电气绝缘测试技术第12课 电力变压器在线检测

电力变压器在线检测—部分放电PartialDischargeon-lineMonitoring1放电2-电晕-辉光-电弧IV电晕辉光电弧放电的主要类型31.电晕放电地电极电晕区4火花放电带电体2.火花放电53.沿面放电64.电弧放电7放电开展过程〔1〕8放电开展过程〔2〕9放电开展过程〔3〕10放电开展过程〔4〕11放电开展过程〔5〕12什么是部分放电？尚未导致绝缘系统贯穿性击穿的放电景象。绝缘中的气隙放电尖端电极的电晕放电不同介质间的外表放电浮动金属体的悬浮放电13部分放电的概念简称为PD〔PartialDischarge〕，指由于电气设备内部绝缘里面存在的弱点，在一定外施电压下发生的部分的反复击穿和熄灭的景象部分放电的危害部分放电发生在绝缘内部的气隙或气泡中，由于在这个很小的空间内即使电场强度很大，它的放电能量依然非常小，所以它的存在并不影响电气设备的短时绝缘强度。但如一个电气设备在运转电压下长期存在部分放电景象，这些微弱的放电能量和由此产生的一些不良效应，如不良化合物的产生，就可以渐渐地损坏绝缘，日积月累，最后可导致整个绝缘被击穿，发生电气设备的突发性缺点14导致部分放电的缘由?电晕发光区电场的不均匀绝缘介质的不均匀因此在某些区域首先发生放电，而其它区域依然坚持绝缘特性，这就构成了部分放电。15以绝缘中的气隙放电为例。sEsgEg由于g1,g2因此，气隙内的电场强度远比绝缘介质内的电场强度高，而气隙的电气强度又比绝缘介质低。16我们可以探测到什么？部分放电过程所产生的各种物理化学景象：电荷的迁移过程电磁辐射光辐射超声波介质分解反响脉冲电流法UHF丈量光学检测法超声丈量法DGA电丈量非电丈量17一、部分放电的电脉冲丈量脉冲电流丈量法是国家规范引荐的主要部分放电丈量方法。脉冲电流丈量法的根本原理：伴随着绝缘介质中部分放电的产生，放电电荷的转移将在放电回路中构成脉冲电流信号，可经过丈量被检测设备的外电路中所流过的脉冲电流来检测放电信号。18以三个电容来表征介质内部存在缺陷时的部分放电的机理 Cg：气隙的电容； Cb：和Cg相串联部分的介质电容； Cm：其他大部分绝缘的电容。介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路部分放电的三电容模型19 通常气隙很小，CgCb，CmCg。 电极间加上交流电压u，那么Cg上的电压为ug介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路20ug随外加电压u升高，当u上升到Us，ug到达气隙Cg的击穿电压Ug时，气隙Cg放电。于是Cg上的电压瞬间从Ug下降到Ur，然后放电熄灭。Ur称为剩余电压。部分放电时气隙中的电压和电流的变化21放电火花一熄灭，Cg上的电压将再次上升。外加电压仍在上升，Cg上的电压也顺势而上升，当它再次升到Ug时，Cg再次放电，电压再次降到Ur，放电再次熄灭部分放电时气隙中的电压和电流的变化22Cg上的电压从Ug突变为Ur的瞬间，就是部分放电脉冲的构成的时辰，此时经过Cg有一脉冲电流，部分放电时气隙中的电压和电流的变化如下图部分放电时气隙中的电压和电流的变化23 当Cg放电时，放电总电容Cg′应为Cg′=Cg+[CmCb/(Cm+Cb)] Cg′上的电压变化为(Ug－Ur)，故一次脉冲放出的电荷应为 △qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] 当Cm>>Cb，Cg>Cb，Ur=0时，△qr≈UgCg介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路24介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路△qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] 在实践实验时，上式中的各个量，都是无法直接丈量的。所以需求寻觅能反映部分放电的量来丈量。外施电压是作用在Cm上的，当Cg上的电压变动(Ug-Ur)时，会呵斥外施电压的变化量△U应为 △U=Cb〔Ug-Ur)/〔Cm+Cb)25介质内部气隙放电的三电容模型(a)具有气泡的介质剖面(b)等值电路 △qr=(Ug－Ur)[Cg+CmCb/(Cm+Cb)] △U=Cb〔Ug-Ur)/〔Cm+Cb)由此两式得 △U=Cb·△qr/〔CgCm+CgCb+CmCb〕△U是总电容上的电压变化量，与它相应的电荷变化量为 △q＝△U{Cm+[CbCg/(Cb+Cg)]}把△U式代入上式△q，可得 △q＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕26△q＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕真实放电量：△qr，是无法丈量的； 而△q＝△U{Cm+[CbCg/(Cb+Cg)]}=CX△U式中CX为绝缘介质的总电容，由于△U及CX都是可以测得的，因此△q也是可以丈量的.视在放电量：△q，是部分放电实验中的重要参量，在IEC和国家规范中，对于各类高压设备的视在放电量△q的允许值均有所规定 △q＝△qr·Cb/〔Cg+Cb〕 可见△q比真实放电量△qr小得多，它以pC作为计量单位。其中C代表电荷量库仑。27直接丈量电路 (a)电流脉冲探测，其中电路的检测阻抗与试品相串联，试品的放电脉冲电流经过检测阻抗向放大器提供脉冲信号。 (b)电压脉冲探测，电路检测抗阻与耦合电容器串联，部分放电脉冲电压的一部分加在检测阻抗上；根本丈量回路(a)电流脉冲检测(b)电压脉冲检测直接丈量电路282.平衡丈量电路 多采用桥式电路，可以调整到对外界干扰信号有最好的平衡效果；当Ck和Cx性质一样时有理想的平衡效果。平衡电路29无论是检测电压脉冲，还是检测电流脉冲，都存在将检测信号转化为是在放电量的问题。△q＝CX△U由三电容模型可知，在不同被检测设备中即使发生一样大小的放电，由于被测设备的电容不同，那么测到的放电脉冲幅值也会有很大差别。因此当改动丈量回路任何参数时，都必需对系统进展标定。标定方法为：在被测设备两端瞬时注入一定电荷量，使被测设备端电压的变化和由部分放电引起的端电压的变化一样，此注入量即为部分放电的视在放电量。放电量丈量的标定30以幅值为U0的方波经过串接小电容Cq注入试品两端，此注入电荷量为Q0=U0·Cq假设此时丈量系统的呼应为h，那么系统的校准系数为k=U0·Cq/hPD实验的直接校准回路31当进展实践检测，被测设备内部发生放电时，如丈量系统的呼应为h’,那么对应的是在放电量为Q=k·h’=U0·Cq·h’/h为使校准保证到达一定的精度，Cq必需满足上式中Cm为丈量阻抗的等值电容。通常Cq为100pC。32部分放电最主要的监丈量就是视在放电量。△q＝CX△U它是其他丈量参量的根底。部分放电的丈量参数33 1.放电能量W 表征部分放电的根本参数，除了视在放电量△q外，还有一次脉冲放电能量W W=△qr(Ug-Ur)/2 =△q(Cg+Cb)(Ug-Ur)/(2Cb) 当外施电压由零上升到Us时，Cg上的电压为Ug，即 Ug=UsCb/(Cg+Cb) 可得 W=△q·Us(Ug-Ur)/(2Ug) 如Ur≈0，那么 W≈△q·Us/2342.放电反复率N放电反复率N：是表征PD的另一个根本参数。由于在加压半周期内能发生好几个脉冲。所以定义一秒钟内产生的脉冲数叫做放电反复率N，N也是一个重要参量。可以经过实验求得假设每半周内的放电次数为n，那么N=2fn=100n部分放电时气隙中的电压和电流的变化353.累积参数平均放电电流：假设在丈量时间T内出现放电m次，各次相应的视在放电量为qa1,···,qam，那么平均放电电流平均放电电流综合反映了放电量和放电次数。放电功率：假设在丈量时间T内出现放电m次，各次相应的视在放电量和外加电压瞬时值的乘积为qa1ut1,···,qamutm,那么放电功率反映了放电量、放电次数和放电时的外加电压，包含有最多的部分放电信息364起始和熄灭电压起始放电电压：当外加电压逐渐上升，到达能察看到部分放电时的最低电压。熄灭电压：当外加电压逐渐降低到察看不到部分放电时，外加电压的最高值。对油纸绝缘，通常放电起始电压高于熄灭电压。 而对固体绝缘，两者相差不大。37变压器内部常见的部分放电带有绝缘屏障的油间隙放电；空气隙放电；沿面放电；悬浮电位放电；杂质小桥诱发的放电。38电力变压器中部分放电的

