电科院培训-变压器局放技术课件优质PPT.pptx
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,局部放电基本概念,1、概述
（1）感应耐压试验对于分级绝缘变压器，外施耐压试验只考核中性点的绝缘水平，而绕组的匝间、层间以及绕组对地及对其他绕组和相间绝缘的电气强度仍需感应耐压进行验证。
局放试验合格与否是感应耐压通过与否的重要判据。
（2）局部放电的定义绝缘体中只有局部区域发生放电，而没有贯穿施加电压的导体之间，这种现象称之为局部放电。
（3）基本概念局部放电是比较复杂的物理现象，必须通过多种表征参数才能全面地描述其状态，同时，局部放电对绝缘破坏的机理也很复杂，也需通过多种表征参数来评定它对绝缘的危害，表征局部放电的参数主要有：
视在放电荷Qa；
放量重复率N；
放电能量W起始放电电压ui放电熄灭电压ue,局放产生的机理,理论模型,理论模型测量V和C，可求得视在放电量Qa的值,在工频电压作用下，当试品两端电压上升到US（瞬时值）时，绝缘内部气隙发生放电，此时气隙两端的引燃电压（即外加的能观察到的最低电压）称为局部放电起始电压Ui，当Cg放电时，因放电电弧有一定的电阻R，C1相当于通过电阻R被短路。
当外加电压电压逐渐降低到放电终止，此时的熄灭电压为Ue。
在放电过程中，气隙两端的电压变化量为U1=Ui-Ue。
设气隙Cg中放掉的电荷为Qg（实际放电量），此时，试品两端的电压降为U，则试品两端的视在放电量为Q=UCa，（Ca为整个试品的电容量）可见，Qg与Q并不相等，但Q是一个与Qg有关，能够测量出来的量。
假如放电量是100pC，试品的电容量是1000pF，在电容上的电压变化为：
局放信号的检测,局部放电时的电压波形,检测电路,分离出局放脉冲放电光量、次数、能量放电量放电次数、相位放电起始电压、熄灭电压,（a）,Z,u,A,M,Zm,Ck,Cx,（b）,u,M,A,Z,C,m,k,ZC,x,（c）,u,A,M,Zm,C,k,ZC,x,Z,m,一、检测回路（IEC60270）,Ck：
耦合电容器-给局部放电脉冲构成闭合回路Zm,Zm：
测量阻抗-检测局放信号Z：
限流阻抗-防止试品击穿电流过大-阻隔局放信号流向电源,二、测量阻抗,好灵敏度和准确度，无工频分量，脉冲持续时间短RC型检测阻抗试品发生局放时，电压变化V,Zm,Cm,Z,u,Ck,Cx,t,um,0,Rm,Cm影响分辨率和灵敏度,LCR型测量阻抗,t,um,0,Zm,Z,u,Ck,Cx,LmCm,衰减振荡波,脉冲的阻抗大，灵敏度高对交流阻抗低波形振荡，局放性质分析难,三、局部放电的校准,局放仪的刻度视在放电量的关系放电回路仪器性能由于被试品的电容值有大有小，同样的放电量所产生的电压信号U也是大小不一的，为了测量被试品的放电量，必须在试验前从外部输入一个标准的局部放电量（即校正脉冲），并调整测量仪器的量程和增益（即放大倍数），使测量仪器输出一个对应的数据，记录此时测量仪器的量程、分度、示值和标准脉冲的放电量，这些数据就作为正式试验时的参考标准。
A,12,Cx,Ck,校正回路ZC0,并测并校：
指示值=C0u0,校正完，拆除校准器、引线等,由于Q=COU，所以图中可以组合成20pC10000pC共9个不同的标准电量。
需要注意的是，只有当耦合电容CK、Cd和被试品电容Ca的等值电容CT值CO时，才能认为标准放电量Q=COU，否则的话应计算等效电容CT与CO串联后的电容值CTO，并以此电容值计算标准放电量，即：
Q=CTOU当CO小于0.1CT时可以不考虑CT的影响。
试验接线及常用设备
（1）串联谐振法（代表：
上海思源）,特点：
380V工频交流电送入变频电源，经变频电源处理后，输出频率、幅值可调节的电压，输出电压送励磁变压器T的低压侧，经励磁变压器升压后送入由谐振电抗器、补偿电容、电容分压器以及被试变压器构成的串联谐振回路，回路谐振频率f由谐振电抗器电感L、补偿电容、试品电容、分压器电容和共同决定。
谐振频率：
f1/（）其中：
C为系统中总的等效电容；
L为系统中接入的电抗器的电感量。
试验接线及常用设备
（2）并联谐振法（代表：
海沃科技）,电源容量估算1）来宾站主变铭牌参数如下：
型号：
ODFPS-167000500额定容量：
l6700016700040000kVA额定电压：
