1-1 局部放电检测技术（89）
局部放电检测技术,主要内容,概述 局部放电的产生机理和基本概念 局部放电的测试方法 局部放电抗干扰技术 局部放电定位技术 局部放电检测实例,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比固体介质的小，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。,局部放电,概述,导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，称为局部放电。（GB/T7354-2003） 局部放电可能发生在绝缘体内部，也可能发生在表面；发生在气体包围的导体附近的放电，称为电晕。 导致绝缘体产生局放的主要原因：电场分布的不均匀 。,概述,局部放电的相关标准,IEC-60270：IEC局部放电测量标准 IEC-62478：IEC局部放电声电检测标准 GB7354：国家局部放电测量标准,产品标准：,各种电器设备产品相关的局放规范、条款 如DL417：电力设备局部放电现场测量导则,基础标准：,概述,局部放电的危害,由于放电产生的局部发热、带电粒子的撞击、化学活性生成物以及射线等因素对绝缘材料的损害。 这种对绝缘的破坏作用是一个缓慢发展的过程，而且从局部开始，受多种因素影响，对运行中的高压电气设备是一种隐患。,概述,CIGRE手册227“电力变压器的管理技”(CIGRE A2.18 20 2003.1)，“PD活动的机理和无故障及不良绝缘的PD分类” 解释如下: 无故障 10-50 pC 正常老化 2500 pC 危急的 >100,000-1,000,000 pC,概述,局部放电试验的特点,与耐压试验相比，局部放电试验是非破坏性试验 局部放电试验具有较高的灵敏度。 局部放电监测可以弥补耐压试验的不足 。,概述,二、局部放电的产生机理和基本概念,气隙放电等值电路,局部放电机理,局部放电机理,局部放电模型,当外施电压到达u1(对应Cc的电压为Us，放电电压）时， Cc气隙放电，于是Cc上的电压很快从Us降低Ur(残余电压），放电熄灭。之后， Cc上重建电压，当外施电压到达u2， ，Cc 上的电压又到Us，气隙又放电，.。,局部放电机理,局部放电机理,局部放电机理,s,s,s,交流局放的特点,脉冲性：局放表现为脉冲。由于每次放电时间都极短，大约在10100ns，即放电的表现是很高频的脉冲信号，因此交流电压下的局部放电等效电路为传统的三电容模型，忽略了等效电阻的存在。 相位性：在交流电压下有明显的相位特征，起始放电相位为45º90º，225º270º； 对称性：单个周期的放电脉冲幅值不整齐，一、三象限不完全相同，但在统计和概率的意义上讲是对称的。,交流局放的特点,(a)绝缘介子内部气饱放电 ；（b) 尖对半板放电；(c)尖对板间有绝缘屏障的放电； (d)悬浮电位引起的放电； (e)接触不良引起的放电； (f)可控硅引起的放电,直流局放的特点,在直流电压下，介质中电场分布是按电阻来分配的。 对于油浸式变压器的绝缘系统来说，油纸绝缘的电阻率大于油绝缘电阻率，而油的直流击穿场强比交流要高，因此在直流电压下，油隙的局部放电的起始电压要比交流下高得多。,直流局放的特点,直流电压下气隙的击穿会引起电荷的重新分布，并且气隙上的电压急剧减小，而离子的流动决定于介质的电导，由于介质电导往往很小，所以气隙上的电压恢复的比较慢（几十秒，几分钟甚至十几分钟）因而局部放电通常是以单次脉冲的形式出现，出现的频次较低，但幅值则较高。,直流局放的特点,在进行直流下的局部测量时，要测量在规定时间内大于规定脉冲幅值的脉冲次数，因此适用于直流电压下的局部放电测量装置应具备整定幅值的脉冲计数能。