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局部放电试验方法-电测法

发布时间:2021-04-10 18:55人气:

局部放电

局部放电发生的过程中伴有声、光、电、热以及化学分解等物理现象,利用这些过程都可以进行放电测量。因此局部放电的检测方法有脉冲电流法、超声波法、紫外成像法、气相色谱法、震荡波法、特高频法等多种检测方法;尽管脉冲电流法测量局放可以定量,但较难解决现场干扰问题,而超高频法抗干扰能力强,又无法定量,只能定性分析。超声波法能够进行局放定位,是当前非常有用的辅助监测手段。相对地,油中溶解气体的在线监测方式则成熟得多,但无法监测突发性故障。针对产生的不同表征有不同的试验方法,下面将一一阐述:

局部放电测量的目的是确定试品是否存在放电及放电是否超标,确定局部放电起始和熄灭电压。发现其它绝缘试验不能检查出来的绝缘局部隐形缺陷及故障。

测量局部放电的方法分为电测法和非电测法两大类。非电测法不能用于定量测量,主要用于放电定位,且灵敏度较低。电测法灵敏度较高且能定量,在电力工业中得到广泛的应用。

局部放电最直接的现象即引起电极间的电荷移动,每一次局部放电都伴有一定数量的电荷通过电介质引起试样外部电极上的电压变化。另外每次放电过程持续时间很短,在气隙中一次放电过程在10ns量级;在油隙中一次放电时间也只有1ms。根据Maxwell电磁理论,如此短持续时间的放电脉冲会产生高频的电磁信号向外辐射。局部放电电检测法即是基于这两个原理常见的检测方法有脉冲电流法、无线电干扰电压法、介质损耗分析法等等。特别是20世纪80年代由S.A.Boggs博士和G.C.Stone博士提出的超高频检测法近年来得到广泛关注并逐渐有实用化的产品问世。


1. 脉冲电流法

电测法中,应用广泛的是高频脉冲电流法。高频脉冲电流法是测量局部放电引起的在试样两端所产生的电压(瞬时)变化或脉冲电流变化。它是通过检测阻抗接入到测量回路中来检测。通过输入电荷校正方波,检测变压器套管末屏接地线、外壳接地线、中性点接地线、铁芯接地线以及绕组中由于局放引起的脉冲电流,获得视在放电量。脉冲电流法是研究最早、应用最广泛的一种检测方法,IEC-60270为IEC于2000年正式公布的局放测量标准。

脉冲电流法又包括直接法和平衡检测法。直接法在现场测量中遇到的困难较大,遭遇的干扰较多,测试灵敏度不能保证。而平衡法中的各种电桥测量干扰抑制比大。只是灵敏度较低。

脉冲电流法现广泛被用于变压器出厂时的型式试验以及电气交接试验中,但不可否认脉冲电流法存在着几方面的问题:

1、抗干扰能力差,受现场电磁干扰如窄带干扰、脉冲干扰和白噪声等在变压器投运后无法有效应用于现场的在线监测;
2、尽管中频电源局放试验装置是一种优良、稳定的局放试验装置。但是在中频250Hz下进行大型变压器现场局部放电试验时,被试变压器加压电流呈容性,容性补偿是必须考虑的问题;
3、由于检测阻抗和放大器对测量的灵敏度、准确度、分辨率以及动态范围等都有影响,因此当试样的电容量较大时,受祸合阻抗的限制,测试仪器的测量灵敏度受到一定限制;测量频率低、频带窄,一般在20-300kHz,包含的信息量少;
4、对于故障的定位是局放频谱的分析,对试验人员技术和经验的要求很高。这些问题也是在局部放电检测过程中需要克服和解决的问题,所以尽管有这些问题存在,脉冲电流法仍旧被普遍应用。


2. 无线电干扰电压法

电测法还有RIV法,即无线电干扰电压法。局部放电会产生无线电干扰的现象很早就被人们所认识。例如人们常采用无线电电压干扰仪来检测由于局放对无线电通讯和无线电控制的干扰,并已制定了测量方法的标准。用RIV表来检测局放的测量线路与脉冲电流直测法的测量电路相似。此外,还可以利用一个接收线圈来接收由于局放而发出的电磁波,对于不同测试对象和不同的环境条件,选频放大器可以选择不同的中心频率(从几万赫兹到几十万赫兹),以获得最大的信噪比。

RIV法又称射频检测法,是因为常用射频传感器来进行检测。我国专家在国外研究的基础上设计出用于大型电机局部放电在线监测用的宽频电流传感器,取得了良好的应用效果。并且随着滤波技术的发展,此传感器在大型变压器在线监测中应用广泛。

