局部放电试验.ppt

第三章局部放电试验 第一节局部放电特征及原理 1 特性 局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电 2 原因 它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷 在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象 3 现象 它表现为绝缘内气体的击穿 小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等 一 局部放电的特征 4 危害 这种放电的能量是很小的 所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度 但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电 这些微弱的放电将产生累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大 最后导致整个绝缘击穿 局部放电是一种复杂的物理过程 除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外 还会产生电磁辐射 超声波 光 热以及新的生成物等 从电性方面分析 产生放电时 在放电处有电荷交换 有电磁波辐射 有能量损耗 最明显的是反映到试品施加电压的两端 有微弱的脉冲电压出现 局部放电产生过程 1 如果绝缘中存在有气泡 当工频高压施加于绝缘体的两端时 如果气泡上承受的电压没有达到气泡的击穿电压 则气泡上的电压就随外加电压的变化而变化 外加电压不够高 不足以产生局部放电 2 若外加电压足够高 即上升到气泡的击穿电压时 气泡发生放电 3 产生空间电荷 放电过程使大量中性气体分子电离 变成正离子和电子或负离子 形成了大量的空间电荷 4 空间电荷作用 这些空间电荷 在外加电场作用下迁移到气泡壁上 形成了与外加电场方向相反的内部电压 这时气泡上剩余电压应是两者叠加的结果 5 局部放电重复发生 当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时 于是气泡的放电暂停 气泡上的电压又随外加电压的上升而上升 直到重新到达其击穿电压时 又出现第二次放电 如此出现多次放电 6 视在放电量 当试品中的气隙放电时 相当于试品失去电荷q 并使其端电压突然下降 U 这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上 所有局部放电测试设备的工作原理 就是将这种电压脉冲检测出来 其中电荷q称为视在放电量 二局部放电机理 气隙放电等值电路 局部放电产生的几种情况 1 气隙放电2 油隙放电3 极不均匀电场放电 局部放电过程 局部放电 第一次放电 第二次放电 第n次放电 局部放电发生与否 间隙放电电荷和电压随时间的变化 局部放电脉冲的形成时间 除了极不均匀电场和油隙放电的情况外 一般在0 01us以下 表征局部放电的参数 1 实际放电量qr 2 视在放电量qa 视在放电电荷是指产生局部放电时 一次放电在试样两端出现的瞬变电荷 条件 1 介质电阻Ra Rb以及气隙电阻Rc都很大 2 放电时间极短 10 8s 假定 在放电过程中 1 电源来不及供给补充电荷 2 各个电容上的电荷没有泄漏掉 关于实际放电量qr和视在放电量qa的讨论 1 因此 2 真正代表放电量大小的是qr 而非qa 3 两个视在放电量qa相同的试品 不能直接通过qa的大小比较实际放电量的大小 而要具体分析Cb Cc的差别 即具体问题 具体分析 3 局部放电起始电压Ui 局部放电起始电压 是指试样产生局部放电时 在试样两端施加的电压值 在实际测量中 施加电压必须从低于起始放电的电压开始 按一定速度上升 同时 为了能在灵敏度不同的测试装置上所测的起始电压进行比较 一般是以视在放电电荷超过某一规定值时的最小电压值为起始放电电压 4 局部放电熄灭电压Ue当加于试品上的电压从已测到局部放电的较高值逐渐降低时 