局部放電測試方法

根據(jù)局部放電產(chǎn)生的各種物理、化學現(xiàn)象，如電荷的交換，發(fā)射電磁波、聲波、發(fā)熱、光、產(chǎn)生分解物等，可以有很多測量局部放電的方法。總的來說可分為電測法和非電測法兩大類，電測法包括脈沖電流法、無線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等，非電測法包括聲測法、光測法、化學檢測法和紅外熱測法等。

    一、電測法

    局部放電zui直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移動。每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過電介質(zhì)，引起試樣外部電極上的電壓變化。另外，每次放電過程持續(xù)時間很短，在氣隙中一次放電過程在10ns量級；在油隙中一次放電時間也只有1μs。根據(jù)Maxwell電磁理論，如此短持續(xù)時間的放電脈沖會產(chǎn)生高頻的電磁信號向外輻射。局部放電電檢測法即是基于這兩個原理。常見的檢測方法有脈沖電流法、無線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等。

    1.脈沖電流法

    脈沖電流法是一種應用的。脈沖電流法的基本測量回路見圖1-1。圖中C代表試品電容，Zm(Zm)代表測量阻抗，Ck代表耦合電容，它的作用是為Cx與Zm之間提供一個低阻抗的通道。Z代表接在電源與測量回路間的低通濾波器，Z可以讓工頻電壓作用到試品上，但阻止被測的高頻脈沖或電源中的高頻分量通過。

    圖1-1(a)為并聯(lián)測量回路，試驗電壓U經(jīng)Z施加于試品Cx，測量回路由Ck與Zm串聯(lián)而成，并與Cx并聯(lián)，因此稱為并聯(lián)測量回路。試品上的局部放電脈沖經(jīng)Ck耦合到Zm上，經(jīng)放大器A送到測量儀器M。這種測量回路適合于試品一端接地的情況，在實際工作中應用較多。

    圖1-1(b)為串聯(lián)測量回路，測量阻抗Zm串聯(lián)接在 試品Cx低壓端與地之間，并經(jīng)由Ck形成放電回路。因此，試品的低壓端必須與地絕緣。

    圖1-1(c)為橋式測量回路，又稱平衡測量回路。試品Cx與耦合電容Ck均與地絕緣，測量阻抗Zm與Zm分別接在Cx與Ck的低壓端與地之間。測量儀器M測量Zm與Zm'上的電壓差。

圖1-1 測量局部放電的基本回路

 2.無線電干擾電壓法(RIV)

    無線電干擾電壓法，包括射頻檢測法，zui早可追溯到1925年，Schwarger發(fā)現(xiàn)電暈放電會發(fā)射電磁波，通過無線電干擾電壓表可以檢測到局部放電的發(fā)生。國外目前仍有采用無線電干擾電壓表檢測局部放電的運用，在國內(nèi)，常用射頻傳感器檢測放電，故又叫射頻檢測法。較常用射頻傳感器有電容傳感器、Rogowski線圈電流傳感器和射頻天線傳感器等。

    RIV方法能定性檢測局部放電是否發(fā)生，甚至可以根據(jù)電磁信號的強弱對電機線棒和沒有屏蔽層的長電纜進行局部放電定位；采用Rogowski線圈傳感器也能定量檢測放電強度，且測試頻帶較寬(1~30MHz)。

    3.介質(zhì)損耗分析法(DLA)

    局部放電對絕緣材料的破壞作用是與局部放電消耗的能量直接相關的，局部放電的現(xiàn)象將導致介質(zhì)的損壞，從而使得tgδ大大增加。因此可以通過測量tgδ的值來測量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結構的性能情況。

    介質(zhì)損耗分析法特別適用于測量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由于輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號，而亞輝光放電的脈沖上升時間太長，普通的脈沖電流法檢測裝置中難以檢測出來。但這種放電消耗的能量很大，使得 tgδ很大，故只有采用電橋法檢測 tgδ才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶來的危害。但是，DLA方法只能定性的測量局部放電是否發(fā)生，基本不能檢測局部放電量的大小，這限制了DLA方法的運用。

