局部放电专题

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该区域介质的击穿场强时，该区域就会发生放电，但这种放电并没有贯穿施加电压的两个导体之间，即整个绝缘系统并没有击穿，仍然保持绝缘性能，这种现象称为局部放电。发生在绝缘体内的称为内部局部放电；发生在绝缘体表面的称为表面局部放电；发生在导体边缘而周围都是气体的，可称之为电晕。 2.局部放电的信息

局部放电是一种复杂的物理过程，有电、声、光、热等效应，还会产生各种生成物。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。最引人注目的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。这个脉冲信号可以通过一个简单的模型和等效电路来说明：

HVCcaRcCaRbRa

bcb

Cb 简单模型 等效电路

二． 局部放电的测量

在上面已经提到放电过程中会有电、声、光、热等信号产生，所以局部放电的测量相应的有电测，声测，光测，以及色谱分析等方法。这里我们主要讨论电测法中的脉冲电流法（ERA）。 1． ERA法的测量原理

HVCxZ

CkCdud

直测法

当绝缘体的某一区域发生局部放电时，绝缘体的两端（即试品施加电压的两端）就会有瞬变（脉冲）电荷q（视在放电电荷）出现，用一个耦合电容器CK和检测阻抗Z与试品连接成一个回路，如图所示：当试品CK两端出现瞬变电荷q时，在试品两端会出现相应的脉冲电压

quXCKCd

CXCKCd

△UX所含有的主要频率分量是很高的，所以在检测阻抗上分配到的脉冲电压ud可以简化为按CK与Cd分压来计算：

CKqquduXCKCdC(1Cd)CCVdXCK

CdCCd(1)CX，由此可见，当测试回路中其中VCKCX、

CK、Cd确定时，CV为常数，ud正比于q。通过一定的校正方法，就可用测得的ud分度为视在放电电荷q. 2. ERA法的测试线路与装置

实际测试线路除了上述的放电脉冲电流回路之外,还要有检测仪器,高压电源,以及为去除干扰而采用的隔离变压器,滤波器等.一般采用的测试线路如图所示:

F1F2L/2CL/2CKCXZDT1T2T3RC/2C/2

T1—隔离变压器 T2—调压器 T3—高压试验变压器

F1—低压滤波器 F2—高压滤波器 Cx—试品 Ck—耦合电容器 Z—检测阻抗 D—检测仪 R—保护电阻 3. ERA法测量放电量的校正

上述测量系统所显示的脉冲幅值是代表多少放电量(视在放电电

荷q),还需要对测量系统进行分度校正,才能定量.

校正方法: 把试品与整个测量系统连接好之后,用已知的模拟放电产生的瞬变电荷q0注入到试品的两端(施加高电压的两端),把测量系统的灵敏度调到合适的状态(在示波器上能看到约20mm高度的脉冲幅值),记下这时显示器上响应的读数为a0(格),则可得分度系数:

K= q0/ a0

之后,将校正脉冲发生器拆除(因为一般校正脉冲发生器承受不了高电压),保持测试系统得测量灵敏度不变,对试品施加规定得试验电压,这时若试品有局部放电,则在显示器上又出现响应的读数ax(格),于是试品的放电量为: qx=Kax 4. ERA法测量局部放电实例:

rensosneedle ikswogSemi-conductorRohheats latnMeatioinsulrctoundcooscillograph

sorSemi-conductoreathhs laMetRogoationlusnitorcundoc senwskioscillograph

近10年来,我国城市电网大量采用XLPE电 力电缆输配电。据不完全统计,已投运的35kV及

以下约有50万km;110kV及以上达数百km;应用 最高电压等级为500kV。国内外运行经验和研究成 果表明:XLPE电力电缆性能早期劣化或使用寿命 很大程度上取决于其绝缘介质的树枝状老化,而局 部放电测量是定量分析树枝状劣化程度的有效方法 之一,即树枝引发初期,其局部放电量约0.1pC;当 树枝发展到介质击穿临界状态时,其局部放电量可 达到1000pC。因此,对XLPE电缆绝缘的局部放电 进行检测是及时发现故障隐患,预测运行寿命及保 障电力电缆安全可靠运行的重要手段。 近年来国内外研究出的电气检测方法比较多, 本文介绍了一些非传统的检测方法,如电磁耦合法、 差分法、电容传感器法和方向耦合传感器法等。 1 电磁耦合法

电磁耦合法是将XLPE电缆接地线中的局部 放电电流信号通过电磁耦合线圈与测量回路相连,

不需要在高压端通过耦合电容器来取得局部放电信 号,因此适用于电缆敷设后的交接验收试验和运行 中的在线监测。此外,电磁耦合法是通过电磁耦合来 测量局部放电电流,由于在高压电缆和测量回路间 没有直接的电气连接,从而能很好地抑制噪声。为实 现对XLPE电缆局部放电进行检测,首先必须用电 流耦合器有效地提取放电信号,所以电流耦合器的

设计是关键环节,其中电流耦合器的原理见图1。图1 图1中,R是自积分电阻,Cs是电路的等效杂散 电容。为了使电流耦合器工作频带足够宽,在线圈尺 寸一定的情况下,应选用磁导率L高的磁性材料并 增大线圈匝数N,但单增加匝数来提高带宽将会降 低测量灵敏度;积分电阻R对频带宽度、传感器灵

电流耦合器

的原理图

敏度均有影响,R增大,会增加传感器的灵敏度,但 同时会减小频带宽度。因此,选定磁性材料后,有一 个最佳的积分电阻R及线圈匝数N的匹配,使电流 传感器达到较宽的工作频带,且保持一定的响应灵 敏度。