局部放电专题

局部放电专题一．局部放电机理1.产生局部放电的原因：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：HVacbbCcCbRcRbCaRa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HVCxCkZCdud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XKdXKdquCCCCC△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：(1)KdXdKdVdXKCqquuCCCCCCC其中(1)dVdXKCCCCC，由此可见，当测试回路中CX、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:T1DZCXCL/2L/2RT2F1F2T3C/2C/2CKT1—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=Kax4.ERA法测量局部放电实例:conductorinsulationSemi-conductorMetalsheathRogowskisensorneedleoscillographconductorinsulationSemi-conductorMetalsheathRogowskisensoroscillograph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电流耦合器的原理图图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。