实验二-局部放电

实验二局部放电2009010925电92蒋泽宇一、实验目的1.了解局部放电产生的基本原理。2.学习局部放电的测量方法及仪器的正确使用。3.分析局部放电起始电压、视在放电量与设备绝缘质量的关系。4.了解各种局部放电信号的特点。二、实验原理1）局部放电的产生电气设备绝缘内部常存在一些弱点，例如在一些浇注、挤制或层绕绝缘内部容易出现气隙或气泡。空气的击穿场强和介电常数都比固体介质小，因此在外施电压作用下这些气隙或气泡会首先发生放电，这就是电气设备的局部放电。放电的能量很弱，不会影响到设备的短时绝缘强度，但日积月累会引起绝缘老化，最后可能导致整个绝缘在正常电压下发生击穿。近数十年来，国内外已经越来越重视对设备进行局部放电测量。局部放电的产生机理常用三电容模型来解释，如图1所示。图中Cg代表气隙的电容；Cb代表与Cg串联部分的介质电容；Ca代表其余部分的电容。若在电极上施加交流电压ut，则出现在Cg上的电压为ug，即：因为气隙很小，Cg比Cb大很多，故ug比ut小很多。局部放电时气隙中的电压和电流变化如图2所示。ug随ut升高，当ut上升到us（起始放电电压），ug达到Cg的放电电压Ug时，Cg气隙放电，于是Cg上的电压很快从Ug下降到Ur，放电熄灭，则：式中uc为相应的外施电压；Ur为残余电压（0≤UrUg）。放电后在Cg上重建的电压将随着外施电压的升高呈上升趋势，从Ur开始，当上升至Ug时又发生放电，如此周而复始。此时通过Cg在外回路有一脉冲电流i如图2（b）所示，它是检测局部放电的主要依据。可以推导出回路真实放电量qr≈UgCg，但无法测得。而介质两端的电荷变化量q＝[Cb/(Cg+Cb)]qr却是可以测得的，称为视在放电量，一般用它来表示电气设备的局部放电量。2）局部放电的测量高压设备局部放电的测量主要是将局部放电的微弱信号检出，然后加以放大并用示波器或数据采集仪等设备进行显示和定量。检测方法可分为电的和非电的两类。长期采用的是测量电脉冲的方法，即所谓的脉冲电流法。基本的测试回路如图3所示。主要包括并联法、串联法和平衡法。图中S是电源即试验变压器，除长电缆和带绕组的试品外，一般情况下试品均可看作是集中参数的电容Cx。Ck为耦合电容，Zm为检测阻抗。3）局部放电的标定在指示仪表上测得的脉冲高度是与试品的视在放电量成比例的，但是具体的比例系数却不是固定的，它与回路与仪器本身的性能有关，为此必须进行回路灵敏度系数的校正。图4是并联法进行标定的示意图。用一幅值为U0的方波发生器G串联一小的已知电容C0构成与Cx并联的有源支路来模拟Cx上发生的局部放电。分析可知当C0Cx+(CkCm)/(Ck+Cm)时，注入Cx的电荷为q0＝U0C0。此时如果在局部放电测试仪上测得标定脉冲高度为H0，则放电量的刻度因子为：Kc＝q0/H0（pC/格）4）实验装置及线路图图5为实验接线图。其中测试仪为传统的局部放电测试仪或者数字式局部放电数据采集系统。Zm为检测阻抗，T1为调压器，T2为试验变压器，R为保护水阻，Cx为试品，Ck为耦合电容。同时还可以通过非电接触的方式（磁耦合）的方式来检测放电脉冲，这就是在线监测的原理。三、实验设备四、实验步骤1.按图5所示接好线路，测量一个含有气泡的绝缘板的局部放电有关参数。用传统的局部放电测试仪测量放电起始电压、熄灭电压和视在放电量。（有条件时可以做：用数字式的数据采集仪测量放电次数、放电相位和放电量。）2.在试品Cx两端并联上方波发生器，对实验回路进行灵敏度系数的校正。（注意此时不接高压。）3.观察典型的电晕放电的波形，记录波形特点。注意事项：1．升压过程一定要缓慢，同时监视局放仪的输出。2．方波用毕后要关闭电源。3．在标定时仪器放大器旋钮的位置要与测量时保持一致。五、思考题1.在实验中为什么要进行回路灵敏度系数的校正？如果更换试品了，是否需要重新标定？答：因为试验中使用的仪器，并不能直接显示出视在放电量，只能读出屏幕上的脉冲高度，而在指示仪表上测得的脉冲高度是与试品的视在放电量成比例的，但是具体的比例系数却不是固定的，它与回路与仪器本身的性能有关，为此必须进行回路灵敏度系数的校正。若更换试品，则应该重新标定，因为不同的试品对应的比例系数可能是不一样的2.为什么能用方波进行回路灵敏度系数的标定？C0应如何选择？答：由于方波能产生一个陡前沿的方波电压，模拟C0放电的结果。C0是用于校准的小电容，电容量选择一般远小于Cx和Ck,使得小电容不至于影响电路参数结构，一般C0不超过10pF。3.试定性分析一下用脉冲电流法测量局部放电时，耦合电容Ck的大小如何影响检测的灵敏度。答：在进行试验校正的第一步，测得的脉冲电压的大小即显示高度是取决于检测阻抗Zm的初瞬电压ΔUm1,此时Zm上的分压值取决于其电容Cm，而Zm是与耦合电容Ck串联的，则在实验中，显示器上出现的脉冲电压峰值取决于Cm和Ck的分压，Ck较小时，Cm分压大，显示器上出现的脉冲电压峰值高，检测的灵敏度上升六、实验报告要求1.根据标定的结果计算试品的放电量。2.根据测量得到的数据，绘制放电次数－相位，和放电量－相位的关系图。并分析放电大致发生在哪个相位。（如果未测局部放电的相位，此项可不作。）3.解释所观察到的电晕放电现象。实验数据表格1.局部放电的测量实验次数放电起始电压（kV）放电熄灭电压（kV）视在放电量（pC）18.16.87.2827.96.357.9637.46.24.847.557.06.35平均值7.746.596.602．电晕放电实验次数视在放电量（PC）去16859266303654546915平均值67373.电晕放点的现象描述电晕放电的李萨茹波形特点如下：在达到放电起始电压以后，在李萨茹图像上相角为90度和270度的地方出现放电波形；相角为270度的放电波形较密，幅值较小，相角为90度的放电波形较稀疏，幅值相对较大。电晕放电是由于间隙中出现强电场，当电场大到一定程度后，开始引起电离现象而形成电子崩，随着电压上升，到达放电自持，形成电晕。因此，产生电晕处场强需要足够高，外施电压需足够大，因此，电晕放电最先出现在相角90度和270度处。由于棒板电极是极不均匀电场，具有明显的极性效应，负极性起晕电压小于正极性起晕电压，因此270度相角优先于90度相角出现放电波形。