端局部放电产生的脉冲电流在检测阻抗两端形成的脉冲电压的方法，叫做直测法。直测法又分为并联测试回路和串联测试回路。并联测试回路，如图3-2-6b)，试品的一端接地，通过试品的工频电流不经过检测阻抗Zm，因此，当试品容量较大或容易发生击穿或闪络时，采用并联测试回路是比较安全的。如果试品无法与地分开，只能采用并联测试回路。串联测试回路，如图3-2-6a)，多用于试品电容Cx较小的情况下，试品的两端都不能接地，当选用较大的耦合电容Ck时，Ck兼有滤波、拟制外部干扰和提高灵敏度的作用，其拟制效果随Ck与Cx的比值的增大而提高。在相同的情况下，串联测试回路（如图3-2-6
31、b)比并联测试回路（如图3-2-6a)的灵敏度高，原因是杂散电容Cs也起到了耦合电容的作用，相当于耦合电容Ck增大。在实际测量中，往往省略耦合电容Ck，用杂散电容Cs代替耦合电容Ck，使试验线路更简单，多用于超高压电气设备（PC和CT）的局部放电测量。平衡法进行局部放电测量时，经常会遇到各种干扰，而采用平衡法测量就可以得到比较好的测量结果，平衡法能够较好的消除外来干扰。平衡法测试回路有西林电桥法和差分法等。西林电桥法测试回路如图3-2-6c),试品Cx和耦合电容Ck组成电桥的两个高压臂；电容C与电阻R并联和另一电阻R组成电桥的低压臂，测量信号由电桥的对角点输出。差分法测试回路如图3-2-6d)
32、, 差分法与西林电桥法的差别仅在于用一个具有与试品Cx损耗正切角（）相同的试品Cx代替耦合电容Ck,并用一个电容C并联于电阻R,其他部分与西林电桥法相同。无论是并联还是串联测试回路，都是由试品Cx、耦合电容Ck和检测阻抗Zm组成。耦合电容的作用是将试品局部放电产生的脉冲信号耦合到检测阻抗Zm上；在并联测试回路中，耦合电容Ck与检测阻抗串联，又起到隔离试验电压的作用，使检测阻抗Zm处于低电位。检测阻抗的作用是获取局部放电信号，当试品产生局部放电时，测试回路中就会有脉冲电流，于是检测阻抗两端就会出现脉冲电压，这个脉冲电压的幅值和波形与局部放电的大小有关、与测试回路的各参数有关、特别是与检测阻抗的参
33、数有关。3.3局部放电测试方法局部放电的产生的过程中除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，总是伴随着高频脉冲、电磁辐射、介质损耗、声、光、热和化学变化等现象。可以利用局部放电的这些特点，对局部放电进行测量和定位。测量方法可分为电气法和非电气法两大类方法。3.3.1 电气法（1）脉冲电流法试品中的一次放电产生一个电流脉冲，用接在试验回路中适当的检测单元测得放电的电压或电流脉冲，使其在仪器的输出端产生一个与输入端脉冲电流电荷成正比的电流或电压信号。脉冲电流法分为宽频带测量和窄频带测量，无线电干扰电压法（RIV）通常使用窄频带测量。（2）介质损耗法利用局部放电损耗使tg增加的特点，在tg和外施加电压
34、曲线上找出tg的急剧增加点来确定局部放电。更适合局部放电定量在线监测。（3）电磁辐射法利用天线测量局部放电向周围辐射的电磁波来确定局部放电的存在。局部放电超高频（UHF）检测技术具有检测频率高、抗干扰性强和灵敏度高等优点，更适合局部放电在线监测，但定量测量较困难。3.3.2 非电气法l 声波法利用局部放电产生的可听声波或超声波，对局部放电源进行测量或定位。声波法多用于电力电容器的局部放电测量，而超声波方法则应用范围较广，主要用于各种高压电气设备的局部放电定位。l 测光法测量放电过程中产生的光来检测局部放电。l 测热法测量放电过程中产生的热来检测局部放电。（一般采用红外法）l 物理化学法利用局部