直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的最低电压 实际上 熄灭电压是局部放电量值等于或小于某一规定值时的最低电压 5 放电发生重复率 每秒放电重复的次数 各类局部放电的特点 1 绝缘介质内部局部放电 内部局部放电 1 在绝缘介质内部 2 介质与电极之间的气隙放电 放电的特性与介质的特性和气隙的形状 大小 位置以及气隙中气体的性质有关 绝缘介质内部气泡放电波形 外加电压较低 外加电压较高 特点 1 正负半周放电脉冲的图形基本上对称 2 90 和270 之后的一段相位内不会出现放电脉冲 绝缘介质内部气泡放电波形 电极与绝缘介质之间气隙放电波形 特点 1 正负半周放电脉冲不对称 2 高压端 正半周放电大而疏 后半周放电小而密 3 低压端 反之 2 介质表面局部放电 2 介质表面局部放电放电波形 特点 1 正负半周放电脉冲不对称 2 高压端 正半周放电大而疏 后半周放电小而密 3 低压端 反之 3 电晕放电 电晕放电是在电场极不均匀的情况下 导体附近的电场强度达到气体的击穿场强时发生的 这时在距电极间其它地方的电场强度仍然低于击穿场强 因此放电只是发生在局部区域而没有贯穿整个电极之间 典型不均匀电场 尖 板电极 3 电晕放电放电波形 电压较低 电压较高 特点 1 正负半周放电脉冲不对称 2 局部放电总是先出现在负半周 3 随着电压升高 正半周开始出现局部放电 局部放电几个主要参量 1 视在放电电荷q 它是指将该电荷瞬时注入试品两端时 引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量 视在电荷一般用pC 皮库 来表示 2 局部放电的试验电压 它是指在规定的试验程序中施加的规定电压 在此电压下 试品不呈现超过规定量值的局部放电 3 局部放电能量 是指因局部放电脉冲所消耗的能量 4 局部放电起始电压Vi 当加于试品上的电压从未测量到局部放电的较低值逐渐增加时 直至在试验测试回路中观察到产生这个放电值的最低电压 实际上 起始电压ui是局部放电量值等于或超过某一规定的低值的最低电压 5 局部放电熄灭电压Ve 当加于试品上的电压从已测到局部放电的较高值逐渐降低时 直至在试验测量回路中观察不到这个放电值的最低电压 实际上 熄灭电压ue是局部放电量值等于或小于某一规定值时的最低电压 2 局部放电的分类局部放电是由于电气设备绝缘内部存在的弱点 在一定外施电压下发生的局部的和重复的击穿和熄灭现象 随着绝缘内部局部放电的发生 将伴随着如光 热 噪音 电脉冲 介质损耗的增大和电磁波放射等现象的发生 这种放电可能出现在固体绝缘的空穴中 也可能在液体绝缘的气泡中 或不同介电特性的绝缘层间 或金属表面的边缘尖角部位 所以以放电类型来分 大致可分为绝缘材料内部放电 表面放电及电晕放电 1 内部放电在电气设备的绝缘系统中 各部位的电场强度往往是不相等的 当局部区域的电场强度达到电介质的击穿场强时 该区域就会出现放电 但这种放电并没有贯穿施加电压的两导体之间 即整个绝缘系统并没有击穿 仍然保持绝缘性能 发生在绝缘体内的称为内部局部放电 当绝缘介质内出现局部放电后 外施电压在低于起始电压的情况下 放电也能继续维持 该电压在理论上可比起始电压低一半 也即绝缘介质两端的电压仅为起始电压的一半 这个维持到放电消失时的电压称之为局放熄灭电压 而实际情况与理论分析有差别 在固体绝缘中 熄灭电压比起始电压约低5 20 在油浸纸绝缘中 由于局部放电引起气泡迅速形成 所以熄灭电压低得多 这也说明在某种情况下电气设备存在局部缺陷而正常运行时 局部放电量较小 也就是运行电压尚不足以激发大放电量的放电 当其系统有一过电压干扰时 则触发幅值大的局部放电 并在过电压消失后如果放电继续维持 最后导致绝缘加速劣化及损坏 2 表面放电如在电场中介质有一平行于表面的场强分量 当其这个分量达到击穿场强时 则可能出现表面放电 这种情况可能出现在套管法兰处 电缆终端部 也可能出现在导体和介质弯角表面处 内介质与电极间的边缘处 在r点的电场有一平行于介质表面的分量 