高压电气设备的局部放电定位技术.docx

高压电气设备的局部放电定位技术.docx

《高压电气设备的局部放电定位技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压电气设备的局部放电定位技术.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高压电气设备的局部放电定位技术

高压电气设备的局部放电

测量和定位技术

高生

1．局部放电测量方法

2．局部放电测试系统的校正方法

3．局部放电测试系统的干扰与抑制

3.1与试验电压无关的干扰（空间干扰）

这种与试验电压无关的干扰通常称为空间干扰，其干扰脉冲的幅值与施加到试品上的电压的幅值无关，即它不随试验电压的升高或降低发生变化。

这种干扰源主要来自电气开关的开关操作、电焊起弧、吊车开动、调频电机的调频脉冲、整流电机的电刷、磨床加工零件时产生的火花、晶闸管整流设备、无线电台发射的电磁波以及各种工业控制设备的干扰等。

除部分干扰沿导线由电源侧侵入测试系统外，绝大部分以电磁波的形式由空间侵入局部放电测量系统。

抑制方法：

1试验线路采用滤波器、隔离变、阻波器等抗干扰措施；

2选择合适的滤波通带；

3平衡输入方法；

4天线噪声门控。

3.2由发电机产生的干扰和由试验电压引发的干扰（电源干扰）

这种干扰的特点是随试验电压的升高而增大，主要是由电源系统和试品周围部分金属部件和绝缘部件产生。

如发电机、试验变压器、高压引线、试品端部、高压线路接触不良、试品周围金属件接地不良或根本没有接地、以及较长的电力传输线等。

这种干扰的波形特征也不尽相同，但都有一定的相位关系，多数在电压的正半周和负半周的波形不对称。

抑制方法：

1尽量增加高压导线的直径（或采用蛇皮管或薄铜、铝圆筒）；

2对试品端部增加防晕罩；

3试品周围各地线和金属物良好接地；

4试品周围的绝缘物体严禁与金属接地线接触；

5在高压线下部的地面上不得有螺钉、螺母、地线头等金属物；

6利用局部放电仪的“天线噪声门控”功能消除通过空间传播的干扰；

7利用局部放电仪的“极性判别”功能消除通过电源线侵入的干扰。

3.3由地电流产生的干扰（地干扰）

由地电流产生的干扰分为两种，一种为稳定的地干扰，另一种为突发性地干扰。

接地是控制电磁干扰的基本方法，单点接地是消除地网干扰最有效的方法。

信号接地分为单点接地和多点接地两种，单点接地又分为串联单点接地和并联单点接地，如图3-3-1所示，多台设备用导线串联后通过一点接地，由于导线电阻与导线截面和长度有关，各点的电位变化与各设备的电流和导线上的电阻有关，其关系如式（3-3-1）所示，各设备虽然同接在一各接地点，但各点的电位相差很多，这样的接地方法不适用于局部放电测量。

如果试验现场不得不使用这种串联接地方法，就应当将局部放电仪的接地点接在靠近地桩的位置。

（3-3-1）

3.3.2并联单点接

并联单点接地如图（3-3-2）所示，各点电位如式（3-3-2）:

（3-3-2）

各路电流互不干扰，故各接地点的电位也不受其它接地点的影响。

因此，局部放电测试回路尽可能采用并联单点接地法。

由于并联单点法的各接地线的长度较长，在高频时表现为电感，使其高频阻抗升高，故采用并联单点接地时，接地线必须尽可能短，使高频阻抗减到最小。

使地电阻产生的干扰降低到最低水平。

在测试回路中，由于多点接地，在接地点之间存在着电阻，如图3-3-3所示，当干扰电流i在地网内流经A、B两点时，在测试回路AB两点形成一个随地点流变化的干扰电压v，其数值：

