山東省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院 于虎娜 員雪峰
對(duì)于任何一種絕緣結(jié)構(gòu),包括變壓器的絕緣結(jié)構(gòu),內(nèi)部存在氣泡(氣隙)、雜質(zhì)等是不可避免的,在同一電場(chǎng)下,介電常數(shù)小的氣泡、雜質(zhì)承受更高的電場(chǎng)強(qiáng)度,因此,當(dāng)外施電壓達(dá)到某一定值時(shí),這些部位往往首先發(fā)生放電,這就是局部放電。
本文主要介紹了局部放電產(chǎn)生的原因、發(fā)生的機(jī)理、試驗(yàn)的目的、試品的條件、試驗(yàn)使用的設(shè)備、試驗(yàn)方法等,為相關(guān)試驗(yàn)人員提供參考。
局部放電產(chǎn)生的原因主要有以下幾點(diǎn):所采用的絕緣材料本身存在局部缺陷;絕緣結(jié)構(gòu)中混入了氣泡、水分或各種雜質(zhì);絕緣結(jié)構(gòu)中存在某些電氣連接不良;絕緣結(jié)構(gòu)中個(gè)別區(qū)域電場(chǎng)強(qiáng)度過(guò)高。
驗(yàn)證變壓器電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、制作、澆注工藝水平是否正常,考核變壓器是否能在長(zhǎng)期工作電壓下正常運(yùn)行。
試驗(yàn)需要使用的設(shè)備主要有:
為了防止試驗(yàn)時(shí)勵(lì)磁電流過(guò)大,試驗(yàn)電源頻率應(yīng)適當(dāng)大于變壓器的額定頻率,我們?cè)囼?yàn)是通過(guò)變壓器綜合試驗(yàn)系統(tǒng)給試品供電,所提供的頻率是200Hz。
在100kHz~400kHz衰減要達(dá)到50~60dB,我們的濾波器在20kHz~400kHz能達(dá)到80dB。
耦合電容要求為無(wú)暈的,其電容量Ck≥10Co,Co值應(yīng)在50~100pF,我們局放耦合電容的電容量為1000pF。
測(cè)量阻抗通常是一個(gè)有源或無(wú)源二端口網(wǎng)絡(luò),其主要作用是把輸入電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出,然后通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)傳給測(cè)量?jī)x器。同時(shí)對(duì)試驗(yàn)電壓及其諧波的低頻信號(hào)予以抑制。
局放在測(cè)量前都要進(jìn)行校準(zhǔn),校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器就是校準(zhǔn)時(shí)提供已知數(shù)量的電荷(一般是10pC)。
電流脈沖一般由校準(zhǔn)器產(chǎn)生,該校準(zhǔn)器由能產(chǎn)生幅值為Uo的階躍電壓脈沖發(fā)生器和電容Co串聯(lián)構(gòu)成,因此校準(zhǔn)脈沖提供重復(fù)的電荷,其電荷值為:qo=UoCo
校準(zhǔn)器對(duì)完整試驗(yàn)回路中的測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)是為了確定局放測(cè)量系統(tǒng)的刻度因數(shù)。
數(shù)字局放儀器一般是用模擬測(cè)量系統(tǒng)或儀器測(cè)量視在電荷q,然后加一數(shù)字采集和處理系統(tǒng)。數(shù)字局放儀的數(shù)字部分用來(lái)處理模擬量信號(hào)以作進(jìn)一步計(jì)算、存儲(chǔ)相關(guān)參量和顯示試驗(yàn)結(jié)果。
局部放電測(cè)量?jī)x放大器的頻帶多是可變的,頻帶可在10~300kHz之間選擇。對(duì)同一放電源,測(cè)量?jī)x在不同的頻帶范圍測(cè)量的結(jié)果是不同的。
