局部放电测量原理及方法
局放试验
超声波是一种振荡频率高于20kHz的声波，超 声波的波长较短，可以在气体、液体和固体等 媒介中传播，传播的方向性较强、故能量较集 中，因此通过超声波测试技术可以测定局部放 电的位置和放电程度。
超声波局部放电测量特点： 1. 可以较准确的测定局部放电的位置。 2. 测量简便。可在被测设备外壳任意安装传感器。 3. 不受电源信号的干扰。
如采用示波器观察脉冲，应先调节宽带放大器的增益， 得到一个高度为L0mm的脉冲，然后计算单位刻度的放电量 q0/ L 0，此时L0= q0。试品册得的视在放电量q= UN.Cq （L/ L0）若放大器变档则：
q= UN.Cq（L/ L0）×10(N1-N2) 示波器读数 L:测量信号高度 ；L0：校正信号高度 N1:测量档位 N2:校 正档位
低压施加3相倍频电源。
试验方法：测量A相，B、C分别接地，其他两相同 理。判定时取最大值。试验时铁心接地。
第六节 局部放电波形图谱识别 1.内部放电：
单气隙
多气隙
2.表面放电：
3.电晕放电： 4.干扰放电波形：
接触不良
可控硅元件动作
磁饱和产生的谐振波形
调制或非调制的干扰波形
荧光灯产生的干扰
第七节 局部放电试验应注意的事项：
三、放电量与各参数间的关系 一个脉冲真实放电量qr，Ug、Ur等参数在实际试品中 是不可知的，同时绝缘缺陷各不相同，故真实放电量 是不可以直接测量的。 局部放电将引起绝缘上所施加电压的变化,产生一个 ΔU,同时也引起绝缘介质中电荷q的转移,我们称之为视 在放电量。
第二节 局部放电测量方法
局部放电会产生各种物理、化学变化，如发生 电荷转移交换，发射电磁波、声波、发热、发 光、产生分解物等，所以有很多测量局部放电 的方法，一般分为电测法和非电测法。
局部放电原理及检测方法
（3）悬浮电位物体放电波形特征：
在电压峰值前的正负半周两个象限里出现，幅值、脉冲数和位置均相同，有时成对 出现，放电可移动，但它们间的相互间隔不变，电压升高时，根数增加，间隔缩小，但幅 值不变，有时电压升到一定值时会消失，但降至此值又重新出现。原因：金属间的间隙产 生的放电，间隙可能是地面上两个独立的金属体间也可能在样品内，例如屏蔽松散。
（1）典型的内部气泡局部放电，波形特征：
A放电主要显示在试验电压由零升到峰值的两个椭圆相限内。
B在起始电压Ui时放电通常发生在峰值附近，试验电压超过Ui时，放电向零位延伸。
C两个相反半周上放电次数和幅值大致相同（最大相差至3：1）。
D放电波形可分辨。这里又有几种情况：1）如果放电幅值随试验电压上升而增大， 并且放电波形变得模糊不可分辨，则往往是介质内含有多种大小气泡，或是介质表面 放电；2）如果除了上述情况，而且放电幅值随加压时间而迅速增长（可达100倍或更 多），则往往是绝缘液体中的气泡放电，典型例子是油浸纸电容器的放电。
变压器局部放电测量方法
脉冲电流测量法是国家标准推荐的主要局部放电测量方法。脉冲 电流测量法的基本原理:伴随着绝缘介质中局部放电的产生，放电电荷 的转移将在放电回路中形成脉冲电流信号，可通过测量被检测设备的
外电路中所流过的脉冲电流来检测放电信号。
超声波法是通过检测变压器局放产生的超声波信号来测量局放的大 小和位置。超声传感器的频带约为20～200千赫兹，以避开铁芯的铁磁 噪声和变压器的机械振动噪声。由于超声波法受电气干扰小以及可以
在线测量和定位，因而人们对超声波法的研究较深入。
变压器超声波检测位置
变压器箱体出线对应的每个位置上中下三个点。 变压器油枕侧与对侧上中下三个点。
变压器脉冲电流法检测位置
局部放电检测原理及一般试验技术
干扰及其进入试验回路的途径（三）
