变压器类设备局部放电测量

变压器类设备局部放电测量

山东临沂供电公司

李涛

2010年9月

一、局部放电的定义：

根据GB/T7354－2006《局部放电测量》中的定义，局部放电是指导体间绝缘仅被部分桥接的电气放电，这种放电可以在导体附近发生也可以不在导体附近发生。当电力设备的绝缘内部存在气隙或生产过程中造成一些缺陷，在高电场强度作用下，气隙首先击穿，并会发生多次的重复击穿和熄灭，而周围的绝缘介质仍保持着绝缘性能，整个绝缘结构并未形成电极间的贯穿性放电通道。

局部放电一般存在于固体绝缘的空隙中，液体绝缘的气泡中，电极表面的尖锐部位或电场中的悬浮金属的表面；介质的沿面放电，层压材料中的放电，固体绝缘的表面和内层的树枝状爬电等也属于这一类。

二、局部放电的危害：

如果电气设备绝缘在运行电压下出现局部放电，这些微弱的放电会使绝缘材料受到电晕腐蚀、局部过热、紫外线辐射和氧化作用，产生的累积效应会使绝缘的介电性能逐渐劣化并使局部缺陷扩大，最后导致整个绝缘击穿，设备损坏。

如油纸绝缘在局部放电作用下会产生不饱和烃C2H2、H

2、CH

4

和x蜡，蜡质会积留在固

体绝缘上，放电产生的气体又使放电增加，造成在场强高的部位或绝缘纸有损伤的部位发生击穿，或沿着层间间隙爬电，或形成树枝状放电，在放电通道上会形成整齐的碳化层，最终贯穿绝缘。

虽然局部放电会使绝缘劣化而导致损坏，但它的发展是需一定时间的，发展时间与设备本身的运行状况及局部放电种类，与其产生的位置和设备的绝缘结构等多种因素有关。因此，一个绝缘系统寿命与放电量的关系分散性很大，这也是该项测试技术有待研究的一个课题。总的来讲，对一个绝缘系统的好坏判断是其局部放电越小越好。

三、局部放电测量的目的和意义

用传统的绝缘试验方法很难发现局部放电缺陷，并且lmin交流耐压试验还会损伤绝缘，影响设备以后的运行性能，随着电压等级提高，这个问题更为严重。因而，测试电气设备的局部放电特性是目前预防电气设备故障的一种好方法，可以发现潜在绝缘薄弱部位，通过局部放电试验的变压器类设备，在运行中可靠性是比较高的。

目前局部放电已列为变压器类设备的出厂、交接和预试项目，在国家电网公司《输变电设备状态检修试验规程》中列为诊断性试验项目，成为国内外广泛采用的一种评定绝缘质量的有重大意义的方法，是一种非破坏性试验。

进行局部放电测量的目的主要有：

1. 验证设备在规定电压下，局部放电量应小于规定数值；

2. 确定起始和熄灭放电电压；

3. 制定在规定电压下的放电标准。

四、局部放电特征参量及形成机理

（一）局部放电的主要特征参量

表征局部放电的主要特征有以下三个：

1. 视在放电量q ：是指在试品两端注入一定电荷量，使试品端电压的变化量和局部放电时端电压变化量相同。此时注入的电荷量即称为局部放电的视在放电量，以皮库(pC)表示。实际上，视在放电量与试品实际点的放电量并不相等，后者不能直接测得。试品放电引起的电流脉冲在测量阻抗端子上所产生的电压波形可能不同于注入脉冲引起的波形，但通常可以认为这二个量在测量仪器上读到的响应值相等。

2. 局部放电起始电压U i ：是指试验电压从不产生局部放电的较低电压逐渐增加时，在试

验中局部放电量超过某一规定值时的最低电压值。

3. 局部放电熄灭电压U e ：是指试验电压从超过局部放电起始电压的较高值逐渐下降时，

在试验中局部放电量小于某一规定值时的最高电压值。

（二）局部放电的形成机理

根据放电类型来分，局部放电大致可分为绝缘材料内部放电、表面放电及高压电极的尖端放电。

1.内部放电

如绝缘材料中含有气隙、杂质、油隙等，这时可能会出现介质内部或介质与电极之间的放电，其放电特性与介质特性及夹杂物的形状、大小及位置都有关系。

在此以固体或液体绝缘中的气隙（空穴）为例来阐述局部放电的形成：

设在固体或液体电介质内部g 处存在一个气隙或气泡，如图1（a ）所示，g C 为该气隙的电容，b C 为与该气隙串联的绝缘部分的电容，a C 为其余完好绝缘部分的电容，由此可得其等值电路，如图1（b ）所示，其中g 为放电间隙，它的击穿等值于g 处气隙发生的火花放电，Z 为相应于气隙放电脉冲频率的电源阻抗。

在电源电压t U u m ωsin =的作用下，g C 上分到的电压为t U C C C u m g

b b g ωsin +=，如图2（a ）中虚线所示。当g u 达到该气隙的放电电压s U 时，气隙内发生火花放电，放电产生的空间电荷建立反电场，使g C 上的电压急剧下降到剩余电压r U 时，火花熄灭，完成一次局部放电。随着外加电压的继续上升，g C 重新获得充电，当g u 又达到s U 时，气隙发生第二次放电，依此类推。气隙每放电一次，其电压瞬间下降r s g U U U -=∆，同时产生一个对应的局部放电电流脉冲，由于发生一次局部放电过程的时间很短，约为10-8s 数量级，可以认为是瞬时完成的，故放电脉冲电流表现为与时间轴垂直的一条直线，如图2（b ）所示。

图1 绝缘内部气隙局部放电的等值电路

(a) 示意图 （b ）三电容等值电路

气隙放电时，其放电电荷量为

g b

a b a g r U C C C C C q ∆++=)( （1） 因为b a C C >>，所以

))(()(r s b g g b g r U U C C U C C q -+=∆+≈ (2)

式中r q 为实际放电量，但因g C 、b C 等在实际中无法测定，因此r q 很难测得。

由于气隙放电引起的电压变动g U ∆将按反比分配在a C 和b C 上（因从气隙两端看，a C 和b C 串联连接），因而a C 上的电压变动a U ∆为

g b

a b a U C C C U ∆+=∆ (3) 也就是说，当气隙放电时，被试品两端的电压会下降a U ∆，这相当于被试品放掉电荷q )()(r s b g b a b a U U C U C U C C q -=∆=∆+= (4) 式中q 为视在放电量，通常以它作为衡量局部放电强度的一个重要参数。比较式（2）和式

（4）可得

r b

g b q C C C q += (5) 由于b g C C >>，所以视在放电量q 要比实际放电量r q 小得多，但它们之间存在比例关系，因而

图2 局部放电时的电压电流变化曲线