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局部放电的波形和识别图谱


局部放电的波形和识别图谱( 补充件 ) A1 前言

局部放电电气检测的基本原理是在一定的电压下测定试品绝缘结构中局部放电 所产生的高频电流脉冲。 在实际试验时,应区分并剔除由外界干扰引起的高频脉 冲信号,否则,这种假信号将导致检测灵敏度下降和最小可测水平的增加,甚至 造成误判断的严重后果。 在某一既定的试验环境下,如何区别干扰信号,采取若干必要的措施,以保证测 试的正确性, 就成为一个较重要的问题。目前行之有效的办法是提高试验人员识 别干扰波形的能力,正确掌握试品放电的特征、与施加电压及时间的规律。经验 表明:判断正确与否在很大程度上取决于测试者的经验。掌握的波形图谱越多, 则识别和解决的方法也越快越正确。目前,有用计算机进行频谱分析帮助识别, 但应用计算机的先决条件同样需要预知各种干扰波和试品放电波形的特征。 现根 据我国多年来的实际经验和国外曾经发表过的一些图谱,汇编成文,供参考。应 该指出,所介绍的放电波形,多属处理成典型化的图形,不可能包含全部可能发 生的内容。 A2 局部放电的干扰、抑制及识别的方法

图 A1 干扰及其进入试验回路的途径 Tr —试验变压器; Cx —被试品; Ck —耦合电容器; Zm —测量阻抗; DD —检测仪; M —邻近试验回路的金属物件; U A —电源干扰;

U B —接地干扰; U C —经试验回路杂散电容 C 耦合产生的干扰; U D —悬浮电位放电产生的干扰; U E —高压各端部电晕放电的干扰; IA —试验变压器的放电干扰; IB —经试验回路杂散电感 M 耦合产生的辐
射干扰; I C —耦合电容器放电的干扰 A2.1 干扰类型和途径

干扰将会降低局部放电试验的检测灵敏度,试验时,应使干扰水平抑制到最低水 平。干扰类型通常有:电源干扰、接地系统干扰、电磁辐射干扰、试验设备各元 件的放电干扰及各类接触干扰。这些干扰及其进入试验回路的途径见图 A1 。 a. 电源干扰。检测仪及试验变压器所用的电源是与低压配电网相连的,配电网 内的各种高频信号均能直接产生干扰。因此,通常采用屏蔽式电源隔离变压器及 低通滤波器抑制,效果甚好。 b. 接地干扰。试验回路接地方式不当,例如两点及以上接地的接地网系统中, 各种高频信号会经接地线耦合到试验回路产生干扰。 这种干扰一般与试验电压高 低无关。试验回路采用一点接地,可降低这种干扰。 c. 电磁辐射干扰。邻近高压带电设备或高压输电线路,无线电发射器及其它诸 如可控硅、电刷等试验回路以外的高频信号,均会以电磁感应、电磁辐射的形式 经杂散电容或杂散电感耦合到试验回路,它的波形往往与试品内部放电不易区 分,对现场测量影响较大。其特点是与试验电压无关。消除这种干扰的根本对策 是将试品置于屏蔽良好的试验室。 采用平衡法、 对称法和模拟天线法的测试回路, 也能抑制辐射干扰。 d. 悬浮电位放电干扰。 邻近试验回路的不接地金属物产生的感应悬浮电位放电, 也是常见的一种干扰。 其特点是随试验电压升高而增大, 但其波形一般较易识别。 消除的对策一是搬离,二是接地。 e. 电晕放电和各连接处接触放电的干扰。电晕放电产生于试验回路处于高电位 的导电部分,例如试品的法兰、金属盖帽、试验变压器、耦合电容器端部及高压 引线等尖端部分。 试验回路中由于各连接处接触不良也会产生接触放电干扰。这 两种干扰的特性是随试验电压的升高而增大。 消除这种干扰是在高压端部采用防 晕措施 ( 如防晕环等 ) , 高压引线采用无晕的导电圆管,以及保证各连接部位 的良 好接触等。 f. 试验变压器和耦合电容器内部放电干扰。这种放电容易和试品内部放电相混 淆。 因此, 使用的试验变压器和耦合电容器的局部放电水平应控制在一定的允许 量以下。 A2.2 识别干扰的基本依据局部放电试验的干扰是随机而杂乱无章的, 因此难以 建立全面的识别方法,但掌握各类放电时的时间、位置、扫描方向以及电压与时 间关系曲线等特性,有助于提高识别能力。 a. 掌握局部放电的电压效应和时间效应。局部放电脉冲波形与各种干扰信号随 电压高低、 加压时间的变化具有某种固有的特性,有些放电源 ( 干扰源 ) 随电 压高低 ( 或时间的延长 ) 突变、缓变,而有些放电源却是不变的,观察和分析 这类固有特性是识别干扰的主要依据。 b. 掌握试验电压的零位。试品内部局部放电的典型波形,通常是对称的位于正 弦波的正向上升段,对称地叠加于椭圆基线上,而有些干扰 ( 如高电位、地电

