局部放電測(cè)試儀技術(shù)的作用

局部放電測(cè)試儀是絕緣介質(zhì)中的一種電氣放電，這種放電制在被測(cè)介質(zhì)中一部分且只使導(dǎo)體間的絕。緣局部橋接這種放電可能發(fā)生或可能不發(fā)生于導(dǎo)體的鄰近電力設(shè)備絕緣中的某些薄弱部位在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下發(fā)生局部放電測(cè)試儀是高壓絕緣中普遍存在的問(wèn)題雖然局部放電測(cè)試儀一般不會(huì)引起絕緣的穿透性擊穿但可以導(dǎo)致電介質(zhì)特別是有機(jī)電介質(zhì)的，局部損壞若局部放電測(cè)試儀長(zhǎng)期存在在一定條件下會(huì)導(dǎo)致絕緣劣化甚至擊穿對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測(cè)試儀試驗(yàn)不但能夠了解設(shè)備的絕緣狀況還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)許多有關(guān)制造與安裝方面的問(wèn)題確定絕緣故障的原因及其嚴(yán)重程度。因此對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行局部放電測(cè)試儀測(cè)試是電力設(shè)備制造和運(yùn)行中的一項(xiàng)重要預(yù)防性試驗(yàn)我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和電工委員會(huì)都對(duì)此提出了相應(yīng)規(guī)范局部放電測(cè)試儀檢測(cè)技術(shù)即是在這個(gè)背景下快速發(fā)展起來(lái)·

1.電檢測(cè)法局部放電測(cè)試儀直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移，動(dòng)每一次局部放電測(cè)試儀都伴有一定數(shù)量的電荷通過(guò)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(guò)程持續(xù)時(shí)間很短在氣隙中一次放電過(guò)程在10ns量級(jí)在油隙中一次放電時(shí)間也只有1ms根據(jù)Maxwell電磁理論如此短持續(xù)時(shí)間的放電脈，沖會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁信號(hào)向外輻射局部放電測(cè)試儀電檢測(cè)法即是基于這兩個(gè)原理常見(jiàn)的檢測(cè)方法有脈沖電流法無(wú)線電干擾電壓法介質(zhì)損耗分析法等等特別是20世紀(jì)80年代由S.A.Boggs博士和G.C.Stone博士提出的超高頻檢測(cè)法近年來(lái)得到廣泛關(guān)注。并逐漸有實(shí)用化的產(chǎn)品問(wèn)世2.1.1脈沖電流法脈沖電流法是一種應(yīng)用為廣泛的局部放電測(cè)試儀測(cè)試方法電工委員會(huì)IEC專門對(duì)此方法制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC-270該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工頻交流下局部放電測(cè)試儀的測(cè)試方法同時(shí)此方法也適合于直流條件下的局部放電測(cè)試儀測(cè)量脈沖電流法的基本測(cè)試回路分為直測(cè)法和平衡，法兩種直測(cè)法常遇到各種干擾特別是在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下會(huì)嚴(yán)重影響測(cè)試靈敏度而平衡法由于其抑制共模干擾的優(yōu)良性能得到廣泛采用平衡法測(cè)試回路有西林電橋差分電橋以及雙電橋等形式，目前西林電橋干擾抑制比可達(dá)到幾十差分法可達(dá)到數(shù)百甚至上千但是平衡法的測(cè)量靈敏度一般，比直測(cè)法低脈沖電流法應(yīng)用廣泛目前市場(chǎng)上大部分電類局部放電測(cè)試儀測(cè)試儀都采用直測(cè)法回路如瑞士Haefely，公司的TE571局部放電測(cè)試儀測(cè)試儀JFD-2局部放電測(cè)試儀測(cè)試儀等等湖北省電力試驗(yàn)研究院于2003年曾對(duì)三，峽工程左岸電站2號(hào)TWUM-840MVA/550kV變壓器進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)局部放電測(cè)試儀的離線檢測(cè)檢測(cè)時(shí)小背景干擾3.5pC小檢測(cè)量33.5pC。