【正文】 電 ) 電暈 放電是在電場極不均勻的情況下，導(dǎo)體表面附近的電場強(qiáng)度達(dá)到氣體的擊穿場強(qiáng)時(shí)所發(fā)生的放電。表面局部放電的波形與電極的形狀有關(guān)，如電極為不對稱時(shí)，則正負(fù)半周的局部放電幅值是不相等的，見圖 25。 2)表面放電 如在電場中介質(zhì)有一平行于表面的場強(qiáng)分量，當(dāng)其這個(gè)分量達(dá)到擊穿場強(qiáng)時(shí)，則可黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 12 能出現(xiàn)表面放電。而實(shí)際情況與理論分析有差別，在固體絕緣中，熄滅電壓比起始電壓約低 5%20%?？蓽y到，絕緣介質(zhì)整體電容可測得，則由局部放電引起的視在放電量 q可求得。 ②局部放電的形成機(jī)理 根據(jù)放電類型來分，局部放電大致可分為絕緣材料內(nèi)部放電、表面放電及高壓電極的尖端 放電。實(shí)際上，視在放電量與試品實(shí)際點(diǎn)的放電量并不相等， 后者不能直接測得。2)確定起始和熄滅放電電壓 。 局部放電測量的目的和意義 用傳統(tǒng)的絕緣試驗(yàn)方法很難發(fā)現(xiàn)局部放電缺陷，并且 lmin 交流耐壓試驗(yàn)還會(huì)損傷黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 10 絕緣，影響設(shè)備以后的運(yùn)行性能，隨著電壓等級提高，這個(gè)問題更為嚴(yán)重。如油紙絕緣在局部放電作用下會(huì)產(chǎn)生不飽和烴 C2H H CH4和 x蠟，蠟質(zhì)會(huì)積留在固體絕緣上，放電產(chǎn)生的氣體又使放電增加，造成在場強(qiáng)高的部位或絕緣紙有損傷的部位發(fā)生擊穿，或沿著層間間隙爬電，或形成樹枝狀放電，在放電通道上會(huì)形成整齊的碳化層，最終貫穿絕緣。當(dāng)電力設(shè)備的絕緣內(nèi)部存在氣隙或生產(chǎn)過程中造成一些缺陷，在高電場強(qiáng)度作用下，氣 隙首先擊穿，并會(huì)發(fā)生多次的重復(fù)擊穿和熄滅，而周圍的絕緣介質(zhì)仍保持著絕緣性能，整個(gè)絕緣結(jié)構(gòu)并未形成電極間的貫穿性放電通道。此外，法國 ALSTOM 輸配電研究中心的 等人在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究了各種典型局部放電模型的超高頻特性，發(fā)明了能夠選擇干擾最小的頻段進(jìn)行檢測的 ZeroSpan 超高頻局部放電檢測方法，并據(jù)此建立了模式識別方法。同時(shí)，波導(dǎo)結(jié)構(gòu)有利于電磁波的無損傳播，從而提高了超高頻法的檢測靈敏度 (可達(dá)到 10pC)。 國外方面，荷蘭 KEMA 實(shí)驗(yàn)室的 RutgerS 等人在實(shí)驗(yàn)室中對變壓器局部放電超高頻黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 8 檢測技術(shù)進(jìn)行了初步研究。局部放電信號在 GIS 中是以 TEM波和 TE 波、 TM 波的形式傳播的， GIS 的同軸結(jié)構(gòu)相當(dāng)于導(dǎo)引電磁波的波導(dǎo)管， TE波與 TM波在其中傳播的截止頻率取決于 G工 S的結(jié)構(gòu)尺寸，同時(shí)由于間隔的作用，一個(gè) GIS系統(tǒng)如同一系列的諧振腔，諧振腔中信號傳播損耗小，信號傳播時(shí)間長，通常一個(gè)納秒級的局部放電信號可以持續(xù) I0mS 以上，有利于檢測。其缺點(diǎn)是超高頻法體外檢測靈敏度低，體內(nèi)檢測預(yù)置超高頻傳感器要廠家配合 。 傳統(tǒng)的局部放電檢測方法，測量頻率低，易受外界干擾。變壓器每一次局部放電都發(fā)生正負(fù)電荷的中和，伴隨有一個(gè)很陡的電流脈沖，并向周圍輻射電磁波。 射頻檢測法 利用羅果夫斯基線圈從變壓器中性點(diǎn)處測取信號，測量的信號頻率可以達(dá)到 3萬千赫茲，大大提高了局放的測量頻率，同時(shí)測試系統(tǒng)安裝方便，檢測設(shè)備不改變電力系統(tǒng)黃河水院自動(dòng)工程系畢業(yè)論文 7 的運(yùn)行方式。這種方法已被用于檢查電機(jī)線棒和沒有屏蔽層的長電纜的局放部位。 