第三讲 局部放电检测的原理和仪器

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局放仪概况
输入单元序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7R
调谐电容 6-25-100 25-100-400 100-400-1500 400-1500-6000 1500-6000-25000 0.006-0.025-0.1 0.025-0.1-0.4 0.1-0.4-1.5 0.4-1.5-6.0 1.5-6.0-25 6.0-25-60 25-60-250
TEST OBJECT
COUPLING UNIT PD DETECTOR
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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
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Examples for PD Calibrators 局放校正器
2.9 稳定性
局放仪连续工作8h后，注入恒定幅值的校准脉冲信号 时，其脉冲响应值的变化应不超过士3%。
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局放仪概况
2.10 校准脉冲发生器 a) 校准脉冲电压波形的上升时间tr应不大于
60ns(0.1μs)，下降时间tf应不小于100μs。 b) 校准电荷量允许误差δq为士10%。 c) 校准脉冲发生器的内阻应不大于100Ω (对应
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局放仪概况：技术要求
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。
2.8 测量阻抗
a) 技术文件中应标明其最大允许工作电流。测量阻抗在 通以该电流时连续工作1h应无任何损坏。
b) 应有过电压保护装置，能承受雷电标准冲击电压100V 而不损坏。
− e−α f t )
∫∞ ud (t)dt
0
=
q Cv
1 1−αd /α f
⎜⎛ 1 ⎜⎝ αd
−1 αf
⎟⎟⎠⎞ =
q Cvα d
t
(4) Ud(t)对时间的积分与上升沿无关，与q成正比，因此适合采用积分式电路观测 q，比如采用低频放大器.
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2. 检测阻抗
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图X JF-9801A局部放电检测仪
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局放仪概况：技术要求
2.1 一般要求
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局放仪概况：技术要求
2.2 系统软件
系统软件应能正常启动，所有功能模块应能正确无误地运行。
2.3 频带与截止频率 局放仪的频带与截止频率和产品说明书中的规定值之间的误差⊿f不
应超过士10%。
2.4 视在电荷量q的测量基本误差
线性度误差δ1应不大于士10%。 对正负脉冲响应的不对称度误差δs应不大于士10%。 量程换档误差δr应不大于士10%。 低重复率脉冲响应误差δd应不大于110%0
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局放仪概况：技术要求
2.5 脉冲分辨时间
5
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局放仪概况：局放仪基本功能
采用示波管 模拟指针或／和数字显示局放量 检测度品的电容范围：6PF-250uF 椭圆扫描时基：50Hz、100Hz、150Hz、
200Hz、400Hz 椭圆旋转以30°为一档，可作120°旋转
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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。
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功能: (1)取得局部放电所产生的高频脉冲信号 (2)抑制试验电压的工频及其谐波的低频信号
Rd
Cd
RC 电路
Ld
Rd
Cd
RLC 电路
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2. 检测阻抗
2.1 RC电路
A
Ck
Δu
Cx
Rd
Δud
Cd
B
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ud
(t)
=
q Cv
e −α d t
测试信号的幅值与放电量成正比
小型，电池供电 持续注入电容器
可预设数值或者连续提供放电
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局放仪概况
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局放仪概况
DL/T 417-2006 电力设备局部放电现场测量导则
Guide for partial discharge measuring of power equipment
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6. 放电量标定/校正
6.1 标定的原理
q(pC) Zd
Zm
Ck
e
C0
Cx
U0
Zd
V(omV) A
标定：q0注入试品Cx两端
1mv
?pC
标定!
