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(xué)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?？偟膩碚f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(xué)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(yīng)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(yīng)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(qiáng)弱對電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長電纜進(jìn)行局部放電定位；采用Rogowski線圈傳感器也能定量檢測放電強(qiáng)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(guān)的，局部放電的現(xiàn)象將導(dǎo)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(jié)構(gòu)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(shù)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(bǔ)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(zhǔn)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(jìn)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(bǔ)，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(dāng)設(shè)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(dāng)故障較嚴(yán)重時，局部熱效應(yīng)是明顯的，可用預(yù)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(xué)生成物，例如用色譜分析儀測量高壓電氣設(shè)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(yīng)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(dāng)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(dāng)局部放電故障擴(kuò)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(shè)備進(jìn)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(jìn)行綜合判斷，才能更加有效地判斷故障性質(zhì)。

    當(dāng)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(yán)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(yīng)注意結(jié)合具體變壓器的結(jié)構(gòu)特點，如油保護(hù)方式、運行溫度、負(fù)荷情況、運行歷史等情況加以分析，以盡可能得出正確的結(jié)論。