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1、高电压技术高电压工程系高电压工程系刘春刘春 13871018672第第1010讲讲 绝缘的非破坏性试验（二）绝缘的非破坏性试验（二）与破坏性试验（一）与破坏性试验（一）一、局部放电局部放电-局放局放1.局部放电的概念：局部放电的概念：Partial Partial Discharge,Discharge,简简称称为为PD:PD:由于电气设备内部绝缘存在弱点，在一定外施电压下发生的局部的重复击穿和熄灭现象。2.局部放电的危害：局部放电的危害：局部放电发生在一个或几个绝缘内部的气隙或气泡之中。由于放电能量很小，不影响电气设备的短时绝缘强度。局放产生的一些不良效应，如不良化合物的产生，就可以慢慢地损
2、坏绝缘，最后可导致整个绝缘被击穿，发生突发性故障。4.3 4.3 局部放电测量局部放电测量3.局部放电的特点：当当介介质质内内部部发发生生局局部部放放电电时时，伴伴随随着着发发生生许许多多现现象象。有有些些属属于于电电的的：如如电电脉脉冲冲的的产产生生，介介质质损损耗耗的的增增大大和和电电磁磁波波放放射射；有有些些属属于于非非电电的的：如如光光、热热、噪噪音音、气体压力的变化和化学变化气体压力的变化和化学变化.4.局部放电的检测：这些现象都可以用来判断局部放电是否存在，因此检测方法也可以分为电的和非电的两类。5.5.测量局部放电的几种方法测量局部放电的几种方法绝缘油的气相色谱分析法：这项试验是
3、通过检查电气设备油样内所含的气体组成的含量来判断设备内部的隐藏缺陷。超声波探测法：在电气设备外壁放上由压电元件和前置放大器组成的超声波探测器，用以探测局部放电所造成的超声波，从而了解有无局部放电的发生，粗测其强度和发生的部位。脉冲电流法：测PD所形成的脉冲电流大小以判断绝缘PD的强弱程度，这种方法可以给出定量的结果，目前规程中已规定了定量的指标。二、二、局部放电的基本物理过程局部放电的基本物理过程局部放电的三电容模型局部放电的三电容模型Cg：气泡的电容Cb：和Cg相串联部分的介质电容Ca：其余大部分绝缘的电容 1.局部放电机理 首次放电过程 气泡两端电压ug随外加电压u的升高而升高；当u上升到
4、Us时，ug到达气泡的放电电压Ug时，Cg气隙放电。于是Cg上的电压一下子从Ug 下降到Ur，然后放电熄灭。Ur叫做残余电压，数值上它小于Ug（绝对值），可以接近为零值。局部放电时气隙中的电压和电流的变化 单次放电过程持续时单次放电过程持续时间约间约10-8s数量级，含数量级，含有较多高频成分。有较多高频成分。局部放电时气隙中的电压和电流的变化 局部放电时气隙中的电压和电流的变化放电火花一熄灭，Cg两端的电压将再次上升，由于此时Cg已经有了一个初始的直流电压Ur。外加电压仍在上升，Cg上的电压也顺势而上升，当它再次升到Ug时，Cg再次放电，电压再次降到Ur，放电再次熄灭。放电机理放电机理当气泡
5、两端Cg放电时，放电总电容Cg：Cg上的电压变化为(UgUr)，故一次脉冲放出的电荷qr真实放电量真实放电量当Ca Cb，Cg Cb，Ur=0时，qr UgCg在实际试验时，上式中所表达的各个量，都是无法实测的。所以要寻求其它能反映局部放电的量来测量。外施电压是作用在Ca上的，当Cg上的电压变动(Ug-Ur)时，会造成外外施施电电压压的的变变化化量量 U（可以测量）（可以测量）应为由此两式得总电容上的电压变化量U：相应的电荷变化量q（视在放电量）视在放电量）：把U 式代入上式q，可得 这个式子建立了真实放电量和视在放电量视在放电量之间的关系之间的关系真实放电量：真实放电量：qr，是无法测量的，
6、是无法测量的（1）视在放电量：视在放电量：q，其表达式中的量都是可以测得的。它是局部放电试验中的重要参量，国际和国家标准中，对于各类高压设备的视在放电量q的允许值均有所规定q比真实放电量比真实放电量qr小得多，小得多，它以pC作为计量单位。2.2.表征局部放电的重要参数表征局部放电的重要参数放电重复率N（2）放电重复率放电重复率N 一秒钟内产生的脉冲数叫做放电重复率N，可以通过实验求得。如果每半周内的放电次数为n，则N=2fn=100n（3）放电能量放电能量一次脉冲放电能量W 当外施电压由零上升到Us时，Cg上的电压为Ug，即可得 如Ur0，则 。放电能量的大小对电介质的老化速度有很大影响。放
7、电能量的大小对电介质的老化速度有很大影响。局部放电的其它表示方法为了表征局部放电在一定期间内的平均综合效应，还提出了各种累积参数，如平均放电电流平均放电电流，放电功率放电功率等。有时还测量局部放电的起始放电电压起始放电电压和熄灭电压熄灭电压。影响局部放电特性的多种因素 主要有电压的幅值、电压的波形和频率、电压的作用时间、环境的温度及湿度和气压等。3 3 局部放电测量的基本回路局部放电测量的基本回路电检测法电检测法 发生局放时，试品两端会出现一个瞬时的电发生局放时，试品两端会出现一个瞬时的电压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，压变化，在检测回路中引起一高频脉冲电流，将它转化成电脉冲后就可以进
