• 局放理論概述

在開始我們的實驗以前，我們首先應該對局部放電有個初步的了解，為什么要測量局部放電？局部放電有什么危害？怎樣準確測量局部放電？有了上述理論基礎可以幫助我們理解測量過程中的正確操作。

  一、局部放電的定義及產生原因

     在電場作用下，絕緣系統中只有部分區域發生放電，但尚未擊穿，（即在施加電壓的導體之間沒有擊穿）。這種現象稱之為局部放電。局部放電可能發生在導體邊上，也可能發生在絕緣體的表面上和內部，發生在表面的稱為表面局部放電。發生在內部的稱為內部局部放電。而對于被氣體包圍的導體附近發生的局部放電，稱之為電暈。由此 總結一下局部放電的定義，指部分的橋接導體間絕緣的一種電氣放電，局部放電產生原因主要有以下幾種：

1. 電場不均勻。
2. 電介質不均勻。
3. 制造過程的氣泡或雜質。經常發生放電的原因是絕緣體內部或表面存在氣泡；其次是有些設備的運行過程中會發生熱脹冷縮,不同材料特別是導體與介質的膨脹系數不同，也會逐漸出現裂縫；再有一些是在運行過程中有機高分子的老化，分解出各種揮發物，在高場強的作用下，電荷不斷地由導體進入介質中， 在注入點上就會使介質氣化。

二 、局部放電的模擬電路及放電過程簡介

介質內部含有氣泡，在交流電壓下產生的內部放電特性可由圖1—1的模擬電路(a b c等值電路)予以表示；其中Cc是模擬介質中產生放電間隙(如氣泡)的電容；C_b代表與C_c串聯部分介質的合成電容；C_a表示其余部分介質的電容。

(a)  實際介質                            (b)  模擬電路

I——介質有缺陷(氣泡)的部份(虛線表示)

                II——介質無缺陷部份

圖1—1  表示具有內部放電的模擬電路

圖1—1中以并聯有—對火花間隙的電容Cc來模擬產生局部放電的內部氣泡。圖1—2表示了在交流電壓下局部放電的發生過程。

圖1-2  介質內單個氣泡在交流電壓下的局部放電過程

U(t)一一外施交流電壓

Uc(t)一一氣泡不擊穿時在氣泡上的電壓

Uc’(t)一一有局部放電時氣泡上的實際電壓

Vc一一氣泡的擊穿電壓

Y r一一氣泡的殘余電壓   

Us—局部放電起始電壓(瞬時值)

Ur一一與氣泡殘余電壓v r對應的外施電壓

Ir一一氣泡中的放電電流

電極間總電容Cx=Ca＋(Cb×Cc)/(Cb＋Cc)=Ca電極間施加交流電壓 u(t)時，氣泡電容Cc上對應的電壓為Uc(t)。如圖2—1所示，此時的Uc(t)所代表的是氣泡理想狀態下的電壓（既氣泡不發生擊穿）。

Uc(t)=U(t)×Cb/Cc＋Cb

外施電壓U(t)上升時，氣泡上電壓Uc(t)也上升，當U(t)上升到Us時，氣泡上電壓Uc達到氣泡擊穿電壓,氣泡擊穿，產生大量的正、負離子，在電場作用下各自遷移到氣泡上下壁，形成空間電菏，建立反電場，削弱了氣泡內的總電場強度，使放電熄滅，氣泡又恢復絕緣性能。這樣的一次放電持續時間是極短暫的，對一般的空氣氣泡來說，大約只有幾個毫微秒(10的負8次方到10的負9次方秒)。所以電壓Uc(t)幾乎瞬間地從Vc降到Vr，Vr是殘余電壓；而氣泡上電壓Uc‘(t)將隨U(t)的增大而繼續由Vr升高到Vc時，氣泡再—次擊穿，發生又—次局部放電，但此時相應的外施電壓比Us小，為(Us-Ur)，這是因為氣泡上有殘余電壓Vr的內電場作用的結果。Vr是與氣泡殘余電壓Yr相應的外施電壓，如此反復上述過程，即外施電壓每增加(Us-Ur)，就產生一次局部放電．直到前—次放電熄滅后，Uc’(t)上升到峰值時共增量不足以達Vc(相當于外施電壓的增量Δ比(Us-Ur)小)為止。

此后，隨著外施電壓U(t)經過峰值Um后減小，外施電壓在氣泡中建立反方向電場，由于氣泡中殘存的內電場電壓方向與外電場方向相反，故外施電壓須經(Us+Ur))的電壓變化，才能使氣泡上的電壓達到擊穿電壓Vc，(假定正、負方向擊穿電壓Vc相等)，產生一次局部放電。放電很快熄滅，氣泡中電壓瞬時降到殘余電壓Vr(也假定正、負方向相同)。外施電壓繼續下降，當再下降(Us-Ur)時，氣泡電壓就又達到Vc從而又產生一次局部放電。如此重復上述過程，直到外施電壓升到反向蜂值一Um的增量Δ不足以達到(Us-Ur)為止。外施電壓經過一Um峰值后，氣泡上的外電場方向又變為正方向，與氣泡殘余電壓方向相反，故外施電壓又須上升(Us+Ur)產生第—次放電，熄滅后，每經過Us—Ur的電壓上升就產生一次放電，重復前面所介紹的過程。如圖1—2所示。