,根据标准IEC61378-2变流变压器 第二部分 高压直流输电用换流变压器(相应国家标准GB/T18494.2)中规定的验收准则：如果在试验的最后30min内，记录到大于等于2000pC的脉冲次数不超过30个，且试验的最后10min内，记录到大于等于2000pC的脉冲次数不超过10个 .,直流局放的特点,局放的表征参数,视在放电电荷 放电重复率 放电的能量 放电的平均电流 放电的功率 放电的起始电压和熄灭电压,影响局部放电的因素,电压幅值 电压波形和频率 电压作用时间 环境温度，湿度和气压 对于直流试验后还要考虑残留电荷的影响。,三、局部放电测试方法,电测法：脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗法 、超高频法、高频CT法 非电测法：声测法 、光测法 、温度测量法 、化学分析法,国内常用的局部放电测试方法：,脉冲电流法是局部放电IEC和国家标准GB/T7354中推荐的离线试验方法，可以定量分析局部放电HFCT和UHF法是带电检测规范中推荐的方法，只能定性的对变压器局部 放电情况进行分析，无法标定局部放电量,超声法可进行辅助检测，可以精确定位局部放电缺陷位置脉冲电流法主要测量局部放电频谱中较低频的部分，也是信号能量较大的频率分量，一般为10k-500kHz。脉冲电流法比较成熟，在我国普遍使用。,脉冲电流法,脉冲电流法测量基本回路,并联法测试回路,串联法测试回路,平衡法测试回路,Cx为试品等效电容；Ck为耦合电容；Z为高频滤波器，一般是个电感线圈；Zm为检测阻抗。,（1）并联法CX为被试品， Ck为耦合电容，它为被试品与测量阻抗之间提供一条低阻抗通道。Zm为测量阻抗。Z为低通滤波器，可以让工频电压作用到试品上，阻止被测的高频脉冲或电源的高频噪声通过。 并联法适合于被试品一端接地的情况。,脉冲电流法,（2）串联法串联法适合于被试品两端都不接地的情况。,并联法与串联法的灵敏度相同，但并联法有以下优点： 允许被试品一端接地； 对CX值较大的试品，可以避免较大的工频电容电流流过Zm； 被试品被击穿时，不会危及人身和测试系统的安全。,脉冲电流法,平衡法抗干扰能力好，因为外部干扰源在Zm和Zm上产生的干扰信号基本上相互抵消，而在CX发生局部放电时，放电脉冲在Z m和Zm上产生的信号却是相互叠加的。,（3）平衡法,脉冲电流法,测量阻抗Zm的选择： 要消除或减弱输出电压的工频成分； 要使脉冲分量的持续时间足够小，以保证快速连续脉冲的分辨率； 阻抗值应足够高，由它承担大部分脉冲电压，并决定输出电压和电流的波形。,常用的测量阻抗有电阻电容并联型（RC型）和电感、电阻与电容并联型（LRC）。,脉冲电流法,RC型,脉冲电流法,脉冲电流法,LCR型,检测阻抗,试验回路的校准,在指示仪表上得到的局放脉冲值与试品的视在放电量q是成正比的，具体关系与回路及仪器性能有关，因此，必须进行现场校准，以确定整个试验回路及仪表的刻度因数K，才能计算出电荷量q。,脉冲电流法,校准是在接好试品时的实际试验条件下进行的。用一幅值为U0的方波电压发生器G串联一个小的已知电容C0，构成与Cx并联的有源支路来模拟Cx上发生局部放电。,脉冲电流法,(a) 并联法 (b) 串联法,35,脉冲电流法,脉冲电流法,校准方波的要求：上升时间不应大于0.1µs；衰减时间通常在100µs1000µs范围内选取。,脉冲电流法,脉冲电流法,变压器局部放电试验接线,变压器套管末屏抽头测量的试验回路,试品预处理；检测测试回路本身的局放水平；测试回路的校准；测定局放起始电压和熄灭电压；测量规定电压下的局放量。,局放测量程序：,脉冲电流法,变压器局放试验的加压时间及步骤,脉冲电流法,脉冲电流法,脉冲电流法,脉冲电流法,无线电干扰法,无线电干扰法（RIV法）在基本测试原理上和脉冲电流法没有本质上的差异，它是采用无线电干扰仪进行局部放电测量，操作比较简单。无线电干扰仪，本质上是一种窄频带调谐选频式仪器（频宽从1.259.35kHz，中心频带通常取1MHz）。对于气体中放电具有较高的灵敏度，而对于持续时间长的油中放电，检测灵敏度显著下降。