第6章--變壓器局部放電測試方法(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第6章 變壓器局部放電測試方法6.1 放電脈沖在線圈中的衰減特性對于局部放電脈沖信號，不能把變壓器線圈看作一個集中參數(shù)電路，而應(yīng)看為一分布參數(shù)電路，并可用圖6.1的簡化等值回路來表示，圖中C為對地電容，K為縱向電容，L為導(dǎo)線寄生電感，A為線圈高壓端，O為線圈中性點。圖6.1 變壓器線圈的等值回路圖6.2 氣隙放電時的等值回路 圖6.3 圖6.2的簡化等值回路如果變壓器中某一點發(fā)生局部放電時，在放電的瞬間，可以忽略寄生電感L并用圖6.2來研究其起始電壓分布，圖中為放電氣隙電容；為與氣隙串聯(lián)部分絕緣介質(zhì)的等效電容，為氣隙兩端電壓。當變壓器高壓線圈首端工頻電壓升到(瞬時值)

2、時，P點處的工頻電壓為(工頻電壓沿線圈為直線分布)，此時鄰近P點的絕緣內(nèi)部發(fā)生放電?？梢酝瞥鰵庀秲啥说囊茧妷?瞬時值)為(6.1)氣隙放電終止后，其兩端的熄滅電壓為(瞬時值)。在此放電過程中，氣隙兩端的電壓變化，由此而引起P點的電壓變化為(6.2)式中可上圖6.3來計算，圖中的為圖6.2中P與A之間段的入口電容，為P與O之間n段的入口電容，。 在圖6.2中，由P點的電壓變化而引起m段的電位分布可計算如下：在電容上的電荷Q為 (6.3)在電容Cdx上的電荷等于電荷Q在x方向的增量dQ，即，所以 (6.4)由(6.3)、(6.4)得 (6.5)(6.5)對微分得(6.6)其通解解為(6.7)式中

3、。(6.4)的特解為：（1）由于A點開路，當時，即，所以 (6.8)（2）當時，即 (6.9)因此可以解得 且 (6.10)將A、B代入(6.7)可得(6.11) 同樣，由P點的電壓變化而引起段的電位分布可計算如下：對于段，(6.7)仍然正確，即。在中性點開路的情況下，當時，；當時，同理可計算出(6.12)由圖6.3可知，氣隙放電時所中和的實際電荷為(6.13)圖6.3中P點的視在放電電荷Q為(6.14)由(6.2)、(6.13)、(6.14)得(6.15)圖6.2中，由P點至A端m段和P點至O端n段的入口電容計算如下：（1）在m段，因為在P點有 (6.16)將代入(6.16可得 (6.17)

4、（2）在n段，在P點有（考慮x的方向） (6.18)將代入(6.17可得 (6.19)所以(6.20)因，由公式(6.14)得(6.21)將代入(6.11)、(6.12)得(6.22) (6.23) 根據(jù)以上分析可知：變壓器內(nèi)部某點發(fā)生放電時，其對應(yīng)線圈部位上所產(chǎn)生的脈沖電壓將沿線圈兩端進行衰減性傳播，沿線圈的起始電位分布與的關(guān)系可用(6.22)、(6.23)表示。圖6.2中P點鄰近絕緣發(fā)生放電時，沿線圈的起始電位分布如圖6.4所示。內(nèi)部放電在首端響應(yīng)的脈沖壓與的關(guān)系可所示為(6.24)可見，放電在線圈首端的響應(yīng)的脈沖電壓不但與有關(guān)，而與放電部位也有關(guān)。圖6.4 線圈的起始電位分布6.2 局部

5、放電測試回路 變壓器局部放電測量的加壓方式，分為直接加壓和感應(yīng)加壓兩種。試驗電壓一般要高于試品的額定電壓，并且為了避免鐵芯的磁密飽和，試驗電源一般采用150250赫。 變壓器局部放電測試回路的選擇，很重要的一個原則是盡可能地減少和縮短外部高壓引線，以避免電暈的產(chǎn)生和防止外部干擾的竄入；同時也要考慮在試驗中對主、縱絕緣都能同時得到應(yīng)施加的電壓。因此，一般采用感應(yīng)加壓的方式和從高壓套管末屏引出信號進行測量。一、單相變壓器局部放電測試回路 單相變壓器的基本測試回路如圖6.5所示。圖6.5 (a)、(b)為直接加壓測試回路，這種測試回路多用的變壓器線圈首、末兩端絕緣水平相同的小變壓器上，它只能檢查主絕