位的尖端电晕放电 ) 信号是处于正弦波的峰值,认定椭圆基线上试验电压的零 位。也有助于波形识别。但须指出,试验电压的零位是指施加于试品两端电压的 零位,而不是指低压励磁侧电压的零位。目前所采用的检测仪中,零位指示是根 据高压电阻分压器的低压输出来定的,电阻分压器的电压等级一般最高为 50kV 。根据高电位、地电位尖端电晕放电发生在电压峰值的特性,也可推算到 试验电压 的零位,只要人为在高压端设置一个尖端电晕放电即可认定。高压端 尖端电晕放电的脉冲都严格地叠加于正弦波的负峰值。

图 A2 椭圆基线扫描方向识别 c. 根据椭圆基线扫描方向。放电脉冲与各种干扰信号均在时基上占有相应的位 置 ( 即反映正弦波的电角度 ) ,如前所述,试品内部放电脉冲总是叠加于正向 ( 或反向 ) 的上升段,根据椭圆基线的扫描方向,可确定放电脉冲和干扰信号 的位置。 方法是注入一脉冲 ( 可用机内方波 ) ,观察椭圆基线上显示的脉冲振 荡方向 ( 必要时可用 X 轴扩展 ) 即为椭圆基线的扫描方向,从而就能确定椭 圆基线的相应电角度,如图 A2 所示。 d. 整个椭圆波形的识别。局部放电测试,特别是现场测试,将各种干扰抑制到 很低的水平通常较困难。经验表明,在示波屏上所显示的波形,即使有各种干扰 信号,只要不影响识别与判断,就不必花很大的精力将干扰信号全部抑制。 A3 A3.1 局部放电的基本图谱 基本图谱,见表 A1 。 表 A1 局部放电的基本图谱

续表

A3.2 类型 1

局部放电的基本图谱说明

放电模型:绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙; 放电响应: 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基 本相等,但有时上下幅值的不对称度 3:1 仍属正常;