在滿(mǎn)足一定信噪比的條件下,頻帶選寬一些可提高測(cè)量的靈敏度,也可以使測(cè)得的放電波形失真小一些。對(duì)于變壓器,為了消除勵(lì)磁諧波和低頻干擾,測(cè)量?jī)x頻帶的下限通常選擇40kHz,而上限選擇300kHz。
局部放電測(cè)量方法分為電測(cè)法和非電測(cè)法兩大類(lèi)。電測(cè)法應(yīng)用較多的是脈沖電流法和無(wú)線(xiàn)電干擾電壓法,主要用于局部放電的定量測(cè)量。非電測(cè)量法主要有聲測(cè)法、光測(cè)法、紅外攝像法和色譜分析法等。非電測(cè)法目前不用于定量測(cè)量,但通過(guò)測(cè)量非電信號(hào),可測(cè)定局部放電部位。我們?cè)囼?yàn)就是用的脈沖電流法。
如下圖1所示,當(dāng)試品Cx產(chǎn)生一次局部放電時(shí),在其兩端就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)瞬時(shí)的電壓變化Δu,此時(shí)在被試品Cx、耦合電容Ck和測(cè)量阻抗Zm組成的回路中產(chǎn)生一脈沖電流i。脈沖電流i流經(jīng)測(cè)量阻抗Zm,在其兩端產(chǎn)生一脈沖電壓。傳輸電纜將脈沖電壓信號(hào)傳給測(cè)量?jī)x器M,測(cè)量?jī)x器M對(duì)此信號(hào)進(jìn)行采集、放大和顯示等處理,就可測(cè)定局部放電的一些基本量,如視在電荷量等。
圖1 測(cè)量阻抗Zm與耦合電容Ck串聯(lián)
變壓器局部放電測(cè)量線(xiàn)路見(jiàn)下圖2和圖3。
圖2 單相變壓器局部放電測(cè)量的接線(xiàn)示意圖
圖3 三相變壓器局部放電測(cè)量的接線(xiàn)示意圖
圖中C為無(wú)局放放電的高壓耦合電容器(其電容值與校準(zhǔn)發(fā)生器的電容Co相比應(yīng)足夠大),該電容器與測(cè)量阻抗Zm串聯(lián),且與每個(gè)被試高壓繞組端子相連接。
完整試驗(yàn)回路中測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是用來(lái)確定視在電荷測(cè)量的刻度因數(shù)k0。整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是通過(guò)在兩個(gè)校準(zhǔn)端子之間輸入已知的電荷來(lái)進(jìn)行的。
為了避免連接引線(xiàn)的雜散電容引起測(cè)量誤差,應(yīng)盡量縮短電容器到校準(zhǔn)端子的連線(xiàn)長(zhǎng)度,另一端通過(guò)屏蔽電纜與校準(zhǔn)脈沖發(fā)生器相連。
如果兩個(gè)校準(zhǔn)端子都不接地,則校準(zhǔn)發(fā)生器本體的電容也可能引起誤差。校準(zhǔn)發(fā)生器最好由電池供電,以使其外形尺寸盡量小。
測(cè)量系統(tǒng)的校準(zhǔn)是在試品不帶電時(shí)進(jìn)行的(通常在施加電壓前進(jìn)行),根據(jù)注入的電荷量q0和局部放電測(cè)量?jī)x脈沖峰值表的讀數(shù)l0或脈沖高度h0,得到電荷量刻度因數(shù)k0=q0/l0或k'0=q0/h0。刻度因數(shù)確定后,撤去脈沖發(fā)生器及C0,并保持其他條件不變,將電壓升至試驗(yàn)電壓,若被試變壓器發(fā)生局部放電,局部放電測(cè)量?jī)x熒光屏上便會(huì)出現(xiàn)放電脈沖信號(hào),讀取脈沖峰值表讀數(shù)l或脈沖高度h,分別乘以其相應(yīng)的刻度因數(shù),即為被試變壓器的視在電荷量。
局部放電測(cè)量應(yīng)在Um≥3.6kV的繞組上進(jìn)行。局部放電測(cè)量應(yīng)在所有絕緣試驗(yàn)項(xiàng)目完成后進(jìn)行。根據(jù)變壓器是單相還是三相結(jié)構(gòu),來(lái)決定其低壓繞組是由單相電源還是三相電源供電。試驗(yàn)電壓波形應(yīng)盡可能是正弦波,且試驗(yàn)頻率應(yīng)適當(dāng)?shù)乇阮~定頻率高些,以免試驗(yàn)期間勵(lì)磁電流過(guò)大。
中國(guó)質(zhì)量監(jiān)管2022年10期