5、电晕放电和各连接处接触放电的干扰。电晕放电 产生于试验回路处于高电位的导电部分，例如试品的 法兰、金属盖帽、试验变压器、耦合电容器端部及高 压引线等尖端部分。试验回路中由于各连接处接触不 良也会产生接触放电干扰。这两种干扰的特性是随试 验电压的升高而增大。消除这种干扰是在高压端部采 用防晕措施(如防晕环等)，高压引线采用无晕的导电 圆管，以及保证各连接部位的良 好接触等。
Tr—试验变压器；Cx—被试品；Ck—耦合电容器；Zm—测量阻抗； DD—检测仪；M—邻近试验回路的金属物件；UA—电源干扰； UB—接地干扰；UC—经试验回路杂散电容C耦合产生的干扰；
UD—悬浮电位放电产生的干扰；UE—高压各端部电晕放电的干扰； IA—试验变压器的放电干扰；IB—经试验回路杂散电感M耦合产生的辐
3、电晕放电---在气体中，高电压导体周围所产生的 局部放电称为电晕。如高压传输线、高压变压器等高 压电气设备，因高压接线端暴露在空气中，都有可能 产生这种局部放电。
表征局部放电的参数
视在放电电荷 放电重复率 放电的能量 放电的平均电流 放电的均方率 放电功率 局部放电起始电压 局部放电熄灭电压
通常情况下局部放电试验现场干扰的处理 的注意事项
一、要有一个好的地线系统 试验现场应该有独立的地线系统，它与建筑物
的地网是分离的，接地电阻应该尽可能小，注 意，动力电网的中性线不可连接到试验现场地。
通常情况下局部放电试验现场干扰的处理 的注意事项
二、试验回路的布线 试验回路的布线应该尽可能简洁，连接线应尽
高压电力设备局部放电检测
利用超声波传感器接收这些超声波信 号，并将其转换为电信号。通过对电 信号的处理和分析，可以判断局部放 电的位置和严重程度。
红外热像检测法
红外热像仪的应用
红外热像仪能够捕捉物体表面的红外辐射能量分布图形，直观地显示物体表面 的温度分布。在高压电力设备局部放电检测中，红外热像仪可以捕捉设备表面 的温度异常，从而判断设备内部是否存在局部放电。
绝缘材料性能
不同绝缘材料的耐电强度、介 电常数等性能不同，对局部放 电的敏感性也不同。
设备结构
设备结构复杂、电场分布不均 等因素都可能导致局部放电的 产生。
运行环境
温度、湿度、污染等环境因素 都会对设备绝缘造成影响，从 而影响局部放电的产生和发展
。
03
高压电力设备局部放电检测方法
电测法
脉冲电流法
02
过高电压或电流
当设备承受的电压或电流超过其绝缘承受能力时，会导致绝缘击穿，进
而引发局部放电。
03
环境因素
如温度、湿度、污染等环境因素也可能对设备绝缘造成影响，导致局部
放电的产生。
局部放电类型及特点
电晕放电
通常在气体绝缘设备的高压电极 附近发生，表现为蓝色荧光和咝 咝声。电晕放电对设备的危害相 对较小，但长期存在也可能导致
绝缘老化。
火花放电
在气体或液体绝缘中均可能发生 ，表现为明亮的火花和爆裂声。 火花放电对设备的危害较大，可
能导致绝缘击穿。
沿面放电
发生在固体绝缘表面，表现为沿 绝缘表面爬行的放电现象。沿面 放电可能导致绝缘表面碳化、龟
裂，最终导致绝缘失效。
影响局部放电因素
电压等级
电压等级越高，局部放电越容 易产生，且放电强度越大。
局部放电试验原理
局部放电试验第一节局部放电特性及原理一、局部放电测试目的及意义局部放电：是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，这种放电可以发生在导体(电极)附近，也可发生在其它位置。
局部放电的种类：①绝缘材料内部放电（固体-空穴；液体-气泡）；②表面放电；③高压电极尖端放电。
局部放电的产生：设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高压电场作用下发生重复击穿和熄灭现象-局部放电。
