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上海蓝波 第九期局放培训班 串联谐振局放试验系统的操作 第一章 高压交联电缆的试验 刘昌鼎第一节 高压交联电缆例行试验要求gb/t12706-2002, “额定电压1kv(um=1.2kv)到35kv(um=40.5kv)挤包绝缘电力电缆及附件”标准规定，例行试验有：1. 导体直流电阻试验2. 局部放电试验1.73u0下应不大于10pc3. 交流电压试验3.5 u0/5min电缆的工作电容和电流要求截面mm26/6, 6/10kv8.7/10, 8.7/15kv64/110kv127/220kv截面mm2f/kma/kmf/kma/kmf/kma/kmf/kma/km250.19221.090.15761.510.1292.95/240350.21161.200.17251.650.1392.79/300500.23671.340.19171.840.1563.130.1184.71400700.26931.520.21672.080.1693.400.1244.94500950.29991.700.24002.300.1883.780.1385.506301200.32661.860.26032.490.2144.300.1556.188001500.35702.020.28342.710.2314.640.1726.8610001850.38732.190.31232.990.2424.860.1797.1412002400.42902.420.34393.290.2595.200.1907.5814003000.47062.660.37553.600.2735.490.1987.9016004000.53113.000.42134.030.2845.710.2078.2518005000.58393.300.46134.420.2965.950.2158.5720006300.64813.660.50994.88/0.2218.812200800/0.2329.252500上表中电容量c是由资料摘录的，电流a是不同的试验电压u计算值，常用数学计算公式：i=uc ，=2 ， = 50hz现在国内最广泛使用的交流聚乙烯电力电缆，其电压等级有两种，8.7/15和26/35。按gb/t127006-200标准规定，局部放电试验电压和交流电压试验的需求如下：1. 局部放电试验电压1.73u0 不大于10pc电压等级8.7/15kv u局=1.738.7=15.05kv u局=1.7326=44.98kv2. 交流电压试验3.5 u0/5min电压等级8.7/15kv u试=3.5 u0=3.58.7=30.45kv 26/23kv u试=3.5 u0=3.526 =91kv 上海蓝波 第九期局放培训班第二节 高压交联电缆的试验交流电压获得途径高压交联电压的试验交流电压获得的途径一般有两种，直升方式和串联谐振方式。一、 直升式试验交流高电压电路方框组成如下:交流380v -调压器-升压变压器-高压滤波器-试品电缆 | | | | | | 升降控制器 局部放电试验仪直升式试验交流高压系统的功率容量较小，常用作样品短线试验，该系统一般作为实验室专用设备。使用的单位不多，其工作原理与串联谐振升压系统有许多相似，这里不作详细介绍。二、 串联谐振升压方式串联谐振升压方式的电路组成如下图所示，交流380v-隔离变压器-调压器-电抗器-高压滤波器-试品电缆 | | | | | |升/降电压控制器 局部放电试验仪由上图我们看出，框图中增加了励磁变压器、电抗器，其工作原理用试品电缆的电容与电抗器的可调电感构成串联电路，系统特点应用试品电缆的现成电容资源。通过调谐可调电感的感抗和试品电缆的电容容抗相等。在电源频率激励下达到谐振产生高压。串联谐振局放试验系统的优点是：投资成本低，设备体积小，对电网影响小，整个系统的功耗仅为直升式系统的1q倍。目前，国内外高压交联电缆的高压试验，局放试验均用这种方式。 图中各方框图的工作原理及技术指标。1 进线电源380vac进线原理应采用独立供电单元，由10kv（50kva）/380v独立变压器供电。380vac的电力电缆必须分相铜带屏蔽，钢带铠装，长度约150米200米，再加上低压开关柜组成系统的独立电源。