RIV法 (無線電干擾測量法 ) 局部放電會(huì)產(chǎn)生無線電干擾 的現(xiàn)象很早就被人們所認(rèn)識。優(yōu)點(diǎn)是使用方便，結(jié)果直觀。該方法的優(yōu)點(diǎn)是不受外界電磁干擾的影響，準(zhǔn)確度較高。 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 6 DGA 法 (氣相色譜法 ) 當(dāng)變壓器中發(fā)生局部放電時(shí)，各種絕緣材料發(fā)生分解破壞，產(chǎn)生新的生成物，通過檢測氣體生成物的組成和濃度，可以判斷局部放電的狀態(tài)。近年來，由于換能元件靈敏度的提高和低噪聲的集成元件放大器的應(yīng)用，大大提高了超聲波測量的靈敏度。由于此方法受電氣干擾的影響比較小以及它在局部放電定位中的作用，人們對超聲波的研究比較深入。對于變壓器這類具有繞組結(jié)構(gòu)的設(shè)備，由于局部放電在繞組內(nèi)的傳播導(dǎo)致脈沖電流法在標(biāo)定時(shí)產(chǎn)生很大的誤差 。電流傳感器按頻帶可分為窄帶和寬帶兩種，窄帶傳感器帶寬一般在 10kHz 左右，中心頻率在 2030kHz 之間或更高 。其檢測方法有脈沖電流法、超聲波檢測法、光測法、化黃河水院自動(dòng)工程系畢業(yè)論文 5 學(xué)檢測法等多種檢測方法。電力設(shè)備綜合監(jiān)測、分析、診斷一直是電力部門期待解決的問題。目前國內(nèi)的局放試驗(yàn)多在離線狀態(tài)下進(jìn)行，此時(shí)變壓器已經(jīng)脫離電網(wǎng)及外界干擾，測量較容易。 結(jié)論 ............................................................. 40 致謝 ................................................. 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 典型圖譜的實(shí)測比對 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 油色譜分析技術(shù) ..........................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 超聲波局部放監(jiān) 測技術(shù) ....................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 文獻(xiàn)綜述 ............................................... 8 本文的主要內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排 ............................... 9 2 第二 章 局部放電與變壓器局部放電的測量 ........................... 8 局部放電概述 ............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。為滿足現(xiàn)代電力企業(yè)的需求，超高頻法、超聲波法、油色譜法等許多局部放電在線檢測技術(shù)得以發(fā)展，并在現(xiàn)實(shí)中得到應(yīng)用。本文介紹了北京市電力公司主變壓器局部放電在線檢測技術(shù)的應(yīng)用研究，對局部放電的測量技術(shù)進(jìn)行了分析，積累了大量數(shù)據(jù)、樣本和經(jīng)驗(yàn)，給出了技術(shù)應(yīng)用的兩個(gè)典型案例，介紹了 DMS 超高頻和 TECHIMP高頻兩種先進(jìn)技術(shù)方法的典型典型圖譜。 變壓器局部放電測量方法 ................................. 8 3第三章 北京市電力公司局部放電在線監(jiān)測技術(shù) ...................... 13 空間電磁波頻譜測試技術(shù) ..................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 OWTS 震蕩波局部監(jiān)測技術(shù) .................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 氣體分析技術(shù) .............................................