（550/3）（24222.5）/334.5kV额定电流：
525.91195.2l159.4A额定频率：
50Hz联结组标号：
I,a0，I0空载电流：
0.07空载损耗：
58.813kW,有功损耗估算Pof=（f/fe）m（Bmf/Bm）nPofePof-试验时的有功损耗f-试验频率（247Hz）fe-变压器额定频率（50Hz）Bmf-试验时的磁通密度Bm-额定电压和额定频率下的磁通密度（取1.7T）Pofe-额定电压和额定额率下的有功损耗（58.8kW）；
m，n-系数，m=1.181.33，n=1.81.9Bmf=Bm（Kfe/f）=1.7（1.350247）=0.4473（T）K为试验电压倍数，取1.3Pof=（247/50）1.3（0.4473/50）1.858.8=42.4（kW）试验时的有功电流为：
Ipf=Pof/Ue=42400/34500=1.23（A）,容性无功功率估算由试验测得各侧电容值如下：
高、中压-低压及地（CGzE）：
6766pF高、中、低压-地（CGzDE）：
l2165pF低压-高、中压及地（CDE）：
10228pF高压套管（CGc）:
583pF中压套管（Czc）:
432pF高、中压绕组对低压绕组及地之间的电容值CGzE为：
CGzE=CGzE-（CGc+Czc）=6766-（583+432）=5751（pF）假设高、中压绕组的对地电容值各为CGzE的1/2，则：
CGE=CZE=CGzE/2=5751/2=2876（pF）高压绕组对中压绕组的纵向电容CK为：
CK=CGE/1.752=28763.06=940（pF）,高压端试验电压UG、中压端试验电压UZ、低压端试验电压UD分别为412.8kV、190.7kV、44.85kV，高、中压绕组之间的电位差UGZ为222.0kV，则QGC=U2G（CGE/3+CGc）=23.142474128002（2876/3+583）10-12=407.7（kvar）QZC=U2Z（CZE/3+CZc）=23.142471907002（2876/3+432）10-12=78.5（kvar）QGZC=CKU2GZ=23.14247940222000210-12=71.9（kvar）QDC=U2DCD-E/3=23.1424744850210228/310-12=10.6（kvar）QC=QGC+QGC+QGC+QDC=407.7+78.5+71.9+10.6=568.7（kvar）,因被试变在试验时感性功率很小，所以在计算时忽略不计。
因此，被试变在试验时呈容性负载。
为防止在试验中发电机组出现自励磁，应对负载进行补偿，使负载在略感性状态下进行试验。
已知被试变低压侧试验电压为44.85kV，补偿电抗器组3串后额定电压为45kV（补偿电抗器额定电压为15kV）则试验时补偿效率为：
=（UCUL）2100%=（44.8545）2100%=99.3%若按11倍裕度进行补偿，则实际需补偿感性功率为：
Qf=1.1QC/=1.1（568.70.993）2=630（kvar）,变频柜中间变补偿电抗器电容分压器耦合电容器,加压顺序及要求,加压顺序及要求U1为预激发电压，模拟运行中的过电压，其目的是考核当系统上有过电压时所激发的局部放电量不会在长期工作电,压有所延续或增长，要求变压器局部放电起始电压与局部放电熄灭电压都能高于Um/3，长期工作电压下无局部放电量，保证变压器能安全运行。
加压顺序及要求U1=1.7Um/3U2=1.5Um/3或1.3Um/3，视试验条件定。
在施加试验电压的前后，应测量所有测量通道上的背景噪声水平；
在电压上升到U2及由U2下降的过程中，应记录可能出现的局部放电起始电压和熄灭电压。
应在1.1Um/3下测量局部放电视在电荷量；
在电压U2的第一阶段中应读取并记录一个读数。
对该阶段不规定其视在电荷量值；
在施加U1期间内不要求给出视在电荷量值；
在电压U2的第二个阶段的整个期间，应连续地观察局部放电水平，并每隔5min记录一次。
加压顺序及要求如果满足下列要求，则试验合格：
（1）试验电压不产生忽然下降；
（2）在U2=1.5Um/3或1.3Um/3下的长时试验期间，局部放电量的连续水平不大于500pC或300pC；
在U2下，局放放电不呈现持续增加的趋势，偶然出现的较高幅值的脉冲可以不计入；
在1.1Um/3下，视在电荷量的连续水平不大于100pC。