国内外大量文献已经证明了振荡波电压和工频电压具有良好的等效性,与工频电压、超低频电压(0.1Hz)相比,具有作用时间短、操作方便、可以发现电缆中的各种缺陷、且不会对电缆造成损伤等优点,在国际上已得到广泛应用。振荡波电缆局部放电检测装置由高压发生单元和局放测试回路组成,可以施加0-28kV的直流电压。测量过程中,首先对被测电缆施加直流电压到期望值,然后合上电子开关,被测电缆和系统内的电感线圈将发生谐振。在电缆上施加一个衰减振荡的电压,由于测试回路中电阻的压降可以忽略,所以振荡波电压幅值的衰减是由电缆本身的介质损耗决定的,所以电缆的介质损耗值是可以测得的。


3. 超高频法

超高频是通过超高频传感器接收变压器内部局部放电产生的超高频电磁波,进行局部放电检测,并实现抗干扰。变压器局部每一次放电都是正负电荷的中和,伴随有一个很陡的电流脉冲并向周围辐射电磁波。也是近年逐渐被运用的检测方法。

在80年代末,UHF法测量局部放电首先应用在GIS设备中。UHF检测的特点使其在局部放电检测领域具有其它方法无法比拟的优点,因而在近年来得到了迅速的发展和广泛的应用。英国Strathclyde大学的Judd等人以盘式电容作为耦合特高频信号的天线传感器,在变压器顶部靠近高压侧的箱体上开一介质窗,传感器通过介质窗提取局部放电信号,送入频谱分析仪,选取最优频率后,使用频谱仪的POW (po intones ave)模式进行分析,取得了一定的成果。法国ALSTOM输配电研究中心的K.Ra ja等人在实验室内研究了各种典型局部放电模型的UHF特性,通过频谱仪的Zerospan方式检测,并据此建立了模式识别方法。

高频方法的研究也面临着一些问题,由于测量机理与脉冲电流法不同,因此无法进行视在放电量的标定,而目前大多数工程人员已经习惯于通过视在放电量来反映局放的严重程度,IEC规定有关局放的变压器产品出厂标准中,其指标也是通过局放量的阈值来规定的。目前的研究表明,即使在局放源到传感器之间的传播路径不变的情况下,脉冲电流法的视在局放量与超高频方法所测得的脉冲信号幅值之间也没有确定的对应关系,这就更加大了应用该方法进行局放定量的难度;此外,由于变压器内部绝缘结构的复杂性,局放产生的电磁

波在内部的传播将存在大量的散射、折反射以及衰减,因而传播特性研究和局放源定位工作将注定是难度很大而且充满挑战的。


4、介质损耗法

局部放电对绝缘材料的破坏作用是与局部放电消耗的能量直接相关的。因此对放电消耗功率的测量很早就引起人们的重视。在大多数绝缘结构中,随着电压的升高,绝缘中气隙或气泡的数目将增加。此外局部放电的现象将导致介质的损坏,从而使得介质损耗大大增加,因此可以通过测量介质损耗的值来测量局部放电能量从而判断绝缘材料和结构的性能情况。

介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在的辉光或者亚辉光放电。由于辉光放电不产生放电脉冲信号,而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长,普通的脉冲电流法检测装置中难以检测出来。但这种放电消耗的能量很大,使得介质损耗很大。故只有采用电桥法检测介质损耗才能判断这种放电的状态和带来的危害。

但是DLA方法只能定性的测量局部放电是否发生基本不能检测局部放电量的大小这限制了DLA方法的运用目前关于用DLA方法测局部放电的报道还很少。

目前来看,电测法依然是局部放电试验中最重要的手段。其中脉冲电流法仍是工程试验中主要的测量方法,灵敏度高,放电量校准方便,利于获取局部放电脉冲波形,更好地分析变压器故障。但是在现场试验中,脉冲电流法容易受外部电磁路的干扰,影响试验分析的准确性。

无线电干扰电压法中,Rogowski线圈传感器由于结构简单、安装方便、检测灵敏度高、频带宽等优点在局部放电在线监测中被广泛采用。现在大型电机变压器GIS等设备的在线监测中均有应用。超高频检测法是近年发展起来的新型局部放电检测方法,具有频带高、灵敏度好、抗电磁干扰能力强等显著优点,被认为是最有潜力的局部放电在线检测方法。但是超高频检测用微带天线传感
器目前还在研究之中制造工艺要求甚高技术尚不成熟。

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