1.2無(wú)線電干擾電壓法RIV無(wú)線電干擾電壓法包括射頻檢測(cè)法早可追溯到1925年Schwarger發(fā)現(xiàn)電暈放電會(huì)發(fā)射電磁波通過(guò)無(wú)線電干擾電壓表可以檢測(cè)到局部放電測(cè)試儀的發(fā)生國(guó)外目前仍有采用無(wú)線電干擾電壓表檢測(cè)局部放電測(cè)試儀的運(yùn)用在國(guó)內(nèi)常用射頻傳感器檢測(cè)放電故又叫射頻檢測(cè)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。Rogowski線圈電流傳感器是20世紀(jì)80年代由英國(guó)的Wilson等人提出1996年吳廣寧等人對(duì)，該傳感器做出改進(jìn)設(shè)計(jì)出用于大型電機(jī)局部放電測(cè)試儀。在線監(jiān)測(cè)用的寬頻電流傳感器并獲得實(shí)用新型zhuanli  ZL97242089.4該傳感器在我國(guó)陜西秦嶺發(fā)電廠蘭州西固熱電廠已有應(yīng)用[9]清華大學(xué)*恒等人將此傳感器用于大型汽輪發(fā)電機(jī)-變壓器組的局部放電測(cè)試儀在線監(jiān)測(cè)并在元寶山發(fā)電廠投入試運(yùn)行取得一定效果RIV方法能定性檢測(cè)局部放電測(cè)試儀是否發(fā)生甚至可以根據(jù)電磁信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)電機(jī)線棒和沒(méi)有屏蔽層的長(zhǎng)電纜進(jìn)行局部放電測(cè)試儀定位采用Rogowski線圈，傳感器也能定量檢測(cè)放電強(qiáng)度且測(cè)試頻帶較寬1~30MHz現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試證明該方法具有較好的實(shí)用價(jià)值。1.3超高頻UHF局部放電測(cè)試儀檢測(cè)技術(shù)在20世紀(jì)80年代以前市場(chǎng)上局部放電測(cè)試儀檢測(cè)儀的工作頻帶僅在1MHz以下1982年Boggs和Stone在他們的試驗(yàn)中使測(cè)試儀器的測(cè)量頻帶達(dá)到1GHz成功的測(cè)試出GIS中的初始局部放電測(cè)試儀脈沖[5]在此頻帶下噪聲信號(hào)衰減劇烈可有效的實(shí)現(xiàn)噪聲抑制且可以基本無(wú)損的再現(xiàn)局部放電測(cè)試儀脈沖從而深化對(duì)局部放電測(cè)試儀的機(jī)理性研究。超高頻檢測(cè)又分為超高頻窄帶檢測(cè)和超高頻超寬頻帶檢測(cè)前者中心頻率在500MHz以上帶寬十幾MHz或幾十MHz后者帶寬可達(dá)幾GHz由于超高頻超寬頻帶檢測(cè)技術(shù)有噪聲抑制比高包含信息多等優(yōu)點(diǎn)受到人們的關(guān)注通常所說(shuō)的超高頻檢測(cè)技術(shù)即指超高頻超寬頻帶檢測(cè)，用于超高頻局部放電測(cè)試儀檢測(cè)的傳感器主要為微帶，天線傳感器利用微帶天線作傳感器早在1980年Kurtz等人就提出過(guò)他們?cè)O(shè)計(jì)的傳感器用于大型電機(jī)局部放電測(cè)試儀測(cè)試安裝在一個(gè)或兩個(gè)磁極上可探測(cè)到單根定子線棒的放電目前微帶天線傳感器已在檢測(cè)大型電力變壓器GIS電力電纜等設(shè)備的局部放電測(cè)試儀上有相關(guān)應(yīng)用對(duì)于大電機(jī)局部放電測(cè)試儀檢測(cè)，H.G.Sedding等人在1991年提出一種定子槽耦合器statorslotcoupler該傳感器由接地平面帶狀感應(yīng)導(dǎo)體及兩端同軸輸出電纜組成其耦合方式既不是感性也不是容性而是具有分布參數(shù)的性質(zhì)因此具有非常寬的頻帶且能夠反映內(nèi)部放電和外部干擾在波形上的差異。