由以上局部放電過程分析，同時根據局部放電的特點（同種試品，同樣的環境下，電壓越高局部放電量越大）可以知道：一般情況下，同一試品在一、三象限的局部放電量大于二、四象限的局部放電量。那是因為它們是電壓的上升沿。（第三象限是電壓負的上升沿）。這就是我們測量中為什么把時間窗刻意擺在一、三象限的原因。

三、局部放電的測量原理：

局放儀運用的原理是脈沖電流法原理，即產生一次局部放電時，試品Cx兩端產生一個瞬時電壓變化Δu，此時若經過電容Ck耦合到一檢測阻抗Zd上，回路就會產生一脈沖電流I，將脈沖電流經檢測阻抗產生的脈沖電壓信息，予以檢測、放大和顯示等處理，就可以測定局部放電的一些基本參量（主要是放電量q）。在這里需要指出的是，試品內部實際的局部放電量是無法測量的，因為試品內部的局部放電脈沖的傳輸路徑和方向是極其復雜的，因此我們只有通過對比法來檢測試品的視在放電電荷，即在測試之前先在試品兩端注入一定的電量，調節放大倍數來建立標尺，然后將在實際電壓下收到的試品內部的局部放電脈沖和標尺進行對比，以此來得到試品的視在放電電荷。

四、局部放電的表征參數

     局部放電是比較復雜的物理現象，必須通過多種表征參數才能全面的描繪其狀態，同時局部放電對絕緣破壞的機理也是很復雜的，也需要通過不同的參數來評定它對絕緣的損害，目前我們只關心兩個基本參數。

1. 視在放電電荷——在絕緣體中發生局部放電時，絕緣體上施加電壓的兩端出現的脈動電荷稱之為視在放電電荷，單位用皮庫（pc）表示，通常以穩定出現的大視在放電電荷作為該試品的放電量。
2. 放電重復率——在測量時間內每秒中出現的放電次數的平均值稱為放電重復率，單位為次/秒，放電重復率越高，對絕緣的損害越大。

• 局放測試的試驗系統接線。

    在了解了局部放電的基本理論之后，在本章我們的重點轉向實際操作，我們先介紹局部放電測試中常用的三種接法，隨后我們再介紹整個系統的接線電路，后我們再分別介紹幾種典型的試品的試驗線路。

• 局部放電測試電路的三種基本接法及優缺點。

（一）并聯法        （二）串聯法          （三）平衡法

（1） 標準試驗電路，又稱并聯法。適合于必須接地的試品。

其缺點是高壓引線對地雜散電容并聯在 CX上，會降低測試靈敏度。

（2） 接法的串聯法，其要求試品低壓端對地浮置。

其優點是變壓器入口電容、高壓線對地雜散電容與耦合電容CK并聯，有利于提高試驗靈敏度。缺點是試樣損壞時會損壞輸入單元。

（3） 平衡法試驗電路：要求兩個試品相接近，至少電容量為同一數量級其優點是外干擾強烈的情況下，可取得較好抑制干擾的效果，并可消除變壓器雜散電容的影響，而且可做大電容試驗。缺點是須要兩個相似的試品，且當產生放電時，需設法判別是哪個試品放電。

值得提出的是：由于現場試驗條件的限制（找到兩個相似的試品且要保證一個試品無放電不太容易），所以在現場平衡法比較難實現，另外，由于采用串聯法時，如果試品擊穿，將會對設備造成比較大的損害，所以出于對設備保護的想法，在現場試驗時一般采用并聯法。

• 采用并聯法的整個系統的接線原理圖。

    該系統采用脈沖電流法檢測高壓試品的局部放電量，由控制臺控制調壓器和變壓器在試品的高壓端產生測試局放所需的預加電壓和測試電壓，通過無局放藕合電容器和檢測阻抗將局部放電信號取出并送至局部放電檢測儀顯示并判斷和測量。系統中的高壓電阻為了防止在測試過程中試品擊穿而損壞其他設備，兩個電源濾波器是將電源的干擾和整個測試系統分開，降低整個測試系統的背景干擾。

根據上述原理圖可以看出，局部放電測試的靈敏度和準確度和整個系統密切相關，要想順利和準確的進行局部放電測試，就必須將整個系統考濾周到，包括系統的參數選取和連接方式。另外，在現場試驗時，由于是驗證性試驗，高壓限流電阻可以省掉。