35、放电对绝缘介质产生的物理、化学变化检测局部放电。电气法的灵敏度比非电气法高，一般多用电气法测量，在电气法中，更多采用的是脉冲电流法，尤其是宽频带电流脉冲法。非电气法测量，超声波法也经常被采用，主要用于局部放电的定位。目前，在局部放电测量中，是以脉冲电流法为主，用于定量测量；超声波法为辅，主要用于定位。第二篇 局部放电测量和定位1.局部放电测量方法1234567图1-1-1 局部放电测量系统组成1局放仪；2.输入适配器；3.光电转换器；4.校准信号发生器；5.输入单元；6.宽频带电流互感器；7.超声波探测器。1.1局部放电测量系统的组成局部放电测量系统一般由四部分组成：测量仪器、耦合装置、校准装
36、置和传输系统（连接电缆或光纤）。局部放电测量仪器分为单通道测量仪器和多通道测量仪器，一般单通道局放仪多为模拟式；多通道测量仪器多为数字式。数字式局放仪除能测量重复出现的最大放电值、脉冲重复率n、脉冲重复频率N外，还可以记录和计算出瞬时产生的视在电荷Qi、平均放电电流I、放电功率P、放电平方率D等。局部放电测量仪的耦合装置是测量系统和试验回路的主要组成部分，其组件是针对特定的试验回路为达到最佳效果、最佳灵敏度而专门设计的。局部放电测量系统的基本配置l 测量仪器：局部放电综合分析仪测量仪器：局部放电综合分析仪一台；校准装置：校准信号发生器一只；耦合装置：输入单元若干只，天线放大器一只，宽频带电流互
37、感器一只，超声探测器若干只；传输系统：连接电缆若干条，输入适配器；光纤若干条，光电转换器。l 耦合装置输入单元输入单元是测量系统与测试回路的主要组成部分，输入单元针对特定的试验回路或试品，为达到最佳的灵敏度而专门设计的。本系统根据试品电容量的大小，为了配合试品电容的变化，以最佳灵敏度进行测量，输入单元共分为十三种独立的输入单元，其中第十三种为长电缆测量专用输入单元。每个序号的输入单元都有一定的调谐范围，见表调谐范围一览表。图1-1-2输入单元单元号调谐电容单元号调谐电容16pF 25pF 100pF80.1F 0.4F 1.5F225pF 100pF 400pF90.4F 1.5F 6.0F3
38、100pF 400pF 1500pF101.5F 6F 25F4400pF 1500pF 6000pF114.0F 25F 60F51500pF 6000pF 0.025F1215F 60F 250F66000pF 0.025F 0.1F13长电缆70.025F 0.1F 0.4F14RIV输入单元宽频带电流互感器宽频带电流互感器是放电测量的一种前端耦合装置，是极性判别、天线噪声门控抗干扰最有效的信号耦合单元之一。图1-1-3宽频带电流互感器宽频带电流互感器的型号为和，WCT-1和WCT-2，频带范围：10kHz1.2MHz。宽频带电流互感器的连接方法：在变压器局放测量中，宽频带电流互感器一般
39、接在铁芯接地线，夹件接地线或零线上，也可接入被测线圈的末端。WCT-1型宽频带电流互感器为穿缆式互感器，与TWPD-1-X型输入单元配合使用，一次电缆穿缆的原则为：从宽频带电流互感器的正面（有标牌面）穿入，背面穿出接地。如图1-1-2所示。WCT-2型宽频带电流互感器为开口式互感器，与TWPD-2-X型输入单元配合使用，一次电缆穿缆的原则为：从宽频带电流互感器的正面（有标牌面）穿入，背面穿出接地。宽频带电流互感器放电量校正，一般是将校准脉冲发生器的校正信号直接打在宽频带电流互感器的一次线两端，即跨接在宽频带电流互感器的正面与与背面之间的接地电缆上（称之为特殊校正）。放电信号通过宽频带电流互感器
40、上的BNC接头，用50同轴电缆通向局部放电仪。图1-1-4 天线放大器天线放大器 天线放大器是在局部放电测量中用于接收空间干扰信号的前端接收单元。天线放大器的测量频带为5.0kHz1.2MHz。在局部放电测量中，尤其在线局部放电测量中用于接收空间强电磁波信号，如雷电信号、电焊打火在空间的传播等。图1-1-5局部放电超声探测器天线放大器的安装，根据现场干扰情况决定安装位置。一般情况下和型宽频带电流互感器放置在一起，信号电缆由天线放大器的BNC口接同轴电缆至局部放电综合分析器。局部放电超声探测器局部放电超声探测器，分为局部放电测量用和在线局部放电监测用两种型号：USS1、USS2。两种探测器的区别