当电场足够强时则产生表面放电 在某些情况下 可以计算空气中的起始放电电压 表面局部放电的波形与电极的形状有关 如电极为不对称时 则正负半周的局部放电幅值是不等的 当产生表面放电的电极处于高电位时 在负半周出现的放电脉冲较大 较稀 正半周出现的放电脉冲较密 但幅值小 此时若将高压端与低压端对调 则放电图形亦相反 3 电晕放电电晕放电是在电场极不均匀的情况下 导体表面附近的电场强度达到气体的击穿场强时所发生的放电 在高压电极边缘 尖端周围可能由于电场集中造成电晕放电 电晕放电在负极性时较易发生 也即在交流时它们可能仅出现在负半周 电晕放电是一种自持放电形式 发生电晕时 电极附近出现大量空间电荷 在电极附近形成流注放电 现以棒 板电极为例来解释 在负电晕情况下 如果正离子出现在棒电极附近 则由电场吸引并向负极运动 离子冲击电极并释放出大量的电子 在尖端附近形成正离子云 负电子则向正极运动 然后离子区域扩展 棒极附近出现比较集中的正空间电荷而较远离电场的负空间面电荷则较分散 这样正空间电荷使电场畸变 因此负棒时 棒极附近的电场增强 较易形成 在交流电压下 当高压电极存在尖端 电场强度集中时 电晕一般出现在负半周 或当接地电极也有尖端点时 则出现负半周幅值较大 正半周幅值较小的放电 第二节局部放电测试方法 发生电力设备事故的起因 大多源于局部放电 局部放电检测作为一种非破坏性试验 越来越得到人们的重视 对电力设备进行局部放电测试是一项重要预防性试验 局部放电不会引起绝缘贯穿性击穿 但可以导致电介质的局部损坏 长期情况下导致绝缘劣化甚至击穿 第二节局部放电测试方法 根据局部放电产生的各种物理 化学现象 如电荷的交换 发射电磁波 声波 发热 光 产生分解物等 有多种测量局部放电的方法 局部放电测量方法 电测法 非电测法两大类 电测法包括 脉冲电流法 无线电干扰法 介质损耗分析法等 非电测法包括 声测法 光测法 化学检测法和红外热测法等 一 电测法局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷转移 从而引起试样外部电极上的电压变化 气隙中局部放电持续时间很短 10ns量级 油隙中1 s量级 根据Maxwell电磁理论 如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射 局部放电电检测法即是基于电荷转移和电磁辐射这两个原理 1 脉冲电流法脉冲电流法是一种应用最为广泛的局部放电测试方法 测量回路如图所示 Cx 试品电容 Zm Zm 测量阻抗 Ck 耦合电容 为Cx与Zm之间提供一个低阻抗通道 Z 低通滤波器 通工频 阻高频 并联测量回路 如图 a 试验电压U经Z施加于试品Cx 测量回路由Ck与Zm串联而成 并与Cx并联 因此称为并联测量回路 试品上的局部放电脉冲经Ck耦合到Zm上 经放大器A送到测量仪器M 这种测量回路适合于试品一端接地的情况 在实际工作中应用较多 串联测量回路 如图 b 测量阻抗Zm串联接在试品Cx低压端与地之间 并经由Ck形成放电回路 试品的低压端必须与地绝缘 桥式测量回路 又称平衡测量回路 如图 c 试品Cx与耦合电容Ck均与地绝缘 测量阻抗Zm与Zm 分别接在Cx与Ck的低压端与地之间 测量仪器M测量Zm与Zm 上的电压差 2 无线电干扰电压法 RadioInterferenceVoltage RIV 通过射频传感器检测放电信号 射频传感器 电容传感器 Rogowski线圈电流传感器 射频天线传感器等 RIV方法能定性检测局部放电是否发生 甚至可以根据电磁信号的强弱对电机线棒和没有屏蔽层的长电缆进行局部放电定位 采用Rogowski线圈传感器也能定量检测放电强度 且测试频带较宽 1 30MHz 3 介质损耗分析法 Dielectriclossanalysis DLA 局部放电对绝缘材料的破坏作用与局部放电消耗的能量直接相关 因此对放电消耗功率的测量能够定性反映出局部放电性质 Tg 能够反映介质损耗 介质损坏将导致tg 增加 因此可以通过测量tg 值来反映局部放电能量 从而判断绝缘材料和结构的性能情况 3 介质损耗分析法 