（3-3-3）

当电流i为一脉冲电流时，直接影响局放测量，一般情况下，应尽量避免多点接地。

抑制方法：

1尽量采用并联单点接地；

2缩短接地线长度和离地面的高度；

3利用隔离变压器短开地环流。

4．高压电气设备局部放电试验回路

变压器局部放电测量的加压方式，分为直接加压和感应加压两种方式，试验电压一般高于试品的额定电压，电源频率一般采用100Hz~250Hz，最高不超过400HZ。

4.1单相变压器局部放电测试回路

图4-1-1、图4-1-2为单相变压器局部放电直接加压测试回路，这种测试回路多用在变压器绕组首、末端绝缘水平相同的小型变压器，它只能检查主绝缘，不能检查纵绝缘。

图4-1-3、图4-1-4为单相变压器局部放电感应加压测试回路，这种测试回路不仅能检查变压器的主绝缘，也能检查变压器的纵绝缘。

4.2干式变压器局部放电测试回路

4.2.1干式变压器的测量方法

干式变压器的局部放电测量是按相应的国家标准和GB1094.3进行，试验可在各种干式变压器上进行，特别适用于具有包封绕组的变压器。

变压器局部放电测量的加压方式，分为直接加压和感应加压两种，一般多采用感应加压方式。

局部放电试验的测量电路如图4-1-1~图4-1-所示，图4-1-1、图4-1-2为单相变压器局部放电试验的测量电路，直接加压测试回路，图4-1-3、图4-1-4为单相变压器局部放电试验的测量电路，感应加压测试回路。

图4-1-5为三相变压器绕组直接接地或通过一个小阻抗接地的系统时局部放电试验的测量电路，图4-1-6为三相变压器绕组不接地或通过一个相当大的阻抗接地的系统时局部放电试验的测量电路。

测量电路的校正按GB1094.3的规定，将符合标准的校正装置所产生的模仿放电脉冲加到变压器的端子上；铁心接地线上的校正采用特殊校正方法（见有关章节）。

校正脉冲装置的脉冲重复频率应可调，脉冲装置电压发生器的脉冲电压的上升时间（峰值的10%~90%之间）应小于60ns。

校正脉冲的重复频率应调到励磁电压频率的2倍。

局部放电测量应在全部绝缘试验完成后进行，根据变压器是三相还是单相决定其绕组由三相加压还是单相加压，电压波形尽可能接近正弦波，试验电压频率应在100~400Hz之间。

当三相变压器绕组接到直接接地或通过一个小阻抗接地的系统时，应先加

的线对地的预加电压，

为设备最高电压，而不是设备的额定电压；感应时间为30s，然后，将电压降到

，持续3min，并在此期间测量局部放电。

测量电路如图4-1-5所示。

当三相变压器绕组接到不接地或通过一个相当大的阻抗（如消弧线圈）接地的系统时，应先加

的相对相的预加电压，感应时间为30s，然后，将电压降到

，持续3min，并在此期间测量局部放电；然后将另一个线路端子接地，重复进行本试验。

测量电路如图4-1-6所示。

对于三相系统中的单相变压器的局部放电试验，与三相变压器试验相同，设备的最高电压

应是相对相的电压。

单相变压器局局部放电试验的测量电路如图4-1-4所示。

对干式变压器局部放电量允许值的要求，根据国家环境保护局对环境产品技术要求，HBC21—2004中明确规定：

产品在规定的预加电压与局部放电试验电压下，且在规定持续时间下的局部放电量应为10kV级及以下的干式电力变压器小于等于5pC；35kV级及以下的干式电力变压器小于等于10pC。

4.3三相油浸式变压器局部放电测试回路

对于三相变压器油浸式变压器，尤其是大型变压器，多采用感应加压方式进行局部放电试验，并采用单相励磁的方法对A、B、C三相逐相进行测试，共需试验三次。

图4-1-7线路最简单，对主、纵绝缘都能同时进行检查。

这种测试回路对三铁心柱变压器有一个应注意的问题，作A、C相测试的相电压与B相测试时的相电压的差别。

图4-1-8为中性点支撑线路，主绝缘可以达到试验电压，而纵绝缘的电压减少1/3。

但它可以使用工频电源试验，在现场没有中频电源的条件下，是经常使用的一种试验回路。

高压绕组为分级绝缘和（或）全绝缘的变压器的长时感应耐压试验（ACLD），对于三相变压器，既可以按图4-1-8单相连接方式逐相地将电压加在线路的端子上，也可以采用对称三相连接方式进行试验，如图4-1-9，但