1.4介質(zhì)損耗分析法DLA局部放電測(cè)試儀對(duì)絕緣材料的破壞作用是與局部放電測(cè)試儀，消耗的能量直接相關(guān)的因此對(duì)放電消耗功率的測(cè)量很早就引起人們的重視在大多數(shù)絕緣結(jié)構(gòu)中，隨著電壓的升高絕緣中氣隙或氣泡的數(shù)目將增加此外局部放電測(cè)試儀的現(xiàn)象將導(dǎo)致介質(zhì)的損壞從，而使得tgd大大增加因此可以通過(guò)測(cè)量tgd的值來(lái)測(cè)量局部放電測(cè)試儀能量從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況。介質(zhì)損耗分析法特別適用于測(cè)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(hào)而亞輝光放電的脈沖上升沿時(shí)間太長(zhǎng)，普通的脈沖電流法檢測(cè)裝置中難以檢測(cè)出來(lái)但這種放電消耗的能量很大使得Dtgd很大故只有采用電橋法檢測(cè)Dtgd才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶。來(lái)的危害。但是。DLA方法只能定性的測(cè)量局部放電測(cè)試儀是否發(fā)生基本不能檢測(cè)局部放電測(cè)試儀量的大小這限制了。DLA方法的運(yùn)用目前關(guān)于用DLA方法測(cè)局部放，電的報(bào)道還很少。以上列舉了一些電力設(shè)備常用局部放電測(cè)試儀檢測(cè)方法從目前市場(chǎng)上看電測(cè)法仍是局部放電測(cè)試儀檢測(cè)中，重要的手段其中的脈沖電流法已經(jīng)很成熟由于其檢測(cè)靈敏度很高且容易進(jìn)行放電量校準(zhǔn)采用高頻檢測(cè)阻抗還可準(zhǔn)確再現(xiàn)局部放電測(cè)試儀脈沖波形故在進(jìn)行局部放電測(cè)試儀機(jī)理研究實(shí)驗(yàn)室離線測(cè)試中占，主導(dǎo)地位但是由于其易受到外電路的電磁干擾使其靈敏度大大下降在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中脈沖電流法。應(yīng)用并不很多無(wú)線電干擾電壓法中Rogowski線圈傳感器由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝方便檢測(cè)靈敏度高，頻帶寬等優(yōu)點(diǎn)在局部放電測(cè)試儀在線監(jiān)測(cè)中被廣泛采用現(xiàn)在大型電機(jī)變壓器GIS等設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)中均有應(yīng)用超高頻檢測(cè)法是近年發(fā)展起來(lái)的新型局部放電檢測(cè)方法具有頻帶高靈敏度好抗電磁干擾能力強(qiáng)等顯著優(yōu)點(diǎn)被認(rèn)為是有潛力的局部放電在線檢測(cè)方法但是超高頻檢測(cè)用微帶天線傳感器目前還在研究之中制造工藝要求甚高技術(shù)尚不成熟。

2.非電量檢測(cè)法局部放電測(cè)試儀發(fā)生時(shí)常伴有光聲熱等現(xiàn)象的發(fā)生對(duì)此局部放電測(cè)試儀檢測(cè)技術(shù)中也相應(yīng)出現(xiàn)了光測(cè)法聲測(cè)法紅外熱測(cè)法等非電量檢測(cè)方法較之電檢測(cè)法非電量檢測(cè)方法具有抗電磁干擾能力強(qiáng)與試樣電容無(wú)關(guān)等優(yōu)點(diǎn)。2.1聲測(cè)法介質(zhì)中發(fā)生局部放電測(cè)試儀時(shí)其瞬時(shí)釋放的能量將放電源周圍的介質(zhì)加熱使其蒸發(fā)效果就像一個(gè)小爆炸此時(shí)放電源如同一個(gè)聲源向外發(fā)出聲波由于放電持續(xù)時(shí)間很短所發(fā)射的聲波頻譜很寬可達(dá)到數(shù)MHz要有效檢測(cè)聲信號(hào)并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)傳感器的選擇是關(guān)鍵常用的聲傳感器有用于氣體中的電容麥克風(fēng)condensermicrophone電介體麥克風(fēng)electretsmicrophone和動