錯(cuò)誤 !未定義書簽。 聯(lián)合診斷技術(shù)的確立 .......................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 4 第一章 引言 選題背景和意義 隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，針對電力系統(tǒng)可靠運(yùn)行的要求越來越高， 而電力變壓器是電力系統(tǒng)的樞紐設(shè)備，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系到電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。但離線狀態(tài)下，設(shè)備處于“冷狀態(tài)”，外界的電磁場、發(fā)熱、機(jī)械振動(dòng)等環(huán)境影響都與實(shí)際運(yùn)行時(shí)不同，所測數(shù)據(jù)也有一定偏差，因此有必要進(jìn)行局放在線檢測。傳感技術(shù)、信號檢測處理技術(shù)及診斷技術(shù)的發(fā)展，為建立電力變壓器局部放電在線監(jiān)測系統(tǒng)提供了技術(shù)基礎(chǔ)，變壓器運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)的積累為絕緣診斷提供 了依據(jù)。 l、脈沖電流法 脈沖電流法通過檢測阻抗或電流傳感器，檢測變壓器套管末屏接地線、外殼接地線、中性點(diǎn)接地線、鐵心接地線以及繞組中由于局部放電引起的脈沖電 流，獲得視在放電量。寬帶傳感器帶寬為 100kHz 左右，中心頻率在 200400kHz 之間。當(dāng)試樣的電容量較大時(shí)，受藕合電容的限制，測試儀器的測量靈敏度受到一定限制 。局部放電產(chǎn)生的聲波頻率范圍分布很廣，一直延伸到超聲波頻率，而現(xiàn) 場中的環(huán)境干擾 (如運(yùn)行中變壓器的勵(lì)磁噪聲、散熱器風(fēng)扇、冷卻器、潛油泵的噪聲、循環(huán)油噪聲等 )的頻率大多為聲頻。再加上設(shè)計(jì)好的超聲波探測儀器可以很好地消除干擾，能有效確定 局部放電的部位。目前，該方法廣泛應(yīng)用于變壓器，分析各種氣體的組成和濃度可確定故障類型和故障程度。但是 DGA 法具有兩個(gè)缺點(diǎn) :油氣分析是一個(gè)長期的監(jiān)測過程，因而無法發(fā)現(xiàn)突發(fā)性故障 。缺點(diǎn)是當(dāng)故障點(diǎn)處于變壓器深處時(shí)，檢測不到。例如人們常采用無線電電壓干擾儀來檢測由于局放對無線電通訊和無線電控制的干擾，并已制定了測量方法的標(biāo)準(zhǔn)。 光測法 光測法利用局放產(chǎn)生的光輻射進(jìn)行檢測。但對于三相電力變壓器，得到的信號是三相局放信號的總和，無法進(jìn)行分辨，且信號易受外界干擾。根據(jù)已經(jīng)取得的結(jié)論 :局部放電所輻射的電磁波的頻譜特性與局部放電源的幾何形狀以及放電間隙的絕緣強(qiáng)度有關(guān)。通常超高頻檢測技術(shù)的檢測頻帶是 500 一 1500MHz，而實(shí)測表明，現(xiàn)場噪聲通常低于 400MHz，可最大限度避開干擾。此外，難以進(jìn)行標(biāo)定是阻礙超高頻技術(shù)應(yīng)用的最大障礙。 對變壓器而言，局部放電通常發(fā)生在變壓器內(nèi)的油一隔板絕緣中，由于絕緣結(jié)構(gòu)的復(fù)雜 性，電磁波在其中傳播會(huì)發(fā)生多次折返射及衰減。研究結(jié)果表明 :油中放電上升沿很陡，脈沖寬度多為納秒級，能激起 IGHz 以上的超高頻電磁波。英國 Strathclyde大學(xué)的 Judd 等人在 GIS 超高頻檢測研究的基礎(chǔ)上，也對變壓器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室研究，并進(jìn)行了現(xiàn)場實(shí)測。 國內(nèi)方面，西安交通大學(xué)王國利等人在變壓器的超高頻局部放電檢測方面作了許多工作， 建立了檢測頻帶可調(diào)的實(shí)驗(yàn)室檢測系統(tǒng)及局部放電自動(dòng)識別系統(tǒng)，思路和方法與國外幾家基本相同。局部放電一般存在于固體絕緣的空隙中，液體絕緣的氣泡中，電極表面的尖銳部位或電場中的懸浮金屬的表面 。 