第十五課電力變壓器**檢測—區域性放電
放電的主要型別
- 電暈
- 輝光
- 電弧
1. 電暈放電
2. 火花放電
3. 沿面放電
4. 電弧放電
放電發展過程（1）
什麼是區域性放電？
尚未導致絕緣系統貫穿性擊穿的放電現象。
絕緣中的氣隙放電
尖端電極的電暈放電
不同介質間的表面放電
浮動金屬體的懸浮放電
區域性放電的概念
簡稱為pd（partial discharge） ，指由於電氣裝置內部絕緣裡面存在的弱點，在一定外施電壓下發生的區域性的重複擊穿和熄滅的現象
區域性放電的危害
區域性放電發生在絕緣內部的氣隙或氣泡中，因為在這個很小的空間內即使電場強度很大，它的放電能量仍然非常小，所以它的存在並不影響電氣裝置的短時絕緣強度。但如乙個電氣裝置在執行電壓下長期存在區域性放電現象，這些微弱的放電能量和由此產生的一些不良效應，如不良化合物的產生，就可以慢慢地損壞絕緣，日積月累，最後可導致整個絕緣被擊穿，發生電氣裝置的突發性故障
導致區域性放電的原因?
電場的不均勻
絕緣介質的不均勻
因此在某些區域首先發生放電，而其它區域仍然保持絕緣特性，這就形成了區域性放電。
氣隙內的電場強度遠比絕緣介質內的電場強度高，而氣隙的電氣強度又比絕緣介質低。
我們可以探測到什麼？
區域性放電過程所產生的各種物理化學現象：
一、區域性放電的電脈衝測量
脈衝電流測量法是國家標準推薦的主要區域性放電測量方法。
脈衝電流測量法的基本原理：
伴隨著絕緣介質中區域性放電的產生，放電電荷的轉移將在放電迴路中形成脈衝電流訊號，可通過測量被檢測裝置的外電路中所流過的脈衝電流來檢測放電訊號。
區域性放電的三電容模型
以三個電容來表徵介質內部存在缺陷時的區域性放電的機理
cg：氣隙的電容；
cb：和cg相串聯部分的介質電容；
cm：其餘大部分絕緣的電容 。
通常氣隙很小，cgcb，cmcg。
電極間加上交流電壓u，則cg上的電壓為ug
ug隨外加電壓u公升高，當u上公升到us，ug達到氣隙cg的擊穿電壓ug時，氣隙cg放電。於是cg上的電壓瞬間從ug 下降到ur，然後放電熄滅。ur稱為殘餘電壓。
放電火花一熄滅，cg上的電壓將再次上公升。外加電壓仍在上公升，cg上的電壓也順勢而上公升，當它再次公升到ug時，cg再次放電，電壓再次降到ur，放電再次熄滅
cg上的電壓從ug突變為ur的瞬間，就是區域性放電脈衝的形成的時刻，此時通過cg有一脈衝電流，區域性放電時氣隙中的電壓和電流的變化如圖所示
當cg放電時，放電總電容cg′應為
cg′= cg+[cmcb/(cm+cb)]
cg′上的電壓變化為(ug－ur)，故一次脈衝放出的電荷應為
qr = (ug－ur)[cg+cmcb/(cm+cb)]
當cm >> cb，cg > cb，ur = 0時，△qr≈ugcg
△qr = (ug－ur)[cg+cmcb/(cm+cb)]
在實際試驗時，上式中的各個量，都是無法直接測量的。所以需要尋找能反映區域性放電的量來測量。外施電壓是作用在cm上的，當cg上的電壓變動(ug-ur)時，會造成外施電壓的變化量△u應為
u = cb（ug-ur) /（cm+cb)
△qr = (ug－ur)[cg+cmcb/(cm+cb)]
△u = cb（ug-ur) /（cm+cb)
由此兩式得
△u=cb·△qr/（cgcm+cgcb+cmcb）
△u是總電容上的電壓變化量，與它相應的電荷變化量為
△q＝△u
把△u 式代入上式△q ，可得
△q＝△qr·cb/（cg+ cb）
△q＝△qr·cb/（cg+ cb）
真實放電量：△qr，是無法測量的；
而△q＝△u= cx△u
式中cx為絕緣介質的總電容，因為△u及cx都是可以測得的，因此△q也是可以測量的.