(dòng)態(tài)麥克風(fēng)dynamicmicrophone用于液體中類似于聲納的所謂水中聽(tīng)診器hydrophone用于固體中的測(cè)震儀accelerometer和聲發(fā)射acousticemission傳感器在聲-電傳感器中工作頻帶和靈敏度是兩個(gè)為重要的指標(biāo)若傳感器工作頻帶過(guò)窄脈沖相應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)容易造成信號(hào)混疊故必須保證傳感器，一定的工作頻帶而在寬頻傳感器中要求傳感器，幾何尺寸必須小于聲波波長(zhǎng)但是減小傳感器體積會(huì)導(dǎo)致傳感器測(cè)量面積減小進(jìn)而降低測(cè)試靈敏度反之若為了增大靈敏度而增大傳感器幾何尺寸又會(huì)導(dǎo)致傳感器工作頻帶減小實(shí)際設(shè)計(jì)中往往結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)條件折中考慮這兩方面的要求較之電測(cè)法聲測(cè)法在復(fù)雜設(shè)備放電源定位方面有獨(dú)到的優(yōu)點(diǎn)但是由于聲波在傳播途徑中衰減畸變嚴(yán)重聲測(cè)法基本不能反映放電量的大小[17]這使得實(shí)際中一般不獨(dú)立使用聲測(cè)法而將聲測(cè)法和電測(cè)法結(jié)合起來(lái)使用2.2光測(cè)法近年來(lái)采用光測(cè)法在局部放電測(cè)試儀特征及介質(zhì)老化，機(jī)理等方面的研究做了大量工作但是由于傳感器必須侵入設(shè)備且設(shè)備透光性能不好或者根本不能透光光測(cè)法只能測(cè)試表面放電和電暈放電故在現(xiàn)場(chǎng)中光測(cè)法基本上沒(méi)有直接應(yīng)用近年來(lái)隨著光纖技術(shù)的發(fā)展將光纖技術(shù)和聲測(cè)法相結(jié)合提出了聲-光測(cè)法該方法采用光纖傳感器局部放電測(cè)試儀產(chǎn)生的聲波壓迫使得光纖性質(zhì)改變導(dǎo)致光纖輸出信號(hào)改變從而可以測(cè)得放電國(guó)外在電力變壓器和GIS設(shè)備中均有相關(guān)應(yīng)用[18]BlackBurn等人將光纖傳感器伸入到變壓器內(nèi)部測(cè)量局放當(dāng)變壓器內(nèi)部發(fā)生局部放電測(cè)試儀時(shí)超聲波在油中傳播這種機(jī)械壓力波擠壓光纖引起光纖變形導(dǎo)致光折射率和光纖長(zhǎng)度的變化從而光波將被調(diào)制通過(guò)適當(dāng)?shù)慕庹{(diào)器即可測(cè)量出超聲波可實(shí)現(xiàn)放電定位。2.3化學(xué)檢測(cè)法當(dāng)電力設(shè)備絕緣中發(fā)生局部放電測(cè)試儀時(shí)，各種絕緣材料會(huì)發(fā)生分解破壞產(chǎn)生新的生成物通過(guò)檢測(cè)生成物的組成和濃度可以判斷局部放電測(cè)試儀的狀態(tài)。化學(xué)檢測(cè)方法一般檢測(cè)氣體液體絕緣介質(zhì)已在GIS變壓器等設(shè)備上有相關(guān)應(yīng)用。在GIS中局部放電測(cè)試儀會(huì)使SF6氣體分解主要生成SOF2和SO2F2。用氣體傳感器檢測(cè)這兩種氣體的含量即可檢測(cè)是否有局部放電測(cè)試儀產(chǎn)生。在電力變壓器中油色譜分析DGA方法是一種簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)有效的在線監(jiān)測(cè)方法它通過(guò)色譜柱氣體傳感器分離檢測(cè)出變壓器油中各種可溶性氣體的含量并由此判斷變壓器絕緣狀況。在大型氣冷發(fā)電機(jī)中也有應(yīng)用化學(xué)檢測(cè)法對(duì)流通冷卻氣體進(jìn)行采樣檢測(cè)進(jìn)而判斷絕緣狀態(tài)的例子但是至今為止化學(xué)檢測(cè)法仍只能定性檢測(cè)是否有局部放電測(cè)試儀產(chǎn)生基本不能反映放電的性質(zhì)強(qiáng)度和位置，在眾多非電量檢測(cè)中超聲測(cè)法和化學(xué)檢測(cè)法，受到人們普遍關(guān)注超聲測(cè)法能夠有效地定位放電源化學(xué)檢測(cè)法在氣體液體絕緣介質(zhì)中應(yīng)用廣泛但非電量檢測(cè)法較之電量檢測(cè)法靈敏度不高且很難或者不能對(duì)放電性質(zhì)放電強(qiáng)度進(jìn)行判斷故常和電檢測(cè)法結(jié)合應(yīng)用作為電檢測(cè)法的輔助檢測(cè)手段。