的变压器，不推荐采用对称三相连接方式进行试验。

4.4互感器局部放电测试回路

4.4.1电压互感器局部放电测试回路

4.4.2电流互感器局部放电测试回路

5．局部放电定位方法

5.1电气定位方法

5.1.1多端测量定位法

使用多端测量定位方法，可通过变压器多个端子进行放电测量值的比例关系与校准时的比例关系比较，比例关系接近且波形相似，则可认为放电源在相应的校准端子的邻近部位。

使用多通道局部放电仪可以方便的观察和保存各端子的量值和波形图。

表5-1-1校准和局部放电量测量各端子的视在放电量

校准

A

Am

a

A-地1000pC

1000

400

200

Am-地1000pC

100

1000

300

A-地1000pC

150

200

1000

测量

1.5Um

80

800

250

5.1.2极性定位法

5.1.3起始电压法

可在试品的不同线端支撑一定电压，使某个部位的电位保持不变，而改变其它部位的电位，通过测量局部放电的起始电压，可粗略的确定放电源部位。

5.1.4行波定位法

行波定位方法，目前主要用于电力电缆的局部放电定位，其它电力设备应用行波定位法越来越少。

电气定位方法小结：

电气定位方法是传统的定位方法，通常只能大致确定放电源的电气位置，而不能确切地放电源的空间位置。

超声波定位方法能够比较精确的确定电器内部放电源的空间位置。

因此，超声波定位方法在高压电气设备的制造和状态监测中得到越来越广泛的应用。

5.2超声波定位方法

1最小时延法（V形曲线法）

最小时延法（V形曲线法），属于单超声探测器定位方法，在油箱壁的同一水平高度，按等距或不等距分点，用单超声探测器分别测量各点的时延，以超声探测器的位置作为横坐标，各点的时延为纵坐标，绘制位置-时延图，可得到一V形曲线，V形曲线的最小时延点即为放电源距该水平线的最近点。

再经水平方向最小时延点，在箱壁上作一与水平方向垂直的直线，用以上同样的方法沿垂直线测量各点的时延，得到垂直线上的V形曲线，该曲线最小时延点即为放电源距该箱壁的最近点；经第二最近点做该箱壁的法线，再以最小时延与超声波声速的乘积为半径向油箱内划弧，弧县线与法线的交点即为放电源的位置。