主要作用隔离及衰减来自工厂用电设备及电网传导干扰，分相钢带屏蔽电缆相当于分布参数l.c的长线，对高频信号干扰进行有效衰减，所以该低压输电电缆，其长度越长越好。2 隔离变压器380v/380v双屏蔽静电隔离变压具有电路隔离及电源地与屏蔽地的隔离。主要是隔离、衰减来自供电电源包括供电系统中线、地线的干扰。技术性能：10khz衰减20db。 上海蓝波 第九期局放培训班3 调压器tdgz平面接触式调压器（现在大都采用圆盘式调压器），调压器调压驱动按用户要求可用dc或ac变速方式。该装置特点：零电压起调，损耗低，一般小于等于1%，波形畸变小（0.2%），调节电压平稳、火花小、噪音低。4 电抗器电抗器式由励磁变压器与可调电感器组成并置于一个油箱内，特点式电感调节范围大，负载电容量=0.02f起振，设计有高压无局放转换开关，改变电压输出。同时改变电抗器l值，最大谐振电容可达12f。 高压输出电压：10kv120kv 高压输出电流：10a20a30a5 高压滤波器高压滤波器电路由23只电感元件，12只高压电容组成“t”滤波电路主要技术参数： 电压：50kvac100kvac120kvac 电流：10a20a30a 电容: 4000pf2(c+ck=0.012 可做空载调谐升压) 电感：500mh 增益：4060db（10khz1mhz） 放电水平：80%输出电压时2pc 高压滤波器有效地衰减来自高压电抗器产生的局放干扰，同时阻止试品中局放信号从电抗器侧分流，提高局放试验灵敏度。6 升/降压控制器、局部放电测试仪的工作原理及参数等指标在后面章节介绍。 上海蓝波 第九期局放培训班第二章 串联谐振局放试验系统第一节 局部放电的产生及表现形式一、 局部放电的特性局部放电定义：在电场的作用下，绝缘体的部分区域发生放电（短路）而没有形成整个绝缘体击穿，该现象称为局部放电。表现形式：发生在绝缘体内部局部放电称之内部放电。 发生在绝缘体表面局部放电称之表面放电。 发生在高压导体周围气体中的放电称之电晕。 局部放电产生的原因 产生局部放电的基本原因：电场集中，绝缘中存弱点（缺陷），在这样的区域中其电场强度达到介质击穿场强时，该区域就发生放电。如在固体或液体介质中含有气泡，在电压的作用下，气泡中的场强比介质中的场强r倍（r为固体绝缘的相对介电数常数），气体（泡）的击穿场强通常比固体或液体介质强度低，气泡首先击穿，即发生了局部放电。 那么在电线电缆，环氧浇铸互感器及变压器中都会因生产过稳中残留气泡，会因产生过程的热胀冷缩，有机物的分解等作用产生气隙等，这些生产中出现的缺陷都发生局部放电的现象。二、 电缆的放电特性及脉冲电流法。1、 挤塑绝缘的局部放点特征性。按图标及iec标准要球，相电压6kv的挤塑绝缘电缆都应在做pd试验。电缆在运行和试验中都存在三种比较典型的放电现象。即内部放电表面放电，电晕。 内部放电a 是绝缘中的气孔四周都是绝缘体，（原因：原材料不够干燥及其主工艺原因，在绝缘内形成大小型状不同的气泡）放电特性如图所示 上海蓝波 第九期局放培训班放电为离散脉冲，比较稳定集中在090，180270之间，正负半同对称，电压上升则等效放电面积增大，放电量和入电次数增加，起始电压稍高于熄灭电压，及uiue b,c等绝缘层怀与屏蔽层之间的裂缝。（产生中）运行中的热胀冷缩，反复弯曲都可能导致层间分离，在形式试验项目中的热循环前后和弯曲前后的局部放电测量就是针对这类缺陷的。d，e缺陷为内外屏蔽伸入绝缘中的尖端。如内屏不完整露出铜芯，内屏蔽上粘有半导体焦粒，外屏蔽划伤，压伤嵌入绝缘中。 特点：导电类端伸入绝缘中，造成电场集中，尖端与绝缘之间不能存在气隙，放电起始电压比尖端形状有关，差异很大，即放电不对称，不稳定，起始电压明显于熄灭电压。f：绝缘中的导电体或其它杂质，造成电场集中与电位浮动，放电比较稀少，随机，时间与相位都难定。表面放电 电缆终端的半导体切断处，电场集中，面空气与绝缘界面是击穿的弱关，在较低的压下，有表面放电存在，随着电压升高，放电向前沿伸，放电量亦随之增加，示波图上放电脉冲不对称，大多分布在正半周峰值两侧。这类放电不是电缆本身缺陷形成的。3、电晕 电场空间的导体尖端都可能产生电晕。如图示：针电极按高压电压上升，负半周峰值附近出现整齐的放电脉冲，电压继续升高，正是半周出现放电，放电量较大，次数较少，若尖端按地，则极端与上述相反。（正半周脉冲小而多，负半同脉冲大而少）高压引线太细，周围有导体尖端，存在浮动电压，试品按地不良。 