變壓器局部放電測(cè)量試驗(yàn)探討

山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 于虎娜 員雪峰

對(duì)于任何一種絕緣結(jié)構(gòu)，包括變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)，內(nèi)部存在氣泡(氣隙)、雜質(zhì)等是不可避免的，在同一電場(chǎng)下，介電常數(shù)小的氣泡、雜質(zhì)承受更高的電場(chǎng)強(qiáng)度，因此，當(dāng)外施電壓達(dá)到某一定值時(shí)，這些部位往往首先發(fā)生放電，這就是局部放電。

本文主要介紹了局部放電產(chǎn)生的原因、發(fā)生的機(jī)理、試驗(yàn)的目的、試品的條件、試驗(yàn)使用的設(shè)備、試驗(yàn)方法等，為相關(guān)試驗(yàn)人員提供參考。

一、局部放電

（一）產(chǎn)生的原因

局部放電產(chǎn)生的原因主要有以下幾點(diǎn)：所采用的絕緣材料本身存在局部缺陷；絕緣結(jié)構(gòu)中混入了氣泡、水分或各種雜質(zhì)；絕緣結(jié)構(gòu)中存在某些電氣連接不良；絕緣結(jié)構(gòu)中個(gè)別區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高。

（二）試驗(yàn)的目的

驗(yàn)證變壓器電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、制作、澆注工藝水平是否正常，考核變壓器是否能在長(zhǎng)期工作電壓下正常運(yùn)行。

二、試驗(yàn)使用設(shè)備

試驗(yàn)需要使用的設(shè)備主要有：

（一）變壓器綜合試驗(yàn)系統(tǒng)

為了防止試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁電流過(guò)大，試驗(yàn)電源頻率應(yīng)適當(dāng)大于變壓器的額定頻率，我們?cè)囼?yàn)是通過(guò)變壓器綜合試驗(yàn)系統(tǒng)給試品供電，所提供的頻率是200Hz。

（二）濾波器

在100kHz～400kHz衰減要達(dá)到50～60dB，我們的濾波器在20kHz～400kHz能達(dá)到80dB。

（三）無(wú)局放耦合電容器

耦合電容要求為無(wú)暈的，其電容量Ck≥10Co，Co值應(yīng)在50～100pF，我們局放耦合電容的電容量為1000pF。

（四）測(cè)量阻抗

測(cè)量阻抗通常是一個(gè)有源或無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是把輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出，然后通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳給測(cè)量?jī)x器。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)電壓及其諧波的低頻信號(hào)予以抑制。

（五）校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器

局放在測(cè)量前都要進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器就是校準(zhǔn)時(shí)提供已知數(shù)量的電荷（一般是10pC）。

電流脈沖一般由校準(zhǔn)器產(chǎn)生，該校準(zhǔn)器由能產(chǎn)生幅值為Uo的階躍電壓脈沖發(fā)生器和電容Co串聯(lián)構(gòu)成，因此校準(zhǔn)脈沖提供重復(fù)的電荷，其電荷值為：qo＝UoCo

校準(zhǔn)器對(duì)完整試驗(yàn)回路中的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)是為了確定局放測(cè)量系統(tǒng)的刻度因數(shù)。

（六）多通道數(shù)字式局部放電綜合分析儀

數(shù)字局放儀器一般是用模擬測(cè)量系統(tǒng)或儀器測(cè)量視在電荷q，然后加一數(shù)字采集和處理系統(tǒng)。數(shù)字局放儀的數(shù)字部分用來(lái)處理模擬量信號(hào)以作進(jìn)一步計(jì)算、存儲(chǔ)相關(guān)參量和顯示試驗(yàn)結(jié)果。

局部放電測(cè)量?jī)x放大器的頻帶多是可變的，頻帶可在10～300kHz之間選擇。對(duì)同一放電源，測(cè)量?jī)x在不同的頻帶范圍測(cè)量的結(jié)果是不同的。

在滿(mǎn)足一定信噪比的條件下，頻帶選寬一些可提高測(cè)量的靈敏度，也可以使測(cè)得的放電波形失真小一些。對(duì)于變壓器，為了消除勵(lì)磁諧波和低頻干擾，測(cè)量?jī)x頻帶的下限通常選擇40kHz，而上限選擇300kHz。