o A
分度系数
K0
=
q0 V0
(
pC
/
mV
)
q = K0V ( pC) SJTU-OMRC
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)Cx
(2)耦合电容是必须的，采用杂散电容替代Ck导致测量得到的脉冲幅值会变得 非常小,降低灵敏度
(3)RC上的脉冲与放电脉冲一一对应，脉冲持续时 间短分辨率越高
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2. 检测阻抗
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ud (t) ΔU d
ud (t) =
q Cv
⋅1 1−αd /α f
(e −α d t
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1. 脉冲电流法基本原理图
Zm
e
Ck
串联回路
Cx
o
e
Zd
A
两种连接方法 (检测阻抗 Zd 在回路中的位置): 1. 与试样 Cx- 串联
串联回路
2. 与耦合电容 Ck串联 –并联回路. 并联回路
Zm Cx
Ck Zd
并联回路
o A
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2. 检测阻抗
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2. 检测阻抗
A
Ck Cx
Δu
Rd
Δud
B
ud
(t)
=
q Cv
e−αd t
FT
ud (t)
Δudm
Cd
t 如果考虑脉冲的上升沿
Ud
(ω )
=
q Cv
(ω 2
+
α
2 d
)
−1/
2
Ud (ω),Ud ( f ) Udm
U dm 2
ωh
fd 2
RC 电路的频谱
第3讲 局部放电检测原理和仪器
黄成军 上海交大在线监测中心
2010年6月
1
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内容
1.脉冲电流法基本原理 2.检测阻抗 3.脉冲放大 4.检测灵敏度 5.脉冲分辨率 6.放电量标定 7.局放仪 8.局放相关标准
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1. 脉冲电流法基本原理图
ud
(t )
=
q Cv
e −αd t
cos(ω d t)
(2) 需选用中心频带范围等于ωd或者稍宽一些的放大器，可以对信号中大部分
能量进行放大
Ud (ω)
选择合适的放大器可以提高信噪比
ω
ωd
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3. 脉冲放大
3.1 放大器分类
(1) 宽频带和低频放大
100pF的校准电容)。
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局放仪概况:国内厂家和产品情况
以模拟局放仪为主(model-5)价格便宜
模拟有十几家公司生产 数字有四五家 （简单的模拟改数字）
局放产品都非该公司主要产品 企业局放产品型号单一 功能简单，没有强的抗干扰功能
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该放电可被模拟为
C0
Cb
CK
Ca
Uc
U0
Cc
M I MK D T
CALIBRATOR
TEST OBJECT
COUPLING UNIT PD DETECTOR
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C0
Cb
CK
Ca
Uc
U0
Cc
M I MK D T
C ALI BR ATO R
Zm
wk.baidu.com
Cx Δu
e
Ck
i
o
Zd
A
5.保护阻抗Zm低通滤波 6.放大器A
7.观测单元
1.高压电源，无局放.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
2.试品cx
成脉冲电流信号，可通过测量被检测设备
3.检测阻抗Zd
的外电路中所流过的脉冲电流来检测放电
4.耦合电容Ck
信号。
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局放仪概况
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局放仪概况
图X JF-8601干扰判别式局部放电检测仪
JFY－101型局部放电测试仪
图X LYJF2000局部放电检测仪 SJTU-OMRC
图X JF-9801局部放电测试仪
图X JF-2002局部放电检测仪
测试回路
Us
SNR=Us/Un ≧2
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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
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6. 放电量标定/校正
3dB ω, f
ud
(t)
=
Δud
(1 −
e−t
/τ d
)
=
q Cv
⋅1 1−αd /α f
(e −α d t
− e−α f t )
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2. 检测阻抗
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RC 电路的一些结论: (1)检测阻抗上的脉冲高度与放电量q成正比
Δudm
=
Cd
q + (1+
Cd Ck
cos(ω d t
−ϕ)
−
e −α f t
cos ϕ ]
a
Ld
b
t
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ud(t) ud(t)
2. 检测阻抗
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a b
衰减振荡波
Ud (ω)
t
ω
ωd
它的频谱
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2. 检测阻抗
RLC 电路的一些结论:
(1) 脉冲高度仍然与放电量大小成正比
为什么要做校正？
确保测量的准确性 确保对于不同的测量系，如果被用来进行相同的
测试， 会得到相同的结果
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6. 放电量标定/校正
根据视在电荷的定义，当我们向试品电容CA注入 视在电荷时，试品两端的电压变化与Cg放电时引起的 试品电压变化相同。因此，我们可以注入已知的、模 拟视在电荷量的电荷q，测出仪器的偏转h,定出比例系 数k=q/h，然后在试验电压下测出试品局部放电在仪器 中的偏转hx，从而得到试品局部放电的视在放电量 qx=khx=qhx/h
A
A
1
1
1
3dB
1
Δf
2
2
f a1
f a2
f
f0
f
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4. 检测灵敏度
灵敏度：在保证一定的信噪比条件下，所能检测到的最小视在放电电荷大小
U 0.1
0.05 Un
0
-0.05
-0.1
4.72
4.73
4.74
4.75
4.76
4.77 x 10 -3
t
噪声来源: 放大器
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%
2.2 RLC电路
A
Ck
Δu
Cx
Rd
Δud Cd
B
LRC 电路
衰减振荡波，同RC回路峰值相等
α d = 1/(2Rd Ct ) 衰减系数
ωd = 1 Ld Ct
振荡角频率
αd << ωd
ud
(t )
=
q Cv
ud
(t)
=
q Cv
e −α d t
cos(ω d t)
1+
1 (ω d
/α
f
)2
[e −α d t
fa1(下限频率): k Hz fa2(上限频率): MHz (宽带), 100~300kHz (低频)
(2) 调谐放大器 窄频带: Δf 大约10k Hz, f0 可调, 中频带: Δf 大约100k Hz.
例如：
3db低端：lOKHZ、20KHZ、 40KHZ、80KHZ；
高端：80KHZ、200KHZ、 300KHZ 400KHZ.。
电阻
单位 微微法 微微法 微微法 微微法 微微法 微法 微法 微法 微法 微法 微法 微法
灵敏度(微微库)(不对称电路) 0.02 0.04 0.06 0.1 0.2 0.3 0.5 1 1.5 2.5 5 10 0.5
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扬州新亚高电压测试设备厂 图X JF-8001局部放电检测仪