6、緣，不能檢查縱絕緣。圖6.5 (c)、(d)為感應(yīng)加壓測試回路，這種測試回路對主、縱絕緣都進行檢查。圖6.5 (d)是經(jīng)常被采用的一種測試回路。 (a) (b) (c) (d)圖6.5 單相變壓器局部放電測試回路二、三相變壓器局部放電測試回路對于三相變壓器，尤其是對于大型變壓器多采用感應(yīng)加壓方式進行局部放電試驗，并采用單相勵磁的方法對A、B、C三相逐相進行測量，共需試驗三次。我國生產(chǎn)的變壓器的三相連接組多為11或11，其典型測試回路如圖6.6所示。 ( a ) ( b ) ( c ) ( d ) ( e ) ( f ) ( g )圖6.6 三相變壓器局部放電測試回路圖6.6(a)線路比較簡單，

7、能同時檢查主、縱絕緣，是標準規(guī)定的一種測試回路。這種測試回路對于三鐵芯柱的變壓器有一個值得注意的問題是：由于三相變壓器的鐵芯對A、C相不對稱，在如圖6.6(a-1)所示之對C(或A相)從低壓線圈感應(yīng)加壓時，由于a、b相串聯(lián)阻抗是C相阻抗的2倍。所以C相中的電流是a、b相中所流過電流的2倍，高壓側(cè)C相感應(yīng)出的電壓本應(yīng)也有A、B相感應(yīng)出的電壓的2倍(A、B相電壓相等)，而極性相反(如圖7-7(a-1)所示)，即C相電壓若為U則A、B電壓為U/2；但由于鐵芯對C相(或A相)不對稱，使各相中的磁通發(fā)生了變化（如圖6.7所示），在高壓線圈各相中所感應(yīng)出的電壓，也就不能按低壓線圈中所流過的勵磁電流成比例，

8、實踐證明，若C相(或A相)高壓線中感應(yīng)出的電壓為，則B相高壓線圈中感應(yīng)出的電壓約為0.75U左右，而A相(或C相)高壓線圈中感應(yīng)出的電壓若為0.25U左右，B、C相(或A相)間電壓為U+0.75U=1.75U，如圖6.8所示。 由于三相變壓器的鐵芯對B相的磁通路是對稱的，采用圖6.6(a-2)線路做B相的局部放電試驗時，并沒有以上情況，這時，?？梢妶D6.6(a-1)線路在做A、C相局部放電試驗時，其相間電壓提高了0.25UA(C)。 圖6.7 圖6.6(a-1)各相中的磁通分布 圖6.8 圖6.6(a-1)B、C相間電壓矢量圖 圖6.9 圖6.6(a-2)各相中的磁通分布 圖6.10 圖6.6

9、(b)各相中的磁通分布圖6.6(b)是O點支撐線路，并將高壓線圈A、B相短路接地，形成一個短路平衡線圈，使A、B相磁通相等，如圖6.10所示。如果這就使，且，則當主絕緣可以達到試驗電壓時，縱絕緣之間的電壓卻減少1/3。但它可使用工頻電源電壓試驗，這在現(xiàn)場沒有高頻電源的情況下，是經(jīng)常使用的一種線路。需要注意，A、B相的短路線要適當加粗。 圖6.6(c)線路是為了測C相(或A相)時將高壓線圈A、B相(或B、C相)短路而形成一個平衡線圈，其鐵芯內(nèi)的磁通分布如圖6.10所示。這時B相對地電位則為C相對地電位的1/2，則B、C相間電壓為1.5U。由于高壓線圈O點接地，則被測相C相(或A相)的對地電位達到

10、1.5U時，而縱絕緣也同樣達到1.5倍電壓的作用。這個線路也就能同時檢查主絕緣和縱絕緣，也是一個最理想的試驗線路。同樣應(yīng)注意，A、B相(或B、C相)的短路線要適當加粗。圖6.6 (d)為三線圈變壓器局部放電測試線路，其原理與圖6.6 (a-1)雙線圈變壓器試驗線路相似。在測C相時，B、C相間的電壓為1.75U。圖6.6 (e)線路是利用中壓線圈支撐高壓線圈，作用與6.6 (a-1)作用相似。 圖6.6 (f)線路在測C相時，將中壓線圈Am、Bm相短路形成平衡線圈，它的作用與圖6.6 (c)相似，這樣是因為中壓線圈電壓較高壓線圈低，短路線的處理較為容易。這個線路是高壓三相三圈變壓器正常使用的線路

