• 局放理論概述

在開始我們的實(shí)驗(yàn)以前，我們首先應(yīng)該對(duì)局部放電有個(gè)初步的了解，為什么要測(cè)量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準(zhǔn)確測(cè)量局部放電？有了上述理論基礎(chǔ)可以幫助我們理解測(cè)量過(guò)程中的正確操作。

  一、局部放電的定義及產(chǎn)生原因

     在電場(chǎng)作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導(dǎo)體之間沒(méi)有擊穿）。這種現(xiàn)象稱之為局部放電。局部放電可能發(fā)生在導(dǎo)體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面上和內(nèi)部，發(fā)生在表面的稱為表面局部放電。發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電。而對(duì)于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電，稱之為電暈。由此 總結(jié)一下局部放電的定義，指部分的橋接導(dǎo)體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產(chǎn)生原因主要有以下幾種：

1. 電場(chǎng)不均勻。
2. 電介質(zhì)不均勻。
3. 制造過(guò)程的氣泡或雜質(zhì)。經(jīng)常發(fā)生放電的原因是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡；其次是有些設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱脹冷縮,不同材料特別是導(dǎo)體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會(huì)逐漸出現(xiàn)裂縫；再有一些是在運(yùn)行過(guò)程中有機(jī)高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物，在高場(chǎng)強(qiáng)的作用下，電荷不斷地由導(dǎo)體進(jìn)入介質(zhì)中， 在注入點(diǎn)上就會(huì)使介質(zhì)氣化。

二 、局部放電的模擬電路及放電過(guò)程簡(jiǎn)介

介質(zhì)內(nèi)部含有氣泡，在交流電壓下產(chǎn)生的內(nèi)部放電特性可由圖1—1的模擬電路(a b c等值電路)予以表示；其中Cc是模擬介質(zhì)中產(chǎn)生放電間隙(如氣泡)的電容；C_b代表與C_c串聯(lián)部分介質(zhì)的合成電容；C_a表示其余部分介質(zhì)的電容。

(a)  實(shí)際介質(zhì)                            (b)  模擬電路

I——介質(zhì)有缺陷(氣泡)的部份(虛線表示)

                II——介質(zhì)無(wú)缺陷部份

圖1—1  表示具有內(nèi)部放電的模擬電路

圖1—1中以并聯(lián)有—對(duì)火花間隙的電容Cc來(lái)模擬產(chǎn)生局部放電的內(nèi)部氣泡。圖1—2表示了在交流電壓下局部放電的發(fā)生過(guò)程。

圖1-2  介質(zhì)內(nèi)單個(gè)氣泡在交流電壓下的局部放電過(guò)程

U(t)一一外施交流電壓

Uc(t)一一氣泡不擊穿時(shí)在氣泡上的電壓

Uc’(t)一一有局部放電時(shí)氣泡上的實(shí)際電壓

Vc一一氣泡的擊穿電壓

Y r一一氣泡的殘余電壓   

Us—局部放電起始電壓(瞬時(shí)值)

Ur一一與氣泡殘余電壓v r對(duì)應(yīng)的外施電壓

Ir一一氣泡中的放電電流

電極間總電容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca電極間施加交流電壓 u(t)時(shí)，氣泡電容Cc上對(duì)應(yīng)的電壓為Uc(t)。如圖2—1所示，此時(shí)的Uc(t)所代表的是氣泡理想狀態(tài)下的電壓（既氣泡不發(fā)生擊穿）。

Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb

外施電壓U(t)上升時(shí)，氣泡上電壓Uc(t)也上升，當(dāng)U(t)上升到Us時(shí)，氣泡上電壓Uc達(dá)到氣泡擊穿電壓,氣泡擊穿，產(chǎn)生大量的正、負(fù)離子，在電場(chǎng)作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場(chǎng)，削弱了氣泡內(nèi)的總電場(chǎng)強(qiáng)度，使放電熄滅，氣泡又恢復(fù)絕緣性能。這樣的一次放電持續(xù)時(shí)間是極短暫的，對(duì)一般的空氣氣泡來(lái)說(shuō)，大約只有幾個(gè)毫微秒(10的負(fù)8次方到10的負(fù)9次方秒)。所以電壓Uc(t)幾乎瞬間地從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓；而氣泡上電壓Uc‘(t)將隨U(t)的增大而繼續(xù)由Vr升高到Vc時(shí)，氣泡再—次擊穿，發(fā)生又—次局部放電，但此時(shí)相應(yīng)的外施電壓比Us小，為(Us-Ur)，這是因?yàn)闅馀萆嫌袣堄嚯妷篤r的內(nèi)電場(chǎng)作用的結(jié)果。Vr是與氣泡殘余電壓Yr相應(yīng)的外施電壓，如此反復(fù)上述過(guò)程，即外施電壓每增加(Us-Ur)，就產(chǎn)生一次局部放電．直到前—次放電熄滅后，Uc’(t)上升到峰值時(shí)共增量不足以達(dá)Vc(相當(dāng)于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。