局部放电的特点：①放电能量很小，短时间内存在不影响电气设备的绝缘强度；②对绝缘的危害是逐渐加大的，它的发展需要一定时间-累计效应-缺陷扩大-绝缘击穿。
③对绝缘系统寿命的评估分散性很大。
发展时间、局放种类、产生位置、绝缘种类等有关。
④局部放电试验属非破坏试验。
不会造成绝缘损伤。
局部放电测试的目的和意义：确定试品是否存在放电及放电是否超标,确定局部放电起始和熄灭电压。
发现其它绝缘试验不能检查出来的绝缘局部隐形缺陷及故障。
局部放电主要参量：①局部放电的视在电荷q：电荷瞬时注入试品两端时,试品两端电压的瞬时变化量与试品局部放电本身所引起的电压瞬变量相等的电荷量,一般用pC(皮库)表示。
②局部放电试验电压：按相关规定施加的局部放电试验电压，在此电压下局部放电量不应超过规定的局部放电量值。
③规定的局部放电量值：在规定的电压下，对给定的试品，在规程或规范中规定的局部放电参量的数值。
④局部放电起始电压Ui：试品两端出现局部放电时，施加在试品两端的电压值。
⑤局部放电熄灭电压Ui:试品两端局部放电消失时的电压值。
（理论上比起始电压低一半，但实际上要低很多5%-20%甚至更低）二、局部放电机理：内部放电：绝缘材料中含有气隙、油隙、杂质等，在电场的作用下会出现介质内部或介质与电极之间的放电。
等效原理图：Ua Ug Cg放电局部放电放电的产生与介质内部电场分布有关，空穴与介质完好部分电压分布关系如下：介质总电容:设空穴与其串联部分介质的总电容Cn:因为介质电容充电电荷q=UC C=εS/dEg:空穴电场强度εg:空穴介电常数Eb:与空穴串联部分电场强度εb: 与空穴串联部分介电常数设qn为空穴充电电荷Ug=qn/Cg空穴电场强度Eg= Ug/dg=q/dgCgdg:空穴距离 db:串联部分完好介质厚度介质中平均场强εg=1空穴大多为空气εb>1所以空穴的E高于完好介质,同时，完好介质的临界场强远高于空气，如环氧树脂Ec=200-300(kV/cm),而空气为25-30(kV/cm)，当外施电压达一定值时空穴首先击穿,其它介质完好,形成局部放电。
高压开关的局部放电分析与检测
高压开关的局部放电分析与检测高压开关是电力系统中重要的设备之一，其中局部放电是常见的故障现象。
局部放电的存在会导致开关的性能下降，甚至引发故障，因此对高压开关进行局部放电的分析与检测至关重要。
1. 局部放电的定义与原理局部放电是指在高电场强度作用下，介质中局部地出现的暂时的放电现象。
由于高压开关通常处于高压环境下工作，介质中存在着微小的缺陷，当电场强度超过局部放电起始电场强度时，缺陷处会出现放电现象。
局部放电会产生瞬时的电流和电压波形，导致系统的故障。
2. 局部放电的检测方法目前，常用的局部放电检测方法包括超声波法、电容法、累积量法和谐波分析法等。
2.1 超声波法超声波法是通过检测局部放电产生的声波信号来判断是否存在局部放电。
超声波法能够检测到开关内部的放电现象，并可以通过声音的强弱来评估放电的严重程度。
该方法具有精度高、对环境影响较小等优点。
2.2 电容法电容法是利用高压开关系统内部的电容来检测局部放电。
通过测量电容的变化，可以判断是否存在放电现象。
电容法相比其他方法具有灵敏度高、实时性好的特点。
2.3 累积量法累积量法是将局部放电产生的离子进行收集和计数，通过计算累积量的变化来分析放电的程度。
累积量法具有可靠性高、抗干扰能力强的优点。
2.4 谐波分析法谐波分析法是通过分析局部放电产生的谐波特征来判断放电的现象。
利用高频和超高频谐波频谱的变化，可以评估放电的强度和位置。
谐波分析法准确性高，但需要专业仪器进行分析。
3. 局部放电分析的意义与要求局部放电的分析可以帮助我们评估高压开关的健康状况，及时发现潜在的故障风险，采取相应的维修和保养措施。