11、。圖6.6 (j)是線路連接組為11三相變壓器的一種測試回路，它的作用與6.6 (a-1)相似，也是這種連接組三相三圈變壓器正常使用的線路。6.3 校正方法變壓器為一分布參數(shù)元件，使用集中參數(shù)元件的校正方法來校正，從原理上講有些欠缺，便又沒有更好的辦法，根據(jù)國家標準GB1094-3-85規(guī)定和IEC76-3（1980）推薦，仍然用集中參數(shù)元件的校正方法對測試回路進行校正。即校正脈沖發(fā)生器串聯(lián)一個小的注入電容加在“被試相的首、末兩端”校正。根據(jù)這種集中參數(shù)元件的校正原理所得到的結(jié)果，與變壓器為一等效電容時所得到的校正結(jié)果相當。此等效電容即為變壓器的入口電容（沖擊電容）。這樣校正出來的測試系統(tǒng)，只

12、有在線圈首端部位發(fā)生放電時才能正確地反映出其視在放電量值。若放電發(fā)生在線圈內(nèi)部，由于放電脈沖波在線圈內(nèi)的衰減，使得測到的視在放電量值就要偏低。由于變壓器油箱不能與地分開，所以校正脈沖發(fā)生器串聯(lián)一個注入電容接入“高壓端與油箱（地）之間”進行校正，校正方法仍用集中參數(shù)元件的校正方法來校正，具體校正方法如圖6.11和6.12所示。圖6.11為高壓端校正，變壓器的等效電容為其入口電容。圖6.12為入口校正。在中性點O測量，就得在中性點O校正才正確。總之，校正的原則是：在那個部位測量，就在那個部位校正；亦即相當于在校正部位放電。同時，為了避免連接線雜散電容的影響，分度電容盡量靠近高壓端。 圖6.11 高

13、壓端校正方法 圖6.12 入口校正方法目前廣為使用的JF-8001型和英國Model-5局部放電測試儀，以及其它國產(chǎn)和進品儀器，其輸入單元（則試阻抗）都有接入校正脈沖的接口，利用這種入口校正（低壓校正）方法，仍然要折合到高壓端的校正結(jié)果，其刻度系數(shù) （6.25）式中Cx為變壓器的入口電容，Ck為套管電容，H為儀器讀數(shù)。對分布參數(shù)的變壓器來說，校正的原則是：在那個端子測量就在那個端子對地校正，如圖6.13所示，這一點必須注意。若在線圈末端校正。在線圈末端校正時（相當于放電源在末端），刻度系數(shù)K仍然用計算，此時Ck相當于無窮大，它與入口校正的含義不同。在校正方法上，習(xí)慣上都以高壓端的校正為準，對所

14、測到的實際視在放電量值，在報告上應(yīng)注明“測量部位”和“校正部位”，這樣才能使人明確知道所測量值的意義。C0值的選取仍然與集中參數(shù)元件的選取原理相同，一般粗略計算可按（為變壓器的入口電容）。由于變壓器的入口電容較大，值往往選取50100pF。校正脈沖電壓應(yīng)有足夠值。K值的確定，主要取決于試驗場地的各端的干擾水平，K值應(yīng)盡可能小一些，以提高測試靈敏度。圖6.13 各端校正示意圖6.4 套管內(nèi)部或耦合電容器放電時所引起的虛假現(xiàn)象圖6.14 簡化等值回路 從高壓套管(或耦合電容器)測屏測量時的等值回路可簡化如圖6.14所示。圖中為變壓器的入口電容(沖擊電容)，為套管(或耦合電容器)的電容，為測試阻抗和

15、同軸電纜的電容，為變壓器內(nèi)部放電時反應(yīng)在兩端上的視在放電電荷，為變壓器內(nèi)部放電時反應(yīng)在兩端上的脈沖電壓，為套管(或耦合電容器)內(nèi)部放電時反應(yīng)在套管(或耦合電容器)兩端上的視在電荷，為套管(或耦合電容器)內(nèi)部放電時反應(yīng)在套管(或耦合電容)兩端上的脈沖電壓。若變壓器內(nèi)部發(fā)生放電，則 （6.26）因在上響應(yīng)的脈沖電壓為 （6.27）所以 （6.28）若套管(或耦合電容器)內(nèi)部放電，則 （6.29）因的出現(xiàn)而在上產(chǎn)生的脈沖電壓為 （6.30）所以 （6.31）若這兩個部位的放電在上產(chǎn)生相等的脈沖電壓，即，則由（6.28）和（6.31）得 （6.32）由（6.32）可知，若套管產(chǎn)生20pC的視在放電量，