上海蓝波 第九期局放培训班第二节串联谐振工作操作一、 串联谐振工作原理试验升压系统是应用电学中的串联谐振的工作原理，应用串联谐振的原理升压，只需1/qui就能满足试验要求，最大的优点是设备体积小，功率容量小，节约能源。串联谐振试验系统的工作原理图如下： 图1-1（a） 串联谐振系统的工作原理图图1-1（b） 图（a）的等效电路图中：t1：接触式调压器，输出设定大小的电压。 t2：励磁变压器，升压变压器，是系统的二次电源，为串联谐振的电源ue降低系统的q值，使系统在实际制造时降低提高q值的难度。 c：可调式电感，是电抗器的的核心部分。 c：试品电缆的等效电容。 r：系统内部的损耗电阻，r越小，系统品质因素q值越高。 -j xc v -j xc ve由原理图得：vc = = r+ j (xl xc) xl =xc r 上式中：-j xc = 1 即 vc = 1 ve = qve jwc jwcr式中q称为品质因素： 上海蓝波 第九期局放培训班 ve ve回路电流：i = = r+ j (xl xc) xl =xc r ve则输入功率：p= r 1 ve ve 1 =qp电容上的功率：pc=xci= =q q= wc r r wcr 从上式看出，电容上的功率具有输入功率的q倍，若q=40倍时，电缆试样，电源只需从电网上取1q的功率。小结：工作原理是串联谐振，谐振条件。 输出电压是电源电压的q倍，从电网取1q的功率，就能满足系统功率的需求。 二、 耐压实验一般情况下，电缆样品先进行2.5u0耐压试验，通过后方可进行pd测试，以防止电缆击穿损环pd测试设备及仪器。1、 定时器开关置于“关/off”，定时设定在30min方可进行升压；2、 合控制电源“合/on”电搞器电源“合/on”，并打开联锁，此时绿灯及黄灯亮；3、 合高压“合/on”，高压指示红灯亮，升励磁电压100-200v，调节电抗器铁心间隙，注意间隙速度先快后慢，即调压器先设置于75-100v，注意高压电压表，一旦有高压输出指示，立即将调压器电压降至25v左右以降低调谐速度，调整系统谐振点，使cos1附近。4、 逐步升高励磁电压，并不断调节间隙大小，以调整谐振点，直至到达到2.5u0试验电压值。按标准要求： 64/110kv交联电力电缆，电压值约为160kvr.m.s 26/35kw交联电力电缆，电压值约为65kvr.m.s5、 定时耐压：此时将定时器开关置于“合/on”，开始定时，计时到30min，调压器自动回零，耐压试验结束。若耐压试验pass通过，不必切断高压可按以下程序进行pd测试。6、 对于电压等级在35kv以下的电缆也可进行3.5u0的耐压试验，耐压时间为5min。具体步骤与上述相同。第三节局部放电测试局部放电测试常用方法。 脉冲电流法：（国外称era法）原理：放电时电荷迁移，在试品两端引起电压波动，产生与外界的电荷转移，引起脉冲电流，该脉冲电流通过检测阻抗取样，放大，得到代表视在放电量的 可测电压。 无线电干扰法（riv法）局部放电产生的频谱很宽，从几千周到千兆周，因此，用无线电干扰仪，测量由试品两端直接耦合，或通过无线耦合列测试回路上的放电脉冲信号。 上海蓝波 第九期局放培训班 电桥法，局部放电引起试样在外界额外的能量交换，其中部分能量损失了，导致 增加，用电桥测出 的变化，由此估计局放放电强度。 目前，在我国电缆行业广泛使用的局部分电试验仪均以脉冲电流法为基础。jf-2000局放测试仪主要技术性能及pd测试控制操作。jf-2000局放测试仪采用era脉冲电流法电气原理，参照英国罗宾逊公司modle-5（type 700）局放仪技术研制生产，基本保持其全部功能及技术指标，为使用方增加pc及kv数显功能，为提高局放量超标的电缆定位方便，增加了定位的信号方便大器，放电量10pc的电缆可以定位，其精度仍在电缆长的1%左右。1、 主要特点：a)变带放大器有九种频带组合，以减小系统某种频率的干扰对pd测试的影响。 如：为减小系统的磁饱和干扰（低频）对pd测试的影响，可适当提高下限截止频率f1，而系统在采用屏蔽体，无外界空间来无线电等高频干扰情况，可提高上限截止频率f2，使放大器工作在频带较宽状态，以提高检测灵敏度及脉冲分辨率。b)测试灵敏度高jf-2000局放仪前置放大器增益80db，主放大器增益40db，放大倍数最大为120db。可测试品电容范围大（6pf250uf）。