放电量与试验电压的关系:起始放电后,放电量增至某一水平时,随试验电压上 升放电量保持不变。熄灭电压基本相等或略低于起始电压。 类型 2 放电模型:绝缘结构中仅有一个与电场方向垂直的气隙; 放电响应: 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基 本相等,但有时上下幅值的不对称度 3:1 仍属正常; 放电量与试验电压的关系:起始放电后,放电量增至某一水平时,随试验电压上 升放电量保持不变。 熄灭电压基本相等或略低于起始电压,若试验电压上升至某 一值并维持较长时间 (如 30min),熄灭电压将会高于起始电压,且放电量将会 下降;若试验电压维持达 1h,熄灭电压会更大于起始电压,并且高于第一次 (30min 时)的值,放电量也进一步下降。 类型 3 放电模型: (1)两绝缘体之间的气隙放电 (2)表面放电 放电响应: 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基 本相等,但有时上下幅值的不对称度 3:1 仍属正常。放电刚开始时,放电脉冲 尚能分辨,随后电压上升,某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动,同时会出 现幅值较大的脉冲,脉冲分辨率逐渐下降,直至不能分辨; 放电量与试验电压的关系:起始放电后,放电量随电压上升而稳定增长;熄灭电 压基本相等或低于起始电压。 类型 4 放电模型:绝缘结构内含有各种不同尺寸的气隙 (多属浇注绝缘结构); 放电响应: 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基 本相等,但有时上下幅值的不对称度 3∶1 仍属正常。放电刚开始时,放电脉冲 尚能分辨,随后电压上升,某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动,同时会出 现幅值较大的脉冲,脉冲分辨率逐渐下降,直至不能分辨; 放电量与试验电压的关系:若试验电压上升或下降速率较快,起始放电后,放电 量随试验电压上升而稳定增长, 熄灭电压基本相等或略低于起始放电电压。如在 某高电压下维持一定时间 (如 15min),放电量会逐渐下降,熄灭电压会略高于 起始电压(因浇注绝缘局部放电会导致气隙内壁四周产生导电物质)。 类型 5 放电模型:绝缘结构内仅含有一个扁平的气隙 (多属电机绝缘)

放电响应: 放电脉冲叠加于正及负峰之前的位置,对称的两边脉冲幅值及频率基 本相等,但有时上下幅值的不对称度 3∶1 仍属正常。放电刚开始时,放电脉冲 尚能分辨,随后电压上升,某些放电脉冲向试验电压的零位方向移动,同时会出 现幅值较大的脉冲,脉冲分辨率逐渐下降,直至不能分辨; 放电量与试验电压的关系:起始放电后,放电量随试验电压上升稳定增长。如电 压上升及下降速率较快, 熄灭电压等于或略低于起始电压;如在某高电压下持续 一段时间 (如 10min),熄灭电压和起始电压的幅值会降低,幅值略有上升。 类型 6 放电模型:绝缘结构为液体与含有潮气的纸板复合绝缘。电场下,纸板会产生气 泡,导致放电,进一步使气泡增多; 放电响应:如在某一高电压下持续 1min,放电量迅速增长,若立即降压,则熄 灭电压等于或略低于起始电压;若电压维持 1min 以上再降压,放电量会随电压 逐渐下降。 如放电熄灭后立刻升压则起始放电电压幅值将大大低于原始的起始及 熄灭电压。若将绝缘静止一天以上,则其起始、熄灭电压将会复原; 放电量与试验电压的关系:如在某一高电压下持续 1min,放电量迅速增长,若 立即降压,则熄灭电压等于或略低于起始电压;若电压维持 1min 以上再降压, 放电量会随电压逐渐下降。 如放电熄灭后立刻升压则起始放电电压幅值将大大低 于原始的起始及熄灭电压。若将绝缘静止一天以上,则其起始、熄灭电压将会复 原。 类型 7 放电模型: 绝缘结构中仅含有一个气隙,位于电极的表面与介质内部气隙的放电 响应不同 放电响应:放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前,两边的幅值不尽对称,幅值 大的频率低,幅值小的频率高。两幅值之比通常大于 3∶1,有时达 10∶1。总 的放电响应能分辨出; 放电量与试验电压的关系:放电一旦起始,放电量基本不变,与电压上升无关。 熄灭电压等于或略低于起始电压。 类型 8 放电模型: (1)一簇不同尺寸的气隙,位于电极的表面,但属封闭型(2)电极与 绝缘介质的表面放电,气隙不是封闭的; 放电响应:放电脉冲叠加于电压的正及负峰值之前,两边幅值比通常为 3∶1 有 时达 10∶1;随电压上升,部份脉冲向零位方向移动,放电起始后,脉冲分辨率 尚可;继续升压,分辨率下降,直至不能分辨;

放电量与试验电压的关系:放电起始后,放电量随电压的上升逐渐增大,熄灭电 压等于或略低于起始电压。如电压持续时间在 10min 以上,放电响应会有些变 化 。 A4 A4.1 干扰波的基本图谱 基本图谱,见表 A3 。 表 A3 干扰波的基本图谱