为了准确分析局部放电，有以下几点要求。
3.1 选取合适的检测方法不同的局部放电检测方法适用于不同的情况，我们需根据具体情况选择合适的检测方法。
例如，对于已安装的高压开关，超声波法可能是最合适的检测方法之一。
3.2 确定检测频率和周期检测局部放电的频率和周期需要合理选择，过低的频率和长的周期可能会导致漏检，而过高的频率和短的周期则可能会造成浪费和资源消耗。
第三章 局部放电试验
第三章局部放电试验随着电力系统电压的不断提高，电气设备在工作电压下的局部放电是使绝缘老化并发展到击穿的重要原因。
局部放电试验是检测绝缘内部局部放电的极好的方法。
因此，局部放电试验已被定为高压设备绝缘试验的重要项目之一。
第一节局部放电特征及原理一、局部放电的特征局部放电是指发生在电极之间但并未贯穿电极的放电，它是由于设备绝缘内部存在弱点或生产过程中造成的缺陷，在高电场强度作用下发生重复击穿和熄灭的现象。
它表现为绝缘内气体的击穿、小范围内固体或液体介质的局部击穿或金属表面的边缘及尖角部位场强集中引起局部击穿放电等。
这种放电的能量是很小的，所以它的短时存在并不影响到电气设备的绝缘强度。
但若电气设备绝缘在运行电压下不断出现局部放电，这些微弱的放电将产生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。
局部放电是一种复杂的物理过程，除了伴随着电荷的转移和电能的损耗之外，还会产生电磁辐射、超声波、光、热以及新的生成物等。
从电性方面分析，产生放电时，在放电处有电荷交换、有电磁波辐射、有能量损耗。
最明显的是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压出现。
当试品中的气隙放电时，相当于试品失去电荷q，并使其端电压突然下降△U，这个一般只有微伏级的电源脉冲叠加在千伏级的外施电压上。
所有局部放电测试设备的工作原理，就是将这种电压脉冲检测出来。
其中电荷q称为视在放电量。
二、局部放电的机理1．局部放电的发生机理局部放电的发生机理可以用三电容模型来描述图3-1 电极组合的电气等值回路描述局部放电几个主要参量。
(1)视在放电电荷q。
它是指将该电荷瞬时注入试品两端时，引起试品两端电压的瞬时变化量与局部放电本身所引起的电压瞬时变化量相等的电荷量，视在电荷一般用pC(皮库)来表示。
(2)局部放电的试验电压。
它是指在规定的试验程序中施加的规定电压，在此电压下，试品不呈现超过规定量值的局部放电。
(3)局部放电能量w。
第三讲 局部放电检测的原理和仪器
Us
SNR=Us/Un ≧2
SJTU-OMRC
电气工程系 在线监测技术研究中心
5. 脉冲分辨率
脉冲分辨率是指在50Hz正弦波的一个象限内，能分辨的脉冲数。 脉冲分辨率取决于
检测单元分辨率 放大器分辨率 示波器分辨率
SJTU-OMRC
电气工程系 在线监测技术研究中心
6. 放电量标定/校正
局放仪的脉冲分辨时间不应超过l00μs。在有关技 术文件中应提供此数据。
2.6 脉冲重复率n
局放仪的脉冲重复率测量误差δn应不大于±10%。 本条规定仅针对有此测量功能的局放仪。
2.7 测量灵敏度qs
局放仪的有关技术文件中应提供仪器自噪声水平及 对特定试品电容量所能达到的测量灵敏度值。
SJTU-OMRC
局放仪概况：局放仪基本功能
放大器：
3db低端：lOKHZ、20KHZ、40KHZ、80KHZ； 高端：80KHZ、200KHZ、300KHZ 。
增益调节范围>120db。
时间窗：
窗宽15°～150°，窗位置可旋转0°～1 70°
试验电压表：