对电缆测试，ck=7000pf,ca=0.021uf以上，调谐电容7000pf时，在不平衡时的检测灵敏度最高为0.1pc0.3pc。 ck：耦合电容， ca：试品电容 c) 放大器脉冲响应范围大，校正定标脉冲不对称5%，pc读数不对称3%,有利 于正确的定标校正。d) 脉冲分辨率高jf-2000局放仪由于波形重叠造成脉冲幅度误差10%的时间间隔，在宽带响应时，tr在20us35us (f1=20khzf2=300khz).iec-270标准第4.4.2条规定：“tr=100us ，认为可以接受，如果明显小于100us是更希望的”。tr与放大器带宽有关，带宽增大，tr减小，tf-2000局放仪的tr在20us35us，明显小于100us。e) pd测量误差小 pd测量在iec-270第5.2条认为“允许误差”通常大于别的测量仪器，具体数 值在研究考虑中”。第7条认为“局放放电现象受某些因素影响很大，因为，有 人认为pd测量不是一种精密测量，误差最大可达20%。本系统pd测量组件，如pc表，定标方波，高压注入电容cg，其误差已符合我国制订的有关标准，如定标方脉冲：tr0.1us,ug0.5%(幅值误差)，cg误差4%，pc表的测量精度3%可保证pd测量误差10%2、 各组件的电气原理，性能指标。a. 显示单元显示方式,椭圆形/直线.可旋转0-30-60-90-120调节功能:亮度调节及聚焦调节 上海蓝波 第九期局放培训班b. 门单元门窗宽范围：15-150门窗位置：每个门窗位置可变化170（即旋转170）门电路由r-c移相电路，零电平放大检测电路及脉宽调节电路组成，讯号送至pc表及显示单元，控制pc表pd讯号连通电子开关及显示单元增辉电路。零电平放大检测选用lm351运算放大器，脉宽调制选用sc12或74121单稳触发器。门单元可有效地将固定干扰讯号调至窗外，不进入pc表，且不在示波屏上显示出来。c. pc表数字式0100.03%（满量程）测试重复频率：20vhepc电路峰值检测电路，线性放大器电路组成，pd信号由峰值检测电路检测到最大正/负峰值，送至数显表头，读出pc值。d. 定标脉冲发生器tr-脉冲前沿100us; 实测值50ust1-脉冲后沿200us; 实测值1000usupeck脉冲幅值，10mv4v，分11档，误差5%pc输出（cq=100/pf）1，2，4，5，10，20，40，100，200，400pc分11档，cq误差4%f-重复频率50hz，zr输出阻抗100电路原理：发生器电路由r-c移相电路，40106组成单位方波电压波形线路，经3dk4b组成射跟随器阻抗变换，等输出阻抗衰减网络，输出一个10mv-4v方波脉冲电压，其输出阻抗50，定标脉冲发生器具有很好的负载性。e. 变带放大器单元（前置放大器）频带：f1、10、20、40khz，f2 80、200、300khz响应： 或增益：粗调五档，每档20db0-1-2-3-4-5 微调20 db放大器电路采用3dj4e低噪声场效应之极管作前置极放大，使放大器噪声降至由电阻引起的热噪声，保证其增益达80db增益调节由输入级电阻衰减器及放大级电子衰减器组成五档衰减每档20db1db，微调20 db，保证五档这间衔接。f试验电压表单元 试验电压从cvd分压器引入0100vac电压信号，经同轴电缆送入试验电压表电路，经二次分压，精密整流，电压跟随器送至数显表头，该单元同时产生一个峰值信号，送至主放大器，在示波屏椭圆上显示出来。 测量误差3%2pd测试操作a.试验准备：按要求进行正确接线，高压导线直径必须足够大，以免产生pd，则时必须注意正确可靠接地。 接地线应有足够截面，最好用宽大于100mm铜带组成的接地线 上海蓝波 第九期局放培训班绝缘地坪上所有设备，仪器的接地上有一点接至接地体，（单点接地）同时屏蔽房，控制室内控制台是机箱外壳均应可靠接地，且其接地线应与测量接地线分开，高压试验回路的地线与测量回路地线也应分开，试验回路（主回路）地线在励磁变压器高压尾一端接地，由于高压试验回路地线中流过较大试验电流（130a），接地线截面应足够大并与电抗器高压尾连接后接地。b.接通控制电源，检查所有设备，仪器已进入正常状态。c.jf-2000开机准备,时基扫描置于椭圆方式，放大器增益调至最低。d.合上jf-2000电源，调节亮度及聚焦，使椭圆清晰可见。e.