三、試驗(yàn)方法

局部放電測(cè)量方法分為電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類(lèi)。電測(cè)法應(yīng)用較多的是脈沖電流法和無(wú)線(xiàn)電干擾電壓法，主要用于局部放電的定量測(cè)量。非電測(cè)量法主要有聲測(cè)法、光測(cè)法、紅外攝像法和色譜分析法等。非電測(cè)法目前不用于定量測(cè)量，但通過(guò)測(cè)量非電信號(hào)，可測(cè)定局部放電部位。我們?cè)囼?yàn)就是用的脈沖電流法。

（一）基本原理

如下圖1所示，當(dāng)試品Cx產(chǎn)生一次局部放電時(shí)，在其兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化Δu，此時(shí)在被試品Cx、耦合電容Ck和測(cè)量阻抗Zm組成的回路中產(chǎn)生一脈沖電流i。脈沖電流i流經(jīng)測(cè)量阻抗Zm，在其兩端產(chǎn)生一脈沖電壓。傳輸電纜將脈沖電壓信號(hào)傳給測(cè)量?jī)x器M，測(cè)量?jī)x器M對(duì)此信號(hào)進(jìn)行采集、放大和顯示等處理，就可測(cè)定局部放電的一些基本量，如視在電荷量等。

圖1 測(cè)量阻抗Zm與耦合電容Ck串聯(lián)

變壓器局部放電測(cè)量線(xiàn)路見(jiàn)下圖2和圖3。

圖2 單相變壓器局部放電測(cè)量的接線(xiàn)示意圖

圖3 三相變壓器局部放電測(cè)量的接線(xiàn)示意圖

圖中C為無(wú)局放放電的高壓耦合電容器（其電容值與校準(zhǔn)發(fā)生器的電容Co相比應(yīng)足夠大），該電容器與測(cè)量阻抗Zm串聯(lián)，且與每個(gè)被試高壓繞組端子相連接。

（二）校準(zhǔn)程序

完整試驗(yàn)回路中測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是用來(lái)確定視在電荷測(cè)量的刻度因數(shù)k0。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是通過(guò)在兩個(gè)校準(zhǔn)端子之間輸入已知的電荷來(lái)進(jìn)行的。

為了避免連接引線(xiàn)的雜散電容引起測(cè)量誤差，應(yīng)盡量縮短電容器到校準(zhǔn)端子的連線(xiàn)長(zhǎng)度，另一端通過(guò)屏蔽電纜與校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器相連。

如果兩個(gè)校準(zhǔn)端子都不接地，則校準(zhǔn)發(fā)生器本體的電容也可能引起誤差。校準(zhǔn)發(fā)生器最好由電池供電，以使其外形尺寸盡量小。

測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是在試品不帶電時(shí)進(jìn)行的（通常在施加電壓前進(jìn)行），根據(jù)注入的電荷量q0和局部放電測(cè)量?jī)x脈沖峰值表的讀數(shù)l0或脈沖高度h0，得到電荷量刻度因數(shù)k0=q0/l0或k'0=q0/h0。刻度因數(shù)確定后，撤去脈沖發(fā)生器及C0，并保持其他條件不變，將電壓升至試驗(yàn)電壓，若被試變壓器發(fā)生局部放電，局部放電測(cè)量?jī)x熒光屏上便會(huì)出現(xiàn)放電脈沖信號(hào)，讀取脈沖峰值表讀數(shù)l或脈沖高度h，分別乘以其相應(yīng)的刻度因數(shù)，即為被試變壓器的視在電荷量。

（三）電壓施加方式

局部放電測(cè)量應(yīng)在Um≥3.6kV的繞組上進(jìn)行。局部放電測(cè)量應(yīng)在所有絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目完成后進(jìn)行。根據(jù)變壓器是單相還是三相結(jié)構(gòu)，來(lái)決定其低壓繞組是由單相電源還是三相電源供電。試驗(yàn)電壓波形應(yīng)盡可能是正弦波，且試驗(yàn)頻率應(yīng)適當(dāng)?shù)乇阮~定頻率高些，以免試驗(yàn)期間勵(lì)磁電流過(guò)大。