局部放電測(cè)試儀的測(cè)量原理·局放儀運(yùn)用的原理是脈沖電流法原理，即產(chǎn)生一次局部放電測(cè)試儀時(shí)，試品Cx兩端產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)電壓變化Δu，此時(shí)若經(jīng)過(guò)電Ck耦合到一檢測(cè)阻抗Zd上，回路就會(huì)產(chǎn)生一脈沖電流I，將脈沖電流經(jīng)檢測(cè)阻抗產(chǎn)生的脈沖電壓信息，予以檢測(cè)、放大和顯示等處理，就可以測(cè)定局部放電測(cè)試儀的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內(nèi)部實(shí)際的局部放電測(cè)試儀量是無(wú)法測(cè)量的，因?yàn)樵嚻穬?nèi)部的局部放電測(cè)試儀脈沖的傳輸路徑和方向是極其復(fù)雜的，因此我們只有通過(guò)對(duì)比法來(lái)檢測(cè)試品的視在放電電荷，即在測(cè)試之前先在試品兩端注入一定的電量，調(diào)節(jié)放大倍數(shù)來(lái)建立標(biāo)尺，然后將在實(shí)際電壓下收到的試品內(nèi)部的局部放電測(cè)試儀脈沖和標(biāo)尺進(jìn)行對(duì)比，以此來(lái)得到試品的視在放電電荷。局部放電測(cè)試儀的表征參數(shù)·局部放電測(cè)試儀是比較復(fù)雜的物理現(xiàn)象，必須通過(guò)多種表征參數(shù)才能全面的描繪其狀態(tài)，同時(shí)局部放電測(cè)試儀對(duì)絕緣破壞的機(jī)理也是很復(fù)雜的，也需要通過(guò)不同的參數(shù)來(lái)評(píng)定它對(duì)絕緣的損害，目前我們只關(guān)心兩個(gè)基本參數(shù)。1、視在放電電荷--在絕緣體中發(fā)生局部放電測(cè)試儀時(shí)，絕緣體上施加電壓的兩端出現(xiàn)的脈動(dòng)電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫(kù)（pc）表示，通常以穩(wěn)定出現(xiàn)的大視在放電電荷作為該試品的放電量。2、放電重復(fù)率--在測(cè)量時(shí)間內(nèi)每秒中出現(xiàn)的放電次數(shù)的平均值稱為放電重復(fù)率，單位為次/秒，放電重復(fù)率越高，對(duì)絕緣的損害越大。局部放電測(cè)試儀產(chǎn)生原因在電場(chǎng)作用下，絕緣系統(tǒng)中只有部分區(qū)域發(fā)生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導(dǎo)體之間沒(méi)有擊穿）。這種現(xiàn)象稱之為局部放電測(cè)試儀。局部放電測(cè)試儀可能發(fā)生在導(dǎo)體邊上，也可能發(fā)生在絕緣體的表面上和內(nèi)部，發(fā)生在表面的稱為表面局部放電測(cè)試儀。發(fā)生在內(nèi)部的稱為內(nèi)部局部放電測(cè)試儀。而對(duì)于被氣體包圍的導(dǎo)體附近發(fā)生的局部放電測(cè)試儀，稱之為電暈。由此總結(jié)一下局部放電測(cè)試儀的定義，指部分的橋接導(dǎo)體間絕緣的一種電氣放電，局部放電測(cè)試儀產(chǎn)生原因主要有以下幾種：1、電場(chǎng)不均勻。2、電介質(zhì)不均勻。3、制造過(guò)程的氣泡或雜質(zhì)。經(jīng)常發(fā)生放電的原因是絕緣體內(nèi)部或表面存在氣泡；其次是有些設(shè)備的運(yùn)行過(guò)程中會(huì)發(fā)生熱脹冷縮,不同材料特別是導(dǎo)體與介質(zhì)的膨脹系數(shù)不同，也會(huì)逐漸出現(xiàn)裂縫；再有一些是在運(yùn)行過(guò)程中有機(jī)高分子的老化，分解出各種揮發(fā)物，在高場(chǎng)強(qiáng)的作用下，電荷不斷地由導(dǎo)體進(jìn)入介質(zhì)中，在注入點(diǎn)上就會(huì)使介質(zhì)氣化。