變壓器局部放電測量試驗探討

山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗研究院 于虎娜 員雪峰

對于任何一種絕緣結(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，在同一電場下，介電常數(shù)小的氣泡、雜質(zhì)承受更高的電場強度，因此，當外施電壓達到某一定值時，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)生的機理、試驗的目的、試品的條件、試驗使用的設(shè)備、試驗方法等，為相關(guān)試驗人員提供參考。

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：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)中個別區(qū)域電場強度過高。

（二）試驗的目的

驗證變壓器電場強度設(shè)計、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期工作電壓下正常運行。

二、試驗使用設(shè)備

試驗需要使用的設(shè)備主要有：

（一）變壓器綜合試驗系統(tǒng)

為了防止試驗時勵磁電流過大，試驗電源頻率應(yīng)適當大于變壓器的額定頻率，我們試驗是通過變壓器綜合試驗系統(tǒng)給試品供電，所提供的頻率是200Hz。

（二）濾波器

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

（三）無局放耦合電容器

耦合電容要求為無暈的，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）測量阻抗

測量阻抗通常是一個有源或無源二端口網(wǎng)絡(luò)，其主要作用是把輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓信號輸出，然后通過信號傳輸系統(tǒng)傳給測量儀器。同時對試驗電壓及其諧波的低頻信號予以抑制。

（五）校準脈沖發(fā)生器

局放在測量前都要進行校準，校準脈沖發(fā)生器就是校準時提供已知數(shù)量的電荷（一般是10pC）。

電流脈沖一般由校準器產(chǎn)生，該校準器由能產(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，因此校準脈沖提供重復(fù)的電荷，其電荷值為：qo＝UoCo

校準器對完整試驗回路中的測量系統(tǒng)進行校準是為了確定局放測量系統(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量系統(tǒng)或儀器測量視在電荷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)字部分用來處理模擬量信號以作進一步計算、存儲相關(guān)參量和顯示試驗結(jié)果。

局部放電測量儀放大器的頻帶多是可變的，頻帶可在10～300kHz之間選擇。對同一放電源，測量儀在不同的頻帶范圍測量的結(jié)果是不同的。

在滿足一定信噪比的條件下，頻帶選寬一些可提高測量的靈敏度，也可以使測得的放電波形失真小一些。對于變壓器，為了消除勵磁諧波和低頻干擾，測量儀頻帶的下限通常選擇40kHz，而上限選擇300kHz。

三、試驗方法

局部放電測量方法分為電測法和非電測法兩大類。電測法應(yīng)用較多的是脈沖電流法和無線電干擾電壓法，主要用于局部放電的定量測量。非電測量法主要有聲測法、光測法、紅外攝像法和色譜分析法等。非電測法目前不用于定量測量，但通過測量非電信號，可測定局部放電部位。我們試驗就是用的脈沖電流法。

（一）基本原理

如下圖1所示，當試品Cx產(chǎn)生一次局部放電時，在其兩端就會產(chǎn)生一個瞬時的電壓變化Δu，此時在被試品Cx、耦合電容Ck和測量阻抗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傳給測量儀器M，測量儀器M對此信號進行采集、放大和顯示等處理，就可測定局部放電的一些基本量，如視在電荷量等。

圖1 測量阻抗Zm與耦合電容Ck串聯(lián)

變壓器局部放電測量線路見下圖2和圖3。

圖2 單相變壓器局部放電測量的接線示意圖

圖3 三相變壓器局部放電測量的接線示意圖

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

（二）校準程序

完整試驗回路中測量系統(tǒng)的校準是用來確定視在電荷測量的刻度因數(shù)k0。整個測量系統(tǒng)的校準是通過在兩個校準端子之間輸入已知的電荷來進行的。

為了避免連接引線的雜散電容引起測量誤差，應(yīng)盡量縮短電容器到校準端子的連線長度，另一端通過屏蔽電纜與校準脈沖發(fā)生器相連。

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

測量系統(tǒng)的校準是在試品不帶電時進行的（通常在施加電壓前進行），根據(jù)注入的電荷量q0和局部放電測量儀脈沖峰值表的讀數(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?？潭纫驍?shù)確定后，撤去脈沖發(fā)生器及C0，并保持其他條件不變，將電壓升至試驗電壓，若被試變壓器發(fā)生局部放電，局部放電測量儀熒光屏上便會出現(xiàn)放電脈沖信號，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

局部放電測量應(yīng)在Um≥3.6kV的繞組上進行。局部放電測量應(yīng)在所有絕緣試驗項目完成后進行。根據(jù)變壓器是單相還是三相結(jié)構(gòu)，來決定其低壓繞組是由單相電源還是三相電源供電。試驗電壓波形應(yīng)盡可能是正弦波，且試驗頻率應(yīng)適當?shù)乇阮~定頻率高些，以免試驗期間勵磁電流過大。