    二、非電檢測法

    1.超聲波法測試局部放電

    利用測超聲波檢測技術來測定局部放電的位置及放電程度，這種方法較簡單，不受環(huán)境條件限制，但靈敏度較低，不能直接定量。超聲波聲測量方法常用于放電部位確定及配合電測法的補充手段。但聲測法有它*的優(yōu)點，即它可在試品外殼表面不帶電的任意部位安置傳感器，可較準確地測定放電位置，且接收的信號與系統(tǒng)電源沒有電的，不會受到電源系統(tǒng)的電信號的干擾；因此進行局部放電測量時，以電測法和聲測法同時運用。兩種方法的優(yōu)點互補，再配合一些信號處理分析手段，則可得到很好的測量效果。

    當設備內(nèi)部有故障放電時(幾千到幾萬皮庫)，這時利用電信號作為儀器觸發(fā)信號，也即以電信號作為時間參考零點，然后以1－3個通道采集聲信號，儀器A/D采樣頻率可選在500kHz或1MHz并移動傳感器位置，使能有效地測到超聲信號，見圖1-2。測得電信號與聲信號的時間差Δt就可計算出放電點與傳感器的位置的距離，s＝vΔt，一般計算取v＝1.42mm／μs。

圖1-2 超聲測量信號波形

 2.光檢測法

    對于絕緣內(nèi)部的局部放電，只有透明介質(zhì)才宜用光檢測法，例如聚乙烯絕緣電纜芯通過水介質(zhì)掃描用光電倍增管觀察。但該方法靈敏度較低，局限性大，較適宜于檢測暴露在外表面的電暈放電。

    3.熱檢測法

    由于局部放電在放電點會發(fā)熱，當故障較嚴重時，局部熱效應是明顯的，可用預先埋入的熱電偶來測量各點溫升，從而確定局部放電部位。這種方法既不靈敏也不能定量，因而在現(xiàn)場測量中一般不用這種方法。

    4.放電產(chǎn)物分析法

    油紙絕緣材料在局部放電作用下會分解產(chǎn)生各種氣體，分析局部放電時產(chǎn)生的化學生成物，例如用色譜分析儀測量高壓電氣設備的油中，由于放電產(chǎn)生的微量可燃性氣體。從而推斷局部放電的程度，從而判斷故障類型，已在生產(chǎn)實際中廣泛應用，并取得較好的效果。各種氣體中對判斷故障有價值的氣體有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、氫(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等。

    絕緣中存在局部放電時，當放電較小并在故障點引起的溫度高于正常溫度不多時，由油裂解的產(chǎn)物主要是甲烷和氫；當局部放電故障擴大，形成局部爬電或火花、電弧放電時，會引起局部高溫，產(chǎn)生乙炔、乙烯和一氧化碳、二氧化碳。如利用四種特征氣體的三比值法，可用來判斷變壓器故障性質(zhì)，但實際上對電力設備進行絕緣故障判斷時，僅根據(jù)一次測量數(shù)據(jù)往往是不夠的，宜利用色譜分析，觀察各有害氣體隨時間的增量。并和局部放電超聲測量和電測法數(shù)據(jù)作比較，進行綜合判斷，才能更加有效地判斷故障性質(zhì)。

    當故障涉及到固體絕緣時，會引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長。但根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計資料，固體絕緣的正常老化過程與故障情況下劣化分解，表現(xiàn)在油中一氧化碳的含量上，一般情況下沒有嚴格的界限；二氧化碳含量的規(guī)律更不明顯。因此，在考察這兩種氣體含量時更應注意結合具體變壓器的結構特點，如油保護方式、運行溫度、負荷情況、運行歷史等情況加以分析，以盡可能得出正確的結論。