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局部放電直接的現(xiàn)象即引起電極間的電荷移動(dòng)。每一次局部放電都伴有一定數(shù)量的電荷通過(guò)電介質(zhì),引起試樣外部電極上的電壓變化。另外,每次放電過(guò)程持續(xù)時(shí)間很短,在氣隙中一次放電過(guò)程在10ns量級(jí);在油隙中一次放電時(shí)間也只有1μs。根據(jù)Maxwell電磁理論,如此短持續(xù)時(shí)間的放電脈沖會(huì)產(chǎn)生高頻的電磁信號(hào)向外輻射。局部放電電檢測(cè)法即是基于這兩個(gè)原理。常見(jiàn)的檢測(cè)方法有脈沖電流法、無(wú)線電干擾法、介質(zhì)損耗分析法等。
1、脈沖電流法
脈沖電流法是一種應(yīng)用最為廣泛的局部放電測(cè)試方法。脈沖電流法的基本測(cè)量回路見(jiàn)圖。圖中C代表試品電容,Zm(Zm)代表測(cè)量阻抗,Ck代表耦合電容,它的作用是為Cx與Zm之間提供一個(gè)低阻抗的通道。Z代表接在電源與測(cè)量回路間的低通濾波器,Z可以讓工頻電壓作用到試品上,但阻止被測(cè)的高頻脈沖或電源中的高頻分量通過(guò)。
圖1(a)為并聯(lián)測(cè)量回路,試驗(yàn)電壓U經(jīng)Z施加于試品Cx,測(cè)量回路由Ck與Zm串聯(lián)而成,并與Cx并聯(lián),因此稱為并聯(lián)測(cè)量回路。試品上的局部放電脈沖經(jīng)Ck耦合到Zm上,經(jīng)放大器A送到測(cè)量?jī)x器M。這種測(cè)量回路適合于試品一端接地的情況,在實(shí)際工作中應(yīng)用較多。
圖1(b)為串聯(lián)測(cè)量回路,測(cè)量阻抗Zm串聯(lián)接在試品Cx低壓端與地之間,并經(jīng)由Ck形成放電回路。因此,試品的低壓端必須與地絕緣。
圖(c)為橋式測(cè)量回路,又稱平衡測(cè)量回路。試品Cx與耦合電容Ck均與地絕緣,測(cè)量阻抗Zm與Zm分別接在Cx與Ck的低壓端與地之間。測(cè)量?jī)x器M測(cè)量Zm與Zm’上的電壓差。
圖1測(cè)量局部放電的基本回路
2、無(wú)線電干擾電壓法(RIV)
無(wú)線電干擾電壓法,包括射頻檢測(cè)法,最早可追溯到1925年,Schwarger發(fā)現(xiàn)電暈放電會(huì)發(fā)射電磁波,通過(guò)無(wú)線電干擾電壓表可以檢測(cè)到局部放電的發(fā)生。國(guó)外目前仍有采用無(wú)線電干擾電壓表檢測(cè)局部放電的運(yùn)用,在國(guó)內(nèi),常用射頻傳感器檢測(cè)放電,故又叫射頻檢測(cè)法。較常用射頻傳感器有電容傳感器、Rogowski線圈電流傳感器和射頻天線傳感器等。
RIV方法能定性檢測(cè)局部放電是否發(fā)生,甚至可以根據(jù)電磁信號(hào)的強(qiáng)弱對(duì)電機(jī)線棒和沒(méi)有屏蔽層的長(zhǎng)電纜進(jìn)行局部放電定位;采用Rogowski線圈傳感器也能定量檢測(cè)放電強(qiáng)度,且測(cè)試頻帶較寬(1~30MHz)。
3、介質(zhì)損耗分析法(DLA)
局部放電對(duì)絕緣材料的破壞作用是與局部放電消耗的能量直接相關(guān)的,局部放電的現(xiàn)象將導(dǎo)致介質(zhì)的損壞,從而使得tgδ大大增加。因此可以通過(guò)測(cè)量tgδ的值來(lái)測(cè)量局部放電能量從而判斷絕緣材料和結(jié)構(gòu)的性能情況。
介質(zhì)損耗分析法特別適用于測(cè)量低氣壓中存在的輝光或者亞輝光放電。由于輝光放電不產(chǎn)生放電脈沖信號(hào),而亞輝光放電的脈沖上升時(shí)間太長(zhǎng),普通的脈沖電流法檢測(cè)裝置中難以檢測(cè)出來(lái)。但這種放電消耗的能量很大,使得tgδ很大,故只有采用電橋法檢測(cè)tgδ才能判斷這種放電的狀態(tài)和帶來(lái)的危害。但是,DLA方法只能定性的測(cè)量局部放電是否發(fā)生,基本不能檢測(cè)局部放電量的大小,這限制了DLA方法的運(yùn)用。
二、非電檢測(cè)法
1、超聲波法測(cè)試局部放電