8、行测量。将它转化成电脉冲后就可以进行测量。（a）串联测量回路 Ck耦合电容，为耦合电容，为Cx与检测与检测阻抗阻抗Zm之间提供一个低阻抗之间提供一个低阻抗的通道（电源本身由于高频的通道（电源本身由于高频感抗而无法提供），感抗而无法提供），Ck内部内部必须无局放，值较大以增大必须无局放，值较大以增大Zm上的信号；上的信号；Z低通滤波器，以防局放低通滤波器，以防局放时放电脉冲被电源的杂散电时放电脉冲被电源的杂散电容旁路，同时也可阻止电源容旁路，同时也可阻止电源本身的干扰脉冲进入试品和本身的干扰脉冲进入试品和测量支路测量支路局放并联、桥式测量回路局放并联、桥式测量回路（b）并联测量回路）并联测量回路
9、 （c）桥式测量回路）桥式测量回路适合于试品一端接地的情况适合于试品一端接地的情况外部干扰在外部干扰在Zm和和Zm上的干扰上的干扰信号基本抵消信号基本抵消测量仪器：测量仪器：示波器，峰值表，脉冲计数器示波器，峰值表，脉冲计数器对放电量大小的规定对放电量大小的规定我国试验规程规定我国试验规程规定（1）固体绝缘互感器：电压为 时，放电量不大于100pC ，Um为系统最高额定线电压。充油互感器：放电量不大于20pC（2）110kV及以上新套管 油纸电容式：不大于20pC胶纸电容式：不大于400pC国标规定：国标规定：220kV220kV及以上的电力变压器必须做及以上的电力变压器必须做PDPD试验试验
10、电力变压器PD测试的加压过程 U1为最高额定线电压UmU2：或要求在 的U2值下，q300pC或要求在 的U2值下，q500pC4 4 局放测量中的抗干扰措施局放测量中的抗干扰措施 电磁干扰来源（1）与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰（2）监测系统本身的干扰 干扰类别（1）周期型干扰周期型干扰：系统高次谐波、载波通讯以及无线电通讯等（2）脉冲型干扰脉冲型干扰：电力电子器件产生的高频涌流、脉冲型干扰和高压线路上的电晕放电、电弧放电等（3）白噪声白噪声：线圈热噪声、地网的噪声和动力电源线以及变压器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等。干扰的抑制干扰的抑制 从干扰源、干扰途径、信号后处
11、理入手从干扰源、干扰途径、信号后处理入手从干扰源、干扰途径、信号后处理入手从干扰源、干扰途径、信号后处理入手。可从以下几方面区分局放信号和干扰信号；工频相位、频谱、脉冲幅度和幅度分布、信号极性、重复率和物理位置等。1.试验中所使用的设备应尽量采用试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备无晕设备，特别是试验变压，特别是试验变压器和耦合电容器和耦合电容Ck。2.滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。滤波器的性能要好，要做到电源与测量回路的高频隔离。3.试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。4.测量回路的参数配合要适当，测量回路的参数配合
12、要适当，耦合电容要尽量不小于试品耦合电容要尽量不小于试品电容电容Cx，使得在局部放电时，使得在局部放电时Cx与与Ck间能很快地转换电荷。间能很快地转换电荷。5.必须对测量设备进行校准。必须对测量设备进行校准。4.4 4.4 绝缘油的电气试验和气相色谱分析绝缘油的电气试验和气相色谱分析一、一、绝缘油绝缘劣化原因绝缘油绝缘劣化原因氧化氧化裂解裂解碳化碳化二、油中溶解气体与故障类型关系二、油中溶解气体与故障类型关系故障类型故障类型主要气体成分主要气体成分次要气体成分次要气体成分油过热CH4、C2H2H2、C2H6油和纸过热CH4、C2H4、CO、CO2H2、C2H6油纸绝缘中的局放H2、CH4、C2
13、H4COC2H2、C2H6、CO2油中火花放电H2、C2H2电弧放电H2、C2H2CH4、C2H4、C2H6油和纸中电弧H2、C2H2、CO、CO2CH4、C2H4、C2H623三、气相色谱分析三、气相色谱分析油样采集 脱气 样品检测 结果判断24气相色谱分析气相色谱分析四比值法：四比值法：CH4/H2、C2H6/CH4、C2H4/C2H6、C2H2/C2H4三比值法：三比值法：CH4/H2、C2H4/C2H6、C2H2/C2H425三比值法的局限性三比值法的局限性当多种故障同时存在时容易误判当多种故障同时存在时容易误判264.5 4.5 绝缘的在线监测绝缘的在线监测27针对设备性针对设备性能
14、特点选择能特点选择年时信号采年时信号采集方式集方式信号预处理、信号预处理、显示及报警显示及报警专家系统专家系统监测系统体系结构监测系统体系结构 -分层式分层式4.5.1 4.5.1 tgtg的在线监测的在线监测l数字测量法数字测量法29l电桥法电桥法4.5.2 4.5.2 局部放电的在线监测局部放电的在线监测u脉冲电流法u超声波法u甚高频法304.5.3 4.5.3 绝缘材料温度的测量绝缘材料温度的测量u接触式传感器 热敏式电阻传感器 -热电偶u非接触式红外式传感器 紫外式传感器31补充：绝缘的在线监测补充：绝缘的在线监测高压输电线路绝缘子串电压分布模型一、绝缘子串的等值电路及电压分布曲线一、绝缘子串的等值电路及电压分布曲线二、电压分布的测量二、电压分布的测量 检测零值绝缘子u火花间隙法短路叉u小球放电法u红外热像仪法测量电压分布u阻容分压法因为悬式绝缘子的机械强度较高，并且按需要可以组合成适合各种电压等级、各种机械荷载的绝缘子串，因而被广泛使用。