局部放电的测量
局部放电的测量
一、 局放的定义
绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，即尚未击穿。
二、 原因
1．绝缘体中含有气泡或其他杂质（如制造过程残留、绝缘老化、热胀冷缩出现裂缝）
2．介质不均匀（如气体—固体、液体-固体组合）
3．电极系统不对称（如针对板、圆柱体等或电位悬浮）
局部放电的危害
加剧老化程度
逐渐腐蚀、损坏绝缘材料
放电区域不断扩大
导致整个绝缘体击穿
三、典型的几种放电
1．内部放电：
原因： a．不同材料之间因为介质的电场强度不同，击穿场强不同
b．单一材料在制造上因工艺水平等问题产生的气泡、裂纹或其他杂质
图1-1 局部放电的等效分析图
a)简单模型 b)等效电路
放电过程示意图：
图1-2 放电过程示意图
uc－气泡上的电压，us－放电产生的反向电压，up－放电产生的脉冲信号
图1-3 介质内部气泡的放电图形
2．表面放电
原因：表面受潮或表面积尘等
图4-4 表面局部放电图
a)放电模型 b)放电图形
3．电晕
原因：导电性尖端物体对平板或地放电
图4-5 电晕放电图
a)放电模型 b)起始放电时 c)电压很高时
4．放电树
放电树也是由于绝缘介质中的缺陷而产生的。当放电树产生了一段时间后，它的“茎”和大的枝杆就会变成中空，在这些中空的区域里会产生大量的局部放电进而形成内部放电并会在相当短的时间里就造成绝缘击穿。
四、表征局部放电的参数
视在放电电荷（q）、 起始放电电压（ur ）、 放电熄灭电压（Uc）
放电重复率N（放电次数）、 放电能量（w）、 放电功率P、 放电平均电流I、
放电相位（
）
1.视在放电电荷（q）
在绝缘体中发生局部放电时，绝缘体上施加电压的两端出现的脉动电荷称为视在放电电荷。
2．起始放电电压（ur ）
当外加电压逐渐上升，达到能观察到出现局部放电时的最低电压，即为起始放电电压，并以有效值 ur来表示。为了避免测试系统灵敏度的差异造成测试结果的不可对比，实际上各种产品都规定了一个放电量的水平，当出现的放电达到或一出现就超过这个水平时，外加电压的有效值就作为放电起始电压值。
3．放电熄灭电压（Uc）
当外加电压逐渐降低到观察不到局部放电时，外加电压的最高值就是放电熄灭电压，以有效值Uc来表示。在实际测量，为了避免因测试系统的灵敏度不同而造成不可对比，一般也是规定一个放电量水平， 当放电不大于这一水平时，外加电压的最高值为熄灭电压Ue。
a)接触不良 b)感应
c)无线电 d)可控硅
图1-35几种干扰图形
五、 局放试验：
1．电源部分
接线如图：
2．电压互感器（PT）
电压互感器的试验方法可归结为两大类，即在被试品高压侧和低压侧加压
2.1.高压侧加压
国标《GB 1207-1997电压互感器》上推荐的电压互感器试验电路有三种方法，如图：
图1 检测阻抗和耦合电容器Ck串接
T—试验变压器；Ck为耦合电容器；Zm为检测阻抗；Z为电源滤波（也可位于低压侧）
图2 检测阻抗和电压互感器串接
图3 平衡回路
相对相电压互感器的局部放电试验线路应与相对地电压互感器一样(见图1),但应向两个高压端子轮流施加电压，共进行两次试验。当一个高压端子加压时，另一个高压端子应接到低压端子上。
2.2.低压侧加压
在《DL417-91电力设备局部放电现场测量导则》中规定： 现场试验原则上应按上述标准与规定进行。但若受变电所现场客观条件的限制，认为必须要对运行中的互感器进行局部放电时，又无适当的电源设备，则试验电压可用二次绕组自励磁产生：
图4 无耦合电容器Ck试验接线
A: 检测阻抗和电压互感器串接，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图4所示。外壳可并接在X处，也可直接接地。
B： 检测阻抗和耦合电容器Ck串接，其试验接线如图5所示。外壳可直接接地。