续表

A4.2 类型 9

干扰波的基本图谱说明

干扰源:悬浮电位放电:在电场中两悬浮金属物体间,或金属物与大地间产生的 放电; 放电响应:波形有现两种情况: (1)正负两边脉冲等幅、等间隔及频率相同(2) 两边脉冲成对出现,对与对间隔相同,有进会在基线往复移动; 放电量与试验电压的关系:起始放电后有 3 种类型:(1)放电量保持不变,与电 压有关, 熄灭电压与起始电压完全相等 (2)电压继续上升,在某一电压下放电突 然消失;电压继续上升后再下降,会在前一消失电压下再次出现放电(3)随电压 上升,放电量逐渐减小,放电脉冲随之增加。 类型 10 干扰源:针尖对平板或大地的气体介质; 放电响应:较低电压下产生电晕放电,放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位 于负峰值处,放电源处于高电位;如位于正峰处,放电源处于低电位。这可帮助 判断电压的零位; 放电量与试验电压的关系:起始放电后电压上升,放电量保持不变,惟脉冲密度 向两边扩散、放电频率增加,但尚能分辨;电压再升高,放电脉冲频率增至逐渐 不可分辨。 类型 11 干扰源:针尖对平板或大地的液体介质

放电响应:较低电压下产生电晕放电,放电脉冲总叠加于电压的峰值位置。如位 于负峰值处,放电源处于高电位;如位于正峰处,放电源处于低电位。这可帮助 判断电压的零位, 一对脉冲对称的出现在电压正或负峰处,每一簇的放电脉冲时 间间隔均各自相等。但两簇的幅值及时间间隔不等,幅值较小的一簇幅值相等、 较密; 放电量与试验电压的关系: 一簇较大的脉冲起始电压较低,放电量随电压上升增 加;一簇较小的脉冲起始电压较高,放电量与电压无关,保持不变;电压上升, 脉冲频率密度增加,但尚能分辨;电压再升高,逐渐变得不可分辨。 类型 12 干扰源:试品内部、试验回路中导电部分的接触不良; 放电响应:两簇脉冲位于试验电源零位的不规则的干扰脉冲,基本等幅,与电压 成比例; 放电量与试验电压的关系: 放电量与电压成比例,有时接触处完全导通时会使干 扰自行消除。 类型 13 干扰源:回路中设备的铁芯磁饱和产生的干扰。其原因为: (1)磁密过高(2)与 回路的电容发生谐振(3)检测仪频带在低限下频率的不稳定性; 放电响应: 带有低频振荡的脉冲出现于时间基线上,振荡周期大于检测仪的分辨 率; 放电量与试验电压的关系:干扰脉冲幅值随电压上升,电压回零,脉冲即消失, 与电压持续时间无关。 类型 14 干扰源: (1)单个可控硅干扰脉冲(2)6 极水银整流器干扰(3)旋转电机干扰(4) 荧光灯产生的干扰; 放电响应:响应特性的范围很宽,常有: (1)波形的位置上可以完全不规则或间 断(2)一个电压周波可出现 1、2、3、4、6 或 12 根间断彼此相等的单独脉冲(3) 试验电压与仪器电源的周波不很同步,干扰脉冲会在椭圆基线作定向等速移动; 放电量与试验电压的关系:放电量与电压无关,电压降为零时,脉冲依然存在。 受电源切断、短路、叠加负荷的影响,具有严格的时间对应关系,但不规则。 类型 15

干扰源: 调制或非调制的干扰波形有: (1)与无线电波调制(2)调幅高频(3)与检 测频段相近的超声波干扰; 放电响应:通常来源于高频设备,如感应加热器、超声波发生器等; 放电量与试验电压的关系:放电量与电压无关,电压降为零时,脉冲依然存在。 受电源切断、短路、叠加负荷的影响,具有严格的时间对应关系,但不规则。 附加说明: 本导则由能源部高电压试验技术标准化委员会提出。 本导则由华东电力试验研究所负责起草。


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