16、當變壓器的入口電容pF，套管電容pF，這時反應(yīng)到測試儀器上則相當于變壓器本身產(chǎn)生200pC的視在放電量。這就是根據(jù)變壓器本身放電的校正原理而測得的套管內(nèi)放電時所產(chǎn)生的虛假現(xiàn)象，此虛假值的大小由的值而定。6.5 試驗程序和允許放電水平變壓器局部放電試驗，一般放在感應(yīng)耐壓和沖擊耐壓后進行，其目的之一是為了檢查在各種全試驗電壓下所產(chǎn)生的局部放電對絕緣是否有所損傷；但往往也有耐壓試驗以前進行局部放電試驗的，一旦發(fā)現(xiàn)超過規(guī)定值的放電量，可對變壓器再重新進行處理。試驗程序和允許放電水平按國家標準規(guī)定為：試驗電壓按圖6.15所示的時間程序加壓。在不大于U2/3的電壓下接通電源并增加至，持續(xù)5分鐘，再增加到，

17、保持5秒鐘，再不間斷地立刻降到，保持30分鐘，再降低到以下的電壓值，然后切斷電源。試驗時間與試驗頻率無關(guān)。在施加試驗電壓的整個期間，局部放電的“視在放電量”不應(yīng)大于規(guī)定的Q值。圖6.15 施加電壓的時間程序在圖6.15中：（1），其中為設(shè)備最大工作線電壓；（2），pC；（3），pC。 在試驗中需要注意的是：（1）在整個試驗時間內(nèi)連續(xù)觀測，個別較高的脈沖可以忽略；（2）外圍噪聲水平應(yīng)低于規(guī)定的視在放電量值限值的50%；（3）在電壓升至及由再降低的過程中，應(yīng)記錄可能的起始放電電壓和終止放電電壓；（4）在電壓的第一階段應(yīng)讀出并記下一個讀數(shù)；（5）在施加的短時間內(nèi)不必觀測；（6）在電壓第二階段的整個時

18、間內(nèi)，應(yīng)連續(xù)地觀察和記錄局部放電水平。 如果滿足兩個條件，則試驗合格。這兩個條件是：（1）試驗過程中，試驗電壓不產(chǎn)生突然下降；（2）在施加電壓第二階段的30分鐘內(nèi)，所有測量的視在放電量Q連續(xù)維持在低于規(guī)定的限值，并且不表現(xiàn)出明顯地、不斷地傾向允許大限制值增長的趨勢。 如果視在放電量的讀數(shù)暫時超過規(guī)定的限值之后再返回到低于這個水平，則試驗不必間斷可連續(xù)進行，直到在30分鐘的期間內(nèi)取得可以接受的讀數(shù)。以上是國家標準和IEC76-1推薦標準的規(guī)定。6.6 放大器頻帶寬度的合理選擇 變壓器內(nèi)不同部位上的主絕緣呈或絕緣處產(chǎn)生的局部放電，經(jīng)過線圈傳播到測試阻抗上所反應(yīng)出的脈沖電壓波形各自相異。我們知道，不

19、同的電壓波形所具有的頻譜寬度都是不同的，寬頻帶放大器能盡可能地反映出其全部頻譜，而使其波形不失真；窄頻帶放大器只能反映出其中的一部分頻譜，而使波形失真。 圖6.16 校正時檢測阻抗上的波形 圖6.17 放電時檢測阻抗上的波形要定量，首先要對變壓器進行校正，校正時的測試阻抗上所產(chǎn)生的波形如圖7-16所示。而變壓器內(nèi)部放電在測試阻抗上所產(chǎn)生的波形比較復(fù)雜，大致如圖7-17所示。若欲要反映實際情部，使其最大幅值不畸變，選用寬頻帶放大器較為合理，這樣才能不至于因校正時的波形與放電時所產(chǎn)生的波形不一致而造成較大的誤差。 圖6.16 校正時檢測阻抗上的波形 圖6.17 放電時檢測阻抗上的波形6.7 變壓器

20、局部放電的電氣定位法根據(jù)變壓器的各種電氣傳播特性原理建立起來的定位方法，通常有多端測量定位法、行波法、電容分量法、起始電壓法、極性法等等多種。行波法、電容分量法、起始電壓法、極性法在理論上都可大致進行定位。但實行起來不是一般工廠現(xiàn)用的局部放電測試儀所能夠勝任的；同時，由于變壓器結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與放電部位的不同，使放電脈沖的波過程可能出現(xiàn)各種不同的振蕩波形，對波形不易進行分析定位。這些方法一般只是在一些研究部門使用其優(yōu)越的測試手段做些研究工作，在工廠中很少應(yīng)用。應(yīng)用較多的還是國家標準GB1094.3-85和IEC76-3（1980）所推薦的多端測量定位法，即多端測量和波形比較法，它用一般的局部放電測試儀都能做到。多端測量定位法的原理是：變壓器內(nèi)任何一個部位放電，都會向變壓器的所有在外部接線的測量端子傳