波形特征(1)带有绝缘屏障的油间隙放电(2)油中空气隙放电电流波形39(3)沿面放电(4)杂质小桥放电40

变压器绕组特性41变压器绕组相应于一个阻容网络。42对变压器内部部分放电进展检测时，通常只能从变压器外部有限的几个丈量端口获得信号。由于放电点在变压器中的出现具有很强的随机性，放电信号由放电源经过变压器绝缘介质、绕组到达外部的丈量安装，必然遭到绕组构造传播特性的多种影响，详细表现为呵斥信号幅值的衰减、波形的畸变和时间延迟等景象。这就使得根据检测到的放电信号估算放电强度，进而判别缺点类型、分析缺点严重程度以及对缺点进展定位发生困难。。43(a)油隙部分放电 (b)气隙部分放电(c)沿面放电 (d)杂质小桥诱发放电44对于时域波形较宽的油隙放电，经绕组传输后主要波形特征根本得到保管；但对于沿面放电和气泡放电等窄脉冲放电，由丈量端获得的呼应信号那么发生非常大的畸变，已无法反响其“原貌〞，输出波形为一衰减的振荡波，根本与绕组的冲击电流呼应一致，可见主要反映的是绕组的传播特性。45部分放电的相位特征电晕放电相位图1.电晕放电 放电脉冲主要集中在工频相位负半周的90附近。出现的放电脉冲几乎等幅值、等间隔。随着电压的升高放电的大小几乎不变，但放电密度添加。018046绝缘内部的气隙放电相位图2.气隙放电 放电脉冲主要集中在工频相位2090和200270范围。在正负半周根本对称。47沿面放电相位图3.沿面放电 放电脉冲主要集中在工频相位2090和200270范围。由于电极的不对称性导致放电脉冲在正负半周也不对称。0180+—48所以利用放电脉冲在外施电压工频相位上的统计特征，比根据部分放电波形