此方法（最小时延法）要求的参数：

超声波声速（变压器油的声速为1400m/s）为已知。

结果为：

放电源距箱壁的最小距离。

2三角形电-声时延定位法（球面定位法）

放电源距平面上不共线三点之距离的方程的解，即为放电源空间位置的坐标。

在箱壁平面上以直角三角形布置超声探测器测量点，可以方便的计算出放电源的位置。

此方法（三角形电-声时延定位法）要求的参数：

a）超声波声速v（变压器油的声速为1400m/s）为已知；

b）水平方向两测试点的距离L1；

c）垂直方向两测试点的距离L2

（52-1）

结果为：

a）放电源相对与直角三角形直角点水平方向的偏移距离（X）。

b）放电源相对与直角三角形直角点垂直方向的偏移距离（Y）。

c）放电源相对与直角三角形直角点向油箱内部的偏移距离（Z）。

3多点电-声时延定位法（球面定位法）

放电源距平面上不共线四点组成的方程的解，即可求得放电源空间位置的坐标和超声波的等效声速。

在箱壁上设定四点以上，组成多个直角三角形，一般布置为三行三列的矩阵，在箱壁平面上布置超声探测器测量点，可以方便的计算出放电源的位置和超声波的等效声速。

此方法（多点电-声时延定位法）要求的参数：

a）水平方向两测试点的距离L1；

b）

垂直方向两测试点的距离L2。

结果为：

a）放电源相对与参考点P1水平方向的偏移距离（X）。

b）放电源相对与参考点P1垂直方向的偏移距离（Y）。

c）放电源相对与参考点P1向油箱内部的偏移距离（Z）。

d）放电源到测量点的等效超声波声速（v）。

4多点电-声时延定位（球面定位法）算法的最小二乘法

放电源距平面上不共线的m点（大于等于四点）组成的方程的解，即可求得放电源空间位置的坐标和超声波的等效声速。

一般布置为三行三列的矩阵，在箱壁平面上布置超声探测器测量点，可以采用最小二乘算法，通过解非线性方程组，较精确地计算出放电源的位置和超声波的等效声速，测量的点越多，结果越精确。

根据m个测量位置和测量时延，可建立发射传播距离和时延的球面方程（52-1）：

（52-1）

此非线性超定方程组的解（x,y,z,v）即为放电源的位置坐标和超声波的等效声速。

其几何意义是放电源位于以各探测器位置为球心，以v.ti为半径的球面上。

诸球面相交的焦点就是放电源的位置。

用最小二乘法求解（52-1）方程组，其数学模型如下：

球面方程Fi具有4个实自变量（xi,yi,zi,ti）和4个待求参数（x,y,z,v）,为了确定放电源位置（x,y,z）和等效声速v,选择目标函数ε（x,y,z,v）为Fi的残差平方和：

（52-2）

最小二乘拟合的目的在于确定参数x,y,z,v;使目标函数ε（x,y,z,v）达到最小。

结果为：

a）放电源相对与参考点P1水平方向的偏移距离（x）。

b）放电源相对与参考点P1垂直方向的偏移距离（y）。

c）放电源相对与参考点P1向油箱内部的偏移距离（z）。

d）放电源到测量点的等效超声波声速（v）。

以上几种电-声定位方法的小结：

最小时延法（V形曲线法）,此方法仅能给出放电源距箱壁参考电的最近距离。

可以使用一个电脉冲通道和一个超声波信号通道-两通道局部放电仪，分别测量各不同位置的超声信号，将各个结果依次记录并画图；方法简单，容易操作，但声速要求由测量者给定，一般不宜准确给定，测量误差主要决定于声速的准确程度。

三角形电-声时延定位法（球面定位法）

方法简单，容易操作，测量结果仅能计算出放电源的位置坐标，x,y,z,和最小时延法一样，声速要求由测量者给定，一般不宜准确给定。

可同时使用一个电脉冲通道和三个超声波信号通道，使用四个通道局部放电仪比较合适。

也可以使用一个电脉冲通道和一个超声波信号通道，分别测量三个不同位置的超声信号，将三个结果依次记录；象最小时延法测量一样，仅需要两通道局部放电仪就可完成定位。

测量结果不仅与两探测器之间的给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关，而且与声速有关，测量误差不仅依赖给定声速的准确程度，而且与给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关。

多点电-声时延定位法（球面定位法）

输入参数仅需一个两探测器之间的水平方向距离和一个另两个探测器之间的垂直方向距离，测量点必须在同一平面。

可同时使用一个电脉冲通道和三个超声波信号通道，使用四个通道局部放电仪比较合适。

也可以使用一个电脉冲通道和一个超声波信号通道，分别测量多个不同位置的超声信号，分别将三个结果依次记录；象最小时延法测量一样，仅需要两通道局部放电仪就可完成定位。

测量结果不仅与两探测器之间的给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关，而且与声速有关，测量误差不仅依赖给定声速的准确程度，而且与给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关。