• 幾種典型試品的接線原理圖。

（1）電流互感器的局放測試接線原理圖

a電流互感器接線

（2）電壓互感器的局放測試接線原理圖

     A．工頻加壓方式接線原理圖

B．高頻加壓方式接線原理圖

為了防止電壓互感器在工頻電壓下產生大的勵磁電流而損壞，高壓電壓互感器一般采取自激勵的加壓方式。在電壓互感器的低壓側加一倍頻電源，在電壓互感器的高壓端感應出高壓來進行局部放電實驗。這就是通常所說的三倍頻實驗。其接線原理圖如下：

(3)高壓電容器.絕緣子的局放測試接線原理圖

(4) 發電機的局放測試接線原理圖

（5）變壓器的局部放電測試接線原理圖

我們僅僅是在原理性的總結了幾種典型試品的接線原理圖，至于各種試品的加壓方式和加壓值的多少，我們在做試驗的時侯要嚴格遵守每種試品的出廠檢驗標準或交接檢驗標準。

第三章  概述

智能局部放電檢測儀是我公司推向市場的新一代數字智能儀器，該儀器在原有產品的基礎上采用嵌入式ARM系統作為中央處理單元，控制12位分辨率的高速模數轉換芯片進行數據采集，將采集到的數據存放在雙端口RAM中。實現從模擬到數字的跨越。使用26萬色高分辨率TFT-LCD數字液晶顯示模組實時顯示放電脈沖波形，配備VGA接口，可外接顯示器。與傳統的模擬式示波管顯示局部放電檢測儀相比有以下特點：

1.彩色顯示器，雙色顯示波形，更清晰直觀；

2.可鎖定波形，更方便仔細查看放電波形細節；

3.自動測量并顯示試驗電源時基頻率，無需手動切換；

4.配備VGA接口，可外接大尺寸顯示器；

5.與示波管相比壽命更長。

6.具有波形鎖定、打印試驗報告功能

    本儀器檢測靈敏度高，試樣電容覆蓋范圍大，適用試品范圍廣，輸入單元（檢測阻抗）配備齊全，頻帶組合多（九種）。儀器經適當定標后能直讀放電脈沖的放電量。

    本儀器是電力部門、制造廠家和科研單位等廣泛使用的局部放電測試儀器。

第四章  主要技術指標：

    1．可測試品的電容范圍： 6PF—250uF。

    2．檢測靈敏度（見表一）：

表一

3、放大器頻帶：

（1）低端：10KHZ、20KHZ、40KHZ任選。

（2）：80KHZ、200KHZ、300KHZ任選。

4、放大器增益調節：

粗調六檔，檔間增益20±1dB；細調范圍≥20dB。每檔之間數據為10倍關系：如第三檔檢測數據為98，則第二檔顯示數據為9.8，如在第三檔檢測數據超過120，則應調至第二檔來檢測數據，所得數據應乘以10才為實際測量值。

5、時間窗：

（1）窗寬：可調范圍15°-175°；

（2）窗位置：每一窗可旋轉0°- 180°；

（3）兩個時間窗可分別開或同時開。

6、放電量表：

0-100誤差<±3％（以滿度計）。

7、橢圓時基：

（1）頻率：50HZ、或外部電源同步（任意頻率）

（2）橢圓旋轉：以30°為一檔，可作360°旋轉。

（3）顯示方式：橢圓—直線。

8、試驗電壓表：

精度：優于±3％（以滿度計）。

9、體積： 320×480×190（寬×深×高）mm³。

10、重量：約15Kg。

三、系統工作原理：

本機的局部放電測試原理是高頻脈沖電流測量法（ERA法）。

試品Ca在試驗電壓下產生局部放電時，放電脈沖信號經藕合電容Ca送入輸入單元，由輸入單元拾取到脈沖信號，經低噪聲前置放大器放大，濾波放大器選擇所需頻帶及主放大器放大（達到所需幅值與產生零標志脈沖）后，在示波屏的橢圓掃描基線上產生可見的放電脈沖，同時也送至脈沖峰值表顯示其峰值。

時間窗單元控制試驗電壓每一周期內脈沖峰值的工作時間，并在這段時間內將示波屏的相應顯示區加亮，用它可以排除固定相位的干擾。

試驗電壓表經電容分壓器產生試驗電壓過零標志訊號，在示波屏上顯示零標脈沖，橢圓時基上兩個零標脈沖，通過時間窗的寬窄調節可確定試驗電壓的相位，試驗電壓大小由數字電壓表指示。

整個系統的工作原理可參看方框圖（圖一）。

四、結構說明

本儀器為標準機箱結構，儀器分前面板及后面板兩部分，各調節元件的位置及位置和功能見下圖說明。

1、4：長按改變門窗的位置

2、3：長按改變門窗的寬度

5：時鐘設置按鈕

6：按9號鍵鎖定后再按此鍵，即可打印試驗報告

7：分壓比設置按鈕

8：門開關，重復按可選擇左右門

9：波形鎖定按鍵

10：橢圓旋轉按鈕

11：顯示方式按鈕

12：取消按鈕

A、B、C通道選擇旋鈕與后面板A、B、C測量通道相對應