C： 当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器或性能相近的互感器连接成平衡回路的接线，如图6所示，被试互感器励磁，非被试互感器不励磁，以降低干扰。此时采用脉冲鉴别系统测试效果更佳。
图5 接有耦合电容器Ck的试验接线
图6 抑制干扰的平衡回路接线
注意：现场推荐做法为图1 (现场因考虑到试品移动的不方便性，特采用从耦合电容(1000pF/60kV—35kV等级)取信号的方法)
3．电流互感器（CT）
电流互感器局部放电试验，试验电压由外施电源产生，一般有三种检测方法：
a: 检测阻抗和互感器串接，以杂散电容Cs取代耦合电容器Ck，其试验接线如图7所示。试验变压器一般按需要选用单级变压器串接(例如单级电压为60kV的3台变压器串接)，其内部放电量应小于规定的允许水平。互感器若有铁芯C端子引出，则并接在B处。电容式互感器的末屏端子也并接在B处。外壳最好接B，也可直接接地。
b: 当干扰影响测量时，可采用邻近相的互感器或性能相近的互感器连接成平衡回路的接线，如图8所示，被试互感器施加高压，非被试互感器不施加高压，以降低干扰。此时采用脉冲鉴别系统测试效果更佳。
c: 检测阻抗和耦合电容器Ck串接，其试验接线如图8所示。外壳可直接接地。
图7 电流互感器试验接线
T—试验变压器；Ck为耦合电容器；Zm为检测阻抗；Z为电源滤波（也可位于低压侧）
图8 抑制干扰的平衡法接线
图9 接有耦合电容器Ck的试验接线
注意：现场因考虑到试品移动的不方便性，特采用从藕合电容(1000pF/60kV—35kV等级)取信号的方法
额定电压/最高工作电压/预加电压/测量电压换算表
KV
额定电压 | 最高工作电压Um | 预加电压0.8*1.3Um | 测量电压1.2Um/√3 | 测量电压1.1Um/√3 |
3 | 3.5 | 3.64 | 2.42 | 2.22 |
6 | 6.9 | 7.176 | 4.78 | 4.38 |
10 | 11.5 | 11.96 | 7.97 | 7.30 |
15 | 17.5 | 18.2 | 12.12 | 11.11 |
20 | 23.0 | 23.92 | 15.93 | 14.61 |
35 | 40.5 | 42.12 | 28.06 | 25.72 |
44 | 50.6 | 52.62 | 35.06 | 32.14 |
60 | 69.0 | 71.76 | 47.80 | 43.82 |
110 | 126.0 | 131.04 | 87.30 | 80.02 |
154 | 177.0 | 184.08 | 122.63 | 112.41 |
220 | 252.0 | 262.08 | 174.59 | 160.04 |
330 | 363.0 | 377.52 | 251.49 | 230.54 |
互感器加压步骤:
预加电压0.8×1.3Um，持续时间不小于10s，然后在测量电压1.1Um/ 3 下保持1min，局部放电量一般不大于100pC
4．变压器（一般以110kV/220kV/500kV为主）
主变试验做法：
变压器试验电源一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。 变压器局部放电试验的基本原理接线，如图11所示：
(a)单相励磁基本原理接线
(b)三相励磁基本原理接线
(c)在套管抽头测量和校准接线
图11 变压器局部放电试验的基本原理接线
嘉善500kV变电站500kV主变局放试验步骤：
1． 校压：在低压侧加入一个低值电压，通过变比计算高压侧电压为U
实测值高压侧电压为U’
计算：升压误差=（U-U’）/ U *100% <2%为合格
2． 方波校准：在高压侧对地之间，输入一个脉冲方波（500pC），用局放仪校准对应的量为500pC。