41、在于供电方式不同，一种是电池供电，一种是长距离电缆供电。局部放电超声探测器的频带范围：5kHz350kHz。利用超声波测量局部放电属于局部放电的非电测量法之一。这种方法特别适用于放电的定位。l 传输子系统（连接电缆和光缆）传输子系统包括同轴电缆及连接器和光纤及光电信号连接器。BNC连接器电气特征：特性阻抗：50欧姆频率范围：04GHz额定电压：200V 在5.4kPa介质耐压：1500V（rms） 电压驻波比：1.3（max）接触电阻：3m（内导体）/2m（外导体）绝缘电阻：5000 M屏蔽效率：55dB同轴电缆采用实芯聚乙烯绝缘射频同轴电缆。同轴电缆一般长度为1015米，两端配50直形BNC
42、插头，分别与探测器和局部放电测量主系统的BNC插座相连接。输入适配器和光电转换放大器图1-1-7光电转换放大器图1-1-6 输入适配器 TWPD-IA01输入适配器的两端均有BNC插座，一端为输入端，连接来自输入单元的信号，另一端为输出端，用同轴电缆将信号连接到局部放电仪的通道输入端口。TWPD-LE01光电转换放大器，用于将来自探测器的光信号转换为电信号并放大，之后通过50同轴电缆连接到通道的输入端。光缆局部放电定位用光缆一般选用室内光缆，外部直径：2.8mm，最小弯曲半径不小于56mm。图1-1-8校准脉冲发生器局部放电在线监测用光缆一般选用地线复合光缆，又称光纤架空地线（简称：OPGW）
43、。光缆两端配有专用光纤插头，分别连接到超声探测器和光电转换放大器。l 校正装置校正脉冲发生器TWPD02校准脉冲发生器，可以产生标准的瞬变的电荷。目前采用的分度方法是根据视在放电电荷的定义，在试品两端注入的标准瞬变电荷来度量放电量的大小。TWPD02校准脉冲发生器提供双极性脉冲，并且脉冲重复率可在50Hz1000Hz内可调（一般选择试验电压频率的两倍），放电量可在：1pC、10pC、50pC、100pC、500pC之间任选。完整试验回路中测量系统的校准（直接校准），也可以直接对系统进行校准。TWPD02校准脉冲发生器的信号是由BNC输出，通过同轴电缆的内外芯分别连接试品的端头和地，通常黑线（外
44、芯）接地，红线（内芯）接试品的高压端。TWPD02校准脉冲发生器的使用方法： 侧面红色开关为电源总开关,向前拨为开,向后拨为关。 ON/OFF/电量 按键，可循环选择电量值。 频率按键， (1) 点按时，可选择方波频率。(50Hz1KHz) (2) 连续按键2秒，可显示电源电压值。 当显示屏最左端出现 “L”字符时，表示电池需要充电。 充电时，9V插口旁边的指示灯应点亮，否则不能充电；充电时间815小时。1.2 局部放电基本测量回路1.2.1 接线图直接法测量电路（并联法）计算机放大器Z图1-1-9 直接法测量电路（并联法）Cx 试品 Ck 耦合电容 Zm 输入元件Z 滤波器 T 试验变压器局
45、部放电综合分析仪图1-1-10接线图校正回路图1-1-111.3 局部放电波形识别基础1.3.1局部放电波形显示方式局部放电测量仪器，除有数值显示外，一般都具备波形显示功能，最常见的显示方式为椭圆时基显示方式、正弦时基显示方式和直线时基显示方式。椭圆时基显示方式，如图1-3-1所示，将正弦波试验电压的一个单个周波，即一个正半周和一个负半周，均匀地分配到整个椭圆上，其电压的零度点放在椭圆地最左端，沿顺时针方向旋转，180度点放置在椭圆的最右端，360度点与零度点重合，椭圆短轴的两个端点处，对应电压的峰值，上部为正峰值，下部为负峰值。电压峰值位置、过零点位置和轨迹的方向如图1-3-1所示。图1-3-1 椭圆时基显示方式 图1-3-2 正弦时基显示方式 图1-3-3 直线时基显示如果放电图形以正弦时基显示方式，对应电压的峰值位置和电压过零点位置以及扫描方向如图1-3-2所示。如果放电图形以直线时基显示方式，对应电压的峰值位置和电压过零点位置以及扫描方向如图1-3-3所示。1.3.2显示效果近年来，局部放电测量中使用的具有波形显示的测量仪器多为数