視在放電量：△q，是區域性放電試驗中的重要參量，在iec和國家標準中，對於各類高壓裝置的視在放電量△q的允許值均有所規定
△q＝△qr·cb/（cg+ cb）
可見△q比真實放電量△qr 小得多，它以pc作為計量單位。其中c代表電荷量庫侖。
基本測量迴路
1. 直接測量電路
(a) 電流脈衝探測，其中電路的檢測阻抗與試品相串聯，試品的放電脈衝電流通過檢測阻抗向放大器提供脈衝訊號。
(b)電壓脈衝探測，電路檢測抗阻與耦合電容器串聯，區域性放電脈衝電壓的一部分加在檢測阻抗上；
2. 平衡測量電路
多採用橋式電路，可以調整到對外界干擾訊號有最好的平衡效果；當ck 和cx 性質相同時有理想的平衡效果。
放電量測量的標定
無論是檢測電壓脈衝，還是檢測電流脈衝，都存在將檢測訊號轉化為是在放電量的問題。
△q＝cx△u
由三電容模型可知，在不同被檢測裝置中即使發生相同大小的放電，由於被測裝置的電容不同，則測到的放電脈衝幅值也會有很大差異。因此當改變測量迴路任何引數時，都必須對系統進行標定。
標定方法為：在被測裝置兩端瞬時注入一定電荷量，使被測裝置端電壓的變化和由區域性放電引起的端電壓的變化相同，此注入量即為區域性放電的視在放電量。
以幅值為u0的方波通過串接小電容cq注入試品兩端，此注入電荷量為
q0 = u0·cq
如果此時測量系統的響應為h，則系統的校準係數為
k = u0·cq/h
當進行實際檢測，被測裝置內部發生放電時，如測量系統的響應為h』,則對應的是在放電量為
q=k· h』= u0·cq· h』/h
為使校準保證達到一定的精度，cq必須滿足
上式中cm為測量阻抗的等值電容。通常cq為100pc。
區域性放電的測量引數
區域性放電最主要的監測量就是視在放電量 。
△q＝cx△u
它是其他測量參量的基礎。
1.放電能量 w
表徵區域性放電的基本引數，除了視在放電量△q外，還有一次脈衝放電能量w
w =△qr(ug - ur) /2=△q(cg+cb)(ug - ur)/(2 cb
當外施電壓由零上公升到us時，cg上的電壓為ug，即 ug=uscb/(cg+cb)
可得w =△q·us(ug - ur) /(2 ug
如ur≈0，則 w≈△q·us/2
2. 放電重複率n
放電重複率n：是表徵pd的另乙個基本引數。因為在加壓半週期內能發生好幾個脈衝。所以定義一秒鐘內產生的脈衝數叫做放電重複率n，n也是乙個重要參量。可以通過實驗求得
如果每半周內的放電次數為n，則n=2fn=100n
3. 累積引數
平均放電電流：如果在測量時間t內出現放電m次，各次相應的視在放電量為qa1,···, qam，則平均放電電流
平均放電電流綜合反映了放電量和放電次數。
放電功率：如果在測量時間t內出現放電m次，各次相應的視在放電量和外加電壓瞬時值的乘積為qa1ut1,···, qamutm,則放電功率反映了放電量、放電次數和放電時的外加電壓，包含有最多的區域性放電資訊
4 起始和熄滅電壓
起始放電電壓：當外加電壓逐漸上公升，達到能觀察到區域性放電時的最低電壓。
熄滅電壓：當外加電壓逐漸降低到觀察不到區域性放電時，外加電壓的最高值。
對油紙絕緣，通常放電起始電壓高於熄滅電壓。
而對固體絕緣，兩者相差不大。
變壓器內部常見的區域性放電
帶有絕緣屏障的油間隙放電；
空氣隙放電；
沿面放電；
懸浮電位放電；
雜質小橋誘發的放電。
電力變壓器中區域性放電的
波形特徵
變壓器繞組特性
變壓器繞組相應於乙個阻容網路。對變壓器內部區域性放電進行檢測時，通常只能從變壓器外部有限的幾個測量埠獲得訊號。
由於放電點在變壓器中的出現具有很強的隨機性，放電訊號由放電源經過變壓器絕緣介質、繞組到達外部的測量裝置，必然受到繞組結構傳播特性的多種影響，具體表現為造成訊號幅值的衰減、波形的畸變和時間延遲等現象。
這就使得根據檢測到的放電訊號估算放電強度，進而判斷故障型別、分析故障嚴重程度以及對故障進行定位發生困難。。
對於時域波形較寬的油隙放電，經繞組傳輸後主要波形特徵基本得到保留；
但對於沿面放電和氣泡放電等窄脈衝放電，由測量端獲得的響應訊號則發生非常大的畸變，已無法反應其「原貌」，輸出波形為一衰減的振盪波，基本與繞組的衝擊電流響應一致，可見主要反映的是繞組的傳播特性。
區域性放電的相位特徵：
1.電暈放電
放電脈衝主要集中在工頻相位負半周的90附近。出現的放電脈衝幾乎等幅值、等間隔。隨著電壓的公升高放電的大小幾乎不變，但放電密度增加。
2.氣隙放電
放電脈衝主要集中在工頻相位2090和200 270範圍。在正負半周基本對稱。
3. 沿面放電
放電脈衝主要集中在工頻相位2090和200 270範圍。由於電極的不對稱性導致放電脈衝在正負半周也不對稱。
所以利用放電脈衝在外施電壓工頻相位上的統計特徵，比根據區域性放電波形進行區域性放電型別的判斷更為有效。
區域性放電危險嗎？
區域性放電是否危險，取決於放電的型別。
與固體絕緣有關的區域性放電危險度高。
帶有絕緣屏障的油間隙放電；
沿面放電；
雜質小橋誘發的放電
不涉及固體絕緣的區域性放電危險度相對較低。
● 懸浮金屬部件的懸浮放電
● 油中的氣泡放電
● 鐵心多點接地
因此，測量區域性放電量的大小，雖然是目前監測裝置絕緣狀況的主要標準。但在實際應用中，大多數情況對區域性放電型別的判斷比知道放電點區域性放電量的大小更為重要。
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