此后，隨著外施電壓U(t)經(jīng)過(guò)峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場(chǎng)，由于氣泡中殘存的內(nèi)電場(chǎng)電壓方向與外電場(chǎng)方向相反，故外施電壓須經(jīng)(Us+Ur))的電壓變化，才能使氣泡上的電壓達(dá)到擊穿電壓Vc，(假定正、負(fù)方向擊穿電壓Vc相等)，產(chǎn)生一次局部放電。放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時(shí)降到殘余電壓Vr(也假定正、負(fù)方向相同)。外施電壓繼續(xù)下降，當(dāng)再下降(Us-Ur)時(shí)，氣泡電壓就又達(dá)到Vc從而又產(chǎn)生一次局部放電。如此重復(fù)上述過(guò)程，直到外施電壓升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以達(dá)到(Us-Ur)為止。外施電壓經(jīng)過(guò)一Um峰值后，氣泡上的外電場(chǎng)方向又變?yōu)檎较颍c氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升(Us+Ur)產(chǎn)生第—次放電，熄滅后，每經(jīng)過(guò)Us—Ur的電壓上升就產(chǎn)生一次放電，重復(fù)前面所介紹的過(guò)程。如圖1—2所示。

由以上局部放電過(guò)程分析，同時(shí)根據(jù)局部放電的特點(diǎn)（同種試品，同樣的環(huán)境下，電壓越高局部放電量越大）可以知道：一般情況下，同一試品在一、三象限的局部放電量大于二、四象限的局部放電量。那是因?yàn)樗鼈兪请妷旱纳仙?。（第三象限是電壓?fù)的上升沿）。這就是我們測(cè)量中為什么把時(shí)間窗刻意擺在一、三象限的原因。

三、局部放電的測(cè)量原理：

局放儀運(yùn)用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電時(shí)，試品Cx兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓變化Δu，此時(shí)若經(jīng)過(guò)電容Ck耦合到一檢測(cè)阻抗Zd上，回路就會(huì)產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測(cè)、放大和顯示等處理，就可以測(cè)定局部放電的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內(nèi)部實(shí)際的局部放電量是無(wú)法測(cè)量的，因?yàn)樵嚻穬?nèi)部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過(guò)對(duì)比法來(lái)檢測(cè)試品的視在放電電荷，即在測(cè)試之前先在試品兩端注入一定的電量，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來(lái)建立標(biāo)尺，然后將在實(shí)際電壓下收到的試品內(nèi)部的局部放電脈沖和標(biāo)尺進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)得到試品的視在放電電荷。

四、局部放電的表征參數(shù)

     局部放電是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過(guò)多種表征參數(shù)才能全面的描繪其狀態(tài)，同時(shí)局部放電對(duì)絕緣破壞的機(jī)理也是很復(fù)雜的，也需要通過(guò)不同的參數(shù)來(lái)評(píng)定它對(duì)絕緣的損害，目前我們只關(guān)心兩個(gè)基本參數(shù)。

1. 視在放電電荷——在絕緣體中發(fā)生局部放電時(shí)，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動(dòng)電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫(kù)（pc）表示，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的大視在放電電荷作為該試品的放電量。
2. 放電重復(fù)率——在測(cè)量時(shí)間內(nèi)每秒中出現(xiàn)的放電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，單位為次/秒，放電重復(fù)率越高，對(duì)絕緣的損害越大。

• 局放測(cè)試的試驗(yàn)系統(tǒng)接線。

    在了解了局部放電的基本理論之后，在本章我們的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嶋H操作，我們先介紹局部放電測(cè)試中常用的三種接法，隨后我們?cè)俳榻B整個(gè)系統(tǒng)的接線電路，后我們?cè)俜謩e介紹幾種典型的試品的試驗(yàn)線路。

• 局部放電測(cè)試電路的三種基本接法及優(yōu)缺點(diǎn)。

（一）并聯(lián)法        （二）串聯(lián)法          （三）平衡法

（1） 標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)電路，又稱并聯(lián)法。適合于必須接地的試品。

其缺點(diǎn)是高壓引線對(duì)地雜散電容并聯(lián)在 CX上，會(huì)降低測(cè)試靈敏度。

（2） 接法的串聯(lián)法，其要求試品低壓端對(duì)地浮置。

其優(yōu)點(diǎn)是變壓器入口電容、高壓線對(duì)地雜散電容與耦合電容CK并聯(lián)，有利于提高試驗(yàn)靈敏度。缺點(diǎn)是試樣損壞時(shí)會(huì)損壞輸入單元。