Dielectriclossanalysis DLA 介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在的辉光或者亚辉光放电 辉光放电不产生放电脉冲信号 而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长 普通的脉冲电流法检测装置中难以检测出来 但这种放电消耗的能量很大 使得tg 很大 故只有采用电桥法检测tg 才能判断这种放电的状态和带来的危害 DLA方法只能定性测量局部放电是否发生 不能检测局部放电量的大小 这限制了DLA方法的运用 二 非电检测法局部放电发生时 常伴有光 声 热等现象的发生 对此 局部放电检测技术中也相应出现了光测法 声测法 红外热测法等非电量检测方法 优点 较之电检测法 非电量检测方法具有抗电磁干扰能力强 与试样电容无关等优点 1 超声波法利用超声波检测技术测定局部放电的位置及放电程度 优点 方法简单 不受环境条件限制 它可在试品外壳表面不带电的任意部位安置传感器 可较准确地测定放电位置 且接收的信号与系统电源没有电的联系 不会受到电源系统的电信号的干扰 1 超声波法缺点 灵敏度较低 不能直接定量 超声波测量方法常用于放电部位确定及配合电测法的补充手段 将电测法和声测法同时运用 两种方法的优点互补 再配合一些信号处理分析手段 则可得到很好的测量效果 传感器 压电陶瓷 2 光检测法灵敏度差 局限性大 适宜于检测暴露在外表面的电晕放电 3 热检测法预先埋入热电偶测量各点温升 从而确定局部放电部位 灵敏度差 现场测量无法采用 4 放电产物分析法色谱分析对判断故障有价值的气体成分 甲烷 CH4 乙烷 C2H6 乙烯 C4H4 乙炔 C2H2 氢 H2 一氧化碳 CO 二氧化碳 CO2 等 绝缘中存在局部放电时 当放电较小并在故障点引起的温度高于正常温度不多时 由油裂解的产物主要是甲烷和氧 当局部放电故障扩大 形成局部爬电或火花 电弧放电时 会引起局部高温 产生乙炔 乙烯和一氧化碳 二氧化碳 如利用四种特征气体的三比值法 可用来判断变压器故障性质 但实际上对电力设备进行绝缘故障判断时 仅根据一次测量数据往往是不够的 宜利用色谱分析 观察各有害气体随时间的增量 并和局部放电超声测量和电测法数据作比较 进行综合判断 才能更加有效地判断故障性质 当故障涉及到固体绝缘时 会引起一氧化碳和二氧化碳含量的明显增长 但根据现有统计资料 固体绝缘的正常老化过程与故障情况下劣化分解 表现在油中一氧化碳的含量上 一般情况下没有严格的界限 二氧化碳含量的规律更不明显 因此 在考察这两种气体含量时更应注意结合具体变压器的结构特点 如油保护方式 运行温度 负荷情况 运行历史等情况加以分析 以尽可能得出正确的结论 第三节局部放电波形分析及图谱识别 一 局部放电的波形分析图中检测阻抗Zm可由电阻 电感 阻容并联 电感电容并联等构成 而对于局部放电脉冲而言 可用等值回路来计算检测阻抗Zm上的波形 计算Zm上电压波形的等值回路 1 Zm为R时 Zm上的波形实际上是 方波 加于阻容串联回路时电阻上的波形 电容为Cx与Ck的串联 R上的波形是一个陡直上升 指数下降的曲线 图曲线1 其方程是 uR的幅值为q Cx CA一定时 uR的幅值与视在放电量q成正比 一般气隙放电 脉冲的前沿仅约0 01微秒左右 当时间常数TR远大于此值时 可视脉冲为方波而得到 3 19 式 如果TR和脉冲前沿时间可以比拟时 则uR的表达式便不能用 3 19 式了 假定脉冲波的前沿是指数上升的 则uR便是一个双指数波 此外 如果是油中电晕之类的脉冲 其前沿时间可达数微秒甚至更长 即使TR为若干微秒 二者也是可比拟的 此时uR也是双指数波 图3 10 a 曲线2为此波形的示意图 2 Zm为RmCm并联时的输出波形 输出波形ucr仍为指数衰减波 但幅值降低 时间常数加大了 其方程为 阻容并联是在第一种无感电阻的基础上的改进 由于信号电缆和仪器的杂散电容及输入电容的存在 即使适用无感电阻作检测阻抗 也会使结果产生误差 为此在无感电阻旁并入一个适当的电容 并使之大于杂散电容若干倍 