第4章 局部放电测量的基本原理

第4章 局部放电测量的基本原理

脉冲电流法的基本原理可用图4.1所示电路阐述：当试品C X 产生一次局部放电时，脉冲电流经过耦合电容C k 在检测阻抗两端产生一个瞬时的电压变化，即脉冲电压 U ，脉冲电压经传输、放大和显示等处理，可以测量局部放电的基本参量。脉冲电流法是对局部放电频谱中的较低频段（一般为数千赫兹至数百千赫兹或至多数兆赫兹，局部放电信号能量主要集中在该段频带内）成分进行测量，以避免无线电干扰。传统的测量仪器一般配有脉冲峰值表指示脉冲峰值，并有示波管显示脉冲大小、个数和相位。放大器增益很大，其测试灵敏度相当高，而且可以用已知电荷量的脉冲注入校正定量，从而测出放电量q 。

图4.1 脉冲电流法基本原理示意图

4.1 脉冲电流法的基本测量线路

（a ）并联法测量回路 （b ）串联法测量回路 （c ）平衡法测量回路

图4.2 脉冲电流法的基本试验测量线路示意图

脉冲电流法的基本试验测量线路有三种，如图4.2所示，其中图4.1（a ）、（b ）统称为直接法测量回路，（c ）称为平衡法测量回路。每种测量回路应包括以下基本部分：

（1）试验电压u ；

（2）检测阻抗Z d ，将局部放电产生的脉冲电流转化为脉冲电压；

（3）耦合电容C k ，与试品C x 构成使脉冲电流流通回路，并具有隔离工频高电压直接加在检

测阻抗上Z d 的作用；

（4）高压滤波器Z m ，一方面阻塞放电电流进入试验变压器，另一方面抑制从高压电源进入的

谐波干扰。

（5）测量及显示检测阻抗输出电压的装置M 。

e

并联法多用于试品电容较大或试品有可能被击穿的情况下，过大的工频电流不会流入检测阻抗Z d 而将Z d 烧损并在测试仪器上出现过电压的危险。另外，某些试品在正常测量中无法与地分开，只能采用并联法测量线路。

串联法多用于试品电容较小情况下，耦合电容具有滤波作用，能够抑制外部干扰，而且测量灵敏度随C k /C x 的增大而提高。在相同的条件下，串联法比并联法具有更高的灵敏度，这是因为高压引线的杂散电容及试验变压器入口电容（无电源滤波器时）也被利用充当耦合电容。另外，C k 可利用高压引线杂散电容来充当，线路更简单，可以避免过多的高压引线以降低电晕干扰，在220kV 及更高电压等级的产品试验中多被采用。

平衡法需要两个相似的试品，其中一个充当耦合电容。它是利用电桥平衡的原理将外来的干扰消除掉，因而抗干扰能力强。电桥平衡的条件与频率有关，只有当C x 1与C x 2的电容量和介质损失角δtg 完全相等，才有可能完全平衡消除掉各种频率的外来干扰；否则，只能消除掉某一固定频率的干扰。在实际测量中，试品电容的变化范围很大，若要找到与每个试品有相同条件的电容是困难的。因而，往往采用两个同类试品作为电桥的两个高压臂以满足平衡条件。

4.2 检测阻抗

检测阻抗，也称为输入单元，其主要作用是取得局部放电所产生的高频脉冲电流信号，并对试验电源的工频及其谐波低频信号则予以抑制。检测阻抗是连接试品与仪器主体部分的关键部件，对仪器的频率特性与灵敏度有直接关系。检测阻抗可分为RC 型及LCR 型两大类，如图4.3所示，图中电容C d 主要由至仪器主体连接电缆的电容、放大器输人电容等组成。

4.2.1 RC 型检测阻抗

图4.3表示接有RC 型检测阻抗时的等效局部放电检测电路。当试品C x 产生局部放电时，视在放电量为q ，C x 两端会产生一个脉冲电压u ∆，理想情况下u ∆是一个直角脉冲波，但在实际情况中u ∆具有一定的上升时间并具有以下的形式

)1(t m f e U u α--=∆ （4.1）

式中脉冲电压幅值)]/(/[d k d k x m C C C C C q U ++=，f α为放电衰减常数。

对于理想情况，在放电瞬间，电荷q 引起的C k 和C d 上响应的脉冲电压可认为按电容反比例分配，则C d 上的脉冲电压幅值为

图4.3 检测阻抗

图4.4 接RC 检测阻抗的测试回路

x

k d d d k k d k d k x d k k d C C C C q

C C C C C C C C q C C C u

u )/1()/(++=+⋅++=

+∆=∆ （4.2） 当C d 上的脉冲电压到达幅值后经电阻d R 放电，则检测阻抗上脉冲电压为

t v

t d d d d e C q e u t u ατ--=∆=/)( （4.3） 式中)/(1t d d C R =α， )1(k d x d v C C C C C ++=，)(k x k x d t C C C C C C ++=。

通过对（4.3）的傅立叶变换求u d 的频率特性为

2/122)()(-+=d v

d C q U αωω （4.4） u d 的时间特性及频率特性分别如图4.5（曲线1）及4.6所示，其中，d h αω=。如果考虑放电脉冲的上升时间，则u d 的时间特性如图图4.5中曲线2，且为

)(/11)(/t t f

d v t d d f d d

e e C q e u t u ααταα-----⋅=∆= （4.5） 衡量检测阻抗的品质，主要是根据测量的灵敏度、准确度以及分辨率三个因素。在采用RC 型检测阻抗时，应考虑如下几点：

（1）u d (t )的幅值与放电量q 成正比。

（2）在一定的q 下，减小C d 可以增大Δu ，即可提高灵敏度。

（3）R d 小则αd 大，u d 衰减快，频谱就会很宽。如果放大器的频带不够宽，就会降低检测的灵敏度。而宽带放大器在使用中易受到外界干扰的影响，这一点限制了它的实际使用。

（4）RC 型检测阻抗上的电压是非周期性的单向脉冲，每个脉冲与绝缘内局部放电脉冲一一对应。脉冲持续时间短、分辨率高，即αd 愈大，分辨率愈高。

（5）采用积分式放大系统有利于测量视在放电量。例如，（4.5）对时间的积分，有

d v f d f d v d C q C q dt t u ααααα=⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛--=

⎰∞

11/11)(0 （4.6）

图4.5 检测电压的（a ）时间特性及（b ）频率特性

(a ) (b)