（3） 平衡法試驗(yàn)電路：要求兩個(gè)試品相接近，至少電容量為同一數(shù)量級(jí)其優(yōu)點(diǎn)是外干擾強(qiáng)烈的情況下，可取得較好抑制干擾的效果，并可消除變壓器雜散電容的影響，而且可做大電容試驗(yàn)。缺點(diǎn)是須要兩個(gè)相似的試品，且當(dāng)產(chǎn)生放電時(shí)，需設(shè)法判別是哪個(gè)試品放電。

值得提出的是：由于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件的限制（找到兩個(gè)相似的試品且要保證一個(gè)試品無(wú)放電不太容易），所以在現(xiàn)場(chǎng)平衡法比較難實(shí)現(xiàn)，另外，由于采用串聯(lián)法時(shí)，如果試品擊穿，將會(huì)對(duì)設(shè)備造成比較大的損害，所以出于對(duì)設(shè)備保護(hù)的想法，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)一般采用并聯(lián)法。

• 采用并聯(lián)法的整個(gè)系統(tǒng)的接線原理圖。

    該系統(tǒng)采用脈沖電流法檢測(cè)高壓試品的局部放電量，由控制臺(tái)控制調(diào)壓器和變壓器在試品的高壓端產(chǎn)生測(cè)試局放所需的預(yù)加電壓和測(cè)試電壓，通過(guò)無(wú)局放藕合電容器和檢測(cè)阻抗將局部放電信號(hào)取出并送至局部放電檢測(cè)儀顯示并判斷和測(cè)量。系統(tǒng)中的高壓電阻為了防止在測(cè)試過(guò)程中試品擊穿而損壞其他設(shè)備，兩個(gè)電源濾波器是將電源的干擾和整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)分開，降低整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的背景干擾。

根據(jù)上述原理圖可以看出，局部放電測(cè)試的靈敏度和準(zhǔn)確度和整個(gè)系統(tǒng)密切相關(guān)，要想順利和準(zhǔn)確的進(jìn)行局部放電測(cè)試，就必須將整個(gè)系統(tǒng)考濾周到，包括系統(tǒng)的參數(shù)選取和連接方式。另外，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)時(shí)，由于是驗(yàn)證性試驗(yàn)，高壓限流電阻可以省掉。

• 幾種典型試品的接線原理圖。

（1）電流互感器的局放測(cè)試接線原理圖

a電流互感器接線

（2）電壓互感器的局放測(cè)試接線原理圖

     A．工頻加壓方式接線原理圖

B．高頻加壓方式接線原理圖

為了防止電壓互感器在工頻電壓下產(chǎn)生大的勵(lì)磁電流而損壞，高壓電壓互感器一般采取自激勵(lì)的加壓方式。在電壓互感器的低壓側(cè)加一倍頻電源，在電壓互感器的高壓端感應(yīng)出高壓來(lái)進(jìn)行局部放電實(shí)驗(yàn)。這就是通常所說(shuō)的三倍頻實(shí)驗(yàn)。其接線原理圖如下：

(3)高壓電容器.絕緣子的局放測(cè)試接線原理圖

(4) 發(fā)電機(jī)的局放測(cè)試接線原理圖

（5）變壓器的局部放電測(cè)試接線原理圖

我們僅僅是在原理性的總結(jié)了幾種典型試品的接線原理圖，至于各種試品的加壓方式和加壓值的多少，我們?cè)谧鲈囼?yàn)的時(shí)侯要嚴(yán)格遵守每種試品的出廠檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)或交接檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

第三章  概述

智能局部放電檢測(cè)儀是我公司推向市場(chǎng)的新一代數(shù)字智能儀器，該儀器在原有產(chǎn)品的基礎(chǔ)上采用嵌入式ARM系統(tǒng)作為中央處理單元，控制12位分辨率的高速模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，將采集到的數(shù)據(jù)存放在雙端口RAM中。實(shí)現(xiàn)從模擬到數(shù)字的跨越。使用26萬(wàn)色高分辨率TFT-LCD數(shù)字液晶顯示模組實(shí)時(shí)顯示放電脈沖波形，配備VGA接口，可外接顯示器。與傳統(tǒng)的模擬式示波管顯示局部放電檢測(cè)儀相比有以下特點(diǎn)：