从而可以忽略杂散电容的影响 使预计结果更准确 但并入的电容会使输入信号幅值下降 灵敏度下降 但消弱了高频信号干扰 3 Zm为Lm时的输出波形因为Lm中总有一定的电阻 整个回路也有一定的损耗 所以Lm的输出波形是一个衰减振荡波 其包络线是指衰减曲线 近似的方程为 为回路损耗造成的衰减时间常数的倒数 图3 10曲线1为uL的波形示意图 uL的幅值与uR相同 均为q Cx 如果脉冲的前沿时间与振荡周期可以比拟时 则uL的波形如图3 10曲线2 其幅值比曲线1的小 包络线是双指数波 Zm为Lm时的输出波形 电感作为检测元件 对具有高频分量的脉冲 测量林敏度高 但对低频是低阻抗 所以不会出现工频干扰问题 其缺点是与回路电容构成震荡回路 不利于某些定量测量 此外 电感也容易接收高频或脉冲干扰 4 Zm为Lm Cm并联元件时的输出波形一般选择的Cm值比Ck Cx都大得多 故振荡频率主要决定于LmCm值 LmCm元件上的波形方程为 由式可见 uLC的幅值小于uL 振荡周期加大了 考虑到 并选则 由此可见 uLC的幅值与q成正比而与Cx几乎无关 振荡频率也只受LmCm控制 也就是说 我们可以根据需要选定输出电压的频带而与试品电容无关 电感电容并联构成调谐回路 对一定频率的分量具有较大的灵敏度 适当选定谐振频率 可以避免频带外信号的干扰 由于电感的存在 可以避免工频影响 这种输出波形是振荡的 但灵敏度比以电感作检测阻抗时低 5 Zm为LmRmCm并联元件时的输出波形输出波形仍然时一个衰减振荡曲线 电阻Rm接入后 振荡的衰减加快 振荡周期加长 总的来说 是一个衰减较快的振荡波 加入Rm以加速衰减的目的 在于使重复的局部放电脉冲在Zm上造成的输出不致首尾相互叠加 以加强回路脉冲分辨的能力 检测阻抗Zm上的电压 即检测信号 是相当小的 必须经过放大才能使仪器上有明显的指示 经放大器放大后的脉冲信号的峰值可由示波器测量 除此之外 示波器上还可以看出放电发生在工频的什么相位 测定脉冲波形和放电次数 观察整个局部放电的特征 以确定放电的大致部位和性质 水平扫描和椭圆扫描显示屏上波形示意图 示波器可用水平扫描和椭圆扫描 水平扫描时全屏偏转相当于一个周期 并与试验电压同步 以确定脉冲的相位 椭圆扫描也是每扫一周相当于试验电压一个周期 典型放电示波图 局部放电试验时 除绝缘内部可能产生局部放电外 引线的联接 电接触以及日光灯 高压电极的电晕等 也会影响局部放电的波形 为此 要区别绝缘内部的局部放电与其他干扰的波形 接近起始电压时 不同类型局部放电的示波图 二 局部放电的图谱识别图 a b c d 为局部放电的基本图谱 图 e f g 为干扰波的基本图谱 图 a 绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙 放电脉冲正 负对称 幅值及频率基本相等 正 负幅值不对称度3 1仍属正常 放电量与试验电压的关系是起始放电后 放电量增至某一水平时 随试验电压上升放电量保持不变 熄灭电压基本相等或略低于起始电压 图 b 绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙 放电脉冲叠加于正 负峰之前的位置 对称的两边脉冲幅值及频率基本相等 但有时上下幅值的不对称度3 1仍属正常 放电开始时 放电脉冲尚能分辨 随后电压上升 某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动 同时会出现幅值较大的脉冲 脉冲分辨率逐渐下降 直至不能分辨 起始放电后 放电量随电压上升而稳定增长 熄灭电压基本相等或低于起始电压 图 c 绝缘结构中仅含有一个气隙位于电极的表面 与介质内部气隙的放电响应不同 放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前 两边的幅值不尽对称 幅值大的频率低 幅值小的频率高 两幅值之比通常大于3 1 有时达10 1 总的放电响应能分辨出 放电一旦起始 放电量基本不变 与电压上升无关 熄灭电压等于或略低于起始电压 图 d 1 一簇不同尺寸的气隙位于电极的表面 