量程50KV(可扩展)，3 1/2位LED数字表，显示0-1000, 误差<±2%
TEST OBJECT
COUPLING UNIT PD DETECTOR
SJTU-OMRC
电气工程系 在线监测技术研究中心
放电转移条件
为了确认所有校正电量q0 被临时储存在测试电 容Ca中，以下条件必须被满足：
C0 << Ca
SJTU-OMRC
电气工程系 在线监测技术研究中心
Examples for PD Calibrators 局放校正器
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 局部放电试验
复合介质中的电场分布
第一节局部放电特征及原理
1.局部放电：是指设备绝缘系统中部分被击穿的电气放电，
这种放电可以发生在导体(电极)附近，也可发生在其它位
置。
2.特性：局部放电发生在电极之间，但放电并未贯穿电极。
3.原因：设备绝缘内部存在缺陷，在高电压作用下，缺陷发
生重复性击穿。
4.现象：绝缘内气体的击穿，局部范围内固体或液体介质击
穿，电极表面尖端放电等。
5.危害：放电能量小，短时存在不影响电气设备的绝缘强度。
长期存在将产生累积效应，使绝缘性能逐渐劣化，最后导致整个绝缘击穿。
局部放电导致绝缘劣化的原因
1、局部温度升高。
在发生局部放电的气隙内，
局部温度可达1000o C。
2、带电粒子高速碰撞。
3、化学腐蚀。
局部放电产生臭氧，臭氧与氮生
成一氧化氮和二氧化氮，再与水蒸气反应生成硝酸。
局部放电伴随的物理现象
主要物理过程：电荷转移
其它方面：电能损耗、电磁辐射；超声波、光、热、新的生成物等。
伴随着电荷转移，最明显的特征是反映到试品施加电压的两端，有微弱的脉冲电压信号。
局部放电发生过程
以绝缘介质中存在的气泡为例：
1、工频电压施加在绝缘介质两端，气泡上承受一定的电压；
2、气泡两端的电压上升到气泡的击穿电压时，则发生放电；
3、放电过程使大量中性气体分子电离，变成正离子和电子或负离子，形成了大量的空间电荷。
4、局部放电产生的空间电荷在外加电场作用下迁移到气泡壁上，形成了与外加电场方向相反的内部电压，这时气泡上剩余电压是外部电压与内部电压的叠加；
5、当气泡上的实际电压小于气泡的击穿电压时，局部放电停止；当气泡上的电压随外加电压的上升而上升，直到重新到达其击穿电压时，气泡再次击穿，出现第二次放电。
第一次放电
第二次放电
第n次放电
局部放电发生与否？
局部放电测量原理
检测由于局部放电产生的微小电压脉冲，并计算出放电电荷量。
名词术语
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。
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。
实际放电量q
r 和视在放电量q
a
的关系
（1），因此；
（2）两个视在放电量q
a 相同的试品，不能直接通过q
a
的大小比较实际放电量的大小；也就是说，两个相同的试品，不能通过局部放电量的测量，判断两个试品局部放电的严重程度。
不同位置局部放电特征
1、绝缘介质内部气泡局部放电波形
外加电压较低外加电压较高
特点：
（1）正负半周放电脉冲的图形基本上对称；
（2）90°和270°之后的一段相位内不会出现放电脉冲。
2、电极与绝缘介质之间气隙局部放电波形
特点：
（1）正负半周放电脉冲不对称；
（2）高压端，正半周放电大而疏，后半周放
电小而密；
（3）低压端，反之。
3、极不均匀电场局部放电（电晕放电）
放电发生在局部区域，没有贯穿整个电极
典型不均匀电场：尖-板电极
电晕放电波形特点
电压较低电压较高
特点：
（1）正负半周放电脉冲不对称；
（2）局部放电总是先出现在负半周；