目前主要在美国和加拿大使用。,超高频(UFH)法,电气设备绝缘中的局部放电的放电持续时间一般在10-9-10-7s，脉冲宽度为纳秒级，其频率分量可达1GHz。因此，检测频带可达300MHz-1GHz的局部放电超高频检测方法得到重视。,近年来已有GIS和大型发电机的超高频局部放电检测系统的出现。超高频检测传感器通常为各种超高频天线，如阿基米德平面螺旋天线。,超高频(UFH)法,超高频(UHF)法,UHF在GIS中的应用,超高频(UHF)法,UHF在变压器中的应用,高频CT法,简称HFCT法，测量频段在高频频段（1MHz到30MHz），常用于电缆的局部放电检测，其他主设备也有应用； 抗干扰性优于传统低频段（小于1MHz）脉冲电流法，成本和技术与工程实现难度低于超高频（30MHz以上），十分适合带电检测和在线监测的要求；,安装方式为穿心式，可套在被测设备接地线上进行检测。,高频CT法,声测法,最早是用人耳判断局部放电产生的声音（20kHz以下），曾长期用于电缆和套管的局部放电检测，只有在放电很大时才能觉察出来，带有很强的主观性。,目前应用多采用声电换能器测量伴随局部放电产生的超声波，在变压器、GIS、电缆及开关柜设备中均有应用，检测频段在20kHz以上，可对绝缘缺陷精确定位，定位精度一般在20cm以下， 简称AE法。,声测法,光测法,放电过程会放出光子而发光，不同性质的放电发出的光波长不同，如较弱小的电晕放电所发出的光波长不超过400nm（主要在紫外光区），而较强的火花放电发出的光波长可超过700nm（主要在可见光区）。可以采用光电子技术测量伴随局部放电产生光的强度，但通常灵敏度较差，对于检测暴露在外面的表面放电和电晕放电较为适宜。,温度测量法,局部放电产生的热会使电气设备绝缘局部放电区域的温度升高，因此测量这种温度变化能够确定局部放电的程度和位置。这种方法可以采用特殊的温度传感器进行测量，也可以采用红外摄像仪检测出这种微弱的温差。但是由于造成温差的原因很多，这种方法测量的可靠性较差。但已有研究表明：采用光纤温度传感器对聚乙烯电缆的温度进行测量的方法已得到应用。,化学分析法,绝缘材料在局部放电作用下，会发生分解，因而产生各种新的生成物。因此，可以通过测定这些生成物的组成和浓度，来表征局部放电的程度。 典型应用：油色谱,四、局部放电抗干扰技术,变压器局放在线监测中，与局部放电信号一起通过传感器进入监测系统的干扰信号，按照波形特征可分为：,周期性干扰信号随机脉冲干扰信号 白噪干扰,空间干扰地线干扰电源干扰,按照干扰来源可以分为：,实际上，可分为两类干扰，即试验回路未通电时就有的（例如无线电波、电焊、附近高压试验、电机的电刷和整流设备等）和仅在通电后时才产生，随试验电压升高而增加（例如引线电晕、导体间接触不良的火花放电、导体有悬浮电位引起的放电等）。,试验室中最常见的降低干扰的措施是：屏蔽-屏蔽室（六面钢板或铁丝网），金属部件要避免尖端，均压环（球）；滤波-进入屏蔽室的所有电器连接都经过滤波器，试验和检测回路均经隔离变、过滤波器供电；接地-在整个试验回路采用一点接地。,59,无晕环（球）的尺寸,双环形屏蔽环,抗干扰措施主要有硬件（专用抗干扰电路）和软件两大类：频域开窗法-带通或带阻滤波器、数字滤波器。时域开窗法-针对时间和相位上的干扰，用电子技术和软件方法对干扰信号不予采集或不显示或将其置零。平均法-抑制随机性干扰，数据样本取其代数和平均值。脉冲极性鉴别法和平衡法检测回路。,局部放电干扰的图形识别,专用抗干扰电路,脉冲极性鉴别法,专用抗干扰电路,差动平衡法,FFT阀值滤波法 有限冲击响应（FIR）滤波法 无限冲击响应（IIR）滤波法 卡尔曼滤波法 小波及小波包滤波法 信号相关法 模式识别法,数字抗干扰技术,五、局部放电定位技术,电气回路定位法： 行波法 电容比定位法 多点测量法 脉冲比较法和波形识别法 超声波定位法： 超声波三角定位法 电-声定位法 声-声定位法 电磁波定位法,电气回路定位法,