但属封闭型 2 电极与绝缘介质的表面放电气隙不是封闭的 放电脉冲叠加于电压的止及负峰值之前两边幅值比通常为3 1 有时达10 1 随电压上升 部份脉冲向零位方向移动 放电起始后 脉冲分辨率尚可 继续升压 分辨率下降直至不能分辨 放电起始后放电皇随电压的上升逐渐增大 熄灭电压等于或略低于起始电压 如电压持续时间在10min以后 放电响应会有些变化 图 e 干扰源为针尖对平板或大地的液体介质 较低电压下产生电晕放电 放电脉冲总叠加于电压的峰值位置 如位于负峰值处 放电源处于高电位 如位于正峰处放电源处于低电位 这可帮助判断电压的零位 一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处 每一簇的放电脉冲时间间隔均各自相等 但两簇的幅值及时间间隔不等 幅值较小的一簇幅值相等 较密 一簇较大的脉冲起始电压较低 放电量随电压上升增加 一簇较小的脉冲起始电压较高 放电量与电压无关 保持不变 电压上升 脉冲频率密度增加 但尚能分辨 电压再升高 逐渐变得不可分辨 图 f 针尖对平板或大地的气体介质 较低电压下产生电晕放电 放电脉冲总叠加于电压的峰值位置 如位于负峰处 放电源处于高电位 如位于正峰处 放电源处于低电位 这可帮助判断电压的零位 起始放电后电压上升 放电量保持不变 惟脉冲密度向两边扩散 放电频率增加 但尚能分辨 电压再升高 放电脉冲频率增至逐渐不可分辨 图 g 悬浮电位放电 在电场中两悬浮金属物体间 或金属物与大地间产生的放电 波形有两种情况 1 正负两边脉冲等幅 等间隔及频率相同 2 两边脉冲成对出现 对与对间隔相同 有时会在基线往复移动 起始放电后有3种类型 1 放电量保持不变 与电压无关 熄灭电压与起始电压完全相等 2 电压继续上升 在某一电压下 放电突然消失 电压继续上升后再下降 会在前一消失电压下再次出现放电 3 随电压上升 放电量逐渐减小 放电脉冲随之增加 第四节局部放电测试中的干扰及抗干扰措施 一 局放干扰的来源广义的局放干扰是指除了与局放信号一起通过电流传感器进入监测系统的干扰以外 还包括影响监测系统本身的干扰 诸如接地 屏蔽 以及电路处理不当所造成的干扰等 现场局放干扰特指前者 它可分为连续的周期型干扰 脉冲型干扰和白噪声 周期型干扰包括系统高次谐波 载波通讯以及无线电通讯等 脉冲型干扰分为周期脉冲型干扰和随机脉冲型干扰 周期脉冲型干扰主要由电力电子器件动作产生的高频涌流引起 随机脉冲型干扰包括高压线路上的电晕放电 其他电气设备产生的局部放电 分接开关动作产生的放电 电机工作产生的电弧放电 接触不良产生的悬浮电位放电器继电保护信号线路中耦合进入的各种噪声等 电磁干扰一般通过空间直接耦合和线路传导两种方式进入测量点 测量点不同 干扰耦合路径会不同 对测量的影响也不同 测量点不同 干扰种类 强度也不相同 二 局放干扰的分类由种种原因引起的干扰将严重地影响局部放电试验 假使这些干扰是连续的而且其幅值是基本相同的 背景噪声 它们将会降低检测仪的有效灵敏度 即最小可见放电量比所用试验线路的理论最小值要大 这种形式的干扰会随电压而增大 因而灵敏度是按比例下降的 在其他的一些情况中 随电压的升高而在试验线路中出现的放电 可以认为是发生在试验样品的内部 因此 重要的是将干扰降低到最小值 以及使用带有放电实际波形显示的检测仪 以最大的可能从试样的干扰放电中鉴别出假的干扰放电响应 根据测量试验回路中可能的干扰源位置可将干扰源分为两类 第一类与外施高压大小无关的干扰 第二类是仅在高压加于回路时才产生的干扰 二 局放干扰的分类干扰的主要形式如下 1 来自电源的干扰 这类干扰只要控制 调压器与变压器等是接通的 不必升压 即可能影响测量 2 来自接地系统的干扰 通常指接地连接不好或多重接地时 不同接地点的电位差在测量仪器上造成的干扰偏转 3 从别的高压试验或者电磁辐射检测到的干扰 它是由回路外部的电磁场对回路的电磁耦合引起的包括电台的射频干扰 邻近的高压设备 日光灯 电焊 电弧或火花放电的干扰 4 试验线路的放电 5 由于试验线路或样品内的接触不良引起的接触噪声 三 常用的抑制干扰方法局部放电产生的检测信号十分微弱 