雖然局部放電會(huì)使絕緣劣化而導(dǎo)致?lián)p壞，但它的發(fā)展是需一定時(shí)間的，發(fā)展時(shí)間與設(shè)備本身的運(yùn)行狀況及局部放電種類，與其產(chǎn)生的位置和設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)等多種因素有關(guān)。因而，測試電氣設(shè)備的局部放電特性是目前預(yù)防電氣設(shè)備故障的一種好方法，可以發(fā)現(xiàn)潛在絕緣薄弱部位，通過局部放電試驗(yàn)的變壓器類設(shè)備，在運(yùn)行中可靠性是比較高的。 3)制定在規(guī)定電壓下的放電標(biāo)準(zhǔn)。試品放電引起的電流脈沖在測量阻抗端子上所產(chǎn)生的電壓波形可能不同于注入脈沖引起的波形，但通常可以認(rèn)為這二個(gè)量在測量儀器上讀到的響應(yīng)值相等。 1)內(nèi)部放電 如絕緣材料中含有氣隙、雜質(zhì)、油隙等，這時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)介質(zhì)內(nèi)部或介質(zhì)與電極之間的放電，其放電特性與介質(zhì)特性及夾雜物的形狀、大小及位置都有關(guān)系。所以，在局部放電試驗(yàn)中，由局部放電儀測量所測得的值為由 pC 為單位表示的視在放電量，是在真實(shí)放電量不 可能測出的情況下的一種變通方法，在實(shí)際運(yùn)用中，通過由視在放電量的大小來判斷絕緣的優(yōu)劣。在油浸紙絕緣中，由于局部放電引起氣泡迅速形成，所以熄滅電壓低得多。這種情況可能出現(xiàn)在 套管法蘭處、電纜終端部，也可能出現(xiàn)在導(dǎo)體和介質(zhì)彎角表面處，見圖 24。當(dāng)產(chǎn)生表面放電的電極處于高電位時(shí)，在負(fù)半周出現(xiàn)的放電脈沖較大、較稀 。在高壓電極邊緣，尖端周圍可能由于電場集中造成電暈放電。負(fù)電子則向正極運(yùn)動(dòng)，然后離子區(qū)域擴(kuò)展，棒極附近出現(xiàn)比較集中的正空 間電荷而較遠(yuǎn)離電場的負(fù)空間電荷則較分散，這樣正空間電荷使電場畸變。有些屬于非電現(xiàn)象，如產(chǎn)生光、熱、噪聲、氣壓變化和分解物等，可以利用這些現(xiàn) 象對局部放電進(jìn)行檢測。 黃河水院自動(dòng)化工程系畢業(yè)論文 14 圖中 :Zf高壓濾波器 。 測量阻抗 。以在試驗(yàn)電壓下不應(yīng)有明顯的局部放電。測量阻抗應(yīng)具有阻止試驗(yàn)電源頻率進(jìn)入儀器的頻率響應(yīng)。電容 C 即為電纜分布電容，實(shí)際應(yīng)用時(shí)不需另加。 三種試驗(yàn)回路的選擇原則 : 1)試驗(yàn)電壓下，試品的工頻電容電流超出測量阻抗幾允許值，或試品的接地部位固定接地時(shí)，可采用圖 27(a)試驗(yàn)回路。平衡法是利用兩臺試品相互作為禍合電容并平衡抑制干擾，或?qū)㈦娙葜挡顒e不大的另一電容器作為禍合電容。頻譜分析儀通過電磁波傳感器能夠采集空間電磁波信號，通過對不同位置的電磁波信號進(jìn)行幅值和頻率的對比，并對某一 頻段的周期性時(shí)域譜圖進(jìn)行對比，可以對放電源進(jìn)行識別和定位。 7)電平測試精度 :ldb 8)參考電平 :80dBm +20dBm 9)輸入阻抗 :50 歐姆 N型陰 10)信號源輸出阻抗 :50 歐姆 N型陰 11)駐波 t匕測量頻率范圍 :10MHz3GHz 12)回波損耗測量范圍 :10， 20， 50， 100db 可選 19 13)VSWR 電壓駐波 t匕測量范圍 :12， l6可選 14)饋線損耗測量范圍 :030db 分辨率 : 15)顯示單位 :dBm、 dBv、 dBmv、 dB、 v、 v、 w可自由切換 16)內(nèi)部測量軌跡存儲量 :100 條，可通過 FSHView 進(jìn)行新、舊測量結(jié)果比 較 17)儀表至 PC 接口 :RS232或轉(zhuǎn)換為 USB 口光電隔離 現(xiàn)場應(yīng) 用方法 現(xiàn) 場應(yīng)用時(shí)采用 DMS 公司的 UHF 超高頻傳感器搜集空間電磁波信號，用同軸電纜將信號傳送到 頻譜分析儀進(jìn)行頻譜分析。 3)比較其它狀態(tài)監(jiān)測方法，如油色譜、 TECHIMP 高頻局放測試、 UHF 超高頻局放測試、超聲波測試、氣體分析等方法對該設(shè)備的測試結(jié)果，進(jìn)行綜合分析。