利用測(cè)超聲波檢測(cè)技術(shù)來(lái)測(cè)定局部放電的位置及放電程度,這種方法較簡(jiǎn)單,不受環(huán)境條件限制,但靈敏度較低,不能直接定量。超聲波聲測(cè)量方法常用于放電部位確定及配合電測(cè)法的補(bǔ)充手段。但聲測(cè)法有它*的優(yōu)點(diǎn),即它可在試品外殼表面不帶電的任意部位安置傳感器,可較準(zhǔn)確地測(cè)定放電位置,且接收的信號(hào)與系統(tǒng)電源沒(méi)有電的聯(lián)系,不會(huì)受到電源系統(tǒng)的電信號(hào)的干擾;因此進(jìn)行局部放電測(cè)量時(shí),以電測(cè)法和聲測(cè)法同時(shí)運(yùn)用。兩種方法的優(yōu)點(diǎn)互補(bǔ),再配合一些信號(hào)處理分析手段,則可得到很好的測(cè)量效果。
當(dāng)設(shè)備內(nèi)部有故障放電時(shí)(幾千到幾萬(wàn)皮庫(kù)),這時(shí)利用電信號(hào)作為儀器觸發(fā)信號(hào),也即以電信號(hào)作為時(shí)間參考零點(diǎn),然后以1-3個(gè)通道采集聲信號(hào),儀器A/D采樣頻率可選在500kHz或1MHz并移動(dòng)傳感器位置,使能有效地測(cè)到超聲信號(hào),見(jiàn)圖2。測(cè)得電信號(hào)與聲信號(hào)的時(shí)間差Δt就可計(jì)算出放電點(diǎn)與傳感器的位置的距離,s=vΔt,一般計(jì)算取v=1.42mm/μs。
圖2超聲測(cè)量信號(hào)波形
2、光檢測(cè)法
對(duì)于絕緣內(nèi)部的局部放電,只有透明介質(zhì)才宜用光檢測(cè)法,例如聚乙烯絕緣電纜芯通過(guò)水介質(zhì)掃描用光電倍增管觀察。但該方法靈敏度較低,局限性大,較適宜于檢測(cè)暴露在外表面的電暈放電。
3、熱檢測(cè)法
由于局部放電在放電點(diǎn)會(huì)發(fā)熱,當(dāng)故障較嚴(yán)重時(shí),局部熱效應(yīng)是明顯的,可用預(yù)先埋入的熱電偶來(lái)測(cè)量各點(diǎn)溫升,從而確定局部放電部位。這種方法既不靈敏也不能定量,因而在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量中一般不用這種方法。
4、放電產(chǎn)物分析法
油紙絕緣材料在局部放電作用下會(huì)分解產(chǎn)生各種氣體,分析局部放電時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)生成物,例如用色譜分析儀測(cè)量高壓電氣設(shè)備的油中,由于放電產(chǎn)生的微量可燃性氣體。從而推斷局部放電的程度,從而判斷故障類(lèi)型,已在生產(chǎn)實(shí)際中廣泛應(yīng)用,并取得較好的效果。各種氣體中對(duì)判斷故障有價(jià)值的氣體有甲烷(CH4)、乙烷(C2H6)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)、氫(H2)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO2)等。
絕緣中存在局部放電時(shí),當(dāng)放電較小并在故障點(diǎn)引起的溫度高于正常溫度不多時(shí),由油裂解的產(chǎn)物主要是甲烷和氫;當(dāng)局部放電故障擴(kuò)大,形成局部爬電或火花、電弧放電時(shí),會(huì)引起局部高溫,產(chǎn)生乙炔、乙烯和一氧化碳、二氧化碳。如利用四種特征氣體的三比值法,可用來(lái)判斷變壓器故障性質(zhì),但實(shí)際上對(duì)電力設(shè)備進(jìn)行絕緣故障判斷時(shí),僅根據(jù)一次測(cè)量數(shù)據(jù)往往是不夠的,宜利用色譜分析,觀察各有害氣體隨時(shí)間的增量。并和局部放電超聲測(cè)量和電測(cè)法數(shù)據(jù)作比較,進(jìn)行綜合判斷,才能更加有效地判斷故障性質(zhì)。
當(dāng)故障涉及到固體絕緣時(shí),會(huì)引起一氧化碳和二氧化碳含量的明顯增長(zhǎng)。但根據(jù)現(xiàn)有統(tǒng)計(jì)資料,固體絕緣的正常老化過(guò)程與故障情況下劣化分解,表現(xiàn)在油中一氧化碳的含量上,一般情況下沒(méi)有嚴(yán)格的界限;二氧化碳含量的規(guī)律更不明顯。因此,在考察這兩種氣體含量時(shí)更應(yīng)注意結(jié)合具體變壓器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),如油保護(hù)方式、運(yùn)行溫度、負(fù)荷情況、運(yùn)行歷史等情況加以分析,以盡可能得出正確的結(jié)論。
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