注：
Um为设备的最高电压有效值。
试验方法及在放电量超出上述规定时的判断方法，均按现行国家标准电力变压器第3部分：
绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气气隙GB1094.3中的有关规定进行。
干扰抑制,局部放电测量时的干扰主要有以下几种形式a电源网络的干扰；
b各类电磁场辐射的干扰;
c试验回路接触不良，各部位电晕及试验设备的内部放电；
d接地系统的干扰；
e金属物体悬浮电位的放电。
常见的干扰类型悬浮放电,消除措施：
（1）试品周围物体能移动者尽量远离。
（2）未能移动的物体距离近时要加以屏蔽，未接地部分要可靠接地。
（3）在高压引线下部地面上不应有螺丝、地线头、工具等金属物体。
尖端放电,消除措施：
（1）对高压端部电晕放电的抑制，主要是选用合适的无晕环（球），110kV及以下设备采用单环。
（2）高压连接线采用无晕的金属导电圆管，一般金属圆管直径50mm。
接触不良导致的干扰特点：
干扰波位于椭圆时基的零点附近。
在正负半波上对称出现，幅值相差不大。
干扰在低试验电压时即出现，电压增大时，干扰占位区域也增大，有时在电压达到某一定数值后完全消失。
消除措施：
（1）接线时要注意金属和金属部位的连接一定要牢靠，常常是接触不良部位有放电声音，试验电压升的稍高些通过耳朵能够分辨出位置。
（2）试验变压器屏蔽罩内的高压端头经常由于运输的震动出现松动而造成接触不良，因此试验前也要打开屏蔽罩检查连接线是否松动。
（3）与末屏连接的信号线、与检测阻抗连接的信号线也要重点检查。
2、常用的抗干扰方法1）用宽频带记录仪记录波形，然后在波形的后期处理时将局放脉冲和干扰波形分离开来；
2）用窄带检测系统消除干扰。
局放信号是频带很宽的单次脉冲，通过调节选频放大器的中心频率，避开干扰比较集中的频率，选取一个信噪比比较高的频带，可以消除某些周期性信号，消弱某些非周期性信号；
3）采用时域开窗和频域开窗可消除某些固定频率或相位的干扰。
4）采用外同步。
5）在试验电源和仪器之间设置隔离变压器，在高压试验变压器输出端接低通滤波器，有条件时同时加装使用抑制效果好。
6）在电源入口并联电容器，其容量可取4F8F电容器应装在电源的两根进线和试验接地之间，把高频信号过滤掉。
7）关闭附近比较明显的干扰源如电焊机、起重机，或和它们错开工作时间。
如果有多台同型号设备，可采用平衡电路，抑制试品以外的试验线路和其它部件的放电或背景噪音。
确定零标,局部放电源的识别,1、气隙放电变压器内的气体以三种形态存在。
一种是单个分子溶解于油中;
二是少数分子聚集成微小气泡,悬浮于油中;
三是很多分子集聚的大气泡。
纯油中的大气泡是不稳定的,很快会上升到油面以上。
产生局部放电的气泡是相对静止的,主要有下列两种形态。
（1）密封于固体内的气泡。
例如,铁心环氧绑扎带内的气泡、胶粘层压纸板中的气泡以及漆瘤中的气泡等。
（2）油和固体（固体绝缘或金属）包围的气泡。
例如,纸板夹层中的气泡、引线绝缘内的气泡、固体绝缘阻挡的气泡以及套管升高座上角等窝藏的气泡等。
油纸绝缘有一定的透气性,被阻挡的气泡会逐渐扩散。
气泡消失的时间与扩散的难易程度有关。
容易扩散的气泡,在试验过程中就可能消失,其表现为放电量逐渐减少;
不太难扩散的气泡,静放几天后复试时,放电量就会明显减少;
很难扩散的气泡,静止或运行几个月后,放电量才能明显减少。
变压器内的大放电量值的气泡放电,一般都会消失;
但小量值的气泡放电在所难免。
气泡放电在气体分子电离和去电离的限度内时,不引起油纸绝缘的分解,属于非破坏性放电。
所以GB1094没有规定q为0,而只规定在1.5Um3试验电压下q不大于500pC,在1.1Um3试验电压下q不大于100pC。
2、悬浮放电变压器内导体的正常电位是固定且可知的,对于电位不固定而又未知的导体,称为悬浮电位导体（简称悬浮导体）。
悬浮导体引起的局部放电,简称悬浮放电变压器内的悬浮导体并不都能形成悬浮放电,因为需要具备下列两个条件才有可能形成悬浮放电。
（1）悬浮导体处于电场中,按电容分压取得一定的电位,当体积足够大时能积蓄一定的能量。
（2）悬浮导体的存在引起电场畸变,使局部绝缘上的作用电场强度超过其耐受电场强度。
【例】某500kV电抗器,投运前没有进行测量局部放电量试。