仅为微伏量级 就数值大小而言 很容易被外界干扰信号所淹没 因此必须考虑抑制干扰信号的影响 采取有效的抗干扰措施 干扰的抑制方法如下 1 来自电源的干扰可以在电源中用滤波器加以抑制 这种滤波器应能抑制处于检测仪的频宽的所有频率 但能让低频率试验电压通过 2 来自接地系统的干扰 可以通过单独的连接 把试验电路接到适当的接地点来消除 所有附近的接地金属均应接地良好 不能产生电位的浮动 3 来自外部的干扰源 如高压试验 附近的开关操作 无线电发射等引起的静电或磁感应及电磁辐射 均能被放电试验线路耦合引入 并误认为是放电脉冲 如果这些干扰信号源不能被消除 就要对试验线路的表面应光洁度好 曲率半径大 并加以屏蔽 需要有一个设计良好的薄金属皮 金属板或铁丝钢的屏蔽 有时样品的金属外壳要用作屏蔽 有条件的可修建屏蔽试验室 4 试验电压会引起的外部放电 假使试区内接地不良或悬浮的部分被试验电压充电 就能发生放电 这可通过波形判断与内部放电区别开 超声波检测仪可用来对这种放电定位 试验时应保证所有试品及仪器接地可靠 设备接地点不能有生锈或漆膜 接地连接应用螺钉压紧 干扰的抑制总是从干扰源 干扰途径 信号后处理三方面考虑 找出干扰源直接消除或切断相应的干扰路径 是解决干扰最有效最根本的方法 但要求详细分析干扰源和干扰途径 且一般不允许改变原有的变压器运行方式 因此在这两方面所能采取的措施总是很有限 对于经电流传感器耦合进入监测系统的各种干扰 采取各种信号处理技术加以抑制 一般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 在抗干扰技术中有两种不同的思路 一种是基于窄带 频带一般为10kHz至数10kHz 信号的 它通过合适频带的窄带电流传感器和带通滤波电路拾取信号 躲过各种连续的周期型干扰 提高了测量信号的信噪比 这种方法只适合某一具体的变电站 使用上不方便 此外 由于局部放电信号是一种宽频带脉冲 窄带测量会造成信号波形的失真 不利于后面的数字处理 另一种是基于宽频 频带一般为10至1000kHz 信号的处理方法 检测信号中包含局放的大部分能量和大量的干扰 但信噪比较低 对于这些干扰的处理步骤一般是 a 抑制连续周期型干扰 b 抑制周期型脉冲干扰 c 抑制随机型脉冲干扰 随着数字技术的发展及模式识别方法在局放中的应用 这种处理方法往往能取得较好的效果 在后级处理中 很多处理方法是一致的 可归纳为频域处理和时域处理方法 频域方法是利用周期型干扰在频域上离散的特点处理之 而时域处理方法是根据脉冲型干扰在时域上离散的特点处理 有硬件和软件两种实现方式 由于局部放电脉冲信号是很微弱的信号 现场的电磁干扰都将对测量结果产生较大误差 为了提高测量精度 除了采取上述介绍的抗干扰措施外 在测量中还应可采取如下措施 1 试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备 特别是试验变压器和耦合电容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 3 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 耦合电容要尽量小于试品电容Cx 使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷 5 必须对测量设备进行校准 四 局放抗干扰措施目前存在的问题目前抑制干扰的方法和思路虽很多 但真正成功地用于监测系统的不多 有的效果并不理想 需要在理论和应用方面作进一步的研究 如噪声干扰的特性 特别是对排除了载波干扰和无线电干扰等已知的且较易排除的强大干扰后的其它干扰的特性 局部放电脉冲在电力设备中的传播规律等 近年来 局部放电监测已广泛用于评定电力设备的绝缘状态 但由于现场存在大量干扰信号 在线监测系统的灵敏度和监测的可靠性受到了严重的影响 因此干扰的消除和抑制是电力设备局部放电在线监测的一个关键技术问题 第五节局部放电信号特征分析 一 局部放电严重程度判别有关局部放电标准和规程中对局部放电的描述参数是局部放电量q 