多点电-声时延定位（球面定位法）算法的最小二乘法

输入参数需要每一个两探测器的位置坐标，测量点可以不在同一平面。

更适用于大型电力变压器等折板式箱壁上定位。

输出结果可输出放电源位置坐标，而且输出等效声速。

可同时使用一个电脉冲通道和三个超声波信号通道，使用四个通道局部放电仪比较合适。

也可以使用一个电脉冲通道和一个超声波信号通道，分别测量多个不同位置的超声信号，分别将三个结果依次记录；象最小时延法测量一样，仅需要两通道局部放电仪就可完成定位。

测量结果不仅与两探测器之间的给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关，而且与声速有关，测量误差不仅依赖给定声速的准确程度，而且与给定的（水平距离、垂直距离、垂直度）距离误差有关。

当局部放电的电信号受到严重干扰或根本无法接收电信号导致无法测量超声波时延时，可采用声-声定位法。

1两探测器法

两传感器法是通过测量放电源至两个探测器之间超声波传播的时延差Δt的定位方法。

可用距放电源最近的探测器的声信号作为数据采集的触发源，测出两探测器接收超声信号时延差Δt，然后计算出放电源的空间位置。

两探测器法的定位方法：

选用试验电源作为数据采集的触发源（外同步），使用两个超声探测器，在箱壁上测量超声波时延，先后移动两个探测器的位置，使其测得的时延相等，在箱壁平面上作两个探测器所在位置连线的垂直平分线。

再将其中一个探测器作为两个超声探测器布置在此垂直平分线上，并沿垂直平分线移动探测器，直至两探测器测得的时延相等，此时两个探测器所在位置连线的中点即为放电源至箱壁的最近点A。

放电源至箱壁的最近点确定后，将第一通道探测器放置在该点（A点），并将第一通道设定为数据采集触发源，移动第二通道探测器到B点，测出两探测器（A-B）距离L1,测出两探测器超声波的时延差Δt1（Δt1为AB两点的时延差），再将第二通道探测器移动（沿原测量直线AB的延长线到C点，距A点的距离L2），测出两探测器超声波的时延差Δt2（Δt2为AC两点的时延差）.最后有：

放电源至箱壁的最近点距离和超声波等效声速为：

（52-3）

2多探测器法

采用的声-声定位方法多探测器是利用两个局部放电超声探测器或多个超声探测器，直接测量局部放电源产生的超声波传播到某超声波探测器之间的时延差，以其中一个探测器为基准，根据要求分别测量不同点对于基准点的时延差，系统通过对时延差的综合分析计算，给出放电源相对于基准点的坐标（X,Y,Z）和等效声速，完成局部放电的声-声定位。

定位方法、探测器布局方式和多点电-声定位方法基本相同，其不同之处是：

电-声定位测量的是放电源产生的超声波传播到超声波探测器所用的时间，而声-声定位测量的是放电源产生的超声波，传播到两超声波探测器之间的时延差。

5.3组合超声波定位方法

局部放电探测器：

局放定位探测器是天威新域公司最新推出一种用于检测高压电气设备放电性故障位置的装置。

本探测器采用具有专利技术的声电一体化设计，与TWPD系列局放分析仪配套使用，能够实现在与被测设备不接触的状态下确定放电的三维空间位置。

可广泛用于干式变压器、电缆等各种高压电气设备的局部放电在线检测及定位。

原理简介

高压设备内部发生放电时，会向空间辐射高频电磁波信号，同时会产生超声波信号向四周沿直线传播。

利用电信号定向传感器接收局放电磁波信号信号，同时利用超声接收局放超声波信号，将电声信号经放大处理后，通过光纤传输到TWPD系列局放分析仪，完成对电、声信号幅值和时差变化的分析，确定放电部位的三维空间位置（见局部放电探测器原理框图）。

局部放电探测器原理框图

定位示意图

特点

1操作简单方便，与试品无任何接线，非接触测试。

2结构合理，声电一体设计，利用高压绝缘手柄和光纤隔离高压，保证操作安全可靠。

（见定位示意图）

3探测器壳体外部安装高压绝缘护套，保证试品和仪器的安全（见定位示意图）。

4定位准确，探测器内安装了具有专利技术的定向传感器，通过对电、声信号幅值和时差变化的分析，可准确定位放电点的三维空间位置。