3． 升压监测局放量。
加压时间过程:
在电压升至U2及由U2再下降的过程中，应记下起始、熄灭放电电压。
图5 变压器局部放电试验的加压时间及步骤
局部放电试验一般步骤
局部放电试验是非破坏性试验项目，从试验顺序而言，应放在所有绝缘试验之后。通常是以工频耐压作为预激磁电压持续数秒，然后降到局部放电试验电压(一般为Um/√3的倍数，变压器为1.5倍，互感器为1.1～1.2倍)，持续时间几分钟，测局部放电量；
预激磁电压是模拟运行中过电压，预激磁电压激发的局部放电量不应由局部放电试验电压所延续，概念是系统上有过电压时所激发的局部放电量不会由长期工作电压所延续。这一方法是使变压器或互感器在Um/√3长期工作电压下无局部放电量，以保证变压器能安全运行，使局部放电起始电压与局部放电熄灭电压都能高于Um/√3。
具体步骤:
1.选择试验线路确定试验电源
局部放电试验回路的连接方法，应依照国标GB7354-2003《局部放电测量》及行标DL417-91《电力设备局部放电现场测量导则》进行。具体可参看所附资料（局部放电测量试验线路的选择）
选择试验线路的同时应参考目前拥有试验电源的容量
对试验电源的要求：
变压器：
一般采用50Hz的倍频或其它合适的频率。三相变压器可三相励磁，也可单相励磁。
电流互感器：
一般可选用频率为 50Hz的试验电源。
电压互感器：
为防止励磁电流过大，电压互感器试验的预加电压，推荐采用150Hz或其它合适的频率作为试验电源。一般可采用电动机—发电机组产生的中频电源，三相电源变压器开口三角接线产生的150Hz电源，或其它形式产生的中频电源。
当采用磁饱和式三倍频发生器作电源时，因容易造成波形严重畸变，使峰值与真有效值电压之间的幅值关系不是√2倍的倍数关系，可能造成一次绕组实际电压峰值过高，造成试品损坏，故必须在被试品的高压侧接峰值电压表监测电压。
电压波形应接近正弦形。当波形畸变时 ,应以峰值除以√2作为试验电压值。
2、确定局放允许水平选择标准脉冲进行校准
依据DL/T 596-1996《电力设备预防性试验规程》和有关反事故技术措施之规定，结合1997年以来新颁布的相关国家标准和行业标准，确定试品的局部放电允许水平（试验判据）。具体可参看所附资料（电力设备局部放电试验允许水平）
确定试验判据以后，可选择标准脉冲进行试验回路的校准。如局放允许水平为100PC，也可选择100PC标准脉冲进行校准
3、加压测量
3.1变压器试验：
试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升至规定测量电压，保持5分钟；然后试验电压升到预加电压，5秒后降到规定测量电压，30分钟无上升趋势时即可降低电压到1/3测量电压以下，方能切除电源。如对所测量的局放不稳定的变压器，应延长测量时间，在不危及变压器安全的前提下，达到局放稳定时为止。
对局放大的变压器，应测量局放的起始放电电压和熄灭电压，以便确定故障的性质。
起始放电电压：电压从低值缓慢均匀上升，一直到放电量刚刚超过局放规定值，此时所加电压即为起始放电电压
熄灭电压：当电压升过起始放电电压后（一般高10℅），然后将电压缓慢均匀下降，直到放电量刚刚小于局放规定值，此时所加电压即为熄灭电压
3.2互感器试验：
试验电压应在不大于1/3规定测量电压下接通电源，再开始缓慢均匀上升到预加电压保持10秒后，降到规定测量电压，保持1分钟以上，再读取放电量；最后降以1/3测量电压以下，方能切除电源。
4、局部放电的观测
读取视在放电量值时应以重复出现的、稳定的最高脉冲讯号计算视在放电量。偶而出现的较高的脉冲可以忽略。
测量回路的背景噪音水平应低于允许放电水平的50%。当试品的允许放电水平为10PC或以下时,背景噪音水平可达到允许放电水平的100%。
测量中明显的干扰可不予考虑。