1.彩色顯示器，雙色顯示波形，更清晰直觀；

2.可鎖定波形，更方便仔細(xì)查看放電波形細(xì)節(jié)；

3.自動(dòng)測(cè)量并顯示試驗(yàn)電源時(shí)基頻率，無(wú)需手動(dòng)切換；

4.配備VGA接口，可外接大尺寸顯示器；

5.與示波管相比壽命更長(zhǎng)。

6.具有波形鎖定、打印試驗(yàn)報(bào)告功能

    本儀器檢測(cè)靈敏度高，試樣電容覆蓋范圍大，適用試品范圍廣，輸入單元（檢測(cè)阻抗）配備齊全，頻帶組合多（九種）。儀器經(jīng)適當(dāng)定標(biāo)后能直讀放電脈沖的放電量。

    本儀器是電力部門、制造廠家和科研單位等廣泛使用的局部放電測(cè)試儀器。

第四章  主要技術(shù)指標(biāo)：

    1．可測(cè)試品的電容范圍： 6PF—250uF。

    2．檢測(cè)靈敏度（見表一）：

表一

3、放大器頻帶：

（1）低端：10KHZ、20KHZ、40KHZ任選。

（2）：80KHZ、200KHZ、300KHZ任選。

4、放大器增益調(diào)節(jié)：

粗調(diào)六檔，檔間增益20±1dB；細(xì)調(diào)范圍≥20dB。每檔之間數(shù)據(jù)為10倍關(guān)系：如第三檔檢測(cè)數(shù)據(jù)為98，則第二檔顯示數(shù)據(jù)為9.8，如在第三檔檢測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)120，則應(yīng)調(diào)至第二檔來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)，所得數(shù)據(jù)應(yīng)乘以10才為實(shí)際測(cè)量值。

5、時(shí)間窗：

（1）窗寬：可調(diào)范圍15°-175°；

（2）窗位置：每一窗可旋轉(zhuǎn)0°- 180°；

（3）兩個(gè)時(shí)間窗可分別開或同時(shí)開。

6、放電量表：

0-100誤差<±3％（以滿度計(jì)）。

7、橢圓時(shí)基：

（1）頻率：50HZ、或外部電源同步（任意頻率）

（2）橢圓旋轉(zhuǎn)：以30°為一檔，可作360°旋轉(zhuǎn)。

（3）顯示方式：橢圓—直線。

8、試驗(yàn)電壓表：

精度：優(yōu)于±3％（以滿度計(jì)）。

9、體積： 320×480×190（寬×深×高）mm³。

10、重量：約15Kg。

三、系統(tǒng)工作原理：

本機(jī)的局部放電測(cè)試原理是高頻脈沖電流測(cè)量法（ERA法）。

試品Ca在試驗(yàn)電壓下產(chǎn)生局部放電時(shí)，放電脈沖信號(hào)經(jīng)藕合電容Ca送入輸入單元，由輸入單元拾取到脈沖信號(hào)，經(jīng)低噪聲前置放大器放大，濾波放大器選擇所需頻帶及主放大器放大（達(dá)到所需幅值與產(chǎn)生零標(biāo)志脈沖）后，在示波屏的橢圓掃描基線上產(chǎn)生可見的放電脈沖，同時(shí)也送至脈沖峰值表顯示其峰值。

時(shí)間窗單元控制試驗(yàn)電壓每一周期內(nèi)脈沖峰值的工作時(shí)間，并在這段時(shí)間內(nèi)將示波屏的相應(yīng)顯示區(qū)加亮，用它可以排除固定相位的干擾。

試驗(yàn)電壓表經(jīng)電容分壓器產(chǎn)生試驗(yàn)電壓過(guò)零標(biāo)志訊號(hào)，在示波屏上顯示零標(biāo)脈沖，橢圓時(shí)基上兩個(gè)零標(biāo)脈沖，通過(guò)時(shí)間窗的寬窄調(diào)節(jié)可確定試驗(yàn)電壓的相位，試驗(yàn)電壓大小由數(shù)字電壓表指示。

整個(gè)系統(tǒng)的工作原理可參看方框圖（圖一）。

四、結(jié)構(gòu)說(shuō)明

本儀器為標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱結(jié)構(gòu)，儀器分前面板及后面板兩部分，各調(diào)節(jié)元件的位置及位置和功能見下圖說(shuō)明。

1、4：長(zhǎng)按改變門窗的位置

2、3：長(zhǎng)按改變門窗的寬度

5：時(shí)鐘設(shè)置按鈕

6：按9號(hào)鍵鎖定后再按此鍵，即可打印試驗(yàn)報(bào)告

7：分壓比設(shè)置按鈕

8：門開關(guān)，重復(fù)按可選擇左右門

9：波形鎖定按鍵

10：橢圓旋轉(zhuǎn)按鈕

11：顯示方式按鈕

12：取消按鈕

A、B、C通道選擇旋鈕與后面板A、B、C測(cè)量通道相對(duì)應(yīng)