（3）随着电压升高，正半周开始出现局部放电。
第二节局部放电测试方法
根据局部放电产生的各种物理、化学现象，如电荷的交换，发射电磁波、声波、发热、光、产生分解物等，有多种测量局部放电的方法。
测量方法分为两大类：电测法、非电测法两大类。
电测法包括：脉冲电流法、无线电干扰法、介质损耗分析法等；
非电测法包括：声测法、光测法、化学检测法和红外热测法等。
1、局部放电引起电极间的电荷转移，从而引起试样外部电极上的电压变化。
2、局部放电持续时间很短（气隙中10 ns量级；油隙中1μs量级）。
根据Maxwell电磁理论，短持续时间的放电脉冲向外产生电磁辐射。
3、局部放电产生能量损耗。
电测法基于的测量原理
局部放电试验220kV 及以上：
1）大修更换
绝缘部件或
部分绕组后；
2）必要时
在线端电压为
1.5Um/ √3 时，放电
量一般不大于500pC；
在线端电压为
1.3Um/ √3 时，放
电量一般不大于
300pC
1）110kV 电压等级的变压
器大修后，可参照执行
2）必要时，如：运行中
变压器油色谱异常，怀疑
存在放电性故障时
电测法
1、脉冲电流法（电荷转移）：
三种基本测量电路
并联测量电路、串联测量电路、桥式测量电路
2、无线电干扰电压法（电磁辐射）：
通过射频传感器检测放电信号
射频传感器：电容传感器、Rogowski线圈电流传感器、射频天线传感器等。
3、介质损耗分析法（能量损耗）：
Tanδ能够反映介质损耗，介质损坏将导致tanδ增加。
因此可以通过测量tgδ值来反映局部放电能量，从而判断绝缘材料和结构的性能情况。
介质损耗分析法特别适用于测量低气压中存在的辉光或者亚辉光放电。
辉光放电不产生放电脉冲信号，而亚辉光放电的脉冲上升沿时间太长，普通的脉冲电流法检测装置中难以检测出来。
非电检测法
1、超声波法
优点：方法简单，不受环境条件限制。
缺点：灵敏度较低，不能直接定量。
传感器：压电陶瓷
2、红外检测
3、色谱分析法
试验前对试品的要求
1.本试验在所有高压绝缘试验之后进行，必要时可在耐
压试验前后各进行一次，以资比较。
2.试品的表面应清洁干燥，试品在试验前不应受机械、
热的作用。
3.油浸绝缘的试品经长途运输颠簸或注油工序之后通常
应静止48h后，方能进行试验。
4.测定回路的背景噪声水平。
背景噪声水平应低于试品
允许放电量的50%，当试品允许放电量较低(如小于
10pC)时，则背景噪声水平可以允许到试品允许放电量的100%。
现场试验时，如以上条件达不到，可以允许有较大干扰，但不得影响测量读数。
局部放电测量时的干扰来源
1.电源网络的干扰。
2.各类电磁场辐射的干扰。
3.试验回路接触不良、各部位电晕及试验设备
的内部放电。
4.接地系统的干扰。
5.金属物体悬浮电位的放电
干扰的抑制措施
1.根据干扰来源与途径采取的抑制干扰措施。
①电源滤波器
②屏蔽式隔离变压器
③高压滤波器
④全屏蔽试验室
2.利用仪器功能和选择接线方式抑制干扰的措施。
①平衡接线法
②模拟天线平衡法
③仪器带有选通(窗口)元件系统
3.高压端部电晕放电的抑制措施。
高压端部电晕放电的抑制，主要是选用合适的无晕环(球)及无晕导电杆作为高压连线
4.接地干扰的抑制。
抑制试验回路接地系统的干扰，唯一的措施是在整个试验回路选择一点接地
为了提高测量精度，在测量中应采取的措施：（1）试验中所使用的设备应尽量采用无晕设备，特别。
是试验变压器和耦合电容C
k
（2）滤波器应能保证电源与测量回路的高频隔离。
（3）试验时间应尽量选择在干扰较小的时段，如夜间等。
（4）测量回路的参数配合要适当，耦合电容要尽量小于试品电容Cx，使得在局部放电时Cx与Ck间能很快地转换电荷。
（5）必须对测量设备进行校准。
本章结束。