绕组上遗忘一把尖头小刀,处于带电导体和油箱之间,按电容分压对地产生电位差,刀尖又使电场畸变,引起刀尖处发生悬浮放电。
当刀尖附近的固体绝缘碳化以后,电场畸变的程度减轻,局部放电便停止了。
至于其他经常发生的套管均压球悬浮放电,金属异物悬浮放电,机理相同,不再一一列举。
变压器内的悬浮放电信号波形,并不像简单的模拟试验那样规律和稳定。
因为变压器内的悬浮放电,在发生前后伴随有气体,不可能是纯粹的油隙击穿。
悬浮放电的放电量可能有几百pC到几万pC。
3、尖端放电尖端是尖形电极的简称。
变压器内的尖端可分为两种:
一种叫做“可见尖端”,是指曲率相当大的金属电极（包括大曲率固体绝缘件的尖端）;
另一种叫做“潜在尖端”,是指导体和半导体微粒排列成线状,形成很尖锐的电极。
位于电场中的尖端,不论其本身的电位高低,包括处于地电位,都会引起电场畸变,使尖端附近的电场强度增大,这种作用称为尖端效应。
由尖端效应引起的局部放电,简称尖端放电。
4、夹层放电变压器绝缘结构中有许多夹层（或称夹缝）,就已发现过局部放电的夹层而言,有成型角环之间夹层、成型角环和纸筒之间夹层、成型角环和静电环之间夹层、垫块和纸筒之间夹层、撑条和纸筒之间夹层、匝绝缘和垫块之间夹层、匝绝缘和撑条之间夹层、相邻导线匝绝缘之间夹层以及引线绝缘和线夹之间夹层等。
夹层有集积水分或其他极性分子的作用,称为夹层效应。
由夹层效应引起的局部放电,简称夹层放电。
纸板间的夹层放电痕迹如图所示。
夹层容易发生局部放电有下列几个原因。
（1）油纸的介电常数比油的介电常数大（当纸中含水量时更大）很多,电场强度与介电常数成反比,所以夹层油膜中的电场强度比纸中的高得多。
当存在尖端时,例如垫块的尖角接触纸板,则局部电场强度更高。
（2）变压器内总是有一定的水分。
纸中水分0.5%和油中水分10L/L是很高的水平,在这种水平下,对于大型电力变压器,内部的含水量不少于25kg。
运行时间长的变压器内部的含水量肯定是要超过25kg的。
（3）水是极性分子（介电常数=81.5）,高电场对它有很强的吸引力,水分不断地向高电场区域集结,当局部绝缘中的含水量达到一定程度时,便发生局部放电。
放电引起纸纤维裂解,增加了水分的集聚,形成恶性循环。
夹层局部放电的发展趋势及后果有下列5种情况。
匝绝缘间贯穿性放电。
纠结式绕组匝间的工作电场较高,为集聚水分、发生夹层放电提供了条件,所以经常由夹层放电引起匝绝缘事故。
例如,某220kV发电机变压器,纠结线匝工作电场强度1.7kV/mm,在工作电压下突然发生匝绝缘事故。
同样的事故,在各种电压等级（包括500kV）纠结式绕组变压器上曾发生过许多次。
段间绝缘间贯穿性放电。
段间（俗称饼间）内油道垫块上的工作电场较高,垫块与匝绝缘间、匝绝缘与撑条间、或垫块表面容易集聚水分并发生夹层放电,因而在工作电压下突然发生绝缘事故。
低压绕组引线夹表面贯穿性放电。
低压绕组用铜排作引线时,铜排上包三层0.5mm厚的纸板,再用导线夹固定。
当铜排与包的纸板之间发生夹层放电时,会将纸板击穿,引起线夹表面贯穿性放电,形成相间短路。
例如,某（360MVA）220kV发电机变压器,停运后重新投运不久,在额定电压（220kV）下便发生线夹表面贯穿性放电,引起低压相间短路,变压器烧毁。
事故后对引线结构的原形进行模拟试验,在不发生夹层放电的情况下,相间击穿电压为280kV。
由此可见夹层放电对激发贯穿性放电的严重性。
沿围屏贯穿性树枝状放电。
围屏是包围绕组的纸板,沿围屏树枝状放电,是由夹层发生放电开始,然后放电沿纸板蔓延,引起纸纤维碳化,形成树枝状放电痕迹。
这是由支撑高压绕组出线的长垫块与围屏之间的夹层,发生夹层放电开始,然后逐步蔓延,最后发展成对地的贯穿性放电,形成主绝缘放电事故。
（5）沿纸板非贯穿性树枝状放电。
树枝状放电除了在围屏上发生外,还有其他纸板,如角环和撑条等。
所有这些部位的树枝状放电,在未形成贯穿性放电之前被发现,便是沿纸板非贯穿性树枝状放电。
由于放电在两张重叠的纸板之间蔓延,每张纸板上的放电痕迹是完全相同。
在工厂进行变压器局部放电测量试验时,当夹层放电开始蔓延,便出现很大的放电量。
所有大量贯穿性树枝状放电引起纸绝缘的损伤,都是不可逆的,对绝缘性能都有危害,所以对夹层放电要特别注意防范。
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