局部放电测量的基本知识.doc

局部放电测量的基本知识 邱昌容 徐阳 西安交大科技园博源电气有限责任公司 序 言 局部放电（PD）是表征高压电气设备绝缘性能的重要参数，也是发生绝缘故障的有效先兆信息。通过局部放电的检测,特别是在线监测，将为避免事故的发生和实行状态检修创造条件。因此PD在线监测已引起广泛的关注。 为了让用户基本上了解有关PD的机理，测量技术，测试结果的分析、判断，以及本公司生产的PD在线监测系统。针对用户关心的问题，编写这本小册子。 目 录 一、 什么是PD，如何产生 3 二、 为什么要测量局部放电？ 3 三、 有哪些测量局部放电的方法 3 四、 有哪些PD表征参数 3 五、 什么是局部放电谱图 3 六、 视在放电电荷如何定量 3 七、 为什么要对变压器局部放电进行在线监测 3 八、 PD在线监测的关键技术是什么 3 九、 BYT-II系统的工作原理及其特点是什么 3 十、 如何进行绝缘诊断 3 什么是PD，如何产生 局部放电是指在绝缘系统中，只有局部区域发生放电，而没有击穿，即放电没有贯穿施加电压的导体之间。局部放电可能出现在绝缘体内部、绝缘体与导体的界面上，以及绝缘体表面。导体周围都是气体时，导体边缘的PD称为电晕。 产生局部放电的根本原因是电场不均匀。这可能是由于导体尖端，或毛刺；也可能是绝缘体内部或界面存在气泡、裂纹、杂质、或是绝缘系统由多种介质复合组成。只要在局部区域的电场强度超过该区域材料的击穿场强时，在该区域就会出现放电，即产生局部放电。例如变压器油纸中含有气泡，则气泡中的电场强度E0 比其周围油纸中的电场强Ep要大εp/ε0 倍。εp为油纸的相对介电常数约2.2；ε0为空气的相对介电常数约为1，故E0＝2.2Ep而气体的击穿场EB0为3kV/mm(大气压力下)而油纸的击穿场强高达15kV/mm，很明显气泡首先放电而油纸仍然保持绝缘特性，这就出现局部放电。 此外还可能因导体接触不好或有浮动电位的金属体产生的PD。 为什么要测量局部放电？ 局部放电会使周围的介质发生物理和化学变化，从而逐渐降低其绝缘性能，即发生老化，最终导致击穿。这个过程是很复杂的，一般认为有以下几种形式： 1、带电质点轰击： 在放电过程中，由于电离产生的电子、正负离子，在电场中具有的能量可达10eV以上，而一般高聚物的键能只有几个eV。如C-H键能为3.5eV，C=C键能为6.2eV，因此这些带电质点轰击周围绝缘材料，就可能使高聚物裂解而变为低分子，降低了绝缘性能。 2、热效应： 在放电点上温度很高，可能产生热裂解，或促进化学反应，甚至使有机材料炭化，由此增大电导和损耗，降低绝缘性能。 3、生成活性物质： 最常见的如放电产生臭氧，在湿度大的环境下会产生各种酸如硝酸、草酸这将严重腐蚀绝缘材料。 此外，还有放电产生的各种射线如γ射线、χ射线、放电产生的机械应力、声波都会对材料起破坏性作用。 对于不同材料在不同的条件下电老化的机理可能不同，一般是以其中之一为主，其他同时存在。如油浸纸变压器中局部放电，会使油分解出各种气体如氢气、乙炔等碳氧化合物，纸分解出糠醛，由过氧化物形成X腊从而降低了油纸绝缘的性能。 对于固体绝缘体，从局部放电起始到绝缘体发生击穿，一般都会经历树枝状的放电发展过程，从发生过故障的变压器解剖检查中，经常会观察到在围屏、填块、绕组或引线的故障点上有树枝状的放电痕迹。在树枝放电发展过程中由于通道中的气体组分、气压、树枝形状的变化，通道中空间电荷和通道壁上陷入的空间电荷，以及因放电而使壁上的电导增大，都会导致PD状态不断变化，但在发生击穿的前期，一般都变得更为剧烈。 局部放电与绝缘缺陷和老化有密切的内在联系，可以通过测得的局部放电的特征来诊断绝缘状态，预示绝缘故障。特别是对于突发性的故障更为有效。因为介质损耗因数、绝缘电阻等参数是决定于绝缘系统的整体特性，而局部放电和绝缘的击穿一样是决定于系统中某一弱点，因此PD能更灵敏的预示击穿的发生；同时PD能表征绝缘状态的瞬时变化，而不像DGA需要较长的累积时间，因此它能更及时的预示故障的发生。 有哪些测量局部放电的方法 1、几种测量方法： 局部放电会产生各种现象，如有电荷交换、电能损耗、电磁波辐射、发生声波、发光、发热以及分解出各种气体或生成新的物质。于是可以通过捕获这些信息来检测局部放电。目前实用最多的是脉冲电流法，此外也有采用超高频法、超声法、DGA法（油中含气）紫外光学法等， （1）超声法：抗干扰能力强，装置简单可靠，但不能定量，信号较弱。近年采用光纤传感器（埋在内部）可提高灵敏度。适用于定位及电容量大的试品。 （2）超高频法：抗干扰能力强，不能定量，受信号传播过程的影响大，正在不断的改进传感器，已成功地应用于GIS，发电机的PD监测，变压器用的很少。 （3）脉冲电流法