进行放电量定标校正，系统采用高压直接定标校正，高压注入电容cg=100pf/100kv，打开定标脉冲输出，可用5pc,10pc,或20pc进行定标校正，调节放大器增益（gain），使pc表续数为100，关闭定标脉冲输出，然后，放大器倍分档调至最小，微调档不动。f.合高压，失调谐振点，后逐步升压至1.2倍pd测试电压，经1分钟后降至pd测试电压，或先做5分钟3.5v。或2.5v。耐压试验后降至pd测试电压，放大器倍率恢复到校正时档位，此时可在数字式表头读出pc值，数字表续数不要超过120.0，否则不保证精度而使测试无效。要观察放电相位，分析放电类别，可打峰标。g. 如产品另有规定外，pd测试时间工作规定，测得pc按产品标准规定进行判断，做好记录，将好记录，将励磁电压降至零，切除高压，再切除全部控制电源。清理试品及试验场地，除紧急情况外，禁止高压下切除电源。 上海蓝波 第九期局放培训班 第四章 故障电缆的定位方法交联电缆在生产流程中常用一些难以预见的因素，如：电缆料的湿度，存放时间，挤塑和温度控制，成缆过程中的碰撞等原因，出现了局放量起出标准的故障电缆。为减少损失，必须对局放量超标的电缆进行定位，故障定位是一项较难操作的工作，下面用深入浅出的方法介绍故障电缆定位一系列基本操作方法。1 基础知识：a. 定位电原理图上述图中：cg：注入电容（校正电容）100pf/100kv。 ck：耦合电容。 c1*：千伏分压低臂电容，系统电压调配电容。 c7c8，l3，l4，高通网络 其它元件性能在相关的资料均有介绍，这里不再叙述。 上海蓝波 第九期局放培训班电路工作原理：c7，c8，c9三电容与l3，l4构成二级“t”型高通网络。来自电缆的局放信号经二级“t”型网络，其低频信号被滤掉，高频信号经二级“t”型网络被定位仪检测，定位仪在操作人员的工作下，可以捕捉列其特定的波形，经分析可测得故障电缆的长度。b. 定位仪（tektronix示波器）定位仪是常用的泰克数字示波器，其性能满足下列参数： 频带宽度 dc-150mhz ac-（10hz）150mhz 双踪扫描 偏转灵敏度为2mv5v/div 数字样存贮8位，采样速度为100ms/s这些参数的指示足够满足故障电缆的定位。泰克数字示波器的图示画面的含义，其图示画面是直角坐标系，水平轴是时间，（10ms，5ms ，2.5ms2.5ms,1 ms）/div,垂直轴是电压幅度（5v ，2v,，1v50mv，20mv，10mv）/div，垂直图示如下： 1图示波形：电压幅度um=10v, 频率f = = 50 hz t2t1在以后的章节中介绍的定位图形的读法是上图显示的正弦交流电的读法一样。2 泰克数字示波器有关设置。a.泰克数字示波器操作面板（中文版）由下图所示： 上海蓝波 第九期局放培训班按上图操作面板，将有关定位的操作作详细的介绍。ch1，ch2，分别是二个信号通道（简信道），都可以使用，通常用的是ch1信道。 垂直菜单，按此键后，在显示屏最右边显示垂直菜单的内容，可根据下列内容修改垂直菜单。耦合直流，带宽限制开20mhz，伏格粗调，探头1，反相关闭。在垂直菜单下方有一旋钮，它是cht信道“伏/格”旋钮，向左转动每格的单位伏增加例：500mv/格，1v/格，2v/格，向右转动每格的单位伏减少，最小可达10mv/div,5mv/div注意：当送入一个40pc100pc的校正信号，寻找电缆长度的图形时。伏/格旋钮向右转动，即：200mv/div,100mv/div10mv/div直至找到图形。在升电压寻找电缆放电点前，伏/格旋钮向左转动至最高单位伏/格，（例如：5v/div,10v/div）,当电压升达局放试验电压，伏/格旋钮。向右转动，寻找电缆放电图形。垂直菜单ch2信号（暂不用）水平菜单，按此键，修改显示屏右侧菜单内容与下列设置一致。水平菜单下面的秒/格旋钮，其转动选择的秒/格与电缆长度有关，一般在1-5ms/格。在水平菜单上面有一旋钮，转动该旋钮可以调整显示屏上边的指针位置（），该指针是测试图形的时间触发指针，其位置如图所示：指针在显示屏的左边第二垂线位置上，若指针位于显示屏外，就难以寻找定位图形，在转动图形，在转动秒/格旋钮一定注意该指针的位置，可按本节内容适当调整。触发菜单，按该键后，按设置要求修改菜单内容。类型边沿，信源ch1，斜率上升，触发方式自动，耦合直流触发菜单上面的触发电平旋钮，可以调整显示屏右侧的指针的上下电平触发位置