视在放电量 放电相位和每个周波的放电次数n 人们习惯于根据这些参数来判断局部放电的严重程度 尤其是局部放电量 在GIS局部放电特高频在线检测技术中 人们也期望得到有关放电量的数据 然而 就特高频传感而言 检测信号的大小不仅与局部放电的真实放电量有关 还与放电源的类型和形状 特高频信号的传播路径等因素有关 因此 简单的对监测信号的大小进行防电量标定是无意义的 一 局部放电严重程度判别目前 对特高频传感下GIS局部放电的标定及严重程度的判断仍没有成熟的方法和规程 有待于进一步研究 以下是可能的途径 1 建立基于放电信号幅值测量 放电定位和放电类型判别的综合判断方法 2 根据局部放电发展的历史数据和趋势进行判断 为了实现这些目标 需要积累大量的实验室试验数据和现场数据 这方面有待于进一步的工作 二 故障信号特征以发电机为例 当采用端部 便携式 电容传感器进行局放测量时 对于正常的发电机 测试数据一般为10 20mV 而有故障的发电机为50 500mV 通常6kV以上的发电机其局部放电量超过100pC 甚至可以达到1000000pC 内部放电脉冲的持续时间很短 只有几个纳秒 ns 故障放电脉冲频谱从几kHz到1GHz 通常出现在外施电压的0 90 180 270 脉冲幅值中心分别为45 和225 如果放电发生在两相绕组或线圈之间 则可能产生30 的相移 内部放电正 负放电脉冲次数和幅值基本相同 正负半周对称性好 槽放电正放电脉冲比负放电脉冲次数多幅值大 均为负放电脉冲的2倍以上 端部放电正负放电脉冲极不对称 正放电脉冲幅值大 数量少 负放电脉冲幅值小 数量多 断股电弧放电幅值高 放电强烈 但电弧放电不存在固定的间隙 无固定的放电相位 外施电压为交流电压 重复性差 且受负荷的影响 电弧放电与前三类故障放电相比有较大差异 一般采用频域识别 通过对大型发电机 600MW 850MW 绕组传输特性的分析 得出了监测电弧信号的谐振频率为1MHz数量级 在线监测的数据统计分析表明 FCT RadioFrequencyCurrentTransformer 监测断股电弧放电读数受负载变化的影响 但对无断股电弧发电机 600MVA 850MVA 电压表读数在300 V以下 如果电压表读数上升到500 V 1000 V表示电机中有低水平断股电弧放电 若读数在3000 V以上表示发生多股线断股放电故障 三 局放超声波信号的频谱分析变压器的局放超声信号的频谱分布很广 且各频率的超声信号所占的分量也各不相同 超声波在线检测中的噪声主要有励磁噪声 散热器风扇和油循环油泵噪声 磁滞噪声等 这些噪声的强度超过局放超声信号 因此 要有效的检测局部放电超声信号 就应对局放超声波信号进行频谱分析 以了解噪声与超声波信号的特征 1 噪声频谱分析根据某500kV开关站变压器的噪声频谱分析结果 变压器两侧面的最强噪声频率为1 5kHz 强度较次的噪声频率为4 68kHz 散热器侧的噪声强度高与非散热器侧 两侧面的噪声频率均低于15kHz范围内 属于低频可听噪声 变压器铁芯磁噪声频率分布在10 65kHz范围内 用截止频率为70kHz的高通滤波器对这种低频噪声进行滤波 滤波后的噪声强度已相当弱 经滤波后的噪声频率分布范围很宽 且各种频率噪声的频谱幅值基本相当 类似于白噪声频谱 对其他电压等级变压器的噪声频谱分布于上述500kV变压器大致相同 即分布在低于65kHz频率范围内 2 变压器局部放电超声波信号频谱分析由于局部放电以及其产生的超声波信号都具有一定程度的随机性 使得每次局部放电超声波信号的频谱都有所不同 主要表现为频谱峰值频率的变化 但整个局部放电超声波信号的频率分布范围却变化不大 局放产生的超声波 从声学角度上分析有两类 其一是气泡或气隙放电 由于气泡的尺度为几个微米至几百个微米 其击穿时声发射频率可从几kHz至几百kHz 另一类是介质在高场强下游离击穿 其声发射的频谱将更宽 声谱将更高 第二类放电特征是间断 大脉冲 如针对板放电 通过模拟局放的针 板放电试验 可以发现超声波频谱有一定的随机统计规律 频谱能量大都集中在50kHz 300kHz频段 综上所述 变压器的噪